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1、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
2、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
3、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
4、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300。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
5、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15s范围内，平均为22.5 s，规程推荐取2.6 s。,雷电流半峰值时间在20100s范围内，平均为50 s，超过50s的概率只有18%30%。,据统计分析，雷电流的陡度与峰值的相关系数为0.60.64，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
6、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
7、受雷击的次数，以表示。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经验，一般高度线路的等值受雷面的宽度为4h+b。设N为每100km线路每年遭受雷击的次数，则N可按下式计算,对于Td=40，得=0.07，上式可简化为,8-2 避雷针、避雷线的保护范围,对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。避雷针（线）高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄如大地，从而使避雷针（线
8、）附近的物体得到保护。,对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。避雷针（线）高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄如大地，从而使避雷针（线）附近的物体得到保护。,在先导放电自雷云向下发展的初始阶段，先导头部离地面较高，放电的发展方向不受地面物体的影响。因避雷针（线）较高且有良好的接地，在其顶端因静电感应而积聚了与先导通道中电荷极性相反的电荷，使其附近空间电场显著增强。当先导头部发展到距地面某一高度时，该电场即开始影响先导头部附近的电场，使其向避雷针（线）定向发展。随着先导通道的定向延伸，避雷针（线）顶端的电场将大大增强，有可能产生自避雷针（线）向上发展的迎面先导，再增
9、强了避雷针（线）的引雷作用。,避雷针（线）的保护范围由模拟试验确定，它只有相对的意义，不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击，在保护范围外的物体就完全不受保护。,一、折线法,单支避雷针,在高度为hx的水平面上，其保护半径rx可按下式计算,式中：h为避雷针高度；hx为被保护物体的高度；p为高度影响系数：,双支等高避雷针,两针间的保护范围可通过两针顶点及保护范围上部边缘的最低点o的圆弧来确定，o点的高度h0按下式计算,在o-o截面上，高度为hx的平面保护范围一侧宽度bx按下式计算,双支不等高避雷针,两针内侧的保护范围按下法确定：先按单针作出高针1的保护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交
10、于点3，再设点3为一假想针的顶点，作出2和3两等高避雷针的保护范围。,多支等高避雷针,三支针的安装地点1、2、3形成的三角形的外侧保护范围分别按两支等高针的方法确定，如果在三角形内被保护物最大高度hx的水平面上各相邻避雷针保护范围的外侧宽度 ，则曲线所围的平面全部得到保护。,避雷线（架空地线）的保护范围,单根避雷线的保护范围,两根等高平行避雷线的联合保护范围,O点的高度按下式计算,保护角,避雷线一般用于输电线路的直击雷保护，常用保护角的大小来表示其对导线的保护程度。保护角是指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角。,保护角越小，导线就越处在保护范围的内部 ，保护也越可靠。500kV线路：1015；330kV线路及双地线的220kV线路： 20左右；山区110kV单地线线路： 25左右,二、滚球法（自学）,作业4 高电压技术（赵智大） P265：6-6、6-7、6-8、6-9 P266：7-1、7-2,