雷电及防雷设备分析.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第八章 雷电及防雷保护装置,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,雷电放电过程,雷电放电实质上是一种长气隙的火花放电,-,-,-,雷电参数,雷暴日与雷暴小时,地面落雷密度与输电线的落雷次数,雷电的极性,雷电流幅值,雷电流的波前时间、陡度及波长,雷电流的计算波形,雷电通道波阻抗,雷暴日与雷暴小时,一年中发生雷电的天数（小时），以听到雷声为准。,少 雷 区：,T,d,15,如：中国西北,中等雷区 ：,15T,d,40,如：华南某些地区,雷电强烈区：,T,d,90,如：海南岛,雷州半岛。,标准雷暴日为,40,日,地面落雷密度,与输电线的落雷次数,N,地面落雷密度：,每雷暴日、每平方公里地面落雷次数。,DL/T620-1997,推荐，在雷暴日为,40,的地区：,1,）地面落雷密度：,=0.07,次,/km,2,2,）每,100km,输电线每年雷击次数,b,导线间的距离,h,导线的平均对地高度,举例：,220kV,线路，,b=11.6m,，,h=24.5m,百公里雷击次数：,N=30.7,次,500kV,线路，,b=18.6m,，,h=27.25m,百公里雷击次数：,N=35.7,次,75%90%,的雷击都是负极性的,雷电的极性,雷电流幅值,雷电流通常定义为雷击于小接地电阻,(30),的物体时流过雷击点的电流。,雷电流幅值与出现概率可下式计算,:,雷电流幅值概率（,%,）,陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区等,（这类地区的年平均雷暴日数一般在,20,以下）,雷电流幅值较小，可由给定的概率按图查出雷电流幅值后减半。,雷电流的波前时间、陡度及波长,A,）双指数波,b,）斜角波,c,）斜角平顶波,d,）等值余弦波,在线路防雷设计中，雷电流波头一般取,2.6,微秒，波头形状取斜角形；在设计特殊高塔时，可取半余弦波。,平均陡度：,雷电通道波阻抗,建议取,400,欧姆,放电能量,雷电的功率很大，但能量有限,雷电过电压的形成,8.2,避雷针、避雷线的保护范围,防直击雷,避雷针，避雷线,防侵入波,避雷器,新华网重庆,2007,年月日电（记者王金涛、刘卫宏）重庆市开县义和镇兴业村小学日遭受雷击，造成名小学生死亡、名小学生受伤，其中人重伤。,避雷针（,Lightning Rod,）,辞海中避雷针的解释：,一种防直击雷的装置。,由金属棒组成，装在独立架构或建筑物顶上。,它与接地引下线和接地装置配合，能把一定范围的高空雷电引向自身，泄入大地以保护周围建筑物或屋外电气装置免遭或少遭雷击。,避雷针的保护原理,先导,先导,主放电,电子崩,流 柱,先 导,主放电,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,避雷针（线）的保护原理可以归为：,避雷针尖场强高，大量感应电荷畸变电场，并吸引雷电,先导,沿向避雷针方向发展，直击于其上；,针尖放电引起上行先导，更加吸引下行先导向避雷针方向发展；,避雷针保护动画演示：,雷 云,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,避雷针与避雷线的保护范围：,保护范围,是指被保护物在此空间内遭受雷击概率（绕击率）在可接受值之内。,绕击,指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。,电力系统标准与统计数据,电力行业标准,DL/T620-1997,规定的避雷针保护范围内绕击率预计为,0.1%,，保护范围可靠性为,0.999,。,统计了我国,4272,（变电所,.,年）的运行经验绕击率为,0.07%,，,表明低于预计的,0.1%,，是可接受的。,避雷针的保护范围计算,单支避雷针保护范围；,两支等高避雷针联合保护范围；,两支不等高避雷针联合保护范围；,三支避雷针联合保护范围；,多支避雷针联合保护范围。,单只避雷针的保护范围,垂直保护范围截面,水平保护范围截面,P,单只避雷针的保护范围,垂直保护范围截面,水平保护范围截面,高度修正系数,h 30m,P,=1,30m h 120m,h120m,取,P=120m,计算,P,练习题：,某电厂有一原油罐，直径,10m,，高出地面,10m,，用独立避雷针保护，要求针距罐壁至少,5m,，试问避雷针的高度不低于多少米。