高电压技术(6~9章)PPT精讲课件

（2）四支及以上分解为三支针来求
▪ 二、避雷线的保护范围
▪
▪ （一）单根避雷线
▪ （1） 当hx ≥ h/2时
▪
rx=0.47(h-hx)p
▪ （2） 当hx<h/2
▪ rx=(1.5h-2hx)p
（二）两根等高避雷线 ho =h-D/4P
▪ 220~330kV保护角200 ▪ 500kV保护角不大于150 ▪ 1000kV 三根避雷线
心部分的则为负离子
▪ （2）水滴分裂起电 ▪ （3）5~10km高度主要是正电荷云层，1~5km主要是负电荷云层。
▪ 3.雷云对地放电 ▪ （1） 下行雷，上行雷 ▪ （2）雷云对地放电三个阶段 ▪ （3）闪电，雷声 ▪ 4.防雷知识（补充）
▪ 第二节 雷电放电的计算模型和雷电参数 ▪ 一、计算模型 ▪ 1.雷电流：定义 ▪ 2.等值电路
▪
输电线路防雷性能优劣主要用耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。
▪ 第一节 输电线路的感应雷过电压
▪ 一、感应雷过电压的产生
▪ 当雷击线路附近大地时，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在线 路上产生感应雷过电压，它包括静电分量和电磁分量。
▪ 在先导放电阶段，正电荷将被吸引到最靠近先导通道的一段导线上， 称为束缚电荷，导线上的负电荷则被排斥而向两侧运动，经由线路泄 漏电导和系统中性点进入大地。
▪ 3．起始动作电压 ▪ 4．残压 ▪ 5．压比：残压与起始动作电压的比值。1.6~2.0 ▪ 6．荷电率：指持续运行电压幅值与起始动作电压的比值。阀片上电
压负荷程度的一个参数。45%~75%或更大。
第五节 接地装置
▪ 电气装置需要接地的部分与大地的连接是靠接地装置来实现的， 它由接地极和接地引下线组成。
▪ 氧化锌避雷器的优点 ▪ （1）保护性能优越 ▪ （2）无续流、动作负载轻、耐重复动作能力强。 ▪ （3）通流容量大 ▪ （4）适用于大批量生产 ▪ 几个参数 ▪ 1.额定电压:指避雷器两端之间允许施加的最大工频电压有效值.相当
于阀式避雷器的灭弧电压。
▪ 2.持续运行电压：允许长期连续施加在避雷器两端的工频电压有效值。 等于系统最高工作相电压。
第三节 避雷针和避雷线的保护范 围
▪ 补充：避雷针与避雷线的结构
▪ 图3－7 避雷针（1－接闪器；2－接地引下 线；3－接地体）
▪ 1.补充：避雷针和避雷线的构成 ▪ 2. 避雷针和避雷线的保护原理
▪ 当h≤30m,H≈20h;当h＞30m,H≈600m;
▪ 3. 避雷针和避雷线的保护范围：是一个锥形体
以1.15后所得电压值三者之中最大电压值作为该避雷器的保护水平。 2．阀式避雷器的冲击系数:希望接近1 ▪ 3．切断比：指避雷器的工频放电电压（下限）与灭弧电压之比，切 断比愈小，火花间隙灭弧能力愈强。
▪ 4．保护比：残压与灭弧电压之比.小好
▪ 三、氧化锌避雷器 ▪ U=Cia ▪ a :一般为0.01~0.04
▪
由于间隙各电极对地和对高压端子存在寄生电容所以电压在间隙
上的分布是不均匀的，这会减弱避雷器的熄弧能力。措施：在每组间
隙上并联一个非线性分路电阻。从而提高了灭弧电压和工频放电电压。
▪ 2.阀片 ▪ 避雷器的阀片为一非线性电阻。普通阀式避雷器的阀片是碳化硅加结
合剂（水玻璃）在300~350°度的低温下烧结而成的圆饼形电阻片 ▪ U=Cia
高电压技术
第六章 雷电及防雷设备
电力系 统故障
火灾、 爆炸
建筑 物损
坏
【电击峡谷】摄影师罗尔夫-迈德尔利用低曝光技术拍下了落雷击中美国亚 利桑那州大峡谷的瞬间。罗尔夫承认他并不是计划好要专门来拍摄的，而机 遇的到来有时难以预料。摄影|Rolf Maeder/东方IC
地闪
云闪
▪ 电流大、电压高，是自然界一种气体放电现象。 ▪ 第一节 雷电的放电过程 ▪ 雷云的形成 ▪ 2雷云中带有电荷 ▪ （1）冻结起电 ▪ 结冰时，水中的正离子移向水滴的表面层而使其带正电，留在水滴中
第四节 避雷器
▪
由于存在绕击和反击，所以在输电线路上会产生向变电站入侵
