ch6、过电压与防治
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雷电的危害
(9) 2000年6月16日 襄汾市老东关街遭雷电,原 料库的棉垛和尼龙垛被雷击并引起大火,后经抢 救扑灭,直接经济损失51万元。 (10) 2000年5月25日 内蒙古包头铝业集团电解一、 二分公司电解自控系统遭雷击损失100万元。 (11) 2000年5月17日 天津外贸纸箱厂遭雷击,致 使生产控制线损坏,经济损失约24万元。 以上统计仅仅是对雷击造成的直接损失进行评估, 由此造成的间接损失并未计算入内。
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提前放电避雷针的工作原理图
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(3)保护范围的计算
单支避雷针的 保护范围如图 所示,为一上、 H 下承接的两个 圆 锥 形 空 间 (保护伞)。 图 中 高 度 H<=30m。
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Hx H/2 1.5H
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避雷器
在无雷电波的情况下,火花间隙能承受电网正 常工作电压,不被击穿。当有危险雷电波入侵 时,它首先被击穿,从而使被保护的电气设备 免受雷电波的冲击。火花间隙的工频耐压值都 大于连接线路的正常工作电压值,而小于被保 护电气设备的允许工频耐压值。例如FS-6型阀 型避雷器的额定电压为6kV,工频放电电压为16 ~ 19kV,而由它保护的6kV电气设备的最小允许 工频耐压值为19~ 21kV。此外,火花间隙还应 能熄灭当它被击穿后所产生的工频续流电弧。
CH6 过电压与防治
电网的电磁能量因故发生突变,造成设备、线 路对地电压的异常升高,出现危及设备、线路 绝缘的电压称为过电压。过电压按其来源的不 同,分为大气过电压(雷电)和内部过电压。 大气过电压是因雷云放电而引起的,故又称外 部过电压。 由于电力系统的操作、故障等原因,引起系统 电磁能量在转换过程中产生异常电压升高,因 其能量来自电网本身,故称为内部过电压。对 于煤矿,危害较大的内部过电压有真空开关操 作过电压和弧光接地过电压两种。
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1) 避雷针
接闪器1长约1~2m,一般用镀锌圆铜或 钢管制成。圆钢直径约为12~20mm;铜 管直径常用20~25mm。接地引下线3用 镀锌圆钢(8~12mm)或扁钢(4× 48~ 4 ×100mm2 )制成,也可以用截面不小 于25mm2的镀锌钢绞线。接地极4一般采 用直径为50mm、壁厚为3.5mm、管长为 2.5m的镀锌钢管垂直敷设。杆塔2一般采 用混凝土杆或铁塔,其高度及直径要经 设计计算才能确定。
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一、大气过电压(雷电)及保护
1. 雷电的种类及其危害 地球是一个大导体,由于静电感应作用,雷云下 面的地面,必然感应出大量与雷云带电极性相反的 电荷,这样,雷云和大地便构成了一个巨大的电容 器。当大气条件和二者间的距离,满足雷云对大地 放电的高电场强度要求时,雷云便对大地放电,形 成强大的雷电流(闪电),并使雷电流周围的空气 骤然膨胀爆炸,形成雷声。可见,雷电实际上是雷 云的放电现象。雷云放电也可在两个带异性电荷的 雷云间进行。当雷云离大地较近时,雷云和大地之 间的电压可达数百万伏,其雷电流可达数十万安。
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架空线
雷电波
避雷器的保护原理
放电 变压器 避雷器
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避雷器
避雷器有阀型避雷器、管型避雷器和保护 间隙三种,前者最为常用,图2-53a是FS-6 型阀型避雷器的结构示意图,主要保护元 件为火花间隙2和非线性电阻元件1。
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雷电的危害
