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1、第二篇第二篇电力系统过电压及其防护电力系统过电压及其防护主要内容主要内容 雷电放电实质上是一种超长气隙的雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电火花放电，它所产，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的大的电磁效应、机械效应和热效应。电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：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雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压很高的雷电过电压，它是造，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之
2、一 产生巨大电流产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通，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。过电动力引起机械损坏。电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。5.1.1 雷电放电的过程雷电放电的过程水滴分裂起电理论水滴分裂起电理论：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。雷云的底部大多是带气流带往高空，形成大片带负电的雷云。雷云的底部大
3、多是带负电荷，在地面上感应出大量的正电荷。负电荷，在地面上感应出大量的正电荷。带有大量不同极性的雷云之间、雷云对地之间就形成了带有大量不同极性的雷云之间、雷云对地之间就形成了强大的强大的电场电场。雷云中的雷云中的电荷分布电荷分布当空间电场强度超过当空间电场强度超过大气电离的放电的临大气电离的放电的临界电场强度时，就会界电场强度时，就会发生发生云间或对大地的云间或对大地的火花放电火花放电。放电通道的电流可达放电通道的电流可达几十或几百千安。几十或几百千安。l 先导放电阶段先导放电阶段 负极性雷在地面上感应出正电荷，雷云与地面之间形负极性雷在地面上感应出正电荷，雷云与地面之间形成强电场，雷云中的负
4、电荷受电场作用不断向下延伸，成强电场，雷云中的负电荷受电场作用不断向下延伸，形成了一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接形成了一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接l 主放电阶段主放电阶段 通道产生突发的明亮，发出巨大的声响，通道流过幅通道产生突发的明亮，发出巨大的声响，通道流过幅值很大的，延续时间近百微秒的冲击电流值很大的，延续时间近百微秒的冲击电流 主放电是造成破坏作用，形成过电压、电动力、爆破主放电是造成破坏作用，形成过电压、电动力、爆破力的主要因素力的主要因素l 余辉放电阶段余辉放电阶段 剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地。电流逐渐衰剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地。电流逐渐
5、衰减，约为减，约为1000100010A10A，持续时间约为几，持续时间约为几msms。余辉放电是造成物体热效应的主要因素。余辉放电是造成物体热效应的主要因素。雷电放电过程雷电放电过程5.1.2 5.1.2 雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值研究表明研究表明：雷电放电的先导通道具有：雷电放电的先导通道具有分布参数的特分布参数的特性性，可认为它是一个具有电感、电容等均匀分布参，可认为它是一个具有电感、电容等均匀分布参数的导电通道，称为数的导电通道，称为雷电通道雷电通道，其波阻抗为，其波阻抗为Z Z0.0.1.1.雷击地面时雷击地面时0Z 雷电先导通道中带
6、有与雷电先导通道中带有与雷云极性相同的电荷（一般雷云极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云雷云多为负极性），自雷云向大地发展。向大地发展。由于雷云及先导电场的由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。极性相反的电荷。主放电前0Z 当先导发展到离大地当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展，若大点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即
7、主放电所到之处的电位即降为零电位。降为零电位。主放电时LLvi0ZjZZiZi雷击物体时电流波的运动雷击物体时电流波的运动 若雷击于具有分布参数若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线特性的避雷针、线路或导线时，则雷击时电流的运动可时，则雷击时电流的运动可描述如图，负极性电流波将描述如图，负极性电流波将自雷击点自雷击点“0 0”沿被击物流动，沿被击物流动，同时，相同数量的正极性电同时，相同数量的正极性电流波将自雷击点流波将自雷击点“0 0”沿通道沿通道向上发展。向上发展。2 雷击中避雷针、地线或导线时jLZZZZvi00v流经物体的电流波与被击流经物体的电流波与被击 物体的波阻抗有关物体的
8、波阻抗有关v当当Z Zj j=0=0时，流经被击物体时，流经被击物体 的电流定义为雷电流的电流定义为雷电流LLvijLZZZZii00n雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放；从电雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放；从电源性质来看，这相当于一个源性质来看，这相当于一个电流源电流源的作用过程；的作用过程；n雷电放电的物理过程虽然很复杂，但从地面感受到的实际雷电放电的物理过程虽然很复杂，但从地面感受到的实际效果和防雷保护实际工程角度，可以把它看成是效果和防雷保护实际工程角度，可以把它看成是一个沿着一个沿着固定波阻抗的雷电通道向地面传播电磁波的过程固定波阻抗的雷电通道向地面传播电磁波
