1、第四章第四章 雷電參數及防雷雷電參數及防雷設施設施雷電參數雷電參數防雷保護裝置防雷保護裝置雷電及其危害雷電及其危害接地裝置接地裝置 避雷器與電子設備防雷保護器件避雷器與電子設備防雷保護器件目目 錄錄 4.1.1 4.1.1 雷云的形成雷云的形成 雷云雷云： 帶電的云帶電的云( (是產生雷電放電的先決條件是產生雷電放電的先決條件) )一大塊雷云同極性的總電荷可達數百庫每個電荷中心的一大塊雷云同極性的總電荷可達數百庫每個電荷中心的電荷約為電荷約為0.10.110C10C5 510km10km的高度主要是正電荷的云的高度主要是正電荷的云1 15km5km的高度主要是負電荷的云的高度主要是負電荷的云

2、q4.1.2 4.1.2 雷電雷電放電放電雷電放電的三個段雷電放電的三個段 云、地間電場強度達到空氣的擊穿場強時(約10-30kV/cm)，空氣發生電離，產生一個向地面發展的等離子通道先導放電 下行先導到達地面、或與地面上的突出物上產生的迎面先導相遇，產生雷云與大地的放電通道主放電 主放電結束后，云中剩余電荷沿主放電通道釋放余光放電各階段的特點各階段的特點 下行負先導是逐級向下發展的； 電流小，約100A；先導放電 放電速度約為光速的1/20-1/2； 持續時間短，約50-100微秒； 放電電流大，達幾十至上百千安；主放電 放電速度慢，約為光速的1/100； 持續時間長，約為0.03-0.15

3、秒； 放電電流不大。余光放電下行雷 雷電的危害直擊雷感應雷侵入波跨步電壓和接觸電壓高電位引外4.1.3 4.1.3 雷電雷電的的危害危害 雷電流幅值雷電流幅值雷電流波形雷電流波形地面落雷密度地面落雷密度最大陡度最大陡度4.2.1 4.2.1 雷暴雷暴日（日（T Td d）: : 雷暴日雷暴日一年中發生雷電放電的天數一年中發生雷電放電的天數規程規定：規程規定： T Td d 151515 T15 Td d 404040 T40 Td d 909090 T90 Td d少雷區少雷區 中雷區中雷區 多雷區多雷區 強雷區強雷區( (衡量雷電活動頻繁的程度衡量雷電活動頻繁的程度) )雷電的極性雷電的極性

4、4.2 4.2 雷電雷電參數參數標準雷暴日：標準雷暴日：4040 q0.070.07次次/ /平方公里平方公里雷暴日雷暴日4.2.2 4.2.2 地面落雷密度地面落雷密度: : 單位時間、單位面積的地面平均落雷次數單位時間、單位面積的地面平均落雷次數0.24T0.24Td d0.3 0.3 40dT 線路每百公里每年的線路每百公里每年的雷擊次數雷擊次數N N 雷電流幅值波形陡度a= I/Ta= I/T1 1 = I/2.6 = I/2.6 kA /s kA /s 極性90%是負極是負極性性4.2.3 4.2.3 雷電流雷電流 4.2.4 4.2.4 雷電雷電放電的計算模型放電的計算模型 4.3

5、 4.3 防雷保護裝置防雷保護裝置4.3.1 4.3.1 避雷針避雷針引 下 線6 m m接 地 體 接 閃 器 1 0 1 2 m m1.1.避雷針的結構避雷針的結構2.2.避雷針的作用避雷針的作用: :引雷引雷 、泄雷、泄雷 3. 3. 避雷針的保護范圍避雷針的保護范圍: :單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍避雷針的高度避雷針的高度系數系數 兩支等高避雷針聯合保護范圍兩支等高避雷針聯合保護范圍21 時時時時 兩根避雷線的保護范圍兩根避雷線的保護范圍 避雷線的保護角避雷線的保護角 4.4 4.4 避雷器避雷器與電子設備防雷保護器件與電子設備防雷保護器件避雷器的作用防止設備遭受雷電波（侵

