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1、精选优质文档-倾情为你奉上附件 避雷针、避雷线保护范围计算(滚球法).1 建筑物的防雷分类w按建筑物防雷设计规范GB50057-2010的规定,建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按防雷要求分为三类.1.1 第一类防雷建筑物l第一类防雷建筑物凡存放爆炸性物品,或在正常情况下可能形成爆炸性混合物,因电火花而爆炸的建筑物,会造成巨大破坏和人身伤亡者.l防雷措施 防直击雷u装设独立避雷针(或消雷器),或架空避雷线(网)(架空避雷网的尺寸不应大于5m5m或6m4m).u冲击接地电阻小于10. 防感应雷u建筑物内各种设备及金属物都应连接到防感应雷的接地装置上,其接地装置与电气设备
2、接地装置共用.u屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接,不应小于2处.u工频接地电阻小于10. 防雷电波入侵u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,不的有开口环形.电源进线处应装设避雷器. u冲击接地电阻小于10. 防侧击雷措施 u从30m起每隔不大于6m,沿建筑物四周设水平避雷带与引下线相连.引下线不应少于2根,并沿建筑物四周均匀对称布置,其间距不应大于12m. u30m以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接.l消雷器(有争议) 消雷器组成:装设在被保护物上方,带有“很多尖端电极的电离装置”.设置在地表层内的“地电流收集装置”.接通这两种装
3、置的“连接导线”. 消雷器工作原理 消雷器是70年代由美国发展起来的新型防雷装置. 利用金属针状电极的尖端放电原理设计的.在雷云电场作用下,当尖端电场达到一定值时,周围空气发生游离后,在电场力作用下离去,而接替它的空气分子相继又被游离.如此下去,从金属针端各周围有离子电流流去.随着电位的升高,离子电流按指数规律增加.当雷电出现在消雷器及被保护设备上空时,消雷器及附近大地均感应出与雷云电荷极性相反的电荷.安装有许多针状电极的离子化装置,使大地的大量电荷在雷云电场作用下,由针状电极发射出去,向雷云方向运动,使雷云被中和,雷电场减弱,从而防止保护物遭雷击. 消雷器的功能:使雷电冲击放电的微秒千安级瞬
4、变过程转化为秒安级缓慢放电过程,因而使被保护物上可能出现的感应过电压降低到无危害的水平,达到“防雷消灾”的目的. 消雷器根据离子化装置上金属针状电极不同分类:少长针型,多短针型. 国产分类:导体伞板型,导体阵列型 导体伞板型用途:占地一定面积的发电厂、变电站、军火库、气象站、电视塔、重要防雷场所. 导体阵列型用途:架空线路. 接地电阻一般小于100,则可满足要求.1.2 第二类防雷建筑物l重要的或人员密集的大型建筑物. 如:国家级重点文物保护的建筑物,国家级办公建筑物,大型会展中心或博物馆,国家级大型计算机中心和装有重要通信、电子设备的建筑物,19层及以上住宅楼,超过50m的其他建筑物等.l防
5、雷措施 防直击雷u装设独立避针.u装设在建筑物上避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器. 防感应雷u建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物,应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上(可不另设接地装置).u建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应小于2处. u防感应雷接地装置与电气接地装置共用或相连时,应在电源线路引入端装设避雷器. 防雷电入侵波 u将避雷器、电缆金属外皮、钢管等连接在一起接地.冲击接地电阻不应大于10.1.3 第三类防雷建筑物l不属于第一、第二类建筑物,又需要作防雷保护的建筑物.l防雷措施 防直击雷:宜采用装设在建筑上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合