(1) 2000年9月21日 中国北京首都机场三处遭雷 击,击坏部分设备。 (2) 2000年9月20~21日,北京大范围遭雷击, 击坏延庆、顺义、房山等多个单位的计算机、通 信等设备。 (3) 2000年8月8日 四川人和镇重庆华新国际城 市发展有限公司遭雷击,击坏两个卫星天线,直 接经济损失102万元,间接经济损失15万元。 (4) 2000年7月17日 天津大港区浮板玻璃有限公 司遭雷击,自动化生产线因雷击发生故障,称重 传感器被损坏,直接经济损失3万元,停产三天, 间接经济损失约80万元。
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雷电的危害
(5) 2000年7月16日 天津西青开发区今晚报社造 纸有限公司遭雷击,生产供电线路被雷击瘫痪, 设备损坏,经济损失约3.8万元。 (6) 2000年7月16日 天津市市内电话局下属烟台 道局和王顶堤局遭雷击,经济损失约6万元。 (7) 2000年7月16日,天津西青开发区苏波洛克 水损失60万元。 (8) 2000年7月11日 韶关市西郊收费站遭雷击击 坏收费监控系统,大泥有限公司遭雷击,击坏程 控交换机、内部计算机网络等设备,经济损失约 1.2万元。
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1) 避雷针
(2)原理 避雷针高于被保护的对象,并具有 良好的接地,故针尖的电位就等于大地的 电位。当雷云接近避雷针所在的范围时, 雷云对地感应的异性电荷,被吸引到避雷 针的顶部,改变了空间电场的分布,使雷 云向避雷针放电。放电电流经引下线和接 地极泄漏入地,从而使避雷针附近一定空 间范围内的物体免遭雷击。
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3)球雷
球雷是雷云在空中或对大地放电时形成的一团 高温并带有大量电荷、电位很高的气团。其直 径大小不一,有20cm~10cm 者,形似一团火 球,能随风飘动,有时能飘进室内。如果碰到 对地绝缘较差的人或动物,它便通过人身或动 物对地放电,使之遭雷击伤亡。如果碰到其它 适合对地放电的设备或金属导体,球雷便立刻 放电而消失。 球雷是一种罕见的自然现象,在天气特别闷热 的暴雷雨天,而地面上的空气又有烟柱时,就 可能形成球雷。
束缚电荷便被解除束缚而成为自由电荷,因而对地
呈现极高的电位,并沿导线向两个方向传播,这就 叫感应雷,或称雷电波。
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2)感应雷(雷电波)
雷电波在沿导线传播的过程中,若遇某处或 某一电气设备的对地绝缘较差,高电位的雷 电波便将该处或该设备的对地绝缘击穿放电, 使线路和设备迅速被烧毁。接在架空线上的 电力变压器就常遭雷电波的冲击而击穿。 感应雷的破坏作用同样是极大的。据统计, 在雷电事故中,因感应雷所造成的事故约占 70%左右,因此必须采用可靠的保护措施。
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雷电的危害
据统计:直击雷的损坏仅占15%,感应雷与地电 位提高的损坏占85%。 我国根据气象部门和劳动部门的估算,每年雷击 伤亡人数均超过1万,其中死亡3000多人。例如1989年, 我国青岛市黄岛油库于8月12日遭雷击失火,燃烧 104小时才勉强扑灭。伤亡人员近百名,烧毁原油3.6 万吨,整个油库毁坏殆尽,变成一片废墟。 据不完全统计,全国35个自治区、直辖市、计划 单列市、700多个市县,共发生典型雷电灾害1902例。 造成人员伤亡事件808起,直接经济损失上千万元以 上的事例百起,百万元以上的事例为19起。
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单个火花间隙
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避雷器
火花间隙2 由几个平板型火花间隙串联 而成。在避雷器中,火花间隙的串联级 数,决定于避雷器的额定电压(等于所 接电网的额定电压)。单个平板型火花 间隙由两个黄铜电极6和一个云母垫片7 组成,其构造如图2-53b所示。
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2. 防雷保护装置
