《高电压技术系列ppt》-- 雷电及防雷装置.ppt

第八章雷电及防雷装置
雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安,从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看,最值得我们注意的两个方面是:1、雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压(或大气过电压),它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一;2、雷电放电所产生的巨大电流,有可能使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。
在电力系统中,高压架空输电线路纵横交错,广泛分布在广阔的地面上,更容易遭受雷击,以致破坏电气设备引起停电事故,给国民经济和人民生活带来严重损失。为了计算研究雷电过电压和采取合理的防雷措施,必须掌握雷电参数。人们对雷电进行了长期的观测,积累了不少有关雷电的资料,将获得的数据进行统计分析,供防雷工程应用。
§8-1 雷电参数
一、雷电放电的等值电路
对地放电的雷云大多数是负极性的,在雷云向大地发展的先导通道中分布的电荷与雷云的极性相同。随着带负电荷的先导通道向大地发展,在附近地面上感应产生的正电荷也在增加。当先导通道发展到离地面某一高度时,先导头部与地面之间的空气被击穿,雷电通道中的主放电过程开始,沿着先导通道向上继续发展。
√雷击大地的情况
主放电产生大量正、负电荷,正电荷与先导通道中的负电荷中和,而新产生的负电荷则沿主放电通道流入大地。以上相向运动的正、负电荷形成强大的主放电电流。若大地为一理想导体,则流经主放电通道的电流为,其极性与雷云的极性相同。
研究表明,先导通道具有分布参数特征。先导放电的发展可看作是一根均匀分布电荷的长导线自雷云向大地延伸,而将先导头部邻近地面时气隙被击穿看作是开关突然合闸。图8-1-1
√雷击避雷线、杆塔、架空地线或导线的情况
在主放电过程中,正电荷形成的电流波沿先导通道向上运动,而负电荷形成的电流波则沿主放电通道及被击物体向下运动,对于接地物体,该电流迅速流入大地。图8-1-2
流经被击物体的电流iz为
流经被击物体的电流iz与被击物体的阻抗zj有关,zj越大则iz越小,反之则iz越大。当zj=0时,流经被击物体的电流被定义为“雷电流”,以iL表示。所以
所以电流iz为
从地面的实际效果出发,可以将雷击物体看作是一个入射波为的电流波沿一条波阻抗为z0的通道向被击物体传播的过程。规程DL/T620-1997将雷电通道波阻抗z0取为300Ω。图8-1-4。
二、雷电流
负极性雷电所形成的各次雷击电流和正极性雷电流都具有脉冲波形。描述脉冲波形的主要参数有三个:峰值、波前时间和半峰值时间。雷电流的陡度是指其波前随是上升的变化率,峰值和陡度都是影响雷电过电压的直接因素。
雷电流i为一非周期冲击波,它与气象、地质条件和地理位置有关,是一个随机变量。
√峰值
根据我国长期实测所累积的大量数据,并参考了国外的资料,对一般地区,规程建议按下式计算雷电流的累积概率
其中:P为峰值超过IL的雷电流出现的概率,IL为雷电流的峰值。
陕南以外的西北地区,内蒙古自治区的部分地区(平均雷暴日数一般在20及以下)雷电流峰值较小,所以
√波前时间、半峰值时间和陡度
雷电流的波前时间在1~5μs范围内,平均为2~ μs, μs。
雷电流半峰值时间在20~100μs范围内,平均为50 μs,超过50μs的概率只有18%~30%。
据统计分析,~,说明两者密切相关,规程按下式计算雷电流的平均陡度:
√雷电流波形
电气设备的雷电冲击试验和防雷设计要求将雷电波的波形等值为可用公式表示的典型波形。常用的雷电流等值波形有双指数波、斜角波和半余弦波。
★双指数波
双指数波为雷电流的标准波形,是与实际雷电流波形最接近的等值波形,其表达式为
★斜角波
为简化防雷计算,常采用斜角波,其波前陡度由雷电流峰值和波前时间决定,斜角波的波尾可以是无限长或有限长。规程建议在一般线路防雷设计中可采用斜角波。
★半余弦波
对雷电波的波前来说,较近似的波形是半余弦波,其表达式为
在大跨越、特殊高塔线路防雷设计时采用半余弦波。
三、雷暴日与雷暴小时
一个地区雷电活动的频繁程度通常以该地区多年统计得到的年平均雷暴日数或雷暴小时数来表示。雷暴日是一年中有雷电的日数。雷暴小时是一年中有雷电的小时数。
四、地面落雷密度和输电线路落雷次数
√地面落雷密度
地面落雷密度是指每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次数,以γ表示。与雷暴日有关,用下式表示
为了评价不同地区防雷系统的防雷性能,须将它们换算到同样的雷电频度条件下进行比较。规程取40个雷暴日作为基准。
√输电线路落雷次数
对于输电线路,由于高出地面,有引雷作用,其吸引范围与最容易受雷击的导线高度有关,根据模拟试验和运行