第七章雷电放电及防雷保护装置
高电压重点知识复习
第一章 电介质的电气强度第一节平均自由行程长度：单位行程中的碰撞次数Z 的倒数λ。
影响因素：气体分子的半径、温度、气压。
迁移率：E vk =，表示带电粒子在单位场强（m /1V ）下沿电场方向的漂移速度。
电离：产生带电粒子的物理过程，气体放电的首要前提。
使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能，外界能量必须大于电离能才能使电离发生。
四种电离方式：光电离、热电离、碰撞电离、电极表面的电离其中引起碰撞电离的条件为i e W Ex q ≥。
电极表面的电离的四种方式：正离子撞击阴极表面、光电子发射、热电子发射、强场发射。
负离子的形成：当电子与气体分子碰撞时，有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能会发生电子和中性分子结合形成负离子（称为附着）。
对放电的形成起什么作用及其原因：负离子的形成并没有使气体中的带电粒子数改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
带电粒子的消失三种形式：1.在电场驱动下作定向运动，到达电极时消失于电极上而形成外电路中的电流2.因扩散现象而逸出气体放电空间3.带电粒子的复合第二节发生电子崩后抵达阳极的电子数：d a e n n α0= 电子碰撞电离系数E BPApe -=α，表明该系数与场强和气压有关。
场强很大时，α急剧增大，气压过大或过小时α都较小。
（电子碰撞电离系数越大击穿电压越低）第三节汤逊放电的γ过程及汤逊放电全过程：（1）正离子撞击到阴极表面发生表面电离，使阴极释放出二次自由电子的过程称为γ过程（2）在电极的气隙中，因外界电离因子产生出自由电子，这些自由电子在电极两端电压的作用下向阳极移动，当空间的电场强度足够大，这些电子将引起碰撞电离，产生出新的电子，新的电子又将引发碰撞电离，如此持续就会产生电子崩。
在碰撞电离过程中产生的正离子在电场的作用下撞击阴极，当场强足够大时，初始电子崩的正离子能在阴极上产生的新电子数大于或等于由外界电离因子产生的电子，那么即使除去外界电离因子的作用，放电也能够自持。
高电压技术习题及答案
第一章气体放电的基本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑的现象。
A．碰撞游离B．表面游离C．光游离D．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以的出现为特征。
A．碰撞游离B．表面游离C．热游离D．光游离3) 电晕放电是一种。
A．自持放电B．非自持放电C．电弧放电D．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为mg /cm2 。
A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.258) 以下哪种材料具有憎水性？A. 硅橡胶B.电瓷C. 玻璃D 金属二、填空题9) 气体放电的主要形式：、、、、10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。
12) 流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。
13) 工程实际中，常用棒－板或电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。
16) 沿面放电就是沿着表面气体中发生的放电。
17) 标准参考大气条件为：温度t C 20 0 = ，压力= 0 b kPa，绝对湿度30 h =11g /m18) 越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______19) 等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法20) 常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
7 雷电及防雷保护装置
10
2.地面落雷密度 地面落雷密度γ 地面落雷密度 定义：每一雷暴日、每平方千米地面受到的平均落雷次数。 定义：每一雷暴日、每平方千米地面受到的平均落雷次数。 一般取γ=0.07，但峡谷、向阳、迎风山坡、低电阻率 一般取 ，但峡谷、向阳、迎风山坡、 地区的γ值比一般地区大很多 值比一般地区大很多。 地区的 值比一般地区大很多。 3.雷电流 雷电流 （1）雷电流幅值（I） ）雷电流幅值（ ） 定义：当波阻抗为零时（低接地电阻R≤30 ），流经雷击 定义：当波阻抗为零时（低接地电阻 ），流经雷击 点的电流。 点的电流。 雷电流≈电流入射波的两倍 为什么？） 电流入射波的两倍（ 雷电流 电流入射波的两倍（为什么？） 雷电流幅值的概率分布。 雷电流幅值的概率分布。
D h0 = h − 4p
保护角α 表示避雷线的保护程度， 保护角 ：表示避雷线的保护程度，指避雷线铅垂线 与避雷线和边导线连线的夹角。 与避雷线和边导线连线的夹角。 保护角越小，雷击导线的概率越小， 保护角越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏蔽保 22 护越可靠。 护越可靠。
1
第1 节
主要内容： 主要内容：
雷电过程与雷电参数
雷电放电过程 雷电参数
雷暴日、雷暴小时、 雷暴日、雷暴小时、地面落雷密度 雷电流 雷道波阻抗
2
一、雷电放电过程（云—地） 雷电放电过程（
