雷电放电(最终)

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雷电及其放电过程

雷电及其放电过程

雷电及其放电过程雷电是一种恐怖而又壮观的自然现象,这不仅在于它那划破长空的耀目闪电和令人震耳欲聋的雷鸣,重要的是它给人类生活带来巨大的影响.且不说雷电促成有机物质的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位,以及雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火的发现和利用;仅在现代生活中,雷电威胁人类的生命安全,常使航空、通讯、电力、建筑等许多部门遭受破坏,就一直引起人们对于雷电活动及其防护问题的关注。

雷电放电是一种气体放电现象,由其引起的过电压,叫做大气过电压。

它可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两种基本形式。

雷电放电是由于带电荷的雷云引起的。

雷云带电原因的解释很多,但还没有获得比较满意的一致的认识.一般认为雷云是在有利的大气和大地条件下,由强大的潮湿的热气流不断上升,进入稀薄的大气层冷凝的结果。

强烈的上升气流穿过云层,水滴被撞分裂带电。

轻微的水沫带负电,被风吹得较高,形成一些局部带正电的区域。

雷云的底部大多数是带负电,它在地面上会感应出大量的正电荷.这样,在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间,或者雷云和大地之间形成了强大的电场,其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。

随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过了大气游离放电的临界电场强度(大气中约30kV/cm,有水滴存在时约10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电;放出几十乃至几百安的电流;产生强烈的光和热(放电通道温度高达15000 o C至20000 o C),使空气急剧膨胀振动,发生霹雳轰鸣。

这就是闪电伴随雷鸣,叫做雷电之故。

大多数雷电发生在雷云之间,它对地面没有什么直接影响。

雷云对大地的放电虽然只占少数,但是一旦发生就有可能带来严重的危险.这正是我们主要关心的问题。

实测表明,对地放电的雷云绝大多数带负电荷,根据放电雷云的极性来定义,此时雷电流的极性也为负电荷。

雷云中的负电荷逐渐积聚,同时在附近地面上感应出正电荷.当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时,就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展。

雷云的产生和雷电放电过程

雷云的产生和雷电放电过程

雷云的产生和雷电放电过程1.1.1 雷电发生机理雷电是由雷云放电引起的,关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释,目前比较普遍的看法是:热气流上升时冷凝产生冰晶,气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云;较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降,它们在重力作用下下落的速度大,并在下落过程中与其他水份粒子发生碰撞,结果一部分被另一水生成物捕获,增大水成物的体积,另一部分云粒子被反弹回去,这些反弹回去的云粒子通常带正电荷,悬浮在空中形成一些局部带正电的云区,而水生成物带上负电荷。

由于水成物下降的速度快,而云粒子的下降速度慢,因而正、负电荷的微粒逐惭分离,最后形成带正电的云粒在云的上部,而带负电的水成物在云的下部。

整块雷云里边可以有若干个电荷中心。

负电荷中心,离地大约500~10000m。

它在地面上感应出大量的正电荷。

随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度(大气中约为30kV/cm,有水滴存在时约为10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电。

雷电放电包括雷云对大地,雷云对雷云和雷云内部的放电现象。

大多数雷云放电都是在雷点与雷云之间进行的,只有少数是对地进行的。

在防雷工程中,主要关心的是雷云对大地的放电,如图1-1所示。

图1-1云对地放电(用彩色)雷云对大地放电通常分为先导放电、主放电和辉光放电三个阶段。

云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展,以逐级推进方式向下发展。

每级长度约10~200m,每级的伸展速度约107m/s,各级之间有10~100µs的停歇,所以平均发展速度只有(1~8)×105m/s,这种放电称为先导放电,如图1-3所示。