6、组成的接闪器(利用其高出被保护物的凸出位置,把雷电引向自身,然后通过引下线和接地装置将雷电流泄放到大地,使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击).冲击接地电阻不应大于30.3 防雷设备l防雷设备主要有:避雷针、避雷线、避雷器、浪涌保护器（电子信息系统）.3.1 避雷针l避雷针的组成:接闪器(避雷针的针头)、引下线、接地体.通常接闪器安装在构架上.l用滚球法确定避雷针的保护范围.l国际电工委员会1990年3月出版的建筑物防雷标准，以滚球法作为确定接闪器的保护范围.我国建筑物防雷设计规范GB50057-1994中规定避雷针保护范围的计算采用滚球.3.1.1滚球法l滚球法是以半径的一个球体,沿需要防直
7、击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物),或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位时,则该部分就能得到接闪器的保护.l不同建筑物防雷级别的滚球半径 用滚球法计算避雷针的保护范围时,不同防雷建筑物的滚球半径,表2.1.1.表2.1.1 不同建筑物防雷级别的滚球半径建筑物的防雷级别滚球半径 /m避雷网尺寸 /m第一类防雷建筑物301010第二类防雷建筑物451515第三类防雷建筑物602020.3.1.2 单支避雷针的保护范围l针高度（滚球半径）作图方法,图2.1.3 图2.1.3 单支避雷针高度小于滚球半径时的保护范围距离地面处
8、作一平行于地面的直线. 以针尖为圆心,为半径,作弧线交于平行线的A、B两点. 以A、B为圆心,为半径,作弧线,与针尖相交,与地面相切.此弧线绕避雷针旋转360形成一锥体,锥体及为保护范围. 由图得,在高度平面上保护半径: (2.1.5)式中 -滚球半径,m; -被保护物高度,m. 避雷针在地面上的保护半径: (2.1.6)l针高度（滚球半径）作图方法,图2.1.4 在针上取高度的一点代替单支避雷针针尖为圆心,其余作图法同图2.1.3. 图2.1.4 单支避雷针高度大于滚球半径时的保护范围.3.1.3 双支等高避雷针的保护范围l避雷针高度(滚球半径)(两针距离时,各按单针确定保护范围) 两避雷针
9、距离,作图方法,图2.1.5. 图2.1.5 两支等高避雷针保护范围 AEBC外侧保护范围,按单针确定. C、E点位于两针间的垂直平分线上,在地面的最小保护宽度 (2.1.7) A，B针尖保护范围上边线,是以AB针中心线上距地面的一点O为圆心,以R为半径所作的弧 (2.1.8) 在AOB轴线上,距中心任一距离x处,其保护范围上边缘的保护高度 (2.1.9) 在保护高度上的保护半径 (2.1.10) 任一保护高度和C点所处的垂直平面上,以作为段想避雷针,按单针方法确定,如图2.1.5的1-1剖面. 两针之间保护范围的最低点 (2.1.11).3.1.4 双支不等高避雷针的保护范围l避雷针1#高度
