七章雷电放电及防雷保护装置-

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 过电压（大气过电压）从而造成电力系统 的绝缘损坏和停电。
2.雷电放电所产生的巨大电流使导体熔断 或通过电动力引起机械损坏。
§7.1 雷电放电和雷电过电压
衡量雷电活动的雷电参数
雷暴日及雷暴小时（雷电活动频度）
雷暴日 雷暴小时
一年中发生雷电的天数 一年中发生雷电的小时数
“地面落雷密度”和“雷暴日”的联系
雷道波阻抗
雷电通道的长度可达数千米，而半径仅为数 厘米，类似于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，称为雷道波阻 抗（Z0，我国有关规程建议取波阻抗为300 欧）
雷道的极性
为什么防雷计算中一般按负极性雷考虑
雷电流i
幅值（I）：表示
雷电强度的指标，是 产生雷电过电压的根 源
两支不等高避雷针
避雷线的保护角
二、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 装置
避雷器的必要性
1.绕击率的问题 2过电压波沿线路入侵发电厂和变电所
保护间隙
为什么通常做成角形
绝缘支撑
防止主间隙 被外物短接
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。
统计资料表明：在我国一个雷暴日（Td）大致克折合 为3个雷暴小时(Th)。(通常取40个雷暴日作为基准)
少雷区 多雷区 强雷区
Td小于等于15 Td大于40
Td大于90或运行经验表 明雷害特别严重的地区
地面落雷密度
地面落雷密度（）：每一雷暴日、每平方公里地
面遭受雷击的次数
为什么引入“地面落雷密度”这一概 念
主放电
雷
电
v
先
导
S A
R
A R
雷电过电压的计算等值回路
u 0 , i0
v
Z0
A
R
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： 雷电流：
iZoZ oRi2i0320 03 0105i01.9i02i0 I 2I0
雷电过电压： U A IRi
Case 2:雷击于导线或避雷线：
U0
Z0
Z
Z
感应雷过电压计算案例
雷击点与电力线路间距离大于65m时：
Ui
25
Ihc s
雷击于塔顶等靠近导线的接地物体时：
Ui hc
§7.2 防雷保护装置
防雷保护装置的必要性
防雷保护装置的种类
避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器 、防雷接地
一、避雷针和避雷线
独 立 避 雷 针
构 架 避 雷 针
第三篇 电力系统过电压与绝缘配合
第七章 雷电放电及防雷保护装置
雷电现象
富兰克林（Franklin Benjamin）
统一了天电和地电，彻底破除了人们对雷电的恐惧。 1749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， 使他更坚定了探讨雷电实质的决心。他一方面列举了12 条静电火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（1752年6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，后来他的论文集《电学实验与研究》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 广大前景的科学，避雷针也成了人类破除迷信征服自然的 一项重要技术成果，推动了电学、电工学的发展。
t
i I
t T1 t T1
0
T1
t
半余弦波
i I
i0.5I(1cost)
T1
雷电多重放电次数及总延续时间
统计数据表明：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 间（包括多次重复放电）不同。
雷电放电能量
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！
雷电过电压的形成 先导放电 开光S闭合
特点
其熄弧能力与工频续流大小有关，续 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 频续流有上下限的规定。
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 么后果 )
管式避雷器（排气式避雷器）
结构
胶木管（增大 机械强度）
作用原理
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 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 产气材料（电弧高温下能产生大量气体 的纤维、塑料或特种橡胶）分解出大量 气体，管内压力升高，气体从开口孔喷 出，造成对电弧的强烈纵吹，从而使工 频续流在1到3个周波内熄灭。
lg p I 88
幅值大于I的雷电流出现的概率
雷电流的波头、陡度及波长
波前（2.6微秒）
波长（半波峰时 间40微秒）
波前陡度：
I (kA/s)
2.6
雷电流的计算波形
双指数波； 斜角波； 斜角平顶波； 半余弦波；
双指数波
i I
iI0(et et)
0
T1
t
斜角波
i
i t
0
t
斜角平顶波
i I
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,P 5.5
h
一味地增加避雷针的高度是 否是增大保护范围的“良策 ”
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：
h0
h
D 7P
二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽 度：
bx1.5(h0hx)
ห้องสมุดไป่ตู้
罗蒙诺索夫（Lomonosov Mikhil Vasilievich）
俄国化学家，哲学家 ，被誉为“俄国科学史上 的彼得大帝” 18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 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 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“雷电器”装置 ，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。
消雷器
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
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
单支避雷针保护范围
hx
h 2
hx
h 2
rx (hhx)P rx (1.5h2hx)P