当先导接近地面时,地面上一些高耸的物体(如塔尖或山顶)因周围电场强度达到了能使空气电离的程度,会发出向上的迎面先导。

当它与下行先导相遇时,就出现了强烈的电荷中和过程,出现极大的电流(数十到数百千安),伴随着雷鸣和闪光,这就是雷电的主放电阶段。

雷电产生原理:云层内的电荷分布与放电过程

雷电产生原理:云层内的电荷分布与放电过程

雷电产生原理:云层内的电荷分布与放电过程
雷电的产生与云层内的电荷分布和放电过程有关。

雷电是大气中因电荷分布不均而产生的放电现象。

以下是雷电产生的基本原理:
1. 云层内的电荷分布:
冰晶与水滴的碰撞:在云层内,水滴和冰晶经过碰撞和运动,导致电子的转移和分离。

电子的上升与沉降:轻的冰晶通常上升到云层的上部,而水滴则可能下沉到云层的底部,导致电荷的分布不均。

2. 云中的电场形成:
电场的建立:由于云层内电子的上升和沉降,形成了电场。

正电荷积累在云层的上部,负电荷积累在云层的下部。

3. 雷云的发展:
云层的增长:电场的作用使得云层继续增长,积累更多的电荷。

4. 雷电放电:
静电放电:当电场强度足够大时,它可能导致静电放电。

这是一种云内部或云与地面之间的放电现象。

云与地面的放电:云底部的负电荷可能感应地面上的正电荷,导致云与地面之间的放电。

5. 雷暴的形成:
雷云的发展:上述过程形成了雷云,雷电放电则是雷云中电荷失衡时的结果。

雷暴:雷电放电伴随着雷声和闪电,形成雷暴,其中强烈的气流和对流进一步增强了电荷的分离。

雷电的产生是由于云层内部电荷分布不均匀,形成电场,导致放电现象。

雷电放电释放的能量产生闪电和雷声,形成一系列的天气现象。

雷电放电及防雷保护

雷电放电及防雷保护

大多数的放电发生在雷云之间-不危险 少数的放电发生在雷云和大地之间-危险 对地放电的雷云大多数带负电荷

理解以下几点: 雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然 释放 被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗 的乘积 从电源性质看,相当于一个电流源的作用过程 人们能够测知的电量,重要是流过被击物体的 电流
课程内容 雷云的形成 雷电放电过程 雷电参数 雷电过电压的形成
一、雷电放电和雷电过电压
1、雷云 热气流上升,云层水滴分裂带电,其中的细微水沫带 负电,被上升气流带往高空,形成大片带负电的雷云 ,其高度为距离地面1~4km;被分裂出的水珠带正电, 悬浮在云中,形成雷云下部的局部正电荷区; 距离地面4~5km的主要为正电荷云层,温度低,冷凝成 冰晶,冰晶与空气碰撞,带正电的气流携带冰晶的细 微碎片向上运动,形成大片正电荷雷云;整块雷云有 若干个电荷中心,负电荷在雷云下部,离地大约5001000m 雷云电荷(下部大多为负电荷)与地面感应电荷(大 多为正电荷)构成空间电场,其放电机理类似于特长 间隙的放电,只是大地及其表面物体取代了金属电极 ,另一极为云层。
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电,它所产生 的雷电流高达数十、甚至数百千安,从而会引起巨大的 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: 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压,它是造 成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一 产生巨大电流,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。
雷电活动与地形关联性
2010 年 7 月 10 日 21 时至 22 时 2010 年 7 月 11 日 1 时至 2 时 雷电活动在水系 和山脉附近较为 密集
雷电活动在湖 泊处最为密集 雷电活动在水系 和山脉附近较为 密集

第四章 雷电放电特性及防雷装置

第四章 雷电放电特性及防雷装置
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
高电压技术
第四章
雷电放电特性及防雷装置
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
第一节 雷电的放电过程


雷电放电是由带电荷的雷云引起的放电现象 雷云带电机理:冻结起电、水滴分裂起电等 大多数的放电发生在雷云之间——不危险 少数的放电发生在雷云和大地之间——危险
三、常用接地电极的接地电阻


材料:钢 埋深: 0.6~0.8m 垂直接地体 水平接地体
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

输电线路的防雷接地
自然接地电阻

发电厂和变电站的防雷接地
敷设统一的接地网
避雷线:架空线路中
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
一、避雷针
由接闪器(针头)、引下线和接地装置三部分组成
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置
构架避雷针
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

1、要求
(1)可靠接地 (2)对设备提供可靠屏蔽
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置

2、单支避雷针的保护范围
高电压技术

重复放电
由于雷云中存在多个电荷密集中心。 重复放电的次数,多数情况下为2—3次。

迎面先导
高电压技术
雷电放电特性及防雷装置



雷电的热效应:雷电通道温度15000~ 20000oC,森林大火; 雷电的机械效应:气体膨胀爆炸, 热 应力,电动力 雷电造成的事故:黄岛油库
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雷电放电特性及防雷装置
中h=120m计算
高电压技术