10、(滚球半径),避雷针2#高度,且两针之间的距离 时,各按单针确定保护范围.l避雷针1#高度(滚球半径),避雷针2#高度,且两针之间的距离 时,作图方法.图2.1.6 图2.1.6 双支不等高避雷针保护范围lAEBC外侧保护范围,按单针方法确定.l地面上的保护范围, (2.1.12) l地面上每侧最小保护宽度 (2.1.13)l两针尖之间最高保护范围R 作垂直平分线,与线交于O点,以O为圆心,R为半径,作圆弧AB. (2.1.14) (2.1.15)lCE线或OH线位置计算,由式(2.1.14)、(2.1.15)联立求解得 (2.1.16)lAB针之间的保护范围 ,解之得 (2.1.17)lAB
11、两针之间保护范围的最低点式(2.1.17)中,当x=0时 (2.1.18)l两针之间AEBC内的保护范围ACO与AEO,BCO与BEO是对称的,故以ACO部分的保护范围为例,在和C点所处的平面垂直平面上,以作为假想避雷针,按单支针的方法确定,图2.1.6中的剖面1-1.l确定平面上保护范围截面的方法与双支等高避雷针类同.3.1.5 矩形布置的四支等高避雷针的保护范围l针高(滚球半径),当对角两针之间的距离时,各按双支等高避雷针的方法确定保护范围.l针高(滚球半径),对角两针之间的距离时,作图方法如下: 四支针外侧保护范围各按双针方法确定. u地面上的保护范围 B、E二针连线上保护范围,图2.1
12、.7的1-1剖面. uE、B两针尖的保护范围:以B、E针尖为圆心,为半径,作弧,相交于O点,再以O点为圆心,以为半径作圆弧,与两针尖相接. u保护范围最低点高度 (2.1.19) u高度的yy平面上保护范围截面,以P点为圆心的半径 (2.1.20), 2-2剖面的保护范围,作图法 u以P点的垂直线上的O点(距离地面的高度)为圆心,为半径作圆弧,与被保护高度的水平线相交于F、H点.以F、H为假相的针作图.图2.1.7 四支等高避雷针保护范围u(关键点)保护范围最低点的高度按式(2.1.19)计算,(因为距离最长, 最小)即 u由直角OTH看出 (2.1.20)u由直角KLH看出 (2.1.21)
13、 w出可由式(2.1.20),(2.1.21)联立求出和值.3-3 剖面的保护范围,作图法(与2-2剖面相同) u以P点的垂直线上的O点(距离地面的高度)为圆心,为半径作圆弧,与被保护高度的水平线相交于U、V点.以U、V为假相的针作图.u(关键点)保护范围最低点的高度按式(2.1.19)计算,(因为距离最长, 最小)即 可联立解出和值. 确定4支等高避雷针中间在至之间高度平面上保护范围截面,以点P为圆心,作圆或圆弧,与各双支避雷针在外侧所作的保护范围截面组成该保护范围截面.3.2 架空避雷线.3.2.1 单根避雷线的保护范围l架空避雷线的高度要考虑弧垂的影响,在无法确定弧垂的情况下,可考虑架空
14、避雷线中点的弧垂为: w等高支柱之间的距离小于120m时,弧垂为2m;间距为120150m时,弧垂为3m.l当单根避雷线的高度时,无保护范围.l当单根避雷线的高度时,保护范围确定,图2.1.8. 图2.1.8 单根架空避雷线保护范围l作图方法: u距离地面处作一条平行于地面的直线. u以避雷线为圆心,为半径作弧,交于平行线的A、B两点. u以A、B两点为圆心,为半径作弧线,该两段弧线相交或相切并与地面相切,从该弧线起到地面止即为保护范围.u当时,保护范围最高点的高度按(2.1.22)计算. (2.1.22) 证明: 直角, u避雷线在高度的平面上的保护宽度 (2.1.24)式中 -避雷线在高度
15、的平面上的保护宽度,m;-避雷线的高度,m;-滚球半径,m.由表2.1.1确定;-被保护物高度,m.证;直角中,直角中, .3.2.2 两根等高避雷线的保护范围l当避雷线高度,两线之间的距离时,各按单根避雷线方法确定.l当避雷线高度,两线之间的距离时,作图方法,图2.1.9. 两根避雷线的外侧,各按单根避雷线的方法确定. 两避雷线之间保护范围:以C、D两线为圆心,为半径,作圆弧交于O点.以O为圆心, 为半径,作圆弧交于C、D点. 图 2.1.9 两根等高避雷线在时保护范围 两线之间保护范围的最低点的高度 (2.1.25) 避雷线两端保护范围按双支避雷针的方法确定.但在两避雷线间的中线两端按图2