1) 避雷针 (1)构造 避雷针的作用是防护电 气设备、线路及建筑物 等免遭直击雷的危害。 一般独立避雷针的构造 如图2-48所示,它主要 由接闪器(避雷针的针 尖)1、杆塔2、接地引 下线3和接地极4组成。
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2)感应雷(雷电波)
当架空线路的上空存在离地面较近的快要对地放电
的雷云时(不论放电与否),架空导线上的异性电 荷将被雷云吸引,大量集中在雷云下方的位置,这 种电荷叫束缚电荷。当这种雷云对地或对其它雷云 放电结束后,这种束缚力随即消失。原来导线上的
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(3)保护范围的计算
当 H X H / 2 时, rx ( H Hx ) Kh Hef 当 Hx H / 2 时,
rx (1.5H 2 Hx) Kh
Kh 高度影响系数。 当H 30 m时,Kh 1; 当120 m H 30 m时,Kh 5.5 / H
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避雷器
当雷电波通过阀型避雷器击穿放电时,其上将通过很大的雷 电流,如果不加限制,则可能将火花间隙烧毁,并在避雷器 (包括接地极)上产生很高的电压降,该电压降叫作避雷器 残压。该残压仍可能击穿电气设备的绝缘,称之为反击。因此, 又在火花间隙下面串联了一组阀片1。该阀片为一非线性电阻, 由碳化硅SiC和粘合剂在一定温度下烧结而成,能向自动阀门 一样对电流进行控制,故称做阀片。其基本特性为:电阻与 通过的电流呈非线性反比关系。这样,当阀片上通过很大的 雷电流时,其电压骤然下降,使避雷器的残压限制在一定的 范围内,保证没有反击被保护电气设备的危险;当雷电流过 去以后,阀片对工频续流便呈现很大的电阻,使工频续流降 到火花间隙能熄灭电弧的水平,保证工频短路电弧能被可靠 的熄灭,恢复线路的正常绝缘。
0.75H
rx
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Hx水平上保护 范围的截面
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(3)保护范围的计算
由图可以看出,避雷针对地平面的保护 半径为1.5H;从针顶向下作与针成45角 的斜线,与从针底1.5H处向针0.75H处所 作的连线交于H/2处,此交点把圆锥形保 护范围分为上、下两个空间,每个空间 内不同高度上的保护半径与避雷针高度 的关系如下 :
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1)直击雷
雷云直接对大地放电的雷电现象叫直击雷。由 于直击雷的雷电流大、频率高、电压高、时间短的 特点,故人与动物若遭直击雷,就会发生烧伤或死 亡事故。如果直击雷通过建筑物或电气设备对地放 电,因雷电放电通道的温度可达数十万度,故将使 易燃物或设备起火,使爆炸品爆炸,金属物熔化, 建筑物倒塌,产生严重后果。直击雷过电压是因为 雷电流在被击电气设备上所产生的阻抗压降所致, 其大小与雷电流幅值、波形以及被击物的阻抗特性 有关。直击雷的破坏性是极大的,必须采取可靠的 预防和保护措施。
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25பைடு நூலகம்
3) 避雷器
避雷器是防护感应雷(雷电波)对电气设备产生危 害的保护装置。 在架空导线上发生感应雷后,雷电波沿导线向两个 方向传播,如果雷电波的对地电压超过了电气设备 绝缘的耐压值,其绝缘必将被击穿而导致电气设备 立即烧毁。显然,同连于一条线路上的电气设备, 必然是耐压水平最低的设备首先被雷电波击穿。避 雷器就是专设的、耐压值低于所有被保护设备正常 耐压值的保护装置,由于它具有良好的接地,故雷 电波来到时,避雷器首先被击穿并对地放电,从而 使其他电气设备受到保护。
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2) 避雷线
避雷线实际上是通过接地引下线和接地 极直接接地的架空导线,故又叫架空地 线,主要用来防护架空输电线路与建筑 物免遭直击雷的危害,其保护原理与避 雷针相同。避雷线的保护范围计算方法 与避雷针相似,具体公式可查阅有关电 工手册。