的雷电过电压波。避雷器的类型：保护间隙；排气式避雷器；阀式避 雷器；氧化锌避雷器。
户外跌落式 避雷器
▪ 一、保护间隙和排气式避雷器 ▪ 1.保护间隙 ▪ 它由主间隙1和辅助间隙2串联而成。 ▪ 主要缺点：灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统中不大的单相接
300~400kV，可能引起35kV及以下电压等级的线路闪络。
▪ 2.导线上方挂有避雷线 ▪ （1）设避雷线没有接地时，线路和避雷器上的电压为： ▪ Ui=25 × Ihc/S
▪ （2）实际上导线上避雷器是接地的，此时导线上的感应雷过电压
▪ 3.雷击线路杆塔时，导线上的感应雷过电压 ▪ （1）没有避雷线时，导线上的感应雷过电压
问题：能否用线性电阻代替非线性电阻？
▪ （二）磁吹型避雷器
▪ 磁吹型避雷器的原理和基本结构与普通型阀式避雷器相同，主要区别在于 采用了磁吹式火花间隙。火花间隙是一对羊角形电极，在磁场的作用下会产 生电动力，使电弧拉长，电弧最终进入灭弧栅中，可达起始长度的数十倍。 灭弧栅由陶瓷或云母玻璃制成，电弧在其中受到强烈的去游离作用而雷器
▪ 阀式避雷器有火花间隙和阀片组成。伏秒特性平坦，有较强的灭弧能 力。分为普通型和磁吹型两类。
▪ （一）普通型阀式避雷器
▪ 1.火花间隙。间隙的电极由黄铜材料冲压成小圆盘状，中间以云母垫 圈相隔开，间隙距离0.5~1.0mm。火花间隙放电的分散性小，伏秒特 性平坦，冲击系数可降到1.1，有利于绝缘配合。单个间隙的放电电 压为2.7~3.0kV。这种结构的避雷器动作后，工频续流被许多单个间 隙分割为许多短弧。利用短间隙的自然灭弧能力使电弧熄灭。
▪
二、工作接地、保护接地与防雷接地
▪
（一）工作接地
▪
电力系统正常运行的需要而进行的接地。0.5~10欧。
▪
（二）保护接地
▪
为了保证人身安全，而将高压电气设备的金属外壳接地。
▪
接触电压差：
▪
跨步电压：
▪
降低接触电压和跨步电压的措施：降低接地电阻或改进接地装置
的结构。接地电阻为1~10欧
▪
防雷接地
▪
雷电流幅值大，等值频率高。
▪
冲击系数：冲击接地电阻和工频接地电阻的比值。
▪
a=Ri/Re
▪
当火花效应大于电感效应时，a﹤1；当电感效应明显是a≥1。冲
击接地电阻小于10欧。
▪ 三、工程实用的接地装置 ▪ 组成：扁钢、圆钢、角钢、钢管。 ▪ 水平接地体多用扁钢：20~40×4mm,或使用直径不小于6mm的圆钢。 ▪ 垂直接地体：20×20×3mm~50×50×5mm的角钢或钢管 ▪ L：2~3m ▪ 输电线路接地、发电厂接地、变电站接地。 ▪ （一）典型接地体的接地电阻 ▪ 1.垂直接地体 ▪ 如图6-25，当L≥d时 ▪
▪ 作用：减小接地电阻，降低雷电流通过避雷针（线）或避雷器上的过 电压。
▪ 接地方式：防雷接地、工作接地和保护接地
▪ 一、接地和接地电阻的基本概念
▪ 大地是个导体，当其中没有电流流过时是等电位的，通常认为大 地具有零电位。
▪ 零电位：物体与大地之间没有电位差。
▪ 实际上，大地并不是理想导体，它具有一定的电阻率，如果有电流 流过，则大地就不再保持等电位。
▪ 二、雷电参数 ▪ （一）幅值、波头、陡度 ▪ 1.雷电流概率分布曲线
▪ Lg=-I/88 ▪ 当I=50kA代入上式得P=0.27 ▪ 西北地区取Lg=-I/44 ▪ 2.波头、波长
▪ 2.6us/50us ▪ 3.雷电流陡度
▪ a=I/2.6 (kA/us) ▪ (二)波形 ▪ 双指数波、斜角波、半余弦波（设计40m以上高塔时采用） ▪ （三）雷暴日、雷暴小时 ▪ （四）地面落雷密度
▪
设土壤的电阻率为p， 地中某点的电流密度为
则该点的电
厂强度为E=p 离电流注入点越远，地中电流密度就越小，设备发
▪ 生接地故障时地表面的电位U见图6-24。
▪
▪ 接地电阻的数值等于接地装置上电位的幅值与接地装置上电流幅值得比值。
▪ 工频接地电阻：有效值之比。 ▪ 冲击接地电阻：冲击电压与冲击电流的比值。 ▪ 接地体本身的电阻在接地体中忽略不计。 ▪ 接地电阻的数值与接地装置的形状和尺寸有关，也与大地的电阻率有关。