,10m,5m,10m,h=?,根据题意：,rx15m,由公式,r,x,(1.5h,2h,x,)P (h,x,h/2),r,x,(1.5h,2h,x,)P15m,且,h,x,=10m,若针高,h,30m,，,P,1,，解得：,h23.3m,h,25m,答案：,思考题：,1,、除了传统的针形避雷针，还有哪些防直击雷的装置？,2,、能否设计计算机程序进行避雷针保护范围计算，并显示三维图象？,小结：,雷电是由于雷云引起的云间和云地之间的长间隙放电；,地面落雷对电力系统造成危害；,雷电具有多种参数，其中包括雷暴日、落雷密度等重要参数；,避雷针在一定范围内能保护低于它的物体，并存在一定的绕击率。,两只等高避雷针保护范围,1,）外侧按单针保,护范围计算；,2,）内侧最低保护,高度,h,0,h,D/7P,3,）水平面最窄处,宽度,:,b,x,=1.5(h,0,h,x,),两只不等高避雷针保护范围,三只避雷针保护范围,按每两只针的不同组合，分别计算联合保护范围，只要计算出的所有,bx,0,，则中间部分均能保护,四支及四支以上避雷针保护范围,四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或几个三角形；,然后分别按三支等高避针的方法计算；,如各边保护范围的一侧最小宽度,b,0,，则全部面积即受到保护。,单根避雷线的保护范围,r,x,=0.47(h-h,x,)P,h,x,h/2,r,x,=(h-1.53h,x,)P,h,x,h/2,避雷线的保护角,杆塔上避雷线对边导线的保护角,110,及,220,千伏线路，一般采用,20,0,30,0,左右。,500kV,线路一般,15,左右。,8.3,避雷器（,Lightning Arrester,）,保护间隙,排气式避雷器,阀式避雷器,金属氧化物避雷器,避雷器保护作用原理示意图,1,保护间隙,2,排气式避雷器,3,阀型避雷器,4,氧化锌避雷器,5,被保护电器设备,避雷器的基本要求：,具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合,避雷器伏秒特性,电气设备伏秒特性,50%,t,50%,t,具有一定的通流容量，,其残压必须低于被保护物的冲击耐压,；,具,应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使系统得以继续运行,保护间隙,保护间隙的缺点,1,、伏秒特性陡峭，保护性能不是很好；,2,、没有专门的灭弧装置，灭弧能力有限；,3,、保护间隙动作后产生大幅值的截波，对变压器等设备绝缘不利。,管式避雷器,（排气式避雷器）,阀式避雷器,阀式避雷器的工作原理,1,）,SiC,阀片电阻具有,非线性,，,2,）避雷器放电后，残压较低且平坦,金属氧化物避雷器,（,MOA,）,Metal Oxide Surge Arresters,无间隙,MOA,与阀式避雷器相比的优点,：,1,）基本无工频泄漏电流，省去了火花间隙，结构大大简化；,2,）通流容量大、无工频续流；,3,）保护性能更加优越：,1.,伏安特性更优；,2.,伏秒特性更平坦；,MOA,避雷器由于其优异的性能，已经得到广泛应用，并基本完全取代阀式避雷器,MOA,避雷器的电气参数,1),额定电压,施加到避雷器端子间的最大容许工频电压,(kV,有效值,),亦即在保证熄灭工频续流的条件下,允许加在间隙上的工频电压。,2),残压,u,res,放电电流通过避雷器时在端子间的,最大电压值,(,kV,峰值,),220kV,及以下系统,u5,330kV,及以上系统,u10,3),参考电压,u,ref,直流参考电压,:,在直流参考电流,(1mA),下测出的避雷器上的电压,8.4,防雷接地,Grounding for Lightning,接地的基本概念：,指地面上的金属物体或电气回路中的某一点通过导体（通常指接地装置）与大地相联，使该物体或节点与大地保持等电位。,工作接地,保护接地,防雷接地,防静电接地,接地的类型：,1,）工作接地,根据电力系统正常运行的需要而设置的接地,交流电力系统根据中性点是否接地而分为,中性点接地系统,和,中性点绝缘系统,，另外还有中性点通过电阻或电感接地的,中性点非有效接地系统,。,2,）保护接地,在电气设备发生故障时，电气设备的外壳将带电，如果这时人接触设备外壳，将产生危险。因此为了保证人身安全，所有电气设备的外壳必须接地，,这种接地称为保护接地。,3,）静电接地,为防止静电电荷积累产生的火花，对可燃物造成的危险，将金属物体接地，泄放电荷。