第二节---防雷保护装置

第二节防雷保护装置避雷针和避雷线保护间隙和避雷器防雷接地现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。一、避雷针和避雷线电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为避雷针和避雷线（又称架空地线）。避雷针适宜用于变电所、发电场这样相对集中的保护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。保护原理：避雷针（线）一般均高于被保护对象，它们的迎面先导往往开始得最早，发展得最快，最先影响雷电下行先导的发展方向，使之击向避雷针（线），并顺利泄入地下，使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护、免遭雷击。保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击（概）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于0.1％的绕击率。(一)单支避雷针当时P＝1当时h–避雷针高度P–高度修正系数-被保护物的高度-保护范围()()2xxxhrhhPh(1.52)()2xxxhrhhPhmh30mhm12030hP5.5xhxr(二)多只避雷针（通过叠加求出联合保护范围）因此单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半径小得多0.47()()2xxxhrhhPh(1.53)()2xxxhrhhPh(三)单根避雷线两线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定；两线内侧的保护高度由两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定(四)两根等高避雷线•保护架空线输电线路的避雷线保护范围还有一种更简单的表达方式,即采用它的保护角α，所谓保护角系指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角，保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效。应用范围：仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场合。二、保护间隙和避雷器（一）保护间隙保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者低，使过电压波被限制到保护间隙F的击穿电压Ub。缺点：1）伏秒特性很陡；2）保护间隙没有专门的灭弧装置3）产生大幅值的截波。•避雷器有管式和阀式两大类。•阀式避雷器分为碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器（又称氧化锌避雷器）。•管式避雷器主要用于变电所、发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。•碳化硅避雷器广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。•氧化锌避雷器由于保护性能优于碳化硅避雷器，正在逐步取代后者，广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适用于中性点有效接地的110千伏及以上电网。（二）管式避雷器（亦称排气式避雷器）它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙，其基本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接一只外火花间隙。缺点：1）续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂。2）伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似,维护较麻烦。3）应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电厂的进线段保护中。(三)普通阀式避雷器变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器，它在电力系统过电压保护和绝缘配合中都起着重要的作用，它的保护特性是选择高电压电力设备绝缘水平的基础。结构：主要由火花间隙F及与之串联的工作电阻R两大部分组成。特点：对工作电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。•我国生产的普通阀式避雷器有FS和FZ两种系列，电气参数如下表：系列名称系列型号额定电压(KV)结构特点应用范围配电所型FS3,6,10有火花间隙和阀片,但无分路电阻,阀片直径55mm配电网中变压器、电缆头、柱上开关等设备的保护变电所型FZ3~220有火花间隙、阀片和分路电阻，阀片直径100mm200KV及以下变电所电气设备的保护•阀式避雷器的特性参数1.额定电压2.灭弧电压指该避雷器尚能可靠熄灭续流电弧时的最大工作电压。3.冲击放电电压指的是在标准雷电冲击波下的放电电压的上限。4.工频放电电压5.残压指冲击电流通过避雷器时，在工作电阻上产生的电压峰值。•几个评价阀式避雷器性能的技术指标1.阀式避雷器的保护水平它表示该避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。2.阀式避雷器的冲击系数它等于避雷器冲击放电电压与工频放电电压幅值之比。一般希望它接近于1，这样避雷器的伏秒特性比较平坦，利于绝缘配合。3.切断比它等于避雷器工频放电电压的下限与灭弧电压之比。切断比接近于1，说明该火花间隙的灭弧性能越好、灭弧能力越强。4.保护比它等于避雷器的残压与灭弧电压之比。保护比越小，表明残压低或灭弧电压高，意味着绝缘上受到的过电压小，而工频续流又能很快被切断，因而该避雷器的保护性能越好。(四)磁吹式避雷器与普通阀式避雷器类似，主要区别采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。1、旋弧型磁吹避雷器2、灭弧栅型磁吹避雷器(五)金属氧化物避雷器（MOA）氧化锌(ZnO)，具有极其优异的非线性特性。优点：1）可省去串联火花间隙，结构大大简单2）由于具有极好的非线性伏安特性，保护性能优越3）无续流、动作负载轻、能重复动作实施保护4）流通容量大，能制成重载避雷器5）耐污性好三、防雷接地（一）接地一般概念电工中“地”是指地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。电气设备导电部分和非导电部分与大地的人为连接称为接地。电力系统的接地分为三类：1）工作接地：正常工作需要而设置的接地。0.5~10Ω2）保护接地：为了保护人身安全金属接地。1~10Ω3）防雷接地：将雷电流顺利泄如地下，以减小它所引起的过电压。eeeIUReiiRRiReRi冲击接地电阻，工频或直流下的接地电阻，二者之比称为冲击系数。i的值一般小于1，但在接地体很长时也有可能大于1。接地电阻Re等于从接地体到地下远处零位面之间的电压Ue与流过的工频或直流电流Ie之比。)18(ln2dllRenRRee')(ln22AhdLLRe常见的一些接地体的工频接地电阻计算公式1、单根垂直接地体2、多根垂直接地体3、水平接地体(二)防雷接地及有关计算防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。接地体单位长度电感L0，压降L0di/dt很可观，使接地体变成非等电位物体。L0的影响使伸长接地体的冲击接地电阻Ri增大接地体周围会出现一个火花放电区，使冲击接地电阻Ri变小。两者对接地电阻的影响相反。看两个因素的相对强弱而定。小结电力系统中广泛采用避雷针和避雷线作为直接雷击防护装置。保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者低，使过电压波被限制到保护间隙F的击穿电压Ub。变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器。ZnO具有一系列优点，是避雷器发展的主要方向，正在逐步取代普通阀式避雷器和磁吹避雷器。防雷接地装置可以是单独的，也可以与变电所、发电厂的总接地网连成一体。防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。（本节完）