16、.1.9中1-1剖面确定. u以双支避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度,作为假想避雷针,将其保护范围的延长线与交于E点. 图2.1.9中的1-1剖面中,相当于(2.1.9)式时的. u内移位置的距离x为 (2.1.26)以1-1剖面为准,图中的E点作为假想避雷针,其在地面的保护范围:, 按式(2.1.7)确定.l当避雷线高度,且时,作图方法,图2.1.10. 距离地面处作一条与地面平行的线. 以避雷线A、B为圆心,为半径,作圆弧相交于O点,并与平行线相交(或相切)于C、E点. 以O为圆心, 为半径,作圆弧相交于A、B两点. 以C、E为圆心, 为半径,作圆弧相交于A、B两点并与地面相切. 图
17、2.1.10 两根等高避雷线在时的保护范围 两避雷线之间保护范围最低点的高度 (2.1.27) 最小保护宽度计算 u由图可知,从中线至E点距离,而其在地面的平行线的相应距离 (2.1.28) 避雷线两端保护范围按双支等高为的避雷针确定.但在两避雷线间的中线两端,保护范围确定方法.图2.1.10中剖面1-1. u以双支高度的避雷针所确定的中点保护范围最低点的高度 作为假想避雷针,将其保护范围的延长弧线与线交于F点.证:将,代入(2.1.9)式,得出 u内移位置的距离x: (2.1.29)证:图2.1.10中的1-1剖面,HP线与地面平行, 直角, 得(2.1.29)式: 1-1剖面中,从(2.1
18、.7)式以代得 .3.3 特定条件下的保护范围l上述计算保护范围的各图中所画的地面也可以是其他接闪器或建筑物上的接地金属物.l当接闪器在“地面上保护范围的载面”的外周线触及其他接闪器或接地金属物时,各图的保护范围均适用于这些接闪器.l当其他接闪器或接地金属物处在外周线之内,且位于被保护部位的边沿时,应按以下方法确定所需断面的保护范围.图2.1.11 图2.1.11 确定建筑上任两接闪器在所需断面上的保护范围l作图方法:w以A、B为圆心,为半径作弧线相交于O点.w以O点为圆心, 为半径作弧线相交于AB,弧线AB就是保护范围的临界线.l在建筑物屋面已采用避雷网保护时,可将屋面等同于上述各图的地面,
19、只要高于得到避雷网保护的屋面以上的接闪器按前述方法所确定的“地面上保护范围的截面”的外周线处在屋面范围内时,按上述各图确定保护范围的方法也适用于这种情况.如仅部分外周线处在该屋面范围内时,则仅这部分按各图相应的方法确定保护范围.3.4 避雷带与避雷网.3.4.1 避雷带l避雷带设置沿建筑物屋顶四周易遭受雷击部位明设的作为防雷保护的金属带作为接闪器,沿外墙作引下线和接地网相连的装置称为避雷带.图2.1.12.u如:屋脊、屋檐(有坡面屋顶)、屋顶边沿、女儿墙、平屋面上等.u避雷带一般要高出屋面0.2m.两条平行的避雷带之间的距离应不大于10m.屋顶上有烟囟或其他突出物时,要另设避雷针或避雷带. 图
20、2.1.12 避雷带结构示意图l材料要求:避雷带用圆钢(8mm)或扁钢(截面积48mm2,厚度4mm)做成长条带状体.l接地电阻:冲击接地电阻l工作原理:当雷云的下行先导向建筑物上的易受雷击部位发展时,避雷带率先接闪,承受直接雷击,将强大的雷电流引入大地,使建筑物得到保护(建筑物的重点保护措施).3.4.1 避雷网l避雷网结构:在建筑物上纵横交错的避雷带叠加在一起,组成避雷网.对建筑物全面保护.l材料要求:圆钢直径不小于8mm;扁钢截面积不小于48mm2,存度不小于4mm.l避雷网分类 明装避雷网:在建筑物的屋顶上、层顶屋面上以较疏松的可见金属网格作为接闪器,沿其四周或外墙引下线接地.使用少.