,4,）防雷接地,雷电防护设备都必须与合适的接地装置相连，以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地；,工程用接地电阻,接地电阻,接地引线电阻,接地体本身,接地体与大地接触电阻,大地溢流电阻,=,一般，前三种忽略不计,跨步电压,无穷远处零电位,接触电压,电力系统工作接地电阻值,一般在,0.5,10,范围内,发电厂、变电所电气装置,保护接地,的接地电阻要求简介：,有效接地和低电阻接地系统,，一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式：,R2000/I,；,当接地电阻不符合上式要求时，可通过技术经济比较，增大接地电阻，但不得大于,5,，并验算跨步电压和接触电压；,交流电气装置的接地,DL/T,621,1997,不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中：,高压与发电厂、变电所电力生产用低压电气装置共用的接地装置应符合下式,R120/I,但不超过,4,高压电气装置的接地装置，应符合下式,R250/I,但不超过,10,在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于,30,发电厂、变电所电气装置,雷电保护接地,的接地电阻,独立避雷针,(,含悬挂独立避雷线的架构,),的接地电阻。在土壤电阻率不大于,500,m,的地区不应大于,10,；,变压器门型构上避雷针、线的接地电阻应符合,DL/T 620,1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合,的要求,发电厂和变电所有爆炸危险且爆炸后可能波及发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建,(,构,),筑物，防雷电感应的接地电阻不应大于,30,。,发电厂的易燃油和天然气设施防静电接地的接地电阻不应大于,30,。,架空线路杆塔保护接地的接地电阻不宜大于,30,。,架空线路雷电保护接地的接地电阻应符合,DL/T 620,1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合,的要求。,冲击雷电流下接地电阻的变化,出现火花效应，使接地电阻减小；,当接地体长度较长时出现电感效应，使接地电阻增大；,冲击电流流过的接地电阻：,冲击接地电阻,R,ch,冲击系数,ch,，一般小于,1,接地电阻的计算,单根垂直接地体,采用扁钢：,采用角钢钢：,单根水平接地体,A:,形状系数,表,1,系数,A,与接地体型式的关系,接地体,K,接地体,K,接地体,L,1,/L,2,K,1,8.45,1.5,5.81,1.27,19.2,2,6.42,1.46,L,2,/4D,2,3,8.17,2.38,5.53,4,10.4,D,L,L,2,L,1,变电所地网接地电阻计算经验公式,：土壤电阻率,L:,全部水平接地体的总长度，,m,；,S:,接地网所占的总面积,人工接地极工频接地电阻简易计算式,接 地 极 型 式,简 易 计 算 式,垂 直 式,R,0.3,单根水平式,R,0.03,复 合 式,(,接地网,),注,1,垂直式为长度,3m,左右的接地极；,2,单根水平式为长度,60m,左右的接地极；,3,复合式中，,S,为大于,100m,2,的闭合接地网的面积；,r,为与接地网面积,S,等值的圆的半径，即等效半径。,多根垂直接地体并联,ch,冲击利用系数,土壤电阻率,计算雷电保护接地装置所采用的土壤电阻率，应取雷季中最大可能的数值，并按下式计算,0,土壤电阻率，,m,；,0,雷季中无雨水时所测得的土壤电阻率，,m,；,考虑土壤干燥所取的季节系数。,雷电保护接地装置的季节系数,埋 深,m,值,水平接地极,2,3m,的垂直接地极,0.5,1.4,1.8,1.2,1.4,0.8,.,1.25,1.45,1.15,1.3,2.5,.,1.0,1.1,1.0,1.1,(,深埋接地极,),注：测定土壤电阻率时，如土壤比较干燥，则应采用表中的较小值；如比较潮湿，则应采用较大值。,小结：,电力系统中电气装置按用途接地有,4,种类型：工作,(,系统,),接地、保护接地、雷电保护接地、防静电接地；,发电厂、变电所内，不同用途和不同电压的电气装置、设施，应使用一个总的接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求；,小结,：,冲击电流作用下的接地电阻为冲击接地电阻；,多根接地极之间会存在屏蔽效应，使接地电阻增大；,土壤电阻率，对接地电阻有决定性影响，也是设计接地装置的重要依据。,