高电压技术第4章_电力系统大气过电压及防护1.ppt

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1、第四章电力系统大气过电压及防护4.1雷闪过电压大气过电压，也叫雷闪过电压：是由于雷电引起的电力系统过电压。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、热效应，在电力系统中产生很高的雷电过电压，是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因。4.1雷闪过电压雷闪过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压：是由于流经被击物很大的雷电流造成的；感应雷过电压：是由于电磁场剧烈改变而产生的过电压。4.1.1.1雷闪放电雷电放电包括雷云对大地放电和云间放电两种情况。按其发展的方向，雷电可分为下行雷和上行雷。下行雷

2、是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷的符号决定的，大量的实测表明，不论地质情况如何，90％左右的雷电是负极性的。4.1.1雷闪放电及雷电参数下行的负极性雷对地放电可分为三个主要阶段：先导放电主放电余辉放电1.雷电先导放电过程：雷云的带电机理有多种解释，如对流起电、温差起电、冻结起电、融化起电等。（负极性雷）雷云中的电荷一般不是在云中均匀分布的，而是集中在几个带电中心。测量数据表明，雷云的上部带正电荷、下部带负电荷，正电荷云层分布在大约5~10KM高空，负电荷云层分布在1~5KM高度。因为在距离地面

3、4~5KM的高空，气温较低，水分均变成冰晶，与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电，空气带正电。带正电的气流向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而带负电的冰晶下降到雷云下部时，融化成为带负电的水滴。1.雷电先导放电过程：雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最主要的方向决定于最大电场强度。（1）雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体的影响。1.雷电先导放电过程：（2）雷雨云下面的地面和地面建筑物受雷云电荷的静电感应，产生出与雷电异号的电荷，并使各地面建筑物表面的电场强度增强。当下行先

4、导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场开始被地面建筑物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强度方向发展。先导通道发展具有“定向性”，或者说雷击具有“选择性”。1.雷电先导放电过程：（3）当下行先导流注行进到雷击高度H2后，某一个或几个地面建筑物表面电场强度达到了击穿空气的数值，该地面建筑物就会产生迎面先导流注，它向上发展与下行先导流注汇合，然后就产生强烈的主放电，该地物就遭到了雷击。在这一过程中，地面建筑物表面的电场强度表征了该地面建筑物某处遭受雷击危险性的大小.（迎面先导很大程度上影响下行先导的发展方向）1.雷电先导放电过程：先导通道是分级向下发展的

5、，每级先导发展的速度很快，但每发展到一定长度就有一个间歇。所以它的平均发展速度很慢，出现的电流不大。先导放电的不连续性称为分级先导，历时0.005s~0.01s。当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应电荷或与大地之间距离较小，在下行先导的极高电位下，可使剩余的空气间隙击穿，便形成放电的第二阶段，即主放电阶段.2.雷电的主放电阶段先导通道头部与大地短接，这就是主放电阶段的开始。主放电开始阶段游离出来的电子迅速入大地，留下的正离子中和了该处先导通道中的负电荷。2.雷电的主放电阶段剩余间隙中形成的新通道，由于其游离程度比先导通道强烈得多，正负电荷密度比先导通道中大很多，很大的导电性。

6、主放电的发展速度很快，出现极大的脉冲电流，并产生强烈的光和热使空气急剧膨胀震动，出现闪电和雷鸣。放电间隙中的新通道好似一个良导体把大地电位带到初始主放电通道的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始主放电通道上端与原先导通道下端的交界处出现了极大的场强，形成强烈的游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说主放电是从地面向云发展的。2.雷电的主放电阶段主放电发展速度极大，根据统计，约在0.07～0.5光速的范围内。离地越高，速度就越小。主放电通道到达云端时，主放电结束.2.雷电的主放

7、电阶段主放电的延续时间一般不超过100μs，其放电电流幅值可达几十KA甚至几百KA。电流的瞬时值是随着主放电向高空发展而逐渐减小的，形成雷电流冲击波形。主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道流过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场发生很大变化。这就是主放电过程会造成雷电放电具有最大的破坏作用的原因.主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地，形成余辉放电。与余辉放电阶段相对应的电流是逐渐衰减的，约为1000—10A，持续时间较长，约为几ms。3