防雷知识及系统学习.ppt

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1、防雷知识及系统学习,雷电是什么,雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般 产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和 龙卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生 电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷 为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产 生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达 30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。带有电荷的雷云与地面的突起物 接近时，它们之间就发生激烈的放电。

2、放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体 积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。在雷电放电地点会出现强烈的闪光 和爆炸的轰鸣声。,闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表，听到雷声后即把它按停，然后以3来除所得的秒数，即可大致知道闪电离你有几千米。 枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。 闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为叉状闪电。 闪电在云中阴阳电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。 未达到地面的闪电，也就是同一云层之中或两个

3、云层之间的闪电，称为云间闪电。 曲折开叉的普通闪电称为枝状闪电。,人工引雷,自然雷电击距的观测,击距的定义? 下行先导最后一次跳跃的距离; 最后一次跳跃的下行先导的头部与地面突出物(如避雷针尖)之间的距离 两个不同性质的物理量? 最后一次跳跃的下行先导的头部与地面突出物上行先导头部之间的距离,雷电的感应 静电感应 电磁感应,雷云电荷对地面的感应,雷云对输电线路的感应,静电感应对输电线路影响 雷云电荷除了对架空避雷线 感应产生异性电荷外，还会 对下方的输电线路产生感应,- - - - - - - - - - - - -,- - - -,+ + + + + + + + + + + + +,+ +

4、+ + + + + + +,+ + + + + +,+ + + + + +,静电感应对输电线路影响 架空避雷线上的电荷，还会 对下方的输电线路产生感应,- - - - - - - - - - - - -,- - - -,+ + + + + + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,+ + +,+ + +,静电感应电荷的流动,100kA,50kA,50kA,50kA,避雷接闪雷电后的 雷电流分布,100kA,50kA,50kA,50kA,避雷线接闪雷电后 的电位分布,接地电阻10,铁塔电位抬升500kV至1000kV,100kA,50kA,50kA,50kA,避雷线接闪

5、雷电后 的电位分布,接地电阻10,铁塔电位抬升500kV至1000kV,100kA,50kA,避雷线接闪雷电后 避雷线电位分布 避雷线的分布电感和分布 电阻使得雷电在流过避雷 线时会产生与输电线路间 的电压差: 避雷线长X100X100(V),接地电阻10,电磁感应（雷电电磁脉冲）,I=100kA,R=1,U=I*R=100kV,防雷地,建筑物,设备,设备,I=100kA,R=1,U=I*R=100kV,电源线,信号线,计算机设备地,防雷地,建筑物,设备,I=100kA,R=1,U=I*R=100kV,电源线,信号线,计算机设备地,防雷地,建筑物,I=100kA,R=1,U=I*R=100kV

6、,电源线,信号线,计算机设备地,防雷地,建筑物,设备,设备,R=1,i=100kA,U=100kV,3m,3m,设备接地与防雷接地分开,设备,i=100kA,U=100kV,U=0V,220V,信号线,设备接地与防雷接地分开的电位,i=100kA,U=100kV,U=0V,220V,设备,设备与防雷接地分开人身不安全,i=100kA,U=100kV,U=0V,220V,设备,设备与防雷接地分开设备损坏,设备,i=100kA,U=100kV,U=100kV,220V,设备采用共用接地方式,i=100kA,U=100kV,U=100kV,220V,设备,设备采用共用接地方式,设备,i=100kA,

7、U=100kV,220V,连接SPD的等电位防雷效果,直击雷、静电感和电磁感应都会使雷电沿高压输电线路引入用户端,高压输电线路雷电引入,配电柜,L1,L2,L3,接地线,10kA,R=4,10kA,U=40kV,雷电进入变压器前端,配电柜,L1,L2,L3,接地线,10kA,R=4,10kA,U=40kV,雷电进入变压器前端,配电柜,L1,L2,L3,接地线,SPD,U=40kV,U=40kV,R=4,10kA,10kA,雷电进入变压器前端,配电柜,L1,L2,L3,接地线,SPD,设备,接地线,信号线,U=40kV,雷电进入变压器后,雷电流流向分配,建筑物内有电源线(三芯) 和服务牲管线,设