6、入波）的危害防止設備遭受雷電波（侵入波）的危害 264.4.1 4.4.1 基本基本要求要求 （1 1）過電壓限制器的放電）過電壓限制器的放電電壓應略高于電壓應略高于系系統的最大統的最大工作電壓。工作電壓。（2 2）過電壓限制器應具有良好的伏秒特性）過電壓限制器應具有良好的伏秒特性，與與被保護設備有合理的被保護設備有合理的絕緣配合。絕緣配合。（3 3）過電壓限制器應有較強的絕緣強度）過電壓限制器應有較強的絕緣強度自自恢復能力。恢復能力。 伏秒特性的配合伏秒特性的配合（a a）配合好；）配合好； （b b）配合不好）配合不好 （c c）帶狀伏秒曲線）帶狀伏秒曲線 1.1.保護間隙保護間隙多用于配

7、電變壓器或中性點保護多用于配電變壓器或中性點保護 缺點缺點: :熄弧能力差熄弧能力差 優點優點: :結構簡單、結構簡單、 價格便宜價格便宜要消除故障必須開關動作要消除故障必須開關動作4.4.2 4.4.2 避雷器避雷器 產生截波產生截波2.2.排氣式避雷器排氣式避雷器 存在問題：存在問題：3.3.閥式避雷器閥式避雷器 優點優點 伏伏- -秒特性平坦秒特性平坦, ,不產生截波不產生截波 防止截波防止截波: : 與間隙串聯一個電阻與間隙串聯一個電阻R R電阻的作用電阻的作用: : 防止截波防止截波阻尼振蕩阻尼振蕩 單個平板型放電間隙的結構單個平板型放電間隙的結構 閥片的伏安特性閥片的伏安特性 標準

8、放電間隙組標準放電間隙組 0.50.2 :C Siciu 0.040.01 :ZnO非線性系數非線性系數4 4、氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器優點無間隙無續流耐重復動作能力強通流容量大易于制成直流系統用避雷器適用于大批量生產、造價低、經濟性好無無間隙氧化鋅避雷器的電氣參數間隙氧化鋅避雷器的電氣參數1.1.標稱標稱放電電流放電電流沖擊波形為沖擊波形為8/208/20 s s的放的放電電流峰值電電流峰值1.5k kA A2.5k kA A5kAkA20kAkA10kAkA1kAkA2.2.殘壓殘壓 放電電流通過避雷器時在端子間的放電電流通過避雷器時在端子間的最大電壓值最大電壓值( (kV kV 峰值峰值

9、) ) 標稱放電電流下的殘壓標稱放電電流下的殘壓 陡波電流下的殘壓陡波電流下的殘壓 操作沖擊電流下的殘壓操作沖擊電流下的殘壓殘壓3.3.雷電雷電沖擊保護水平沖擊保護水平4.4.操作操作沖擊保護水平沖擊保護水平避雷器標稱放電電流下的殘壓值避雷器標稱放電電流下的殘壓值 避雷器在操作沖擊電流避雷器在操作沖擊電流( (波頭時間為波頭時間為3030至至100100 s)s)下的最大下的最大殘壓殘壓 5.5.額定電壓額定電壓6.6.最大持續運行電壓最大持續運行電壓施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值，單位：施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值，單位：kVkV 運行中允許持續地施加在避雷器上的最大允

10、許工頻電壓運行中允許持續地施加在避雷器上的最大允許工頻電壓有效值，單位：有效值，單位：kVkV 8.8.壓比壓比 施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值，單位：有效值，單位：kVkV NoImage壓比愈小，表明通過沖擊大電流時的壓比愈小，表明通過沖擊大電流時的殘壓愈低，避雷器的保護性能愈好殘壓愈低，避雷器的保護性能愈好 9. 9. 荷電率荷電率 AVRAVR所以所以 應根據具體電網確定合理的荷電率應根據具體電網確定合理的荷電率AVR AVR 持續運行電壓持續運行電壓u uc c 保護性能下降保護性能下降AVR AVR 單位閥片上的負荷單位閥片上的負荷加速老