雷电是一种气体放电现象， 雷电是一种气体放电现象，是一种超长间隙的火花放 雷云是电极。 电，雷云是电极。 条件：当云中某一电荷密集中心处的场强达到25 25～ 条件：当云中某一电荷密集中心处的场强达到25～ 30kV/cm时 就可能引发雷电放电。 30kV/cm时，就可能引发雷电放电。 过程：先导—主放电—余辉（余光） 过程：先导—主放电—余辉（余光） 1.先导阶段 1.先导阶段 特点： 特点：雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面的发展是 分级推进的。 分级推进的。 平均每一级长度：25～ 平均每一级长度：25～50m 每级间停歇时间：30～ 每级间停歇时间：30～90us 下行平均速度：0.1～ 下行平均速度：0.1～0.8m/us 3 电流较小： 电流较小：数十至数百安培
高电压技术——(八)
第七章 雷电放电及防雷保护装置
第二节 防雷保护装置
雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以 制止的， 制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千 kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障， kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障， 电力系统故障 造成大面积停电。 造成大面积停电。 目前人们主要是设法去躲避和限制 躲避和限制雷电的破坏 目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏 基本措施就是加装避雷针 避雷线、 避雷针、 性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷 防雷接地、电抗线圈、电容器组、 器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线 自动重合闸等防雷保护装置。 圈、自动重合闸等防雷保护装置。 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压， 用于防止直击雷过电压 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷 用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过 器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过 电压。 电压。
《高电压技术》第八讲 5
第七章 雷电放电及防雷保护装置
第一节 雷电放电和雷电过电压
3、雷电参数
地面落雷密度（ （2）地面落雷密度（γ）和雷击选择性
表征雷云对地放电的频繁程度以地面落雷密度（ ） 表征雷云对地放电的频繁程度以地面落雷密度（γ） 对地放电的频繁程度以地面落雷密度 来表示， 来表示，是指每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击 的次数。 的次数。 地面落雷密度和雷暴日的关系式为： 地面落雷密度和雷暴日的关系式为：
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主讲教师： 主讲教师：李 丹 13872606770 lucy2140@ 三峡大学电气与新能源学院输电线路系
第七章 雷电放电及防雷保护装置
第七章 雷电放电及防雷保护装置
雷电在电力系统中的危害： 雷电在电力系统中的危害： （1）雷电过电压 （2）雷电流
高电压复习资料 填空
第一章 气体放电的基本物理过程二、填空题1) 气体放电的主要形式：辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电2) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 最低 值。
3) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
4) 流注理论认为，碰撞游离和 光电离 是形成自持放电的主要因素。
5) 工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
6) 气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式7) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 改善(电极附近)电场分布 。
8) 沿面放电就是沿着 固体介质 表面气体中发生的放电。
9)标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h = 10)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越 低 等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__NaCl___含量的一种方法 11) 常规的防污闪措施有： 增加 爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料第二章 气体介质的电气强度二、填空题1) 我国国家标准规定的标准操作冲击波形成_250/2500_____s μ。
2) 极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对 空间电荷 的阻挡作用，造成电场分布的改变。
3) 下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段： 先导放电 、 主放电 、 余光放电 。
