第六章雷电及防雷保护设备.ppt

第六章 雷电及防雷保护设备 雷电引起的电力系统过电压称为大气过电压或雷电过电压。分为下列两种： 直击雷过电压：雷直接击于电气设备或输电线路时，巨大的雷电流在被击物上流过时造成的过电压。 感应雷过电压：雷击电气设备、输电线路附近的地面或其他物体时，由于静电感应和电磁感应在电气设备或输电线路上产生的过电压。 第一节 雷电放电 重点研究雷云对大地的放电，因为这是造成雷害事故的主要原因。按其发展的方向，雷电可分为上行雷和下行雷。下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。 雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷极性决定，大量实测表明，90%左右对地面放电的雷电是负极性。 一、先导放电 雷云中的电荷一般是集中在几个带电中心。测量数据表明，雷云的上部带正电荷，下部带负电荷。直接击向地面的放电通常从负电荷中心的边缘开始。雷云带有大量电荷，由于静电感应作用，在雷云下方的地面或地面上的物体将感应聚集与雷云极性相反的电荷，雷云与大地间就形成了电场。当雷云附近的电场强度达到足以使空气游离的强度（约25~30kV/cm）时，就发展局部放电。 当某一段空气游离后，这段空气就由原来的绝缘状态变为导电性的通道，称为先导放电通道。若最大场强方向是对地的，放电就从云中带电中心向地面发展，形成下行雷。 先导通道是分级向下发展的，每级先导发展的速度相当高，但每发展到一定的长度（约25m~50m）就有一个（30~90）μs的间歇。所以它的平匀发展速度较慢（相对于主放电而言），约为（1 ~ 8）×105m/s，出现的电流不大。先导放电的不连续性，称为分级先导，历时约0.005~0.01s。 在先导通道发展的初始阶段，其发展方向受到一些偶然因素的影响并不固定。但当它发展到距地面一定高度时（这个高度称为定向高度），先导通道会向地面上某个电场强度较强的方向发展，这说明先导通道的发展具有“定向性”，或者说雷击有“选择性”。 二、雷电的主放电过程 当先导接近地面时，地面上一些高耸的突出物体周围电场强度达到空气游离所需的场强，会出现向上的迎面先导，当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应电荷或与地面之间的距离很小时，剩余空气间隙中的电场强度达到极高的数值，造成空气间隙强烈地游离，最后形成高导电通道，将先导头部与大地短接，这就是主放电阶段的开始。 由于其电离程度比先导通道强烈的多，电荷密度很大，故通道具有很高的导电性。主放电的发展速度很高，约为（2×107 ~ 1.5×108）m/s，所以出现极大的脉冲电流，并产生强烈的光和热使空气急剧膨胀震动，出现闪电和雷鸣。 三、余辉放电过程 主放电完成后，云中的剩余电荷沿着主放电通道继续流向大地，形成余辉放电，电流不大，约为103~101A，持续时间较长（0.03~0.05s）。由于云中同时可能存在几个带电中心，所以雷电放电往往是重复的。 根据高速摄影照片绘制的多重雷电放电过程示意图如图所示 第二节 雷电参数 一、雷电放电的计算模型 主放电过程产生的正电荷沿先导通道向上运动去中和通道中的负电荷，而产生的负电荷则沿雷击点流过被击物，形成极大的主放电电流。 研究表明，先导通道具有分布参数的特征，其波阻抗用Z0表示。 σ —先导通道中电荷的线密度； vL—主放电速度。 则可将先导放电的发展看作是一根均匀分布电荷的长导线自雷云向大地延伸，而将先导头部接近地面时气隙被击穿看作是开关突然合闸。 当雷击于避雷针、线路杆塔、架空地线或导线等具有分布参数特性的物体时，雷击放电过程可用右图表示。 则流经被击物体的电流iZ为 Z——为被击物的波阻抗或雷击点与大地零电位参考点间的集中参数阻抗。 即流经被击物体的电流iZ与被击物体的波阻抗Z有关。 当Z = 0时，流经被击物的电流被定义为“雷电流”，用i表示。由前述可知i = σvL。实际上被击物的波阻抗不可能为零，故国际上通常将雷击于接地阻抗小于30Ω的物体时流过该物体的电流当成是雷电流i。则上式可改写为 式（6—2）的等值电路如下图 通道向被击物体传播的过程。其计算模型及彼德逊等值电路如图所示。 二、雷电参数 雷电放电与气象、地形、地质等许多自然因素有关，具有很大的随机性，所以用来表征雷电特性的参数就带有统计的性质。 1. 雷电活动频度—雷暴日T