第17讲雷电及防雷保护装置-课件

年平均雷暴日和年平均雷暴小时是表征雷电活动 频繁程度的指标。
雷暴日：一年中有雷电的天数。（在一天之内， 只要听到雷声就算一个雷暴日）。
雷暴小时：一年中有雷电的小时数。（在一小时 之内，只要听到雷声就算一个雷暴小时）。
我国大部分地区的雷暴小时与雷暴日之比为3。 我国规程建议采用雷暴日作为计算单位。
在保护计算中，可取双指数波，为简化计算一般可取斜角平 顶波。 但在特高塔的设计中，可取半余弦波头，表达式为：
i I (1cost)
2
I为雷电流幅值，ω为角频率，ω=π/τf=1.：75%-90%的雷为负极性雷，因此一般按照负极性
雷进行研究。
9.2.2 雷暴日和雷暴小时
由于电荷运动形成电流，因此雷击点 的电位发生突然变化u＝iZ
雷电具有电流源的性质。
当Z＝0时，i=2i0; 一般，Z0＝300-400 ，Z<<Z0 ，因此，也可认为i=2i0 i称为雷电流
9.2 雷电参数及雷电活动规律
雷电设计中，最关心：雷电流波形、幅值分布及落雷密度等
9.2.1 雷电流幅值和波形
本体电阻
R
剧下降到低阻状态
ZnO的伏安特性曲线
区域Ⅰ为低电场区，电流密度与电场强度的开方成正比，非线性 系数约为0.1~0.2；
区域Ⅱ为中电场区，晶界层电阻Rv减小，非线性系数α大为下降， 约为0.01~0.04；
区域Ⅲ为高场强区，ZnO本体电阻R起主要作用，电流与电压成正 比，伏安特性曲线向上翘。
ZnO避雷器的主要优点：
无间隙
结构简单、重量轻、无电压分布不均、放电电压不稳定等，保护可 靠性高
避雷线的保护长度与线等长，因此适用与架空h线0 路h 与 Dp大型建筑群。
单根避雷线的保护范围
D D /5
两根避雷线的保护范围
保护角是指避雷线与所保护的外侧导线 之间的连线与经过避雷线的铅垂线之间 的夹角 。 保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护 作用就越好。 有些国家还采用负保护角。
9.4 避雷器
主放电沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发展，称 为“回击”
第一次放电形成的放电通道中，会有多次放电尾随。第 二次及以后的放电，先导自上而下连续发展，没有停顿现象 。放电的数目平均2~3次，通常第一次冲击电流最大
雷电放电的发展过程和雷电流的波形
9.1.2 雷击时的等值电路
主放电瞬间，可用开关S的闭合来模拟 Z是被击物的阻抗。
第17讲雷电及防雷保护装置
第9章 雷电及防雷保护装置
大气过电压是由于雷电形成的。它是造成系统故障的主要原因之一
9.1 雷云放电及雷电过电压
热气流上升，冷凝产生冰晶，冰晶碰撞分裂，导致带负 电荷的较轻部分被风吹走，形成雷云；
雷云放电通常分为先导部分和主放电两个阶段。
云-地之间的线状雷电由雷云边缘向地面发展，逐级推 进（先导放电）；当先导接近地面时，地面上一些高耸的物 体会发出向上的迎面先导，与下行先导相遇时电闪雷鸣（主 放电）
9.2.3 地面落雷密度和 输电线路落雷次数
地面落雷密度反映了云－地之间的放电。
地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的对地落雷次数， 用表示。 e.g. 我国标准规定：对雷暴日T＝40的地区，=0.07次 /km2·雷暴日 输电线路的存在，改变了雷云－地之间的电场分布，根 据模拟试验和运行经验，输电线路每侧的引雷宽度为2h e.g. 对每100km的输电线路，每年遭雷击的次数为：
r
(1 .5 h
2hx)
p
h0
hD 7p
当 h 30 m 时 , p 1；
当 30 m h 120 m 时 , p 5.5 ; h
当 h 120 m 时 , 按 120 m 计算
p5.5 h
h hx
45o h /2
1.5 h
h x水 平 面 上 保 护 范 围的截面
rx
避雷线的保护范围
（一）幅值分布的概率
对于雷暴日数≥20的地区，我国现行推荐雷电流幅值概率为： lgP I 88
其中P是幅值大I的 于雷电流概率 对于雷暴日数＜20的地区(除陕南以外的西边地区、内蒙古部 分地区），我国现行推荐雷电流幅值概率为：
lg P I 44
（二）波形和极性
我国防雷规程建议值为：2.6/50 s，平均陡度为：a I 2.6
当发生绕击或者感应时，过电压波将沿线路传播入侵 发电厂、变点站等。
避雷器的要求：
1 良好的伏秒特性：
2
冲击系数：冲击放电电压与工频放电电压之比。
3
冲击系数越小，伏秒特性越平缓，保护性能越好
。
2 绝缘自恢复能力
3 按发展历程看：
4 保护间隙、管型避雷器、普通阀式避雷器、磁吹避雷 器、金属氧化物避雷器等。
1010Ω·cm；
（3） 零散分布于晶界层中的尖晶石
L－ 回 路 固 有 电 感
Zn7Sb2O12。
L
C －晶界层固有电容
R － 晶 界 层 电 阻
ZnO电阻片的非线性特性主要取决于晶界
C
R R
R －泄漏电阻
层，在低电场下其电阻率很高；当层间电 位梯度达到104~105V/cm时，其电阻率急
R ZnO
N(b4h)100T 0.28(b4h) 次
1000 b是两根避雷线之离 间， 的 h是距避雷线 平均对地高 ,单度 位:m
9.3 避雷针和避雷线
防直击雷最常用的措施是装设避雷针（线） 保护原理：由于避雷针（线）一般均高于被保护
对象，它们的迎面先导发展得最早最快，从而影 响下行先导的发展方向，使之击中避雷针（线） ，并将雷电顺利泄入地下，从而使得周围的较低 物体受到屏蔽和保护、免受雷击。
氧化锌（ZnO）避雷器
ZnO避雷器又叫金属氧化物避雷器（MOA）。
ZnO避雷器由ZnO电阻片组成，具有优异的非线性伏安特性，因 此可以取消火花间隙，实现无间隙无续流，且造价低廉。
（1） ZnO晶粒，粒径为10μm左右，电
阻率为1~10Ω·cm；
（2） 包围着ZnO晶粒的Bi2O3晶界层，厚 度为0.1μm左右，电阻率大于
避雷针（线）的基本组成部分：接闪器（引发雷 击的部分）、引下线和接地体。
保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的，保 护范围按99%的保护概率而定
9.3.1 避雷针的保护范围
避雷针（线）的保护范围是按照99.9%的概率计算的。
当 hx
h 时， 2
r (h hx) p
当 hx
h 时， 2