8、雷电流I=100kA, 雷电流50%入地, 进入电源线的雷电流: I线=100/2/2/3=8.3kA,雷电流流向分配,KA I,t us,10,350,10/350S模拟直接雷击流波,0.1Imax,0.5Imax,0.9Imax,Imax,直接雷击模拟波,KA I,t us,8,20,8/20S模拟感应雷电流波,0.1Imax,0.5Imax,0.9Imax,Imax,雷击过电压是高达几千甚至上万伏，微秒级的电脉冲。,感应雷击模拟波,i,t,20 S,8 S,10 S,350 S,从能量守恒定律得: i82 * R * t8 = i102 * R * t10,R,i,10/350S与8/2

9、0S的关系,i,对两个电流波进行积分得: 0 i82(t) * R * dt = 0 i102(t) * R * dt 解得: i8 = 5.6 i10, 取值:i8 = 6 i10,R,电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值,假设： 设备与 设备和 配电柜的 接地线是 独立分开,雷电损坏设备的路径,SPD与设备接地,雷电损坏设备的两大参数1.过电流 2.过电压,SPD与设备接地分开的防雷效果,设备电源耐压,SPD与设备接地连接的防雷效果,SPD等电位连接的防雷效果,SPD等电位连接的防雷效果,连接信号SPD的防雷效果,连接信号SPD的防雷效果,导线的残压,2m,SPD 1000V,i=10kA

10、,2000V,3000V,设备,防雷工程设计定律,1m长导线 流过1kA雷电流 产生100V残压,一级SPD的防雷效果,多级SPD的防雷效果：前一级分流的雷电流,1800V,多级SPD的防雷效果,1800V,串联多级SPD的防雷效果, 安全阀值: 1500V/200A,串联电源SPD,信号SPD,电源、信号使用示意,等电位接地,错误的局部串联接地方式,3m,i=1kA,300V,正确的接地方式,不正确的接地方式: 信号接地线太长,正确的接地汇集方法,i,RCRPE RPE: 1*250 mm2 i1 i2 RC :2.5mm2,大型机房的接地方式,降低接地电阻方案,在高土壤电阻率地区要降低接地

11、电阻，需要很大的接地面积，按接地网接地电阻公式：,变电站的接地面积一定, 如L1=100米, L2=80米, 接地面积 S=100*80平方米 设土壤接地电阻率=1000m R=0.5*1000/8000=5.6,假设：变电站所在位置的土壤电阻率=1000m， 设计接地电阻R=0.5，则需接地面积S：,=* =1000*1000（m2）,1000m,1000m,变电站地网面积,传统方法 扩大面积:根据公式R=0.5* /S，S，R 变电站征地面积一定,扩大面积,成本高;,原地网,扩大地网,大扩地网,扩大接地网,增加地网的埋设深度:如深埋均压网水平接地体，根据公式R=0.5* /S， ，R效果不

12、明显;,地网埋深1-3米,均压网,增加地网的埋设深度,利用自然接地体:变电站均压接地网与控制室建筑基础地网相连，属站内地网，基本没有效果;,均压网,基础地网,利用自然接地体,换土法:将变电站范围内的高土壤电阻率土质换成低土壤电阻率土质，降低，此办法在站内施工，工作量大,成本高，基本没有效果。,均压网,高土壤电阻率土质,低土壤电阻率土质,换成低土壤电阻率土质,传统方法 化学处理:如施放降阻剂,腐蚀性大,地网寿命在5年以内,成本高,效果不明显 禁止使用降阻剂的呼声越来越高,采用降阻剂处理水平地网效果差： 主要作用降低接触电阻 海勃湾220kV发电厂采用60t降阻剂处理水平地网，接地电阻基本没变 胶

13、南110kV变电站地网动用30万元的降阻剂，基本没效,采用降阻剂处理接地地网,传统方法 长垂直接地极： 如：打深井或深孔爆破法，有一定效果，但不一定达到接地电阻设计值，深孔爆破法的效果与地质结构有关，成本较高,打深井或深孔爆破法,由于接地网内的土壤电阻率极高，接地电阻很难降下来， 如果采用电阻率较低的材料如降阻剂，将接地网内的所有土壤 用降阻剂来替换，并辅助打多口深井，即将接地网等效于一个 半球接地体，如下图所示：,半球接地体示意图,r为半球接地体的半径,其接地电阻的公式：,半球接地体,设,变电站土壤电阻率=1000m，设计接地电阻值R=0.5, 需将半球接地体的半径r扩至： r=/(2)=1