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雷电的危害
(9) 2000年6月16日 襄汾市老东关街遭雷电,原 料库的棉垛和尼龙垛被雷击并引起大火,后经抢 救扑灭,直接经济损失51万元。 (10) 2000年5月25日 内蒙古包头铝业集团电解一、 二分公司电解自控系统遭雷击损失100万元。 (11) 2000年5月17日 天津外贸纸箱厂遭雷击,致 使生产控制线损坏,经济损失约24万元。 以上统计仅仅是对雷击造成的直接损失进行评估, 由此造成的间接损失并未计算入内。
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提前放电避雷针的工作原理图
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(3)保护范围的计算
单支避雷针的 保护范围如图 所示,为一上、 H 下承接的两个 圆 锥 形 空 间 (保护伞)。 图 中 高 度 H<=30m。
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Hx H/2 1.5H
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避雷器
在无雷电波的情况下,火花间隙能承受电网正 常工作电压,不被击穿。当有危险雷电波入侵 时,它首先被击穿,从而使被保护的电气设备 免受雷电波的冲击。火花间隙的工频耐压值都 大于连接线路的正常工作电压值,而小于被保 护电气设备的允许工频耐压值。例如FS-6型阀 型避雷器的额定电压为6kV,工频放电电压为16 ~ 19kV,而由它保护的6kV电气设备的最小允许 工频耐压值为19~ 21kV。此外,火花间隙还应 能熄灭当它被击穿后所产生的工频续流电弧。
CH6 过电压与防治
电网的电磁能量因故发生突变,造成设备、线 路对地电压的异常升高,出现危及设备、线路 绝缘的电压称为过电压。过电压按其来源的不 同,分为大气过电压(雷电)和内部过电压。 大气过电压是因雷云放电而引起的,故又称外 部过电压。 由于电力系统的操作、故障等原因,引起系统 电磁能量在转换过程中产生异常电压升高,因 其能量来自电网本身,故称为内部过电压。对 于煤矿,危害较大的内部过电压有真空开关操 作过电压和弧光接地过电压两种。
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1) 避雷针
接闪器1长约1~2m,一般用镀锌圆铜或 钢管制成。圆钢直径约为12~20mm;铜 管直径常用20~25mm。接地引下线3用 镀锌圆钢(8~12mm)或扁钢(4× 48~ 4 ×100mm2 )制成,也可以用截面不小 于25mm2的镀锌钢绞线。接地极4一般采 用直径为50mm、壁厚为3.5mm、管长为 2.5m的镀锌钢管垂直敷设。杆塔2一般采 用混凝土杆或铁塔,其高度及直径要经 设计计算才能确定。
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一、大气过电压(雷电)及保护
1. 雷电的种类及其危害 地球是一个大导体,由于静电感应作用,雷云下 面的地面,必然感应出大量与雷云带电极性相反的 电荷,这样,雷云和大地便构成了一个巨大的电容 器。当大气条件和二者间的距离,满足雷云对大地 放电的高电场强度要求时,雷云便对大地放电,形 成强大的雷电流(闪电),并使雷电流周围的空气 骤然膨胀爆炸,形成雷声。可见,雷电实际上是雷 云的放电现象。雷云放电也可在两个带异性电荷的 雷云间进行。当雷云离大地较近时,雷云和大地之 间的电压可达数百万伏,其雷电流可达数十万安。
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架空线
雷电波
避雷器的保护原理
放电 变压器 避雷器
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避雷器
避雷器有阀型避雷器、管型避雷器和保护 间隙三种,前者最为常用,图2-53a是FS-6 型阀型避雷器的结构示意图,主要保护元 件为火花间隙2和非线性电阻元件1。
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雷电的危害