第一节 雷电放电和雷电过电压

第一节  雷电放电和雷电过电压
I i (1 cos t ) 2
(八)雷电的多重放电次数及总延续时间 有55%的对地雷击包含两次以上的重复冲击;3~5次 冲击者有25%;10次以上者有4%。平均重复冲击次数 取3次。 一次雷电总延续时间,有50%小于0.2s (九)放电能量
A=QU=107V×20C=20×107W.s,放电能量不大,但 是在极短时间内放出的,因而功率很大。
二、雷电放电过程
雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。 第一次主放电 箭状先导 第三次主放电
三、雷电参数
(一)雷电活动频度 雷暴日及雷暴小时 雷暴日Td是一年中发生雷电的天数,以听到雷声为准, 在一天内只要听到过雷声,无论次数多少,均计为一 个雷暴日。 雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数,在一个 小时内只要有一次雷电,即计为一个雷电小时。 一个雷暴日折合三个雷暴小时。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌 有关 Td <15,少雷区;>40,多雷区;>90,强雷区
(kA/us)
波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左右。
(七)雷电流的计算波形
在防雷计算中,按不同要求采用不同的计算波形 1、双指数波
i I0 (et e t )
2、斜角波
i at
3、斜角平顶波
i at(t T1 )
i aT 1 I (t T 1)
4、半余弦波
(四)雷电的极,防 雷计算中一般均按负极性考虑。 (五)雷电流幅值( I ) 通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻(≤ 30Ω)的 物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 I 0 的两倍,即
一般地区,雷电流幅值超过 I 的概率可按下式计算
I lg P 88

雷电及其放电过程

雷电及其放电过程
带有大量电荷的雷云(实测表明多为负极性),在其周围的电场强度达到使空气绝缘破坏的程度(约25~30kV/cm),空气开始游离,形成导电性的通道,通道从云中带电中心向地面发展。在先导通道发展的初级阶段,其方向受偶然的因素影响而不定。但当距离地面达某一高度时,先导通道的头部至地面某一感应电荷的电场强度超过了其它方向,先导通道大致沿其头部至感应电荷的集中点的方向连续发展,至此放电发展才有方向。如果配电网中的线路或设备遭受雷击时,将通过很大的电流,产生的过电压称为直击雷过电压。
带有负电荷的雷云接近输电线路时,强大的电场在导线上产生静电感应。由于带有负电荷雷云的存在,束缚着导线上的正电荷。当雷云对导线附近地面物体放电后,雷云电荷被中和而失去对导线上电荷的束缚作用,电荷便向导线两侧流动,由此而产生的过电压称为感应过电压。其能量很大,对供电设备的危害也很大。
配电网纵横交错,绵延万里,呈网状分布,很容易遭受雷击,引起停电事故,给国民经济和人们生活带来严重的损失。统计资料表明,雷害是造成高压输电线路停电事故的主要原因。为了确保电力系统安全运行,采取防雷保护措施,做好配电网的防雷工作是相当必要的。
雷电放电是一种气体放电现象,由其引起的过电压,叫做大气过电压。它可以分为直击雷过电压和感Байду номын сангаас雷过电压两种基本形式。
雷电放电是由于带电荷的雷云引起的。雷云带电原因的解释很多,但还没有获得比较满意的一致的认识。一般认为雷云是在有利的大气和大地条件下,由强大的潮湿的热气流不断上升,进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层,水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电,被风吹得较高,形成一些局部带正电的区域。雷云的底部大多数是带负电,它在地面上会感应出大量的正电荷。这样,在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间,或者雷云和大地之间形成了强大的电场,其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过了大气游离放电的临界电场强度(大气中约30kV/cm,有水滴存在时约10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电;放出几十乃至几百安的电流;产生强烈的光和热(放电通道温度高达15000oC至20000oC),使空气急剧膨胀振动,发生霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣,叫做雷电之故。