9、的过程。可依据。可依据此建立计算模型。此建立计算模型。n在雷电放电的过程中，人们能够测知的电量，是雷击地面在雷电放电的过程中，人们能够测知的电量，是雷击地面时流过被击物体的电流时流过被击物体的电流i，然后再根据计算模型反推雷电波，然后再根据计算模型反推雷电波的电流。的电流。注意理解：注意理解：为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的 在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电雷电日日Td或一个或一个雷电小时雷电小时Th 由
10、于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多年平均值年平均值年平均雷电日年平均雷电日1、雷电日及雷电小时、雷电日及雷电小时5.1.3 雷电参数雷电参数雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关 Td 40，多雷区；，多雷区；90，强雷区，强雷区ThN100100010单位：次单位：次/100公里公里年年我国规程规定，对我国规程规定，对Td=40的地区，取的地区，取 次次/平方公里平方公里.雷电日雷电日地面落雷密度地面落雷密度：指每个雷电日每平方公里的地面上：指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落
11、雷次数（单位：次的平均落雷次数（单位：次/平方公里平方公里雷电日）雷电日）2、地面落雷密度和输电线路落雷次数、地面落雷密度和输电线路落雷次数0.015若一般高度的线路的等值受雷面的宽度为若一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h(h为线为线路平均高度路平均高度(m)，则输电线路年平均遭受雷击的次，则输电线路年平均遭受雷击的次数：数：雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类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，具有某一等值波阻似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为抗，称为雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗。我国有关规程建议我国有关规程建议取取Z03003、雷电通道的波阻抗、
12、雷电通道的波阻抗第第2 2节节 防雷保护装置防雷保护装置 为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线），其作用是将雷电被保护物的避雷针（或避雷线），其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。保护了设备。主要内容：主要内容：避雷针和避雷线避雷针和避雷线 避雷器避雷器 防雷接地防雷接地防雷保护装置的作用：防雷保护装置的作用：避雷针、避雷线避雷针、避雷线：可以防止雷电直接击中被保护：可以防止雷电直接击中被保护物体，也称作直击雷保护。物体，也称作直击雷保护。避雷器避雷
13、器：防止沿输电线侵入变电所的雷电过电：防止沿输电线侵入变电所的雷电过电压波，因此也称作侵入波保护。压波，因此也称作侵入波保护。接地装置接地装置：减少避雷针（线）或避雷器与大地：减少避雷针（线）或避雷器与大地（零电位）之间的电阻值，以达到降低雷电过电（零电位）之间的电阻值，以达到降低雷电过电压幅值的目的。压幅值的目的。避雷针避雷针 保护原理：保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地
14、从放电，再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击。而使被保护物体免遭雷击。一、避雷针和避雷线一、避雷针和避雷线避雷针（线）主要防直雷击避雷针（线）主要防直雷击：她是由金属制成，比：她是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置。其作用是将被保护设备高，具有良好接地的装置。其作用是将雷雷吸引吸引到自己身上，并安全导入地中，从而保护了到自己身上，并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备和建筑免受雷击。附近比它矮的设备和建筑免受雷击。避雷针的保护对象：避雷针的保护对象：一般用于保护发电厂和变电站，可根据不同情况装一般用于保护发电厂和变电站，可根据不同情况装设在配电构架上，或独立架
15、设。设在配电构架上，或独立架设。避雷线避雷线作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也可用于保护发电厂和变电所也可用于保护发电厂和变电所 对避雷器的基本技术要求对避雷器的基本技术要求 过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保护这需要由两者的伏秒特性的配合来保护 避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次过零时的工频续流，使系统恢复正常在某次过零时的工频续流，使系统恢复正常二、避雷器二、避雷器避雷器的作用：避雷器的作用：是用以
16、限制由线路传来的雷电过是用以限制由线路传来的雷电过电压（雷电入侵波）或由操作引起的内部过电压的电压（雷电入侵波）或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。一种电气设备。避雷器避雷器避雷器避雷器1.接地接地电工中电工中“地地”是指地中不受入地电流的影响而保持着是指地中不受入地电流的影响而保持着零电位零电位的土地。的土地。接地接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点，通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地经常保节点，通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地经常保持等电位。持等电位。电力系统的接地分为三类：电力系统的接地分为三类：工作接地工作接地：根据系统正常运行要求设置。如三相系统的中：根据系统正常运行要求设置。如三相系统的中性点接地，其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设性点接地，其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平。备的绝缘水平。保护接地保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，它在故障条件下才发挥作用它在故障条件下才发挥作用防雷接地防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地