(1) 2000年9月21日 中国北京首都机场三处遭雷 击,击坏部分设备。 (2) 2000年9月20~21日,北京大范围遭雷击, 击坏延庆、顺义、房山等多个单位的计算机、通 信等设备。 (3) 2000年8月8日 四川人和镇重庆华新国际城 市发展有限公司遭雷击,击坏两个卫星天线,直 接经济损失102万元,间接经济损失15万元。 (4) 2000年7月17日 天津大港区浮板玻璃有限公 司遭雷击,自动化生产线因雷击发生故障,称重 传感器被损坏,直接经济损失3万元,停产三天, 间接经济损失约80万元。
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雷电的危害
(5) 2000年7月16日 天津西青开发区今晚报社造 纸有限公司遭雷击,生产供电线路被雷击瘫痪, 设备损坏,经济损失约3.8万元。 (6) 2000年7月16日 天津市市内电话局下属烟台 道局和王顶堤局遭雷击,经济损失约6万元。 (7) 2000年7月16日,天津西青开发区苏波洛克 水损失60万元。 (8) 2000年7月11日 韶关市西郊收费站遭雷击击 坏收费监控系统,大泥有限公司遭雷击,击坏程 控交换机、内部计算机网络等设备,经济损失约 1.2万元。
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1) 避雷针
(2)原理 避雷针高于被保护的对象,并具有 良好的接地,故针尖的电位就等于大地的 电位。当雷云接近避雷针所在的范围时, 雷云对地感应的异性电荷,被吸引到避雷 针的顶部,改变了空间电场的分布,使雷 云向避雷针放电。放电电流经引下线和接 地极泄漏入地,从而使避雷针附近一定空 间范围内的物体免遭雷击。
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3)球雷
球雷是雷云在空中或对大地放电时形成的一团 高温并带有大量电荷、电位很高的气团。其直 径大小不一,有20cm~10cm 者,形似一团火 球,能随风飘动,有时能飘进室内。如果碰到 对地绝缘较差的人或动物,它便通过人身或动 物对地放电,使之遭雷击伤亡。如果碰到其它 适合对地放电的设备或金属导体,球雷便立刻 放电而消失。 球雷是一种罕见的自然现象,在天气特别闷热 的暴雷雨天,而地面上的空气又有烟柱时,就 可能形成球雷。
束缚电荷便被解除束缚而成为自由电荷,因而对地
呈现极高的电位,并沿导线向两个方向传播,这就 叫感应雷,或称雷电波。
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2)感应雷(雷电波)
雷电波在沿导线传播的过程中,若遇某处或 某一电气设备的对地绝缘较差,高电位的雷 电波便将该处或该设备的对地绝缘击穿放电, 使线路和设备迅速被烧毁。接在架空线上的 电力变压器就常遭雷电波的冲击而击穿。 感应雷的破坏作用同样是极大的。据统计, 在雷电事故中,因感应雷所造成的事故约占 70%左右,因此必须采用可靠的保护措施。
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雷电的危害
据统计:直击雷的损坏仅占15%,感应雷与地电 位提高的损坏占85%。 我国根据气象部门和劳动部门的估算,每年雷击 伤亡人数均超过1万,其中死亡3000多人。例如1989年, 我国青岛市黄岛油库于8月12日遭雷击失火,燃烧 104小时才勉强扑灭。伤亡人员近百名,烧毁原油3.6 万吨,整个油库毁坏殆尽,变成一片废墟。 据不完全统计,全国35个自治区、直辖市、计划 单列市、700多个市县,共发生典型雷电灾害1902例。 造成人员伤亡事件808起,直接经济损失上千万元以 上的事例百起,百万元以上的事例为19起。
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单个火花间隙
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避雷器
火花间隙2 由几个平板型火花间隙串联 而成。在避雷器中,火花间隙的串联级 数,决定于避雷器的额定电压(等于所 接电网的额定电压)。单个平板型火花 间隙由两个黄铜电极6和一个云母垫片7 组成,其构造如图2-53b所示。
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2. 防雷保护装置
1) 避雷针 (1)构造 避雷针的作用是防护电 气设备、线路及建筑物 等免遭直击雷的危害。 一般独立避雷针的构造 如图2-48所示,它主要 由接闪器(避雷针的针 尖)1、杆塔2、接地引 下线3和接地极4组成。
