第8章防雷.ppt
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1、第八章 防雷接地和电气安全,8.1 防雷 8.2 接地 8.3 电气安全,8.1 防雷,华南理工大学 电力学院 程小华,8.1.1 雷电概念 8.1.2 过电压概念 8.1.3 防雷设备 8.1.4 避雷器 8.1.5 消雷器 8.1.6 防雷措施 8.1.7 防雷装置的安全要求,8.1.1 雷电概念,华南理工大学 电力学院 程小华,1 雷云形成原理: 1)云是小水珠(即小冰晶)的聚集体; 2)雷云是云的一种,它带电,正电或负电; 3)小水珠与空气摩擦,摩擦起电,正电或负电; 4)小水珠在某种聚合力作用下,聚集到一起,就 形成了雷云。 2 什么是雷?thunder,lightning 雷是雷云
2、与雷云之间、雷云与大地之间的放电、静电感应现象。,8.1.1 续1,3 什么是雷电? 雷电压、雷电流之合称。 1)雷电压-一种过电压。静电感应。可达亿伏。 2)雷电流-一种过电流。雷云放电。可达几十 万安。简称“亿伏万安” 4 雷的种类-直击雷、间击雷。 1)直击雷-直接击中目标的雷。雷云与目标之 间发生放电。放电后生成雷电波、雷电球。 2)间击雷-又叫感应雷,生成雷电波、雷电球。雷电波、雷电球侵入变电所是常见雷害。,8.1.1 续2,5 雷电波-雷电压冲击波之简称。 雷电波的形成原理之 1) 直击雷导致: 直击雷击在输电线路、金属管道上,一方面危害线路、管道本身,另一方面,雷电压沿导线、管道
3、传输,从而形成直击雷过电压冲击波-雷电波之一种。 雷电波的形成原理之 2) 雷电感应导致: 雷云对目标产生静电感应、导致高电压,称雷电感应。 静电感应在导线、金属管道等目标上充以大量与雷云相异的电荷。当雷云对附近地面,8.1.1 续3,或另一雷云放电后,目标上的感应电荷将失去束缚而成为自由电荷。自由电荷在雷电压的驱动下,以电磁波的速度向目标两侧冲击流动,从而形成雷电感应过电压冲击波-雷电波之一种。 6 雷电球-即球雷。球雷是一个带静电的火球。 它是雷云放电后形成的。形成机理不明。 7 雷电危害-一热二力三击穿: 1) 雷电流的热效应-金属熔化,烧断输电线,摧毁用电设备,甚至引起火灾、爆炸。 2
4、) 雷电流的力效应-摧毁杆塔、建筑物、人畜。 3) 雷电压,8.1.1 续4,的击穿效应-闪络放电,高电压,击穿 绝缘子,断路器跳闸。 8)雷害统计-雷电波最多,直击雷次之,球 雷最少。雷电波占5070%。,8.1.2 过电压概念,1 过电压-超过工作电压的电压。 2 过电压分类-内部过电压、外部过电压。 3 内部过电压-起因于系统内部的过电 压,包括:开关操作、负荷剧变、接地故 障等。 4 内部过电压的机理-系统状态的突变, 导致系统内部出现电磁能量转换,即电磁 振荡。 5 内部过电压种类-操作过电压(操作致过 渡过程)、谐振过电压(参数配置不当)。,8.1.2 续1,6 操作过电压-开关操
5、作、负荷剧变、接地 故障等,导致断续性电弧,引起过电压。 7 谐振过电压-电路参数R、L、C的不利组 合,导致谐振,引起过电压。 包括变压器 铁心饱和引起的铁磁谐振过电压。 8 内部过电压对设备绝缘威胁不大-其值 较小,仅额定电压的34倍。 9 外部过电压-即雷电压,又叫雷电过电 压、大气过电压。 10 雷电压威胁极大-其值可达上亿伏。,华南理工大学 电力学院 程小华,1 防雷系统构成-迎雷器、引下线、接地器。 2 迎雷器-接闪器、避雷器、消雷器。 3 接闪器-避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。 4 避雷器-lightning arrester:阀式、管式、 金属氧化物式、角式。管式又叫排气式。
6、 金属氧化物式又叫MO式。角式又叫保护 间隙。 5 消雷器-详见后述。,8.1.3 防雷设备=迎雷器+引下线+接地器 迎雷器=接闪器+避雷器+消雷器,8.1.3 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,6 迎雷器功能各异:避雷针-保护露天变配 设备及建筑物;避雷线-保护线路;避雷 网和避雷带-保护建筑物;避雷器-保 护设备。消雷器-消除雷云。 7 避雷针材料-镀锌圆钢、镀锌钢管。 8 避雷线材料-镀锌钢绞线。 9 避雷针保护范围-以防直击雷的锥状空 间来表示。该空间具锥状,故称锥状空间。,8.1.3 续2,华南理工大学 电力学院 程小华,10 避雷线保护范围-以防直击雷的脊状空间来表示。该空间具
