第八章-雷电及防雷设备分析

-少少 雷雷 区区 ：T Td d15 15 如：中国西北如：中国西北中等雷区中等雷区 ：15T15Td d40 40 Td40 如：华南某些地区如：华南某些地区雷电强烈区：雷电强烈区：T Td d90 90 如：海南岛如：海南岛 雷州半岛。雷州半岛。标准雷暴日为标准雷暴日为4040日日每雷暴日、每平每雷暴日、每平方公里地面落雷次数。方公里地面落雷次数。DL/T620-1997推荐，在雷暴日为推荐，在雷暴日为40的地区：的地区：1）地面落雷密度：）地面落雷密度：=0.07次次/km22）每）每100km输电线每年雷击次数输电线每年雷击次数 )(.4hb280Nb b导线间的距离导线间的距离h h导线的平均对地高度导线的平均对地高度 220kV线路，线路，b=11.6m，h=24.5m 百公里雷击次数：百公里雷击次数：N=30.7次次 500kV线路，线路，b=18.6m，h=27.25m 百公里雷击次数：百公里雷击次数：N=35.7次次 75%90%的雷击都是负极性的的雷击都是负极性的 雷电流通常定义为雷击于小接地雷电流通常定义为雷击于小接地电阻电阻(30)的物体时流过雷击点的物体时流过雷击点的电流的电流。雷电流幅值与出现概率可下式计雷电流幅值与出现概率可下式计算算:88IlgP雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长平均陡度：平均陡度：(/)2.6IakAS 建议取建议取400400欧姆欧姆000ui Z 新华网重庆新华网重庆2007年月日电（记者王金年月日电（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、日遭受雷击，造成名小学生死亡、名小学生受伤，其中人重伤。名小学生受伤，其中人重伤。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（线）的保护原理可以归为：避雷针尖场强高，大量感应电荷畸避雷针尖场强高，大量感应电荷畸变电场，并吸引雷电变电场，并吸引雷电先导先导沿向避雷沿向避雷针方向发展，直击于其上；针方向发展，直击于其上；针尖放电引起上行先导，更加吸引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；下行先导向避雷针方向发展；避雷针保护动画演示：避雷针保护动画演示：雷 云+电力系统标准与统计数据 避雷针的保护范围计算避雷针的保护范围计算u单支避雷针保护范围；单支避雷针保护范围；u两支等高避雷针联合保护范围；两支等高避雷针联合保护范围；u两支不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；u三支避雷针联合保护范围；三支避雷针联合保护范围；u多支避雷针联合保护范围。多支避雷针联合保护范围。xh2hhxPhhrxx)(垂直保护范围截面水平保护范围截面P2hhxPhhrxx)25.1(垂直保护范围截面水平保护范围截面xhx5h1.高度修正系数 h 30m P=1hhP5.530 h120m 取取P=120m计算计算 P 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。10m5m10mh=?根据题意：根据题意：rx15mrx15m由公式由公式r rx x(1.5h(1.5h2h2hx x)P (h)P (hx xh/2)h/2)r rx x(1.5h(1.5h2h2hx x)P15m)P15m且且h hx x=10m=10m若针高若针高h h30m30m，P P1 1，解得：，解得：h23.3mh23.3mhh25m25m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？雷电是由于雷云引起的云间和云地之雷电是由于雷云引起的云间和云地之间的长间隙放电；间的长间隙放电；地面落雷对电力系统造成危害；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、雷电具有多种参数，其中包括雷暴日、落雷密度等重要参数；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。物体，并存在一定的绕击率。1.5 hh2h1D123bx31bx12bx23123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bx0，则中间部分均能保护单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围hhh/2hrxhx避雷器保护作用原理示意图避雷器保护作用原理示意图避雷器的基本要求：避雷器的基本要求：50%t50%t应有较强的绝缘强度自恢复应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续能力，以利于快速切断工频续流，使系统得以继续运行流，使系统得以继续运行F F电气设备串联间隙SiC阀片外瓷套雷电计数器uiCiuCiu）（10F F电气设备接地电阻3）保护性能更加优越：1.伏安特性更优；2.