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2)感应雷(雷电波)
当架空线路的上空存在离地面较近的快要对地放电
的雷云时(不论放电与否),架空导线上的异性电 荷将被雷云吸引,大量集中在雷云下方的位置,这 种电荷叫束缚电荷。当这种雷云对地或对其它雷云 放电结束后,这种束缚力随即消失。原来导线上的
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(3)保护范围的计算
当 H X H / 2 时, rx ( H Hx ) Kh Hef 当 Hx H / 2 时,
rx (1.5H 2 Hx) Kh
Kh 高度影响系数。 当H 30 m时,Kh 1; 当120 m H 30 m时,Kh 5.5 / H
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避雷器
当雷电波通过阀型避雷器击穿放电时,其上将通过很大的雷 电流,如果不加限制,则可能将火花间隙烧毁,并在避雷器 (包括接地极)上产生很高的电压降,该电压降叫作避雷器 残压。该残压仍可能击穿电气设备的绝缘,称之为反击。因此, 又在火花间隙下面串联了一组阀片1。该阀片为一非线性电阻, 由碳化硅SiC和粘合剂在一定温度下烧结而成,能向自动阀门 一样对电流进行控制,故称做阀片。其基本特性为:电阻与 通过的电流呈非线性反比关系。这样,当阀片上通过很大的 雷电流时,其电压骤然下降,使避雷器的残压限制在一定的 范围内,保证没有反击被保护电气设备的危险;当雷电流过 去以后,阀片对工频续流便呈现很大的电阻,使工频续流降 到火花间隙能熄灭电弧的水平,保证工频短路电弧能被可靠 的熄灭,恢复线路的正常绝缘。
0.75H
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Hx水平上保护 范围的截面
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(3)保护范围的计算
由图可以看出,避雷针对地平面的保护 半径为1.5H;从针顶向下作与针成45角 的斜线,与从针底1.5H处向针0.75H处所 作的连线交于H/2处,此交点把圆锥形保 护范围分为上、下两个空间,每个空间 内不同高度上的保护半径与避雷针高度 的关系如下 :
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1)直击雷
雷云直接对大地放电的雷电现象叫直击雷。由 于直击雷的雷电流大、频率高、电压高、时间短的 特点,故人与动物若遭直击雷,就会发生烧伤或死 亡事故。如果直击雷通过建筑物或电气设备对地放 电,因雷电放电通道的温度可达数十万度,故将使 易燃物或设备起火,使爆炸品爆炸,金属物熔化, 建筑物倒塌,产生严重后果。直击雷过电压是因为 雷电流在被击电气设备上所产生的阻抗压降所致, 其大小与雷电流幅值、波形以及被击物的阻抗特性 有关。直击雷的破坏性是极大的,必须采取可靠的 预防和保护措施。
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中国矿业大学电气工程系
25பைடு நூலகம்
3) 避雷器
避雷器是防护感应雷(雷电波)对电气设备产生危 害的保护装置。 在架空导线上发生感应雷后,雷电波沿导线向两个 方向传播,如果雷电波的对地电压超过了电气设备 绝缘的耐压值,其绝缘必将被击穿而导致电气设备 立即烧毁。显然,同连于一条线路上的电气设备, 必然是耐压水平最低的设备首先被雷电波击穿。避 雷器就是专设的、耐压值低于所有被保护设备正常 耐压值的保护装置,由于它具有良好的接地,故雷 电波来到时,避雷器首先被击穿并对地放电,从而 使其他电气设备受到保护。
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2) 避雷线
避雷线实际上是通过接地引下线和接地 极直接接地的架空导线,故又叫架空地 线,主要用来防护架空输电线路与建筑 物免遭直击雷的危害,其保护原理与避 雷针相同。避雷线的保护范围计算方法 与避雷针相似,具体公式可查阅有关电 工手册。
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