11、化加速老化 4.4.3 4.4.3 電子電子設備防雷保護器件設備防雷保護器件電子設備的防雷器件分類電子設備的防雷器件分類 1.1.電源系統防雷器件電源系統防雷器件 電子設備防雷特點電子設備防雷特點 2.2.信號系統保護器件信號系統保護器件 1.1.工作電壓低，幾伏的脈沖電壓就可造成電子設備損壞工作電壓低，幾伏的脈沖電壓就可造成電子設備損壞 2.2.要求在納秒級的時間內將被保護設備接入等電位系統，要求在納秒級的時間內將被保護設備接入等電位系統， 并將雷電脈沖的能量釋放到大地并將雷電脈沖的能量釋放到大地 常用的常用的電子設備保護器件電子設備保護器件1.1.放電管放電管 通流容量大，可達通流容量大，

12、可達100kA100kA以以上；電壓在上；電壓在75-10000V75-10000V 殘壓高殘壓高2-4kV2-4kV，響應時間慢，響應時間慢100ns100ns 用于數據線、有線電視、用于數據線、有線電視、交流電源、電話系統等交流電源、電話系統等氣體放電管1.1.放電管放電管( (續續) ) 響應速度較快響應速度較快10-20ns10-20ns、吸收電流、吸收電流大，動作電壓穩定、重復性好、大，動作電壓穩定、重復性好、壽命長壽命長 用于電源電路時需要采取限流措用于電源電路時需要采取限流措施串聯電阻或快速熔斷，使浪誦施串聯電阻或快速熔斷，使浪誦過后電流迅速恢復到維持值以下過后電流迅速恢復到維持

13、值以下 適用于網絡、通信設備的浪涌保適用于網絡、通信設備的浪涌保護護固體放電管3.3.壓敏電阻壓敏電阻 使用電壓范圍寬從幾伏到幾萬伏以上，耐浪涌能力強，生產工藝簡單、價格低、電壓溫度系數小優點 鉗位特性相對差一些 缺點 可用于IC及其他電子設備的浪涌保護用途2.TVS-2.TVS-瞬變電壓抑制二極管瞬變電壓抑制二極管 響應時間快、瞬時功率大、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓容易控制、體積小優點 耐受重復性脈沖時有可能損壞缺點 廣泛適用于家用電器、電子儀表、通信設備、電源、計算機等各個領域用途 4.5 4.5 接地裝置接地裝置 一、一、接地接地 將電力系統及其電氣設備的某些部分與大地相連接，將電力系統及

14、其電氣設備的某些部分與大地相連接，與大地保持等電位與大地保持等電位 二、二、接地接地分類分類 根據電力系統的正常運行方式根據電力系統的正常運行方式 的需要而將電網中某一點接地的需要而將電網中某一點接地 工作接地工作接地 某些某些電氣設備的金屬外殼必須妥善接地，電氣設備的金屬外殼必須妥善接地，以免絕緣損壞時外殼帶電危及人身安全以免絕緣損壞時外殼帶電危及人身安全 保護接地保護接地 金屬桿塔、避雷針（線）和避雷器等金屬桿塔、避雷針（線）和避雷器等的接地的接地 防雷接地防雷接地 三、三、接地電阻接地電阻電流電流I I經接地電極流入大地時，經接地電極流入大地時，接地體對地電壓接地體對地電壓U U與電流與

15、電流I I之比值之比值 工頻接地電阻工頻接地電阻 沖擊接地電阻沖擊接地電阻 引下線的電阻接地體的電阻接觸電阻土壤的電阻四、四、屏蔽效應屏蔽效應利用系數，利用系數，1 1 2 2根并聯其值約為根并聯其值約為0.90.9 6 6根并聯其值約為根并聯其值約為0.70.7 五沖擊接地電阻與工頻接地電阻五沖擊接地電阻與工頻接地電阻eiRReiRR火花效應火花效應 電感效應電感效應 eiRR沖擊系數沖擊系數 ieRR1伸長接地體的有效長度，一般在伸長接地體的有效長度，一般在4060m 4060m 發電廠和變電站地網的作用發電廠和變電站地網的作用1. 1. 防雷防雷2. 2. 防止工頻短路電流對發電廠和變電站人員及設備造成危害防止工頻短路電流對發電廠和變電站人員及設備造成危害在中性點直接接地系統在中性點直接接地系統 工頻短路電流，工頻短路電流，A A 地網接地電阻，地網接地電阻， 六、發電廠和變電站的接地六、發電廠和變電站的接地 52變電站的地