4) 调整电场的方法：_增大___电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形第三章 液体和固体介质的电气特性二、填空题1) 影响液体电介质击穿电压的因素有 杂质、 温度、电压作用时间、电场均匀程度、 压力2) 固体介质的击穿形势有_电击穿、热击穿、电化学击穿_3) 电介质是指_能在其中建立静电场的物质_，根据化学结构可以将其分成_非极性（弱极性）电介质、偶极性电介质、离子性电介质_。
4) 电介质极化的基本形式有__电子位移极化、离子位移极化、转向极化、介质界面极化、 空间电荷极化5) 介质损失角正切的计算公式是_C R I I /tan =δ _，δtan 表示 交流下的介质损耗。
第七章 雷电放电及防雷保护装置
在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷 移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小， 可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产 生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在 导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压， 分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 高电压技术 河北科技师范学院电气教研室
' 雷击点电压 U A = I 2 ⋅
Z0Z Z =I⋅ 2 2Z 0 + Z
若取 Z 0 = 300Ω, Z = 400Ω U A ≈ 120 I 若取 Z0 ≈ Z 2
U A ≈ 100 I
(三)感应雷击过电压 雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部 等，在绝缘的导线上引起感应过电压。
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第二节 防雷保护装置
避雷针和避雷线 保护间隙和避雷器 防雷接地
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现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有： 避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接 地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸 等等。
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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。
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(一)单支避雷针
rx = ( h − hx ) P h ( hx ≥ ) 2 h (hx < ) 2
高电压技术习题与答案复试必备讲解
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1)流注理论未考虑 ______ 的现象。
A .碰撞游离 B .表面游离 C .光游离 D .电荷畸变电场 2)先导通道的形成是以 _____ 的出现为特征。
A .碰撞游离 B .表面游离 C .热游离 D .光游离 3)电晕放电是一种 ______ 。
A .自持放电B .非自持放电 C .电弧放电 D .均匀场中放电 4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 ______ 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) _____ 绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐 密为 _______ mg/cm 。
A. <0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.25 8) 以下哪种材料具有憎水性？A.硅橡胶B.电瓷C.玻璃 D 金属、填空题9)气体放电的主要形式： _____ 、 _______ 、 _____ 、 _____ 、 ______ 10)根据巴申定律，在某一 PS 值下，击穿电压存在 _____ 值。
11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 一 12)流注理论认为，碰撞游离和 ______ 是形成自持放电的主要因素。
13)工程实际中，常用棒一板或 ______ 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特 性。
三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
22) 为什么棒一板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?14)15)16)17)18)19) 20) 气体中带电质子的消失有 ______ 、复合、附着效应等几种形式 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 沿面放电就是沿着 表面气体中发生的放电< 标准参考大气条件为：温度 t o =20C ，压力 b 。
雷电放电及防雷保护装置课件
管式避雷器（排气式避雷器）
构造
