七章雷电放电及防雷保护装置课件.ppt
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- 雷电 放电 防雷 保护装置 课件
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1、第三篇第三篇电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合第七章第七章雷电放电及防雷保护装置雷电放电及防雷保护装置雷电现象雷电现象富兰克林富兰克林(Franklin Benjamin)统一了统一了天电天电和和地电地电,彻底破除了人们对雷电的恐惧。,彻底破除了人们对雷电的恐惧。17491749年,他的夫人丽达在观看莱顿瓶串联实验时,无意碰到莱年,他的夫人丽达在观看莱顿瓶串联实验时,无意碰到莱顿瓶上的金属杆,被电火花击倒在地,卧病一周,使他更顿瓶上的金属杆,被电火花击倒在地,卧病一周,使他更坚定了探讨雷电实质的决心。他一方面列举了坚定了探讨雷电实质的决心。他一方面列举了1212条静电火条静电火花
2、与雷电火花的相同之处,一方面通过岗亭实验和风筝实花与雷电火花的相同之处,一方面通过岗亭实验和风筝实验(验(17521752年年6 6月)给予实验证明。他的一封封书信通过柯月)给予实验证明。他的一封封书信通过柯林森在英国皇家学会宣读,开始时受到的是嘲笑、怀疑,林森在英国皇家学会宣读,开始时受到的是嘲笑、怀疑,后来他的论文集后来他的论文集电学实验与研究电学实验与研究出版,特别是风筝实出版,特别是风筝实验的报告轰动了欧洲,使人们看到电学是一门有广大前景验的报告轰动了欧洲,使人们看到电学是一门有广大前景的科学,避雷针也成了人类破除迷信征服自然的一项重要的科学,避雷针也成了人类破除迷信征服自然的一项重要
3、技术成果,推动了电学、电工学的发展。技术成果,推动了电学、电工学的发展。俄国化学家,哲学家俄国化学家,哲学家 ,被誉为,被誉为“俄国科学史上俄国科学史上的彼得大帝的彼得大帝”1818世纪中叶,电学还处于萌芽时世纪中叶,电学还处于萌芽时期。在大西洋彼岸的美国科学家富兰克林做风期。在大西洋彼岸的美国科学家富兰克林做风筝实验,用莱顿瓶收集雷电的同时,俄国科学筝实验,用莱顿瓶收集雷电的同时,俄国科学家罗蒙诺索夫和利赫曼也在重复富兰克林的风家罗蒙诺索夫和利赫曼也在重复富兰克林的风筝实验,舍身、忘死地研究雷电现象。他们在筝实验,舍身、忘死地研究雷电现象。他们在自己家的屋顶上架设了所谓的自己家的屋顶上架设了
4、所谓的“雷电器雷电器”装置装置,在霹雳的雷声中观察雷电器上的电火花。而,在霹雳的雷声中观察雷电器上的电火花。而利赫曼在实验中不幸以身殉职。利赫曼在实验中不幸以身殉职。罗蒙诺索夫(罗蒙诺索夫(Lomonosov Mikhil Vasilievich)雷电对电力系统的危害雷电对电力系统的危害1.雷电放电在电力系统中引起很高的雷电雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压(过电压(大气过电压大气过电压)从而造成电力系统)从而造成电力系统的绝缘损坏和停电。的绝缘损坏和停电。2.雷电放电所产生的巨大电流使雷电放电所产生的巨大电流使导体熔断导体熔断或或通过电动力引起机械损坏通过电动力引起机械损坏。7.1 7
5、.1 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时(雷电活动频度)(雷电活动频度)雷暴日雷暴日一年中发生雷电的天数一年中发生雷电的天数雷暴小时雷暴小时一年中发生雷电的小时数一年中发生雷电的小时数统计资料表明:统计资料表明:在我国一个雷暴日(在我国一个雷暴日(Td)大致克折合)大致克折合为为3个雷暴小时个雷暴小时(Th)。(通常取通常取40个雷暴日作为基准个雷暴日作为基准)衡量雷电活动的雷电参数衡量雷电活动的雷电参数少雷区少雷区Td小于等于小于等于15多雷区多雷区Td大于大于40强雷区强雷区Td大于大于90或运行经验表或运行经验表明雷害特别严重的地区明雷害特别严重的地