雷电放电的基本型式与特点

雷电放电的基本型式与特点

雷电放电的基本型式与特点1.2.1雷电放电的基本型式雷电放电主要有三种主要的型式即1、云对地放电;2、云对云放电;3、云内放电。

因第1种型式云对地放电对人类的活动影响较大,所以我们主要关心的是云对地放电。

(1)、云对地放电形成的直击雷(如图1-1所示)当云层对地较低、或地面有高耸的尖端突起物时,雷云对地之间就会形成较高的场强,当场强达到一定的值时,雷云就会向地面发展向下的先导,当先导到达地面,或与大地迎面先导会合时,就开始主放电阶段。

在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷通过狭小的电离通道发生猛烈的电荷中和,放出能量,产生强烈的声和光,即电闪、雷鸣。

在雷击点,有巨大的电流流过。

大多数雷电流的峰值有几十千安,也有少数达到上百千安。

由于雷击是大极短的时间内释放较大的能量,因而会造成极大地破坏作用。

(2)、云对云放电当带不同电荷的云团相遇时,就会发生云对云的放电,云对云的放电其实是最主要的雷电活动型式。

云对云放电对人类活动的影响要比云对地放电小得多,不会产生直击雷,直接造成人身伤亡和建筑物损毁事故。

但云对云放电会在线路和网络上产生感应雷过电压,过电压的大小视雷电活动强弱和放电雷云离地面的高低而定。

感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境(如土壤电阻率)、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。

一般来讲,云对云放电越强烈,参与放电的云层离地面越低,所产生的感应雷过电压就愈高,反之则愈弱。

感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生,也可由“电磁感应”的效应产生,但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。

(a)静电感应形成的感应雷过程、静电感应在线路中感应的过电压可由地闪引起,也可由云闪引起。

例如:在架空线路上空有一团雷云,雷云底部带负电荷,由于静电感应,雷云将在大地上感应出正电荷,雷云与大地形成电场,因架空线处于该电场中而被极化,在靠雷云一侧带正电荷,靠大地一侧带负电荷,由于架空线路与大地间的绝缘不会无穷大,因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地,导线上仅存有受雷击束缚的正电荷。

雷电放电及防雷保护装置优秀课件.ppt

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构 架 避 雷 针
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
消雷器 雷电放电及防雷保护装置优秀课件
保护原理
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, 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 雷击
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保护范围 是否处于避雷针(线)保护范围内的物 体一定不会遭受雷击
作用原理:当雷电侵 入波要危及它所保护 的电气设备的绝缘时, 间隙首先击穿,工作 母线接地,避免了被 保护设备上的电压升 高,从而保护了设备。
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保护间隙的特点
优点:结构简单、制造方便
缺点:
1.伏秒特性曲线比较陡( )绝缘
配合不理想;
2.间隙动作后会形成截波;
3.熄弧能力低(电弧不即使熄灭有什
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单支避雷针保护范围
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hx
h 2
hx
h 2
rx (hhx)P rx (1.5h2hx)P
h:避雷针高度(m) h x 被保护物高度(m)
P:高度影响系数
h 30m,P1
30mh 120m,P5.5
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h
一味地增加避雷针的高度是 否是增大保护范围的“良策 ”
阀片直径 压器,电缆
55mm
头等设备
变电所型
FZ
3-220 有分路电阻, 变电所电气
阀片直径
设备
100mm
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电气参数
(1).额定电压:避雷器两端子间允许的最大工 频电压的有效值
(2).灭弧电压:保证能够在工频续流第一次经过 零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工 频电压。(避雷器的设计依据)灭弧电压应当大 于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压, 否则将不能保证续流灭弧而使阀片烧坏。