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 外间隙同步击穿，雷电流经间隙流入大 地；过电压消失后，在工作电压作用下， 流经间隙旳工频续流电弧旳高温使管内 产气材料（电弧高温下能产生大量气体 旳纤维、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，造成对电弧旳强烈纵吹，从而使工 频续流在1到3个周波内熄灭。
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不小于65m时：
Ui
25
Ihc s
雷击于塔顶等接近导线旳接地物体时：
Ui hc
§7.2 防雷保护装置
防雷保护装置旳必要性
防雷保护装置旳种类
避雷针、避雷线、保护间隙、多种避雷器 、防雷接地
一、避雷针和避雷线
U Ci
非线性系数，最多不会 不会超出0.1，比较接近 理想阀片（相对于SiC制 成旳阀片）
SiC 电阻 U
ZnO 电阻
0
10－50 A
系统相电压
100－400 A
I
此电流很小，所以用此 种阀片制成旳避雷器能 够省去火花间隙
此电流很大，所以用此 种阀片制成旳避雷器必 须有火花间隙
金属氧化物避雷器旳特点
a.无间隙，所以构造大大简化、体积也 能够缩小诸多 b.保护性能优越 c.无续流，动作负载轻（过电压相应旳能 量）、能反复动作实现保护 d.通流容量大，能制成重载避雷器；
e.耐污性能好
避雷器旳电气参数
(1).避雷器额定电压：相当于SiC避雷器旳灭弧 电压。指避雷器能够较长器期耐受旳最大工频 电压有效值。
(完整)高电压重点知识复习
第一章 电介质的电气强度第一节平均自由行程长度：单位行程中的碰撞次数Z 的倒数λ。
影响因素：气体分子的半径、温度、气压。
迁移率：E vk =，表示带电粒子在单位场强（m /1V ）下沿电场方向的漂移速度。
电离：产生带电粒子的物理过程，气体放电的首要前提。
使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能，外界能量必须大于电离能才能使电离发生。
四种电离方式：光电离、热电离、碰撞电离、电极表面的电离其中引起碰撞电离的条件为i e W Ex q ≥。
电极表面的电离的四种方式：正离子撞击阴极表面、光电子发射、热电子发射、强场发射。
负离子的形成：当电子与气体分子碰撞时，有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能会发生电子和中性分子结合形成负离子（称为附着）。
对放电的形成起什么作用及其原因：负离子的形成并没有使气体中的带电粒子数改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
带电粒子的消失三种形式：1.在电场驱动下作定向运动，到达电极时消失于电极上而形成外电路中的电流2.因扩散现象而逸出气体放电空间3.带电粒子的复合第二节发生电子崩后抵达阳极的电子数：d a e n n α0= 电子碰撞电离系数E BPApe -=α，表明该系数与场强和气压有关。
场强很大时，α急剧增大，气压过大或过小时α都较小。
（电子碰撞电离系数越大击穿电压越低）第三节汤逊放电的γ过程及汤逊放电全过程：（1）正离子撞击到阴极表面发生表面电离，使阴极释放出二次自由电子的过程称为γ过程（2）在电极的气隙中，因外界电离因子产生出自由电子，这些自由电子在电极两端电压的作用下向阳极移动，当空间的电场强度足够大，这些电子将引起碰撞电离，产生出新的电子，新的电子又将引发碰撞电离，如此持续就会产生电子崩。
在碰撞电离过程中产生的正离子在电场的作用下撞击阴极，当场强足够大时，初始电子崩的正离子能在阴极上产生的新电子数大于或等于由外界电离因子产生的电子，那么即使除去外界电离因子的作用，放电也能够自持。
雷电的危害及防雷装置
雷电的危害及防雷装置带电积云是构成雷电的基本条件。
当带不同电荷的积云互相接近到一定程度，或带电积云与大地凸出物接近到一定程度时，发生强烈的放电，发出耀眼的闪光。
由于放电时温度高达20000℃，空气受热急剧膨胀，发出爆炸的轰鸣声。
这就是闪电和雷鸣。
雷电大体可以分为直击雷、雷电感应、球雷、雷电侵人波等。
一、雷电的危害雷电有电性质、热性质、机械性质等多方面的破坏作用，可能带来极为严重的后果。
（1）火灾和爆炸。
（2）触电。
（3）设备和设施毁坏。
（4）大规模停电。
二、防雷装置避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。
一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。
上述针、线、网、带都只是接闪器;避雷器是一种防止雷电冲击波的防雷装置。
1.接闪器避雷针、避雷线、避雷网和避雷带都可作为接闪器，建筑物的金属屋面可作为第一类工业建筑物以外其他各类建筑物的接闪器。
这些接闪器都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后，通过引下线和接地装置，把雷电流泄入大地，以此保护被保护物免受雷击。
接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还应有足够的热稳定性。
接闪器最小尺寸见表5-1。
接闪器装设在烟囱上方时，由于烟气有腐蚀作用，应适当加大尺寸。
避雷线一般采用截面积不小于35mm²的镀锌钢绞线。
用金属屋面作接闪器时，金属板之间的搭接长度不得小于100mm;金属板下方无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm;金属板下方有易燃物品时，为了防止雷击穿孔，所用铁板、铜板、铝板厚度分别不得小于4mm、5mm、7mm;金属板不得有绝缘层。
接闪器焊接处应涂防腐漆。
接闪器截面锈蚀30%以上时应予更换。
2.避雷器避雷器有阀型避雷器、管型避雷器等，是用来保护电力设备，防止高电压冲击波侵入的安全措施。
