雷电放电及防雷保护装置.ppt

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1、雷电是自然中最宏伟壮观的现象，也是最普遍的现象之一，它对人类的生活环境、工作条件等都造成了很大的影响，因此对雷电的研究和防护意义重大。早在18世纪初，富兰克林等物理学家已经揭示了“闪电就是电”的本质，而随着物理学的进一步发展，人们对雷电这一自然现象有了更深刻的认识。第七章雷电放电及防雷保护装置雷电引起的火灾和爆炸雷击（2007.5.23重庆开县）雷击（2007.5.23重庆开县）从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和

2、停电事故的主要原因之一产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。第一节雷电放电和雷电过电压雷云的形成雷电放电过程雷电参数雷电过电压的形成雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云。雷云下部局部正电荷区。一、雷云的

3、形成二、雷电放电过程雷电放电是一种超长气隙的火花放电，与金属电极间的长气隙放电是相似的。由于雷云的物理性质毕竟与金属板不同，因而具有多次重复雷击等现象和特点。雷云下部大部分带负电荷，大多数的雷击是负极性的，雷云中的负电荷会在地面感应出大量正电荷。地面与大地之间或两块带异号电荷的雷云之间，会形成强大的电场，其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往是一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐级推进的方式向下发展，每级长度约25~50m，每级的伸展速度约104km/s，各

4、级之间有30~90μs的停歇，所以平均发展速度只有100~800km/s这种预放电称为逐级引路或先导放电。当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物体因周围电场强度达到了能使空气电离程度，会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100μs，它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发展的，亦称“回击”,速度可达20000~150000km/s。雷云20,000μs1000μs1000μs箭

5、状先导箭状先导分级先导第一次主放电第三次主放电大地t100μs100μs100μs0.03μs0.03μs入地电流时间t图7-2雷电放电的发展过程及雷电流波形三、雷电参数(一)雷电活动频度雷暴日及雷暴小时雷暴日Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。一个雷暴日折合三个雷暴小时。雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关Td<15，少雷区；>

6、40，多雷区；>90，强雷区(二)地面落雷密度()和雷击选择性表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。我国标准对Td＝40的地区，取＝0.07(三)雷道波阻抗（Z0）雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的雷道投射到雷击点的波过程。我国有关规程建议取Z0≈300Ω负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大,防雷计算中一般均按负极性考虑。(五)雷电流幅值（）通常定义雷电流为雷击于低阻

7、接地电阻(≤30Ω)的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波的两倍，即一般地区，雷电流幅值超过的概率可按下式计算(四)雷电的极性波前陡度的最大极限值一般可取50kA/us左右。(六)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间T1处于1～4us的范围内，平均为2.6us。波长T2处于20～100us的范围内，多数为40us左右。我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us雷电流波前的平均陡度(kA/us)(七)雷电流的计算波形1

8、、双指数波2、斜角波3、斜角平顶波4、半余弦波在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波形(八)雷电的多重放电次数及总延续时间有55％的对地雷击包含两次以上的重复冲击；3～5次冲击者有25%；10次以上者有4%。平均重复冲击次数取3次。一次雷电总延续时间，有50%小于0.2s(九)放电能量A=QU=107V×20C＝20×107W.s，放电能量不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。四、雷电过电压的形成(一)雷电放电的计算模型i0AA2i0Z0RiiRiO(a)(b)根据雷电流的定义,这时流过