6、区地面落雷密度地面落雷密度地面落雷密度(地面落雷密度():):每一雷暴日、每平方公里地每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数面遭受雷击的次数为什么引入为什么引入“地面落雷密度地面落雷密度”这一概这一概念念“地面落雷密度地面落雷密度”和和“雷暴日雷暴日”的联的联系系雷道波阻抗雷道波阻抗雷电通道的长度可达数千米,而半径仅为数雷电通道的长度可达数千米,而半径仅为数厘米,类似于厘米,类似于一条具有分布参数的电力线路一条具有分布参数的电力线路,从而具有某一等值的波阻抗,称为从而具有某一等值的波阻抗,称为雷道波阻雷道波阻抗抗(Z0,我国有关规程建议取波阻抗为,我国有关规程建议取波阻抗为300欧)欧)雷道
7、的极性雷道的极性为什么防雷计算中一般为什么防雷计算中一般按负极性雷按负极性雷考虑考虑雷电流雷电流i幅值(幅值(I):):表示表示雷电强度的指标,雷电强度的指标,是产生雷电过电压是产生雷电过电压的根源的根源88lgIp幅值大于幅值大于I I的雷电流出现的概率的雷电流出现的概率雷电流的波头、陡度及波长雷电流的波头、陡度及波长波前波前(2.6微秒)微秒)波长波长(半波峰时(半波峰时间间40微秒微秒)波前陡度:波前陡度:)/(6.2skAI雷电流的计算波形雷电流的计算波形双指数波;双指数波;斜角波;斜角波;斜角平顶波;斜角平顶波;半余弦波;半余弦波;双指数波双指数波0it0()tti I eeIT1斜
8、角波斜角波0itit斜角平顶波斜角平顶波0it11tt TiIt TIT1半余弦波半余弦波i0.5(1 cos)iItIT1雷电多重放电次数及总延续时间雷电多重放电次数及总延续时间统计数据表明:统计数据表明:一次雷电放电往往包含多一次雷电放电往往包含多次重复放电;且每次雷电放电总的延续时次重复放电;且每次雷电放电总的延续时间(包括多次重复放电)不同。间(包括多次重复放电)不同。雷电放电能量雷电放电能量雷电放电能量不大,但由于雷电放电的持雷电放电能量不大,但由于雷电放电的持续时间很短,因此放电功率很大!续时间很短,因此放电功率很大!雷电过电压的形成雷电过电压的形成ASRARv先导放电先导放电主放
9、电主放电开光开光S闭合闭合雷雷电电先先导导雷电过电压的计算等值回路雷电过电压的计算等值回路A00,u iv0ZR直击雷过电压计算案例直击雷过电压计算案例Case 1:雷击于地面上接地良好的物体:雷击于地面上接地良好的物体:00002 30021.92300 15ooiZiiiiiZR雷电流:雷电流:02II雷电过电压:雷电过电压:AiUIRCase 2:雷击于导线或避雷线:雷击于导线或避雷线:0U0ZZZ感应雷过电压计算案例感应雷过电压计算案例雷击点与电力线路间距离大于雷击点与电力线路间距离大于65m时:时:25ciIhUs雷击于塔顶等靠近导线的接地物体时:雷击于塔顶等靠近导线的接地物体时:i
10、cUh7.2 7.2 防雷保护装置防雷保护装置防雷保护装置的必要防雷保护装置的必要性性防雷保护装置的种类防雷保护装置的种类避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、防雷接地一、避雷针和避雷线一、避雷针和避雷线独独立立避避雷雷针针构构架架避避雷雷针针消雷器消雷器保护原理保护原理能使雷云电场发生突变,使雷电先导的发能使雷云电场发生突变,使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展,直击于其上,展沿着避雷针的方向发展,直击于其上,雷电流通过避雷针(线)及接地装置泄入雷电流通过避雷针(线)及接地装置泄入大地而防止避雷针(线)周围的设备受到大地而防止避雷针(线)周围的设
11、备受到雷击雷击保护范围保护范围是否处于避雷针(是否处于避雷针(线线)保护范围保护范围内的物内的物体一定不会遭受雷击体一定不会遭受雷击单支避雷针保护范围单支避雷针保护范围PhhrhhPhhrhhxxxxxx)25.1(2)(2h:避雷针高度(避雷针高度(m)xh被保护物高度被保护物高度(m)P:高度影响系数高度影响系数hPmhmPmh5.5,120301,30一味地增加避雷针的高度是一味地增加避雷针的高度是否是增大保护范围的否是增大保护范围的“良策良策”两支避雷针保护范围两支避雷针保护范围a.定出保护范围上部边缘最低点高度:定出保护范围上部边缘最低点高度:PDhh70二针间被保护物高度水平面上保