保护原理是将避雷器装设在被保护物的引入端，其上端接在线路上，下端接地，正常时避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响系统运行。
高电压技术-第七章-雷电及防雷保护装置
雷电流的等值计算波形。
标准冲击波形，斜角平顶波，等值半余弦波前
雷道波阻抗。雷电通道在主放电时如同导体， 具有等值波阻抗。一般取300R
I et et
1 I 1 cost
2
7.2 防雷保护装置
防雷保护装置
防雷保护装置（定义） ：能使被保护物体避免雷击， 引雷于自身并顺利泄入大地的装置。
优点：
结构简单、价廉。
缺点：
熄弧能力低，易使断路器跳闸； 与被保护设备伏秒特性不易配合；
不均匀电场，放电分散性大，伏秒特 性陡
动作后有截波，威胁绕组绝缘
不能保护主变和发电机等重要设备 只能用于线路保护和进线段的保护 需其它设备配合使用
带间隙的阀式避雷器——结构
阀型避雷器主要由火花间隙和阀片（非线 性电阻）组成
第七章 雷电及防雷保护装置
主要内容
雷电放电过程
雷电参数
防雷保护装置
重点是：电压能量吸收 器——避雷器
7.1 雷电过程与雷电参数
什么是雷电放电
雷电放电:一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长 间隙的火花放电。
与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。 但又具有重复雷击等特点。
放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：25~30kV/cm 放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电 “云-地”之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因
主放电和迎面流注阶段。当先导放电接地地面时，地面场强 增大，地面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下 先导放电相遇时，进入主放电阶段。
出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。 主放电时间极短，约50~100uS。发展速度50~100m/uS 电流幅值大，达数十千安到数百千安
高电压复习资料 大题
第一章 气体放电的基本物理过程三、计算问答题1) 简要论述汤逊放电理论。
——汤逊理论当外施电压足够高时,一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为ｅas 个（α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数;ｓ为间隙距离)。
因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(e ａｓ-1)个。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极.若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r 个(ｒ为正离子的表面游离系数)有效电子,则(e ａｓ－１)个正离子撞击阴极表面时,至少能从阴极表面释放出一个有效电子,以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为ｒ(ｅas-1)=1。
2) 为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?（1）当棒具有正极性时,间隙中出现的电子向棒运动,进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极,而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近,积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流柱,这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
(2)当棒具有负极性时,阴极表面形成的电子立即进入强电场区,造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后,电子就不再能引起电离,而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极,但由于其运动速度较慢,所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大,而正空间电荷将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强,因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。
007--发电厂和变电所的防雷保护
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲 击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
电气防火及防雷电ppt课件
以下情况可能引起空间爆炸： 1．周围空间有爆炸性棍合物，在危险温度或电火 花作用下引起空间爆炸。 2．充油设备的绝缘油在电弧作用下分解和汽化， 喷出大量油雾和可燃气体，引起空间爆炸 。 3．发电机氢冷装置漏气、酸性蓄电池排出氢气等， 形成爆炸性淞合物，引起空间爆炸。
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第二节危险物质和危险环境 危险物质：是指在大气条件下，能与空气混合形 成爆炸性混合物的气体、蒸气、薄雾、粉尘或纤维。 爆炸性混合物：是指一经点燃，即在充有混合物 的范围内能极为迅速地传播燃烧的混合物。 爆炸危险物质分为三类： Ι．类指矿井甲烷； Ⅱ．类指爆炸性气体、蒸气、薄雾； Ш．类指爆炸性粉末、纤维。