浅析雷电放电原因与防雷保护措施

浅析雷电放电原因与防雷保护措施
接地装置
接地装置是用来将雷电流导入大地的金属导体,通常采用镀锌钢 棒或铜棒作为接地极,埋设在地下一定深度。
建筑物内部防雷保护设计
等电位连接
等电位连接是用来减小建筑物内各金属部件之间的电位差,防止雷电反击的一种措施。
屏蔽措施
屏蔽措施是用来减小建筑物内电磁场强度,防止雷电电磁脉冲对电子设备造成干扰和损坏的一种措施 。
根据建筑物的防雷等级和面积,确定接闪器的数量和分布,确保接 闪器能够有效地保护建筑物。
引下线的选择与安装
引下线的材料
选择具有良好导电性能和 耐腐蚀性的材料,如铜、 铝等。
引下线的截面积
根据防雷等级和电流要求 ,选择合适的截面积,确 保引下线能够安全地传导 雷电流。
引下线的安装位置
选择合适的安装位置,确 保引下线能够安全地连接 接闪器和接地装置。
02
雷电放电的产生与气象条件、地 理位置等因素有关。
雷电放电的类型
直击雷
云层与地面或建筑物等突出物之 间直接放电的现象。
感应雷
云层与地面或建筑物等突出物之 间未直接放电,但通过电磁感应 作用产生的雷击现象。
雷电放电的危害
直击雷和感应雷都会对人和建筑物造 成危害,可能导致火灾、爆炸等事故 。
雷电放电还会对电子设备产生干扰和 损坏,影响其正常运行。
维护社会稳定
雷电灾害可能对电力、通信等基 础设施造成影响,进而对社会稳 定和经济发展产生负面影响,因 此采取有效的防雷保护措施十分
重要。
防雷保护的基本原则
综合防护
综合考虑雷电活动的规律、地 理环境、建筑物特点等因素,
采取综合防护措施。
科学设计
根据雷电放电原理和防护对象 的特点,科学设计防雷保护方 案。

雷电及其放电过程

雷电及其放电过程

雷电及其放电过程雷电是一种恐怖而又壮观的自然现象,这不仅在于它那划破长空的耀目闪电和令人震耳欲聋的雷鸣,重要的是它给人类生活带来巨大的影响。

且不说雷电促成有机物质的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位,以及雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火的发现和利用;仅在现代生活中,雷电威胁人类的生命安全,常使航空、通讯、电力、建筑等许多部门遭受破坏,就一直引起人们对于雷电活动及其防护问题的关注。

雷电放电是一种气体放电现象,由其引起的过电压,叫做大气过电压。

它可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两种基本形式。

雷电放电是由于带电荷的雷云引起的。

雷云带电原因的解释很多,但还没有获得比较满意的一致的认识。

一般认为雷云是在有利的大气和大地条件下,由强大的潮湿的热气流不断上升,进入稀薄的大气层冷凝的结果。

强烈的上升气流穿过云层,水滴被撞分裂带电。

轻微的水沫带负电,被风吹得较高,形成一些局部带正电的区域。

雷云的底部大多数是带负电,它在地面上会感应出大量的正电荷。

这样,在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间,或者雷云和大地之间形成了强大的电场,其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。

随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过了大气游离放电的临界电场强度(大气中约30kV/cm,有水滴存在时约10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电;放出几十乃至几百安的电流;产生强烈的光和热(放电通道温度高达15000 o C至20000 o C),使空气急剧膨胀振动,发生霹雳轰鸣。

这就是闪电伴随雷鸣,叫做雷电之故。

大多数雷电发生在雷云之间,它对地面没有什么直接影响。

雷云对大地的放电虽然只占少数,但是一旦发生就有可能带来严重的危险。

这正是我们主要关心的问题。

实测表明,对地放电的雷云绝大多数带负电荷,根据放电雷云的极性来定义,此时雷电流的极性也为负电荷。

雷云中的负电荷逐渐积聚,同时在附近地面上感应出正电荷。

当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时,就开始有局部放电通道自雷云边缘向大地发展。

雷电放电和雷电过电压

雷电放电和雷电过电压

的双峰;随后放电电流波形的波头较短,没有双
峰,电流陡度远大于第一次放电,而电流幅值约
为第一次放电的一半。
放电之后,约有一半存在连续的后续电流,至
少持续40ms,电流从数十至500kA,平均约100kA。
据统计,雷电流的波头在1~5 s 的范围内,多为
2.5~2.6 s ;波长多在20~100 s 的范围内,平均
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(本节完)
的电容量。主放电通道波阻抗与主放电通道雷电流 有关,雷电流愈大,波阻抗愈大。
4.雷电流极性 当雷云电荷为负时,所发生的雷云放电为负极 性放电,雷电流极性为负;反之,雷电流极性为正。
实测统计资料表明,不同的地形地貌,雷电流正负
极性比例不同,负极性所占比例在75%~90%之间,因
此,防雷保护都取负极性雷电流进行研究分析。
图8-5 感应雷过电压的形成 (a)先导放电阶段 (b)主放电阶段
小结
雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效应。雷电源于大 气的运动。 雷电的放电过程: 先导放电阶段 主放电阶段 余辉放电阶段 主要的雷电参数有: 雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波阻抗、 雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷电流陡度等。 雷电过电压的形成 •直击雷过电压 •感应雷过电压
a log Pa 36
Pa 10
a 36