21、 暗装避雷网:利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为防雷装置.l避雷网保护原理 利用建筑物中的钢骨架(包括地基中的钢筋和各层楼板),只要保持可靠的电气连接,就是一个大金属笼,同时与大地良好的电气连接,形成一个可靠的等电位的接地体.放在建筑物内的各种金属设备、电气设备、上下水管等与钢筋架可靠连接,就能防止直接雷击. 笼体金属网格尺寸越小,防雷效果越好. GB50057-2000建筑物防雷设计规范中避雷网格尺寸,表2.1.2.表2.1.2 避雷网格尺寸建筑物防雷类别避雷网网格尺寸 /m第一类防雷建筑物55(或64)第二类防雷建筑物1010(或128)第三类防雷建筑物2020(或2416)l避雷网的布置
22、利用混凝土结构中的钢筋作为暗装避雷装置时,必须做到内部钢筋可靠的电气连接. 各层梁、柱、墙、楼板内钢筋要绑扎或搭接,每隔20m的间距焊接一处. 建筑物内的金属设备必须可靠接地,电气设备采用中性点接地系统,其中性点统一接到避雷接地装置上. 建筑物的电气线最好穿金属管或采用有金属屏蔽的电缆,以便达到屏蔽作用.也可采用高绝缘强度的绝缘套管套上,防止雷电反击. 建筑物顶部的金属突出物,如金属旗杆、钢爬梯、透气管、金属烟囟、金属天线等,必须与避雷网焊接,以形成统一的接闪器. 建筑物顶部突出的非钢筋混凝土物体,可以另设避雷网或避雷针加以保护. 避雷网可采用25mm4mm镀锌扁钢.3.5 引下线和接地装置.
23、3.5.1 引下线l引下线的作用:做为接闪器引下的雷电流的流通通道.l引下线材料:表2.1.3表2.1.3 引下线最小规格引下线类型圆钢扁钢直径 /mm截面积 /mm2厚度 /mm房屋引下线8484烟囟引下线121004.3.5.2 接地装置l接地装置的作用:向大地泄放雷电流,限制防雷装置对地电压不致过高.l要求 接地装置和引下线必须用金属焊接. 独立避雷针必须布置独立的接地装置,接地电阻不宜大于10. 独立避雷针及其接地装置与道路和建筑物的距离方应大于3m.3.5.3 避雷针(线)雷电反击l当雷电电流通过引下线和接地装置入地时,雷电流在接地引下线的电感和接地电阻上的压降会使接地引下线的电位和
24、地电位升高.当避雷针和被保护物间的空气间隙不够大时,避雷针上的高电位(与被保护物等高的避雷针上A点的电位)可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上,这一现象称为反击.反击使被保护物遭雷击.当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离不够大时,避雷针接地装置上的高电位可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上,使被保护物的地电位升高,使被保护物受大气过电压的威胁.l要求 避雷针和被保护物间的空气间隙不应小于5m. 避雷针的接地装置和被保护物接地装置之间在地下的距离不应小于3m.3.6 半导体消雷器(或限流避雷针)l半导体消雷器的作用:半导体消避器和限流避雷针是一种能降低雷电流幅值和陡度的新型防直击雷装
25、置.l半导体消雷器的组成:半导体消雷器的接闪器由59根半导体针组成,向上呈辐射状布置在数个垂直交叉的扇轴上,同一扇面相邻两针间的夹角为1520.每根半导体针长约5m,针体电阻为35,单针闪络电压在1400kV以上.每根针端部有4根30cm长有金属针.l半导体消雷器安装:半导体消雷器可安装在高塔或建筑物的顶部.图2.1.13. (a) 9针半导体消雷器 (b) 限流避雷针 图2.1.13 消雷器l半导体消雷器工作原理 半导体消雷器消减向下发展雷电的原理u当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强(25003000kV/m)时,将出现由云向下发展的放电,称为先导放电.u下行雷电:自雷云向下开始发