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爆炸性物质分级、分组
气体分级
物质分组
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
级级 级
abcde 450 300 200 135 100
16 16
一、危险物质的性能参数 1．闪点：在规定条件下，易燃液体能释放出足够的蒸 气并在液面上方与空气形成爆炸性混合物，点火时能 发生闪燃的最低温度。闪点越低者危险性越大。 2．燃点：物质在空气中点火时发生燃烧移去火源仍能 继续燃烧的最低温度。对于闪点不超过45℃的易燃液 体，燃点仅比闪点高1～5℃，一般不必考虑燃点，而 只考虑闪点。
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二、电火花和电弧 电火花是电极间的击穿放电，电弧是大量的电火花汇 集而成的。 一般电火花的温度都很高，特别是电弧，温度可高达 6000℃～8000℃，因此，电火花和电弧不仅能引起可 燃物燃烧，还能使金属熔化、飞溅，构成危险的火源。 在有爆炸危险的场所，电火花和电弧更是引起火灾和 爆炸的一个十分危险的因素。 电火花包括：工作火花和事故火花两类。
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引起短路的原因主要有： ①当电气设备的绝缘老化变质，或受到高温、潮湿 或腐蚀的作用而失去绝缘能力时，即可能引起短路。 ②绝缘导线直接缠绕，勾挂在铁钉或铁丝上时，由 于磨损和铁锈腐蚀，很容易使绝缘破坏而形成短路。 ③由干设备安装不当或工作疏忽．可能使电气设备 的绝缘受到机械损伤而形成短路。 ④由于雷击等过电压的作用形成短路，电气设备的 绝缘可能遭到击穿而在安装和检修工作中路事故。 ⑤在安装和检修工作中，由于接线和操作的错误， 也可能造成短路事故。
6.雷电放电及防雷装置
• 雷击所造成的危害主要有两种形式：
• 一是带电的云层对大地上的某一点发生猛烈放电， 叫“直击雷”。当“直击雷”发生时，往往会对 地面的物体产生强大的打击作用，其破坏力也是 巨大的。 • 另一种叫“感应雷”，它的形成过程是由带电云 层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电 荷。当“雷电”发生后，云层带电迅速消失，而 地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在， 当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的 瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大 的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而 发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称“感 应雷”。“感应雷”造成的瞬间过电压，指在微 秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。
• 以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有 接地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导 线上的感应过电压降低，因为在导线的附近出现 了带地电位的避雷线，会使导线的对地电容C增大， 另一方面，避雷线位于导线之上，吸引了一部分 电力线，使导线上感应出来的束缚电荷Q减少。导 线的对地电压为: U=Q/C • 显然Q的减少和C的增大将使电压U降低。 • 另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线 相当于在“导线—大地”回路的近旁增加了一个 “避雷线—大地”短路环，因而部分抵消导线上 的电磁感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁 分量会受到削弱。
7 雷电流的计算波形
• 8 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。 • 9 放电能量 • 放电能量其实不大，但是在极短时间内放出 的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象 把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返 还给大自然。
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2. 雷击于导线或档距中央避雷线
U0 Z0
Z0
A
I’2
2U0
ZZ
Z
Z
O
(a)示意图
如果电流电压均以幅值表示
(b) 电压源等值电路
I'2
2U0
Z0
Z 2
IZ0
Z0
Z 2
• 导线雷击点A的电压幅值
UAI'2Z 2I
Z0Z 2Z0Z
令Z0=300Ω ，Z=400Ω ，可得UA=120I
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。
四、雷电过电压的形成
(一)雷电放电的计算模型
• 2.感应雷击过电压一定要在雷云及其先导通道中的电 荷被中和后才出现；相邻导线间感应电压与感应源同 生同灭；
V)
2. 式中I—雷电流幅值
3.
hc—导线的平均对地高度
4.
s—雷击点与线路之间的距离
2. 雷击于塔顶等紧靠导线的接地物体
3.