(8-4)
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1.直击雷过电压 8.1.4雷电过电压的形成 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一 根已充当的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。
(a)模拟先导放电
图8-3 雷击大地时的计算模型 (b)模拟主放电 (c)主放电通道电路
(d)等值电路
本节内容: 8.1.1 雷云的形成

雷电放电的基本型式与特点

雷电放电的基本型式与特点

雷电放电的基本型式与特点1.2.1雷电放电的基本型式雷电放电主要有三种主要的型式即1、云对地放电;2、云对云放电;3、云内放电。

因第1种型式云对地放电对人类的活动影响较大,所以我们主要关心的是云对地放电。

(1)、云对地放电形成的直击雷(如图1-1所示)当云层对地较低、或地面有高耸的尖端突起物时,雷云对地之间就会形成较高的场强,当场强达到一定的值时,雷云就会向地面发展向下的先导,当先导到达地面,或与大地迎面先导会合时,就开始主放电阶段。

在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷通过狭小的电离通道发生猛烈的电荷中和,放出能量,产生强烈的声和光,即电闪、雷鸣。

在雷击点,有巨大的电流流过。

大多数雷电流的峰值有几十千安,也有少数达到上百千安。

由于雷击是大极短的时间内释放较大的能量,因而会造成极大地破坏作用。

(2)、云对云放电当带不同电荷的云团相遇时,就会发生云对云的放电,云对云的放电其实是最主要的雷电活动型式。

云对云放电对人类活动的影响要比云对地放电小得多,不会产生直击雷,直接造成人身伤亡和建筑物损毁事故。

但云对云放电会在线路和网络上产生感应雷过电压,过电压的大小视雷电活动强弱和放电雷云离地面的高低而定。

感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境(如土壤电阻率)、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。

一般来讲,云对云放电越强烈,参与放电的云层离地面越低,所产生的感应雷过电压就愈高,反之则愈弱。

感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生,也可由“电磁感应”的效应产生,但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。

(a)静电感应形成的感应雷过程、静电感应在线路中感应的过电压可由地闪引起,也可由云闪引起。

例如:在架空线路上空有一团雷云,雷云底部带负电荷,由于静电感应,雷云将在大地上感应出正电荷,雷云与大地形成电场,因架空线处于该电场中而被极化,在靠雷云一侧带正电荷,靠大地一侧带负电荷,由于架空线路与大地间的绝缘不会无穷大,因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地,导线上仅存有受雷击束缚的正电荷。

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(( hx h ) 2
( hx
h ) 2
h – 避雷针高度 P – 高度修正系数 当h<30m时,P=1 5 .5 当30m<h<120m时,P= h rx- 被保护物的高度 hx- 保护范围
(二)两支等高避雷针(通过叠加求出联合保护范围)
避雷线的保护范围

保护线路
我国一般110kV以上线路采用避雷线 35kV线路的进线段 国外,如日本配电线路也用 保护500kV大型超高压发变电站
保护范围 保护范围:表示避雷装置的保护效能,保护范围是 相对的,每一个保护范围都有规定的绕击(概)率, 绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现 象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于0.1%的 绕击率。
(一)单支避雷针
rx (h hx ) P rx (1.5h 2hx ) P

(三)单根避雷线
rx 0.47(h hx ) P rx (h 1.53hx ) P
(( hx h ) 2
( hx
h ) 2
因此单根避雷线的保护半径 要比单根避雷针的保护半径 小得多
(四)两根等高避雷线
两线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定; 两线内侧的保护高度由两线及保护范围上部 边缘最低点O的圆弧来确定。
三 雷电放电的计算模型
能够测知的电量,主要是流过被击物的电流。跟据计算模 型(电流源模型)推出雷电波的参数 国际上定义雷击小接地阻抗物体时,流过该物体的电流定 义为雷电流
Z0 i 2i0 2i0 Z0 Z
A
2 i0 Z0
雷电流源
Z
被击电路
四 感应过电压
在雷电放电的先导阶段(假设为负先导),线路处于雷 云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应, 最靠近先导通道的一段导线上感应形成形成束缚电荷 主放电开始以后,先导通道中的负电荷自下而上被迅速 中和。相应电场迅速减弱,使导线上的正束缚电荷迅速 释放,形成电压波向两侧传播 由于主放电的平均速度很快,导线上的束缚电荷的释放 过程也很快,所以形成的电压波u=iZ幅值可能很高。这 种过电压就是感应过电压的静电分量
二 避雷器的基本原理