26、展先导放电的.u利用尖端放电产生和雷云异号的电荷,中和雷云中的电荷,使之不足以发生下行先导(以中和为纲).u消雷器应能在雷云下产生足够大的中和电流,即电晕电流.在同样的雷云电场下,塔身愈高,电晕电流就愈大,防雷效果愈好.u以中和为原理的消雷器缺点:怕风.原因:中和电荷由地面上升的速度v是由雷云的平均场强E和电何的迁移率k决定的,v=kE.对负雷云,向上升的电何为空气的正离子,它的k=0.136(m/s)/(kV/m),以E=40kV/m计,正离子上升的速度v=0.13640=5.44m/s,而海洋季风到达的地区,水平风速可达1020m/s(相当于5级8级风),甚至可达33m/s(相当于11级风
27、),这样,中和电荷来不及上升到雷云就会被风吹走.u半导体消雷器优点:在雷暴时水平风速不大的情况下靠中和作用中和部分雷云电荷;在水平风速较大时,靠半导体电阻的限流作用(以限流为纲),消灭上行雷和大幅度降低那些来不及被中和的下行雷的雷电流的幅值和陡度. 半导体消雷器和限流避雷针抑制上行雷电流发展的原理 u上行先导放电:雷云自地面突出物向上开始发展先导放电的. u上行雷先导需要的平均雷云下电场E0,表2.1.4 表2.1.4 可能发展上行先导的估计条件地面突出物高度h /m50 100200300500地面附近的雷云电场E0 /372213.5107 u实测,只有当上行先导电流大于100A时,上行雷
28、才有可能得到发展. u支持上行先导电流的电动力.塔体h越高,发生上行雷所需的地面场强就小. u分析: 当塔高为60m时,可取,上行先导电流的电动力 设在非半导体消雷器(即半导体消雷器的电阻R=0)时,上行先导电流I=100A,制约上行先导发展的空气的等值电阻 据此,估算出上行先导经R=35k的半导体针发展时的先导电流I,将被限制为 而35.42A电流在35k电阻上的压降,所以不会造成半导体针的沿面闪络.先导上行也不可能发展. 抑制上行雷电发展:用针体电阻为35k的电阻来限制上行雷的发展,可以100%消除由地面向上发展的雷电.半导体消雷器限制下行雷电流原理 u起电后的雷云和大地之间相当于一个充了
29、电的 “电容器”,雷击大地相当于把已充好电的电容器的正负两极直接短接. u半导体消雷器抑制下行雷电流原理:在“电容器”的放电回路中串入电阻,降低电容器放电电流的幅值,延长放电时间. u为了限制上行雷的发展,半导体单针电阻取35k(前面分析),已知单针的闪络电压为1500kV,在下行雷电流流过针体的电流由0上升超过43A时,将发生沿针体表面的闪络解决:改变相邻两针间的夹角(相邻两针的夹角取1520)、空气间隙的距离,使相邻两针针头间空气间隙的放电电压低于针体的沿面闪络电压.这样空气间隙就会在针体发生沿面闪络前先行击穿,实现二针、三针甚至多针的自动并联,使限流电阻随着电流的增大而降低,形成整体的非
30、线性.即使19针并联后其值仍有1.842k,仍能起到限流作用. 半导体消雷器闪络后具有限流作用 半导体消雷器的保护范围 u标准：半导体少长针消雷装置使用的安全要求BG/T1643-1996. 对一般设施,半导体少长针消雷器的地面保护范围可取塔高的5倍,其保护角为78.8,对于易爆设施,取塔高的3.5倍,其保护角为74(保护角:以针尖为顶点,过针尖的线与针的夹角).限流避雷针的保护范围和一般避雷针相同.3.7 避雷器l避雷器的作用防止雷电行波沿线路侵入变配电所功其他建筑物内,危及被保护设备的绝缘. 避雷器是一种能释放雷电或过电压的能量以限制过电压幅值,又能截断续流,不致引起系统接地短路的保护设备
31、. 避雷器接于带电导线与地之间,与被保护设备并联.l避雷器的工作原理 在正常情况下,避雷器中无工频电流流过,对工频电压呈高阻状态.一旦传来雷电入侵波,使过电压值达到规定的动作电压时,避雷器被击穿,相当于短路状态,使得雷电电流通过引下线和接地装置迅速流入大地,从而限制过电压水平.当雷电入侵波消失后,避雷器能自动恢复高阻状态,自动切断工频续流. 避雷器的工频续流:避雷器击穿后,在系统的工频电压的作用下,流过避雷器的电流.l避雷器分类:间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等.l间隙避雷器结构:由两个相距一定距离的电极构成.原理:通过调整两个电极之间的距离,使得电极间的击穿放电电压低于被保