7、脊状,故称脊状空间。 11 避雷带、避雷网-避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物免遭直击雷和感应雷。 避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢,优先采用圆钢。,8.1.4 避雷器,华南理工大学 电力学院 程小华,1 避雷器功能-防护雷电冲击波 2 避雷器安装-并联于被保设备之电源侧。 图见下页。 3 避雷器原理-迎波入地:让雷电压击穿自 己的间隙,引雷电流入地。这时,能够进 入被保护物的电压,仅为雷电流通过避雷 器及其引下线和接地装置产生的所谓残压。 雷电流通过以后,避雷器间隙又恢复绝缘 状态,以使系统正常运行。,8.1.4 续1,8.1.4 续2,华南理工大学 电力学院 程小华,4 避雷器
8、类型-四型:阀角金管 阀型、角型(即保护间隙)、金属氧化物 型、管型。,8.1.4 续3,5 阀式避雷器-由火花间隙和阀片组成,装在瓷套内。下页图为用于10kV额定电压的FS-10阀型避雷器,其阀片具有下降的电阻特性,即低压时电阻大,高压时电阻小。阀片用碳化硅颗粒制成。高压冲击波袭来时,避雷器的火花间隙被击穿,巨大的雷电流通过电阻阀片只遇到很小的电阻而泄入大地,进入被保护物的只是不大的残压,被保护物可免遭危害,而尾随雷电流而来的工频电流在电阻阀片上将遇到很高的电阻,有限的工频电流很快被火花间隙阻断熄灭,恢复正常工作状态。,8.1.4 续4,8.1.4 续5:FS4-10型 阀式避雷器,8.1.
9、4 续6: FS-0.38型 阀式避雷器,8.1.4 续7,6 角型避雷器-保护间隙避雷器是一种最 简单的避雷器。由镀锌圆钢制成的主间隙 和辅助间隙组成如下页图所示。 主间隙做成角形,水平安装,以便灭弧。 为了防止主间隙被外来的物体短路,引起 误动作,在主间隙的下方串联有辅助间隙。 因为保护间隙灭弧能力弱,所以只适用于 无重要负荷的线路上。它易造成接地或短 路,引起线路跳闸。因此,在装有保护间 隙的线路上,一般要求与ARD配套使用, 以提高供电可靠性。,8.1.4 续8,8.1.4 续9,7 金属氧化物避雷器是20世纪70年代开始出现的一种新型的避雷器。最常见的一种是无火花间隙、只有压敏电阻片
10、的避雷器。压敏电阻片是由氧化锌或氧化铋金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件,具有理想的阀电阻特性:工频电压下,呈现极大的电阻,有效地抑制工频电流;而在雷电波过电压下,它又呈现极小的电阻,很好地泄放雷电流。金属氧化物避雷器具有保护特性好、通流能力强、残压低、体积小、安装方便等优点。目前金属氧化物避雷器已广泛地应用于高低压电气设备的保护。,8.1.4 续10,8 管式避雷器-是排气式避雷器的通称。由产气管、内部间隙、外部间隙组成。内部间隙装在气管内,一个电极为棒形,一个电极为环形。当线路上遭遇雷击或雷电感应时,雷电过电压使排气式避雷器的内、外间隙击穿,强大的雷电流通过接地装置入地。避雷器放电时内
11、阻接近零,导致残压极小,但工频电流极大。雷电流和工频电流使内部间隙产生强烈电弧,使管内壁材料燃烧产生大量灭弧气体,由管口喷出,使电弧迅速熄灭。全部灭弧时间至多0.01秒(半个周波)。这是外部间隙的空气迅速恢,8.1.4 续11,秒(半个周波)。这时外部间隙的空气迅速恢复绝缘,是避雷器与系统隔离,恢复系统正常运行。 在管式避雷器的型号中应表示出开断电流的上、下限。 管式避雷器具有简单经济、残压很小的优点,但它动作时有电弧和气体排出。因此,它只能用于室外架空场所,主要架空线路上。此外,它动作时工频电流很大,相当于相间短路,往往要引起断路器跳闸。因此,为提高供电可靠性,宜与自动重合闸装置ARD配合使
