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第9章防雷、接地和电气安全§ 过电压、防雷及其设计§ 电气装置接地§ 静电及其防护§ 电气安全与触电急救小结§ 过电压、防雷及其设计 过电压及雷电的有关概念 ,过电压是指电气设备或线路上出现超过正常工作要求的电压升高。在电力系统中,按照过电压产生的原因不同,可分为内部过电压和雷电过电压两大类。(1)内部过电压内部过电压(又称操作过电压),指供配电系统内部由于开关操作、参数不利组合、单相接地等原因,使电力系统的工作状态突然改变,从而在其过渡过程中引起的过电压。内部过电压又可分为操作过电压和谐振过电压。操作过电压是由于系统内部开关操作导致的负荷骤变,或由于短路等原因出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中参数不利组合导致谐振而引起的过电压。§ 过电压、防雷及其设计(2)雷电过电压雷电过电压又称大气过电压或外部过电压,是指雷云放电现象在电力网中引起的过电压。雷电过电压一般分为直击雷、间接雷击和雷电侵入波三种类型。 1)直击雷是遭受直击雷击时产生的过电压。经验表明,直击雷击时雷电流可高达几百千安,雷电电压可达几百万伏。遭受直击雷击时均难免灾难性结果。因此必须采取防御措施。 2) 间接雷击,又简称感应雷,是雷电对设备、线路或其它物体的静电感应或电磁感应所引起的过电压。图 9-1 所示为架空线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷,在雷云的电荷向其它地方放电后,线路上的束缚电荷被释放形成自由电荷,向线路两端运行,形成很高的过电压。经验表明,高压线路上感应雷可高达几十万伏,低压线路上感应雷也可达几万伏,对供电系统的危害很大。§ 过电压、防雷及其设计图9-1 架空线路上的感应过电压 a)雷云在线路上方时 b) 雷云对地或其他放电时 c) 雷云对架空线路放电时§ 过电压、防雷及其设计 3)雷电侵入波是感应雷的另一种表现,是由于直击雷或感应雷在电力线路的附近、地面或杆塔顶点,从而在导线上感应产生的冲击电压波,它沿着导线以光速向两侧流动,故又称为过电压行波。行波沿着电力线路侵入变配电所或其他建筑物, 并在变压器内部引起行波反射,产生很高的过电压。据统计,雷电侵入波造成的雷害事故,要占所有雷害事故的 50% ~70% 。 (1)雷电形成雷电是带有电荷的“雷云”之间、“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。关于雷云普遍的看法是:在闷热的天气里,地面的水汽蒸发上升,在高空低温影响下,水蒸汽凝成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂,气流挟带一部分带正电的小冰晶上升,形成“正雷云”,而另一部分较大的带负电的冰晶则下降,形成“负雷云”。由于高空气流的流动,正雷云和负雷云均在空中飘浮不定。据观测,在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。§ 过电压、防雷及其设计当空中的雷云靠近大地时,雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应作用,使地面出现与雷云的电荷极性相反的电荷。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到 25~30kV/cm 时,雷云就开始向这一方位放电,形成一个导电的空气通道,称为雷电先导。当其下行到离地面 100 ~300m 时,就引起一个上行的迎雷先导。当上下行先导相互接近时,正、负电荷强烈吸引、中和而产生强大的雷电流,并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段,这阶段的时间极短。主放电阶段结束后,雷云中的剩余电荷会继续沿主放电通道向大地放电,形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段,时间一般为 ~ ,电流较小,约为几百安。雷电先导在主放电阶段与地面上雷击对象之间的最小空间距离, 称为闪击距离。雷电的闪击距离与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的“滚球半径”大小,就与闪击距离有关。§ 过电压、防雷及其设计(2) 雷电的有关概念 1)雷电流幅值和陡度雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流,如图 9-2 所示。成半余弦波形的雷电波可分为波头和波尾两部分,一般在主放电阶段 1~4μs内即可达到雷电流幅值。雷电流从 0上升到幅值的波形部分,称为波头;雷电流从下降到 1/2 的波形部分,称为波尾。图9-2 雷电流波形示意图§ 过电压、防雷及其设计雷电流的陡度即雷电流波升高的速度,用表示。因雷电流开始时数值很快地增加,陡度也很快达到极大值,当雷电流陡度达到最大值时,陡度降为零。雷电流幅值大小的变化范围很大,需要积累大量的资料。图 9-3 给出了我国的雷电流幅值概率曲线。从图 9-3 可知: ≥20kA 出现的概率是 65% ,≥120kA 出现的概率只有 7% 。一般变配电所防雷设计中的耐雷水平是取雷电流最大幅值为=100kA 。图