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第十三章电力系统防雷保护第一节雷电的放电过程和雷电参数第二节电力系统的防雷保护装置第三节架空输电线路的防雷保护第四节发电厂和变电站的防雷保护一、雷电放电过程雷云的带电过程:在5~12km高度的雷云主要是带正电荷,在1~5km高度的雷云主要是负电荷。当云中电荷密集中心的场强达到25~30kV/cm时,就可能引发雷电放电。雷云放电主要是在云间或云内进行,只有小部分是对地发生的,而且往往对地放电危害最大。75~90%左右的雷电流是负极性的。雷电放电方式:线状、片状和球状。1.先导阶段雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面的发展是分级推进的,每一级的长度为25~50m,停歇时间为30~90s,下行的平均速度约为0.1~0.8m/s,此过程称为先导放电过程。2.主放电和迎面流注阶段当雷电先导接近地面时,会从地面较突起的部分发出向上的迎面先导(也称迎面流注),当不同极性的下行先导和迎面先导相遇时,就产生强烈的电荷中和过程,伴随雷鸣和闪电,出现极大的电流(数十至数百kA),这就是主放电阶段。雷电主放电的瞬间,虽然功率很大,但是雷电产生的能量却很小,即其破坏力虽然大,但是实际利用价值很小。以一次中等雷电为例,取雷云电位U为50MV,电荷Q为8C,则其能量为:W=UQ/2=55kW·h每平方km每年(雷暴日为40)的落雷次数可取2.8次,所以每平方km每年获得的雷电总能量为:W=55×2.8=154kW·h其平均功率仅为:P=154×103/365/24=17.58W但是,雷电主放电的瞬时功率P却很大,例如若雷电流I以50kA计算,压降以6kV/m计,雷云高度以1000m计,则主放电功率P可达到P=50×6×1000=300,000MW二、雷电参数雷电参数是雷电过电压计算和防雷设计的基础,目前常采用的参数是建立在现有雷电观测数据的基础上总结出来的。1.雷暴日(Td)和雷暴小时(Th)雷暴日是指该地区一年四季中有雷电放电的天数。由于不同年份的雷暴日数变化较大,一般采用多年平均值——年平均雷暴日。一个小时以内听到一次及以上雷声就算一个雷暴小时。据统计,每一个雷暴日折合为3个雷暴小时。(2005名)3.雷电流幅值雷电流是指雷击于低接地阻抗(≤30Ω)的物体时流过该物体的电流,近似等于传播下来的电流入射波的2倍,计算公式如下:4.雷电流的波前时间、陡度和波长据统计,雷电流的波前时间T1多在1~4s内,平均为2.6s左右,波长T2在20~100s内。雷电流波前的平均陡度为:=I/2.6(kA/s)图13-3(a)为标准雷电流冲击波形,其波头部分可用双指数函数表示:i=I(e-t-e-βt)图13-3(b)为斜角平顶波,其陡度可由给定的雷电流幅值I和波前时间T1确定。斜角波的数学表达式最简单,便于分析与雷电流波前有关的波过程。并且斜角平顶波用于分析发生在10s以内的各种波过程,有很好的等值性。图13-3(c)为等值半余弦波,雷电流波形的波前部分接近半余弦波,可用下式表示:i=I(1-cosωt)/2式中,角频率ω=π/T1。等值半余弦波多用于分析雷电流波前的作用。在设计特高杆塔时,采用等值半余弦波将使计算更加接近于实际且偏于从严。第二节电力系统的防雷保护装置一、避雷针避雷针包括三部分:接闪器(避雷针的针头)、引下线和接地体。避雷针的保护原理是:当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向,使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物体免遭雷击。先导放电朝地面发展到某一高度H后,才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电。H称为定向高度,与避雷针的高度h有关。根据模拟试验:当h≤30m时,H=20h;当h>30m时,H≈600h。避雷针的保护范围(2006单)是由模拟试验确定的,只具有相对的意义。我国有关规程所推荐的保护范围是对应0.1%的绕击率而言的。所谓绕击系指雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象。单支避雷针的保护范围近似一个圆锥体空间,如图13-4所示。它的侧面边界线实际上是曲线,工程上以折线代替曲线。两支等高避雷针的保护范围如图13-5所示。两避雷针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定。两避雷针间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定,圆弧的半径为R0,O点高度h0按下式计算:h0=h-D/7p图13-6两支等高避雷针间保护范围一侧最小宽度(bx)与D/(haP)的关系(a)D/(haP)=0~7;(b)D/(haP)=5~7两支不等高避雷针的保护范围如图13-7所示。两避雷针内侧的保护范围,先按单避雷针法作出较高避雷针1的保护范围,与通过较低避