12、用。,8.1.5 消雷器:,1 电离消雷器,简称消雷器-是一种较新的技术,其组成为: 电离器、引下线、接地器。 电离消雷原理:形成强电场、使空气电离、产生向雷云移动的离子流、中和雷云所带电荷、降低空气的场强、以免空气被击穿。 2 消雷器安装-不应低于被保物高度,并应保 持在30 m以上。 3 电离器形状-可以制成不同的形状,如圆盘形、圆锥形等,但必须有多个放电尖端。其有针端部分的半径越大,则消雷效果就越好。,8.1.5 续1,4 电离器之接地-接地电流收集装置应采用水 平延伸式,以利于电流入地。雷云电量 一般不超过数库仑,电离消雷装置工作 时,连接线只通过毫安级的小电流,所以 导线只需满足机械
13、强度的要求即可。,8.1.6 防雷措施,华南理工大学 电力学院 程小华,1 架空线路的防雷措施 2 变电所的防雷措施 3 建筑物的防雷措施,1 架空线路的防雷措施,华南理工大学 电力学院 程小华,1)架设避雷线。一般66 kV以上线路沿全线路(全长)装设避雷线;35 kV以下线路仅在变配电所的引入、引出线上装设一段避雷线。 2)装设自动重合闸装置。因雷击造成的瞬时性短路故障(断路器跳闸)的线路,经0.5s左右的时间后,自动重合,即可恢复供电。保证了供电的可靠性。 3)提高线路的绝缘水平。采用高一级电压的绝缘子,以提高线路的防雷水平。这是l0 kV及以下架空线防雷的基本措施。,1 续1,华南理工
14、大学 电力学院 程小华,4)个别绝缘薄弱点加装避雷器或保护间隙。绝缘薄弱点,如电缆头、开关等处。,2 变电所的防雷措施,华南理工大学 电力学院 程小华,1)变电所防直击雷-避雷针、避雷线。如果变配所位于附近的高大建筑上的避雷针保护范围内,或者变配电所本身是在室内的,则不必考虑对直击雷的防护。 2)变电所防雷电波 之一-避雷线、避雷器。对35 kV进线,一般采用在沿进线500 600 m的这一段距离安装避雷线并可靠接地,同时在进线上安装避雷器。对6l0 kV进线可以不装避雷线,只在线路上装设FZ型或FS型阀型避雷器,如下图所示。,2 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,2 续2,华南理工大学
15、电力学院 程小华,接在母线上的避雷器主要是保护变压器不受雷电波危害,在安装时尽量靠近主变压器,其接地线应与变压器低压侧接地的中性点及金属外壳一起接地,如下图所示。(一起接地,确保可靠接地),2 续3,避雷器的接地线应与变压器低压侧接地的中点及金属外壳一起接地。,2 续4,华南理工大学 电力学院 程小华,3)变电所防雷电波 之二-防雷变压器。多雷区的变配所,主变应采用防雷变压器,简称防雷主变,或防雷变。防雷变的原理,与普通电力变压器的一样,只是连接组别采用的是Yznll。防雷变压器的结构特点-每一铁芯柱上的二次绕组都分为匝数相等的两个半绕组,而且采用曲折形连接- Z形连接。,2 续5,华南理工大
16、学 电力学院 程小华,如果雷电波沿变压器二次侧线路侵人,由于变压器二次侧同一铁芯柱上两个半绕组的电流方向正好相反(雷电流是零序电流,因为各相电流同相),雷电流产生的磁动势在铁芯上相互抵消,不会感应到变压器一次侧线路上去。,2 续6,华南理工大学 电力学院 程小华,同样地,如果雷电波沿变压器一次侧线路侵入,由于原边各相雷电压的方向相同,相当于零序电压,所以副边各芯柱上的两个半绕组的雷电压的方向亦同,导致副边各相的雷电压为零。即变压器二次侧同一铁芯柱上两半个绕组的感应电动势相互抵消,二次侧也不会出现过电压。所以,Yznll连接的变压器能够防雷。,2 续7,华南理工大学 电力学院 程小华,Yzn11
17、防雷的关键有两点: (1)从进攻方面(攻方)讲,雷电流、雷电压的特点是零序,即雷对各相是“一视同仁”的,各相相同。 (2)从防守方面(防方)讲,针对雷零序的特点,让主变某一侧绕组分半,交叉成相,相互钳制,相互抵消。简而言之就是,分半交叉,相内抵消。,2 续8,华南理工大学 电力学院 程小华,多雷区的变配所,除设置避雷针、避雷线、避雷器外,还应选用防雷变压器。,2 续9,华南理工大学 电力学院 程小华,4)变电所 防球雷-装设带有网眼的金属接地铁丝网于变配所的通风窗。 球雷可从门、窗侵入室内。故雷雨天气,勿近门窗。,3 建筑物的防雷措施,华南理工大学 电力学院 程小华,1) 建筑物防雷之 防开口