伏秒特性更平坦；）（04.001.0uiU1mA1mACiuMOAMOA避雷器的电气参数避雷器的电气参数1)1)额定电压额定电压 施加到避雷器端子间的最大容许施加到避雷器端子间的最大容许工频电压工频电压(kV,(kV,有效值有效值)RU2)2)残压残压 u uresres放电电流通过避雷器时在端子间的放电电流通过避雷器时在端子间的最大电压值最大电压值(kV kV 峰值峰值)220kV220kV及以下系统及以下系统 u5u5330kV330kV及以上系统及以上系统 u10u10R1mAu U3)3)参考电压参考电压u urefref直流参考电压直流参考电压:在直流参考电流在直流参考电流(1mA)(1mA)下测出的避雷器上下测出的避雷器上的电压的电压 工作接地 保护接地 防雷接地 防静电接地 在电气设备发生故障时，电气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，所有电气此为了保证人身安全，所有电气设备的外壳必须接地，设备的外壳必须接地，这种接地这种接地称为保护接地。称为保护接地。=002 rIvR电力系统工作接地电阻值电力系统工作接地电阻值 一般在一般在0.50.51010范围内范围内 ，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交流电气装置的接地 DL/TDL/T 62162119971997 不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中：统中：高压与发电厂、变电所电力生产用低压高压与发电厂、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、变电所电气装置发电厂、变电所电气装置雷电保护雷电保护接地接地的接地电阻的接地电阻 独立避雷针独立避雷针(含悬挂独立避雷线的架构含悬挂独立避雷线的架构)的的接地电阻。在土壤电阻率不大于接地电阻。在土壤电阻率不大于500500m m的的地区不应大于地区不应大于10 10；变压器门型构上避雷针、线的接地电阻应变压器门型构上避雷针、线的接地电阻应符合符合DL/T 620DL/T 62019971997交流电气装置的过交流电气装置的过电压保护和绝缘配合电压保护和绝缘配合的要求的要求 发电厂和变电所有爆炸危险且爆炸后可能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波及发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建发供电的建(构构)筑物，防雷电感应的接地筑物，防雷电感应的接地电阻不应大于电阻不应大于3030。发电厂的易燃油和天然气设施防静电接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地的接地电阻不应大于3030。架空线路杆塔保护接地的接地电阻不宜大架空线路杆塔保护接地的接地电阻不宜大于于3030。架空线路雷电保护接地的接地电阻应符合架空线路雷电保护接地的接地电阻应符合DL/T 620DL/T 62019971997交流电气装置的过电交流电气装置的过电压保护和绝缘配合压保护和绝缘配合的要求。的要求。冲击雷电流下接地电阻的变化冲击雷电流下接地电阻的变化 出现火花效应，使接地电阻出现火花效应，使接地电阻减小；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Rch 冲击系数ch，一般小于1)(dl4lnl2R 2bd 84b.0d 单根水平接地体)(Adhllnl2R2 表1系数A与接地体型式的关系 接地体 K接地体 K K接地体 L1/L2 K18.458.451.55.811.2719.219.226.421.46 L L2 2/4D/4D2 2 3 8.172.38 5.53 410.4.0 5RS人工接地极工频接地电阻简易计算式rSR28.05.0LrLSR44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100m2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多根垂直接地体并联chchchnRR1冲击利用系数冲击利用系数土壤电阻率土壤电阻率 计算雷电保护接地装置所采用的土壤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，电阻率，应取雷季中最大可能的数值，并按下式计算并按下式计算0 0 土壤电阻率，土壤电阻率，m m；0 0雷季中无雨水时所测得雷季中无雨水时所测得的土壤电阻率，的土壤电阻率，m m；考虑土壤干燥所取的季节考虑土壤干燥所取的季节系数。系数。雷电保护接地装置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23m的垂直接地极0.51.41.81.21.40.8.1.251.451.151.32.5.1.01.11.01.1(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电力系统中电气装置按用途接地有4 4种种类型：类型：工作工作(系统系统)接地、保护接地、接地、保护接地、雷电保护接地、防静电接地；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接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求；的要求；小结：冲击电流作用下的接地电阻为冲击接地冲击电流作用下的接地电阻为冲击接地电阻；电阻；多根接地极之间会存在屏蔽效应，使接多根接地极之间会存在屏蔽效应，使接地电阻增大；地电阻增大；土壤电阻率，对接地电阻有决定性影响，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。也是设计接地装置的重要依据。