12、护范围的一侧宽二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度:度:)(5.10 xxhhb两支不等高避雷针两支不等高避雷针避雷线的保护角避雷线的保护角二、避雷器二、避雷器什么是避雷器什么是避雷器与保护绝缘并联的能限制过电压波幅值的保护与保护绝缘并联的能限制过电压波幅值的保护装置装置避雷器的必要性避雷器的必要性1.1.绕击率的问题绕击率的问题2 2过电压波沿线路入侵发电厂和变电所过电压波沿线路入侵发电厂和变电所保护间隙保护间隙为什么通常做成角形为什么通常做成角形防止主间隙防止主间隙被外物短接被外物短接绝缘支撑绝缘支撑作用原理:作用原理:当雷电侵当雷电侵入波要危及它所保护入波要危及它所保护的电气设备
13、的绝缘时,的电气设备的绝缘时,间隙首先击穿,工作间隙首先击穿,工作母线接地,避免了被母线接地,避免了被保护设备上的电压升保护设备上的电压升高,从而保护了设备。高,从而保护了设备。优点优点:结构简单、制造方便结构简单、制造方便保护间隙的特点保护间隙的特点缺点:缺点:1.伏秒特性曲线比较陡(伏秒特性曲线比较陡()绝缘)绝缘配合不理想;配合不理想;2.间隙动作后会形成截波;间隙动作后会形成截波;3.熄弧能力低熄弧能力低(电弧不即使熄灭有什电弧不即使熄灭有什么后果么后果 )管式避雷器(管式避雷器(排气式排气式避雷器)避雷器)结构结构胶木管(胶木管(增大增大机械强度机械强度)作用原理作用原理当排气式避雷
14、器受到雷电波入侵时,内当排气式避雷器受到雷电波入侵时,内外间隙同时击穿,雷电流经间隙流入大外间隙同时击穿,雷电流经间隙流入大地;过电压消失后,在工作电压作用下,地;过电压消失后,在工作电压作用下,流经间隙的工频续流电弧的高温使管内流经间隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料(产气材料(电弧高温下能产生大量气体电弧高温下能产生大量气体的纤维、塑料或特种橡胶的纤维、塑料或特种橡胶)分解出大量)分解出大量气体,管内压力升高,气体,管内压力升高,气体从开口孔喷气体从开口孔喷出,造成对电弧的强烈纵吹出,造成对电弧的强烈纵吹,从而使工,从而使工频续流在频续流在1 1到到3 3个周波内熄灭。个周波内熄灭。特点
15、特点其熄弧能力与工频续流大小有关,其熄弧能力与工频续流大小有关,续续流太大,产气过多,易使管子炸裂;流太大,产气过多,易使管子炸裂;续流太小,产气不足以熄弧,故对工续流太小,产气不足以熄弧,故对工频续流有频续流有上下限上下限的规定。的规定。GXW3515缺点缺点伏秒特性较陡且会形成截波(同保护间隙)伏秒特性较陡且会形成截波(同保护间隙)虽有较强的灭弧能力,但在求得安装点的短路虽有较强的灭弧能力,但在求得安装点的短路电流后,要选择一种合乎要求的管式避雷器有电流后,要选择一种合乎要求的管式避雷器有时并不容易。时并不容易。运行维护比较麻烦运行维护比较麻烦可靠性不高容易炸管可靠性不高容易炸管阀式避雷器
16、阀式避雷器电力系统中对电力系统中对变压器变压器进行防雷保护的进行防雷保护的主力主力(保(保护间隙和管式避雷器都不能胜任)护间隙和管式避雷器都不能胜任)F F(火花间隙)(火花间隙)工作电阻(工作电阻(阀片阀片)瓷套瓷套接地装置的冲击接地电阻接地装置的冲击接地电阻被保护设备被保护设备的绝缘的绝缘放电后放电后工作电阻工作电阻上的电压波形上的电压波形线性电阻线性电阻ut0原始过电压波原始过电压波SiC阀片阀片理想阀片理想阀片URUb(i)U(残压)(残压)阀片电阻的阀片电阻的伏安伏安特性特性CiU:非线性系数非线性系数(数值(数值越小,非线性程度越高,越小,非线性程度越高,低温烧结的低温烧结的SiC
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