18、金属环 2) 建筑物防雷之 类别 3) 各类建筑物之 防雷措施,3 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,1) 建筑物防雷之 防开口金属环 当强大的雷电流沿导体泄入大地时,导体周围将建立强大的电磁场。如果附近有一个开口的金属环,那么该环的开口处将感生出相当大的电动势而产生火花放电。这对存有易燃易爆的建筑物是非常危险的。因此,应该用焊接的方法、用跨接导体将开口金属环封闭起来,然后接地。 请见下页图示。,3 续2,3 续3,华南理工大学 电力学院 程小华,2)建筑物防雷之类别 防雷建筑物分三类: 第一类-内有易被电火花引爆之物的建筑物; 第二类-内有不易被电火花引爆之物的建筑物; 第三类-内无爆炸
19、物的建筑物。,3 续4,华南理工大学 电力学院 程小华,3)各类建筑物之防雷措施 (1)第一类建筑物之防雷措施 装设独立避雷针(或消雷器)防止直击雷,为防雷电感应过电压、雷电波,对非金属屋面应敷设避雷网并可靠接地。室内的一切金属设备和管道,均应良好接地并不得有开口环形。电源进线处装设避雷器并可靠接地。,3 续5,华南理工大学 电力学院 程小华,(2)第二类建筑物之防雷措施 防雷措施基本与第一类相同,即,要有防直击雷、雷电感应过电压、雷电波的保护措施。,3 续6,华南理工大学 电力学院 程小华,(3)第三类建筑物之防雷措施 应有防直击雷、雷电波的保护措施。,8.2 接地,华南理工大学 电力学院
20、程小华,8.2.1 接地概述 8.2.2 接地体 8.2.2 接地电阻,8.2.1 接地概述,华南理工大学 电力学院 程小华,1 接地体、接地极-埋入大地与土壤直接接触的金属物体,称为接地体或接地极。 2 接地线、接地干线、接地支线-连接接地体及设备接地部分的导线,称为接地线。接地线又可分为接地干线和接地支线。 3 接地装置-接地线与接地体总称为接地装置。,4 接地网:由若干接地体在大地中互相连接而组成的总体称为接地网。如图所示。,华南理工大学 电力学院 程小华,5 接地电流、电气地、对地电压,华南理工大学 电力学院 程小华,当发生接地故障时,其故障电流经接地装置进入大地是以半球面形状向大地散
21、开,这一电流称为接地电流。离接地体越远的地方,呈半球形的散流表面积越大,散流电阻也就越小。一般情况下,离接地体20 m处,散流电阻趋近于零,该处的电位也趋近于零,我们通常将电位为零的点称为电气上的“地”,即电气地。电气设备接地部分与“地”之间的电位差称为电气设备接地部分的对地电压,接地体与“地”之间的电阻称为接地体的散流电阻。,6 接触电压和跨步电压,华南理工大学 电力学院 程小华,电气设备发生接地故障时,人站在地面上,手触及到设备带电外壳的某一点,此时手与脚所站的地面上的那一点之间所呈现的电位差称为接触电压。 由接触电压引起的触电称为接触电压触电。 人在接地故障点周围行走,两脚之间的电位差,
22、称为跨步电压,由跨步电压引起的触电称为跨步电压触电。 上述两种电压示意图,请见下页图示。,6 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,7 接地分类,华南理工大学 电力学院 程小华,按功能,接地可分为三种类型: 工作接地、 保护接地、 重复接地。,8 工作接地,华南理工大学 电力学院 程小华,工作接地定义:为了保证电气设备在正常的情况下可靠地工作,而进行的接地。如:变压器、发动机中点接地;防雷装置接地;等。 工作接地功能:各种工作接地都有其各自的功能。如变压器、发电机的中性点直接接地,能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变;电源中性点经消弧线圈接地能防止系统出现过电压等;至于防雷装置的接地,是为
23、了泄放雷电流,实现防雷的要求。,9 保护接地,华南理工大学 电力学院 程小华,保护接地是将电气设备的金属外壳、配电装置的构架、线路的塔杆等正常情况下不带电,但异常情况下可能带电的部分接地。因为这种接地的目的是保护人身安全,故称为保护接地或安全接地。 所谓异常情况,是指绝缘损坏。“可能带电”是指:有时虽然绝缘损坏了,但没有发生碰壳现象,此时金属外壳等也不会带电。,10 重复接地,华南理工大学 电力学院 程小华,在中性点直接接地TN系统中,为确保公共PE线或PEN线安全可靠,除在中性点进行工作接地外,还必须在PE线或PEN线的一些地方进行多次接地,这就是重复接地。 请见下页图示。,10 续1:重复
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