雷电及防雷设备.ppt

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1、第五章雷电及防雷设备5.1雷电的电气参数电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措施，必须掌握雷电的电气参数。5.1.1雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值雷电先导通道中带有与雷云极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。主放电前当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。——先导中的电荷线密度——主放电速度（实

2、测表明，其速度约为0.1~0.5倍光速）——波阻抗主放电时计算雷电流的等值电路雷击物体时电流波的运动若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线时，则雷击时电流的运动可描述如图，负极性电流波将自雷击点“0”沿被击物流动，同时，相同数量的正极性电流波将自雷击点“0”沿通道向上发展。计算电流的等值电路流经物体的电流可用下式计算：——被击物体的波阻抗（或为被击物体集中参数的阻抗值）流经被击物体的电流波与被击物体的波阻抗有关，越大则越小，反之则越大。当时，流经被击物体的电流定义为“雷电流”，以表示，。但实际上被击物体的波阻抗不可能为零值，故规程建议雷击于低接电阻的物体时流过该物体

3、的电流可以认为等于雷电流。等值电流源电路等值电压源电路雷电流i为一非周期冲击波，其幅值与气象、自然条件等有关，是个随机变量，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。图5.45.1.2雷电流波形雷电流的波头和波尾皆为随机变量，对于中等强度以上的雷电流，波头在1——4微秒范围内，其平均波尾约为40微秒。雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为斜角波，其目的是为了便于分析计算；而在设计特殊高杆塔时，可取半余弦波头。5.1.3雷电日与雷电小时一个地区的雷电活动强度，用雷电日或雷电小时表示。雷电日（雷电小时）是指一年中有雷电的日数（小时数

4、），在一天或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电日或一个雷电小时。由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多年平均值——年平均雷电日。全国53年(1954~2006)平均雷电日数分布图我国把年平均雷电日不超过15日的地区叫少雷区，多于40日的地区叫多雷区，多于90日的地区叫强雷区。5.1.4地面落雷密度和输电线路落雷次数雷云对地放电的频率可用地面落雷密度来表示。是指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落雷次数。建议：卫星观测10年(1995－2005)得到的全国平均闪电密度分布图输电线路高出地面有引雷作用，会将线路两侧一定宽度内的地面落雷吸引到线路上来。根据模拟试验和运行经

5、验，一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h（h为线路平均高度（m）），线路年平均遭受雷击的次数可按下式计算：5.2避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的作用将雷电吸引到避雷针（避雷线）上并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备。因此，为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线）。避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不同情况装设在配电构架上，或独立架设。避雷线主要用于保护线路，也可用于保护发、变电所。要避雷针起到保护作用，两个要求：要求避雷针必须很好接地；要求被保护物体必须处在避雷针能提供可靠屏蔽保护的一定空间范围内，这就是避雷针的保护范围。由

6、于雷电路径受很多偶然因素的影响，因此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的。一般保护范围是指具有0.1%左右雷击概率的空间范围而言。实践证明，此雷击概率是可以接受的。避雷针图中的受保护区域并非100％安全受保护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值5.2.1避雷针的保护范围（1）单支避雷针在高度hx水平面上，其半径rx按下式计算：——避雷针高度（m）——高度影响系数。单支避雷针保护范围上图中划定避雷针保护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段确定保护范围（建筑防雷中采用滚球法确定保护范围）折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进行有关修正修正系数p—

7、—避雷针高度≤30m时避雷针高度h≤30m时修正系数p＝1修正系数p——避雷针高度＞30m时30m＜h≤120m时修正系数：如图可见，避雷针高度超过30m后其保护范围随高度而增大的趋势减缓（2）双支等高避雷针两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定，O点的高度h0按下式计算：——两针间的距离（m）两避雷针之间高度为hx水平面上保护范围的一侧的最小宽度：为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。两支避雷针联合保护范围两支避雷针的联合保护范围