避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引
起的内部过电压的一种电气设备

避雷器的保护原理与避雷针不同。它实质上是一种放电 器,并联连接在被保护设备附近,当作用电压超过避雷
器的放电电压时,避雷器即先放电,限制了过电压的发 展,从而保护了其他电气设备免遭击穿损坏
避雷器有以下四种类型: 1. 保护间隙 2. 管式(排气式)避雷器 3. 阀型避雷器 4. 氧化锌避雷器
避雷器保护作用原理示意
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,以易于实现合理能力,以利于快速切断工
频续流,使系统得以继续运行
避雷器与电气设备的伏秒特性配合图
二 雷电参数



雷电活动频率-雷暴日及雷暴小时 地面落雷密度 雷道波阻抗 雷电流幅值 雷电流的计算波形
三 雷电放电的计算模型
开关S闭合前后对应不同的
雷电放电阶段(先导放电和 主放电),A点电位发生变 化,从零突升到u=iZ 先导放电通道具有分布参数 特征,称为雷电通道,其波 阻抗为Z(300 ) 主放电过程,自雷云通过雷 电通道向地面传播的电磁波 (u0、i0)到达A点 由c图得出其彼德逊等值电 路
一 避雷针和避雷线
基本原理
保护范围 绕击率
一 避雷针和避雷线
电力系统中需要安装直接雷击防护装置,广泛 采用的即为避雷针和避雷线(又称架空地线)。 避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中 的保护对象;避雷线适宜用于象架空线路那样 伸展很广的保护对象。
基本原理
当雷云放电接近于地面时它使地面电场发生畸变, 在避雷针(线)的顶端,形成局部电场强度集中的空 间,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避 雷针(线)放电,再通过接地线和接地装置将雷电流 引入大地,从而使被保护物体免遭雷击
(二)管式避雷器(亦称排气式避雷器)
它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙,其基本 元件为装在消弧管内的火花间隙,在安装时再串接一 只外火花间隙。 缺点: 1)续流太小时不能灭弧,太大时产气过多,使管子爆裂 2)伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似,维护较麻 烦 应用范围:仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和 用于变电所、发电厂的进线段保护中。

感应雷电过电压与相邻导线间的过电压的区别

感应雷电过电压的极性与雷云的极性相反,相邻导线 间的感应过电压的极性与感应源同极性 感应雷电过电压发生在主放电阶段,相邻导线间的感 应过电压与感应源同时发生 感应雷电过电压的波前平缓、波长较长 感应雷电过电压在三相导线上同时发生,且数值相等
§7.2 防雷保护装置
§7.1 雷电放电和雷电过电压
雷电科学发展历史
雷电科学的建立
著名的风筝试验( 17 世纪,富兰克林): 240米长的缠绕钢丝的麻绳上产生20cm的电 火花 高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等 现代化测量技术
一 雷电放电过程
基本过程:先导放电阶段 ;主放电阶段
30kV/cm
1 先导放电通道;2 强游离区;3 主放电通道
(a) (b) (c) 1——电气设备的伏秒特性, 2——避雷器的伏秒特性
(一) 保护间隙
保护间隙与被保护绝缘并联,它的击穿电压比 后者低,使过电压波被限制到保护间隙的击穿 电压Ub。 缺点: 1)伏秒特性很陡; 2)保护间隙没有专门的灭弧装置 3)产生大幅值的截波。 应用范围:仅用于不重要和单相接地不会导致 严重后果的场合。
分级先导:多次先导 主放电的重复过程, 每次间歇时
间为几十毫秒,放电次数一般为2~3次,最多为40次

雷电放电由带电荷的雷云引起 大多数的放电发生在雷云之间-不危险 少数的放电发生在雷云和大地之间-危险 对地放电的雷云大多数带负电荷,实测75%~90% 理解以下几点: 雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放 从电源性质看,相当于一个电流源的作用过程 人们能够测知的电量,重要是流过被击物体的电流
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