14、000/(23.140.5)=318(m) 如用打深井放降阻剂，则应打很多个300多米深的井，这样做成本很高,也不是理想的解决办法。,318m,r=318m,半球接地体的 半径与深井,半球接地体的半径与深井,如果能将大于接地半球r的土壤电阻率降下来， 接地电阻值R就可以降下来。我们采用向土壤施放 电解质的方法来降低土壤电阻率。,降阻方案,DK-AG电解地极，是在铜管内填装无毒化合物晶体，铜 管上的呼吸孔吸收土壤的水分，使化合物晶体变为电解质溶液， 并向四周流入土壤，在土壤中形成了成片导电率良好的电解质 离子土壤，电解质液可向砂质粘土的纵深方向和岩石表面的四 周渗透，使原来导电率极差的砂岩地质结

15、构形成了一个良好的 电解质导电通道，从而大范围地降低了土壤电阻率。,电解地极降阻原理,最新技术,电解质,电解质,电解质,电解质,斜井口,外引接地体,电解地极降阻原理,DK-电解地极,设N为电解地极的数量，由公式： R0为原地网（或地基）的接地电阻； R 为地网设计接地电阻；为土壤电阻率； k为系数 当：200.m，k取3 200500.m，k取4 5001000.m，k取4.5 1000.m，k取5,电解地极的数量,变电站接地,在地网改造的过程中做了一组比较数据：斜井打完后，先放入505的热镀锌扁钢，灌水后测量接地电阻，后放置DK-AG电解地极灌水后测量接地电阻。见下表： 钻井后扁钢与电解地极

16、的效果比较表：,惠州500kV博罗变电站地网改造工程,斜井施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,安全防范 工程防雷,安全防范工程防雷持点 安防监控部分多数为露天安装且线路长 安防系统各部分的接地体相对独立 传输线路容易产生雷电感应过电流、过电压 接地电阻很难降低,S0.3（Ri + 0.1Lx） （m）,有线传输信号监控系统,光纤传输信号监控系统,雷电预警,雷电监控及预警系统 雷电是一种复杂的自然现象，雷电形成过程中伴随着有声、光、热、电 磁等多种效应的产生，为雷电的监控和预警提供了有效信息。直接或间接监 测雷电的设备：如气象卫星、闪电定位仪、SAFIR系统、全球雷电监测系 统、大

17、气电场仪等的工作原理都是基于雷电形成的过程中产生的这些效应。 闪电定位仪、全球雷电监测系统均利用的是雷击点的事后效应，难以用 于某局部地区雷击点的事前预报。 卫星云图、SAFIR系统以及全球雷电监测系统适于监测大范围的地域，无 法准确预报针对某一局部地区的雷电活动。 雷电预警系统，属于建立在静电场原理技术基础上的大气电场探测，通 过对不断被屏蔽及开放的探测电极转化为数字电场值，从而实时地监测近地 面大气层静电场的变化，并对可能造成当地雷击危险的大气电场强度变化加 以识别和预警。,雷电预警的工作原理及用途 以在平地距地面约1.5m处设立的监测点为例，在一个无云天气检测 到的平均场强约为250V/m，而当场强检测值达到2 KV/m以上时，通常意 味着该地点上方雷云已经产生；如果场强持续增大至45 kV/m，发生雷 闪现象的可能性就将超过0%；雷闪发生时，场强会增大至14KV/m 以 上，一般情况下，到发生雷闪至少需要约30分钟。 基于上述原理，雷电预警通过不断将安装地点的大气电场监测值， 与预先设定的电场门限值相比较，就可以在第一次雷击产生前，探测到 其发生的可能性，并且发出危险信息。从而对人员和设备提供预先准备 雷电防护工作，避免雷击造成各种危害和损失。,雷电预警实现集成中央监控优化系统管理,