Ui=ahc
4. 式中a—感应雷过电压系数，它近似等于雷
电流的平均波前陡度，即a≈I/2.6
• 感应雷击过电压与相邻导线间感应电压的异同:
• 1.感应雷击过电压的极性一定与雷云的极性相反，而 相邻导线间感应电压的极性一定与感应源相同；
lg P I 88
(六)雷电流的波前时间、陡度及波长
波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左右。 雷电流的波前时间T1处于1～4us的范围内，平均为 2.6us。波长T2 处于20～100us的范围内，多数为40us 左右。
我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高 压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us
(二)地面落雷密度( )和雷击选择性 表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平
均雷击次数。
我国标准对Td ＝40的地区，取 ＝0.07
(三)雷道波阻抗（Z0）
主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的雷 道投射到雷击点的波过程。
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，具有某一等值波阻抗，称为雷道
(二) 直接雷击过电压的几个典型算例 1. 雷击于地面上接地良好的物体(Ri=15Ώ)
i0
A
A
2i0 Z0 Ri
i Ri
O
(a)
(b)
根据雷电流的定义,这时流过雷击点A的电流即为雷电 流i。如(b)为其电流源等值电路则雷电流为：
iZ 0 Z 0R i2 i03 2 3 0 10 0 i0 5 0 1 .9 i02 i0
波阻抗。
我国有关规程建议取Z0≈ 300Ω
(四)雷电的极性
负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大,防雷计 算中一般均按负极性考虑。
I (五)雷电流幅值（ ）
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
I 2I0
I 一般地区，雷电流幅值超过 的概率可按下式计算
雷云 20,000 μs
1000 μs
1000 μs
分级先导 大地
箭状先导
第一次主放电
100 μs
0.03 μs 入地电流
箭状先导
100 μs 0.03 μs
第三次主放电 t
100 μs
时间 t 图7-2 雷电放电的发展过程及雷电流波形
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
第七章雷电放电及防雷保护装置
第一节 雷电放电和雷电过电压
➢雷云的形成 ➢雷电放电过程 ➢雷电参数 ➢雷电过电压的形成
一、雷云的形成
雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电 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。
雷电流波前的平均陡度 a I (kA/us)
2.6
(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
iI0(et et)
2、斜角波
i at
3、斜角平顶波
ia(ttT1)
ia1T I(tT 1)
4、半余弦波
i I (1co st)
2
(八)雷电的多重放电次数及总延续时间
• 通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往是一微 弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐级推进的方 式向下发展，每级长度约25~50m，每级的伸展速度 约104 km/s，各级之间有30~90μs的停歇，所以平均 发展速度只有100~800km/s这种预放电称为逐级引路 或先导放电。
• 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物体因周 围电场强度达到了能使空气电离程度，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，这就是雷电的主放 电阶段，伴随着雷鸣和闪光。这段时间极短，只有 50~100 μs，它是沿着负的下行先导通道，由下而上 逆向发展的，亦称“回击”,速度可达 20000~150000km/s。
(三)感应雷击过电压
• 除了前面介绍的直接雷击过电压外,电力系统中还会出 现另一种雷电过电压—感应雷击过电压，它的形成机 理与直接雷击过电压完全不同。
图7-7 感应雷过电压产生机理示意图
(a)先导放电阶段
(b)主放电阶段
1. 在雷击点与电力线路之间的距离s>6部局部正电荷区。
二、 雷电放电过程
• 雷电放电是一种超长气隙的火花放电，与金属 电极间的长气隙放电是相似的。
• 由于雷云的物理性质毕竟与金属板不同，因而 具有多次重复雷击等现象和特点。
• 雷云下部大部分带负电荷，大多数的雷击是负 极性的，雷云中的负电荷会在地面感应出大量 正电荷。
• 地面与大地之间或两块带异号电荷的雷云之间， 会形成强大的电场，其电位差可达数兆伏甚至 数十兆伏。