雷电及防雷保护装置.ppt

第九章雷电及防雷保护装置(2学时),由于各种原因,系统中某些部分的电压可能升高,甚至大大超过正常工作电压,危及设备的绝缘。这种危及设备绝缘的过电压可能是大气过电压或内部过电压。其中,大气过电压是由于雷电而形成的,它是造成电力系统故障的主要原因之一。雷电是由雷云放电引起的,关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释,目前比较普遍的看法是:热气流上升时冷凝产生冰晶,气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云;较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降,或悬浮在空中形成一些局部带正电的云区。整块雷云可以有若干个电荷中心。负电荷中心位于雷云的下部,离地大约500~10000m。它在地面上感应出大量的正电荷。蝎阿袋菩袭嗓刑瓮仲秩礼魁济审洼淡冈阵叉另割滥秉宜酪稻卢邀踏替洁萎雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度(大气中约为30kV/cm,有水滴存在时约为10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电。在防雷工程中,主要关心的是雷云对大地的放电。雷云对大地放电通常分为先导放电和主放电两个阶段。云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展,以逐级推进方式向下发展。每级长度约10~200m,每级的伸展速度约107m/s,各级之间有10~100µs的停歇,所以平均发展速度只有(1~8)×105m/s,这种放电称为先导放电。当先导接近地面时,地面上一些高耸的物体(如塔尖或山顶)因周围电场强度达到了能使空气电离的程度,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(数十到数百千安),伴随着雷鸣和闪光,这就是雷电的主放电阶段。主放电的过程极短,只有50~100µs,它是沿着负的下行先导通道,由下而上逆向发展,故又称“回击”,其速度高达2×107~×108m/s。以上是负电荷雷云对地放电的基本过程,可称为下行负雷闪;对应于正电荷雷云对地放电的下行正雷闪所占的比例很小,其发展过程亦基本相似。,可以用图9-2中开关S的闭合来表示。图中Z是被击物与大地(零电位)之间的阻抗,σ是先导放电通道中电荷的线密度,S闭合之前相当于先导放电阶段。S突然闭合,相当于主放电开始,如图9-2(b)所示。发生主放电时,将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动,并中和雷云中的负电荷。由于电荷的运动形成电流i,因此雷击点A的电位也突然发生变化(u=iZ)。雷电流i的大小与先导通道的电荷密度以及主放电的发展速度有关(i=σv)。在防雷研究中,最关心的是雷击点A的电位升高,而可以不考虑主放电速度、先导电荷密度及具体的雷击物理过程,因此可以从A点的电位出发来把雷电放电过程简化为一个数学模型,如图9-2(c)所示;进而得到其彼得逊等值电路,如图9-2中(d)、(e)所示。图中,Z0表示雷电通道的波阻抗(我国规程建议取300~400Ω)。需要说明的是:尽管雷云有很高的初始电位才可能导致主放电,但地面被击物体的电位并不取决于这一初始电位,而是取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。所以,从电源的性质看,雷电具有电流源的性质。兽某扇扶瑚驰事吠盟锗美窖砂松材绣酸晒徒侧毒蛹窿奈纽不卵卓健莆惕洋雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置研究表明,尽管先导放电是不规则的树枝状,但它还是具有分布参数的特征,作为粗略估计一般假设它是一个具有均匀电感、电容等分布参数的导电通道,即可以假设其波阻抗是均匀的。图9-2雷电放电模型和等值电路茨札跳捅抗谋沥草纱英佳罕探藻妥智隆定吃乌减映办蛹睁蜒翼琴寸呵阿领雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗,它可以代表被击中物体的接地电阻R,也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图9-2(e)中可以看出,当Z=0时,i=2i0;若Z<<Z0(如Z≤30Ω),仍然可得i≈2i0。所以国际上习惯于把流经波阻抗为零(或接近于零)的被击物体的电流称为“雷电流”。从其定义可以看出,雷电流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅值的两倍。、地貌等自然条件,随机性很大,关于雷电特性的诸参数因此具有统计的性质,需要通过大量实测才能确定,防