▪ 如为等边角钢：d=0.84b；如为扁钢：d=0.5b
▪ 2.多根垂直接地体 ▪ 利用系数0.65~0.8
▪ 3．水平接地体
▪ 4.伸长接地体 ▪ （二）输电线路防雷接地 ▪ 自然接地电阻：混泥土基础，有散流的作用，具有一定的接地电阻。 ▪ 杆塔接地电阻的要求如表6-2
▪ （三）发电厂和变电站的防雷接地 ▪ 敷设统一的接地网，然后在避雷针和避雷器与地网的连接点增加接地体以满
▪ （2）有避雷线时，导线上的感应雷过电压
▪ ▪ 感应雷过电压的波形较平缓，波头为几微妙至几十个微妙，波长可达几百个微妙。
第四节 输电线路的防雷措施
在35KV以上电网中，约有50%事故是雷害造成的，可 见，对线路的防雷应予以充分重视。 ▪ 一、电力线路雷过电压产生的途径。 ▪ 1．雷直击于导线。这在35KV及以下没有避雷线保护的线 路上最易发生。 ▪ 2．绕击，在有避雷线保护的线路上，雷电仍有可能绕过 避雷线而击于导线。一般绕击率是很小的。 ▪ 3．雷击于杆塔塔顶或避雷线，由于耦合，在导线上产生 感应电压。
地电流。只在10kV及以下的配电网中使用。 ▪ 2. 排气式避雷器 ▪ 它有两个间隙串联，一个在大气中称为外间隙，其作用是隔离工作电
压以避免产气管被泄漏电流烧坏，另一个间隙装在管内称为内间隙， 其电极一端为管型，另一端为环形。
▪ 缺点：（1）伏秒特性太陡、分散性大、难于与被保护电气设备 的绝缘配合（2）放电间隙动作后工作导线直接接地，形成幅值很高 的冲击截波,危及变压器绝缘；运行维护麻烦。应用在线路交叉处或 变电站进线段保护。
▪ 讲述图6~21磁吹线圈的作用
▪ （三）阀式避雷器的电气参数 ▪ 1.额定电压：与避雷器安装地点系统的额定电压等级相同。 ▪ 2.灭弧电压：保证避雷器能够在工频续流第一次过零值时灭弧的条件
下，允许加在避雷器的最高工频电压。
▪ 3.工频放电电压： ▪ 4.冲击放电电压 ▪ 5.残压 ▪ 评价阀式避雷器性能的技术指标 ▪ 1．阀式避雷器的保护水平：雷电冲击电压、放电电压及陡波电压除
足防雷接地的要求。 ▪ 常用4×40mm的扁钢或d为20mm的圆钢说破敷设，深度不小于0.6m,其面积
大体和发电厂和变电站的面积相同，水平接地带的间距为3~10m，需按接触 电位差和跨步电位差的要求确定。
▪ 接地网的接地电阻一般为0.5~5欧
第七章 输电线路的防雷保护
▪
直击雷过电压、感应雷过电压（只对35KV及以下的线路有威胁）
第八章 发电厂和变电站的防雷保护
▪ 雷害来自两个方面：直击雷和入侵波 ▪ 削弱雷电入侵波幅值和陡度 ▪ 对入侵波过电压防护的主要措施是合理确定在发电厂、变电站内安装的
▪ 主放电开始后，导线上束缚电荷的释放过程也很快。U=iz很高，这 是感应过电压的静电分量。静电分量起主要作用。
▪ 主放电过程中，雷电通道中雷电流在周围空间建立了强大的磁场，磁 场的变化也将使导线感应很高的电压，称为感应过电压的电磁分量。
▪ 二、感应雷过电压 ▪ 1.导线上方无避雷线 ▪ 当S﹥65m时，Ui=25×Ihc/S (KV) ▪ 感应雷过电压的极性与雷电流的极性相反。过电压的幅值一般为
▪ 4．雷击线路附近时，在导线上产生感应雷过电压，因幅 值一般不超过500KV，所以仅对35KV及以下线路有危害 。
▪ 5．反击，当雷击杆塔顶部时，若杆塔接地电阻过大（规 程规定应小于10）将使塔顶电位升得很高，反过来对导 线发生闪络，在线路上造成过电压。
▪ 防雷措施 ▪ 一、架设避雷线 ▪ 二、降低杆塔接地电阻 ▪ 三、架设耦合地线 ▪ 四、采用不平衡绝缘方式 ▪ 五、采用消弧线圈接地方式 ▪ 六、装设自动重合闸 ▪ 七、加强绝缘 ▪ 八、采用排气式避雷器
▪ 一、避雷针的保护范围 ▪ （一）单支避雷针
▪ 1.当hx ≥ h/2时
▪
rx=(h-hx)p
▪ 2. 当h<xh/2
▪ rx=(1.5h-2hx)p
▪ （二）两支等高避雷针的保护范围 ▪ ho =h- D/7p
▪ bx=1.5(ho-hx)
（三）两支不等高针的保护范围
f =D/7p
▪ 四)多支等高针 ▪ （1）三支 ▪ bxmin>0 则全部三角形范围 ▪ 内都得到保护