32、护设备的绝缘耐受电压.当雷电波入侵时,电极间隙击穿,形成电弧接地,使得雷电流通过引下线和接地装置流入大地,限制了被保护设备电压的升高. 用途:间隙保护用途:线路、变压器进线段. 缺点:灭弧能力差.l管型避雷器 结构:由内、外两个间隙和产气管组成. 原理:当间隙被击穿,雷电流流入大地,过电压消失后,在工频续流电弧作用下,产气管产生大量气体,通过纵吹灭弧.工频续流电弧在电流过零时熄灭,恢复间隙的绝缘性. 用途:线路、变电所的进线段保护.l阀型避雷器 结构:由叠装于密封瓷套内的火花间隙和阀片(非线性电阻,常为碳化硅钢片)串联构成.原理: 非线性电阻是:电流越大,阀片电阻越小.火花间隙的作用:正常工作
33、时将阀片与母线隔离,当雷电行波入侵时,火花间隙被击穿,雷电流经阀片流入大地,由于避雷器的冲击放电电压低于被保护设备的绝缘耐压,从而保护了电气设备.当雷电行波电压消失后,在间隙中有工频续流,电流大大减小,阀片电阻急剧升高,间隙电弧在过零时熄灭.用途:FS型通流容量小,主要用于3kV10kV配电系统;FZ型通流容量大,主要用于保护发电厂、降压变电所等设备.l氧化锌避雷器 阀片由氧化锌制成,非线性伏安特性优于碳化硅.正常工作时,氧化锌阀片具有极高的电阻,相当于绝缘;而在过电压时,氧化锌阀片电阻很小,相当于短路状态.残压小.过电压消失后,阀片电阻在极短时间内就可恢复到绝缘状态,工频续流被限制. 氧化锌
34、避雷器主要技术参数 u标称放电电流:给避雷器施加波形为8s/20s(波头时间和半幅值时间)的标准雷电波冲击10次时,避雷器所能耐受的最大冲击电流峰值.避雷器的标称放电电流为1kA、1.5kA、2.5kA、5kA、10kA、20kA共6个等级. u额定电压:施加在避雷器端,而不引起避雷器特性变化和使避雷器动作的最大工频电压有效值. 按IEC标准,避雷器在注入标准规定能量后,必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少10s. u特续运电压:允许特久施加在避雷器端子间的工频电压有效值. u冲击电流残压:避雷器受放电电流击穿时,两端的残余电压.即为被保护设备承受的最高电压. 分为:标准放电电流残压(
35、波形8s/20s,峰值5kA、10kA、15kA、20kA) 操作冲击放电电流残压(波形30s/60s,峰值1.5kA、2kA、3kA)氧化锌避雷器选择计算加压率法加压率（AVR）（美国GE公司提出.日本日立公司称为课电率） (实测数据) (2.1.30)式中 -氧化锌避雷器(MOA)的额定电压,kV(加在MOA两端子间允许的最高工频电压有效值); -直流-毫安电压,kV.1977年美GE公司Sakshang等人发表“电站型避雷器设计的新概念”,说的是MOA,举出两12.7kV电容器组利用MOA防止操作过电压的效果,首先从数码计算机算出:230kV,135Mvar电容器组MOA的额定电压相当于
36、阀型避雷器的灭弧电压是180kV.从382kV开始放电降至1.39避雷器额定电压停止放电,停止放电的电压却好是0.98倍MOA额定电压的峰值,也却好是MOA通过直流-毫安时在MOA电压-电流特性曲线上临界舞拐弯点的电压,这个电流-毫安,称为直流参考电流,这个电流通过MOA阀片产生的压降,称为直流参考电压 即 (2.1.31)式中 -加压率;见表2.1.4 -系统最高运行相电压峰值; -系统最高运行电压.见表2.1.5.表2.1.4 加压率系统中性点接地方式加压率为接地0.430.45(一般取0.43)接地0.600.74(一般取0.68)电容器两极间的MOA(氧化锌避雷器)0.72 表2.1.
37、5 系统最高运行电压系统标称电压 /kV103566110220330500系统最高运行电压 /kV11.540.572.5126252363550暂时过电压法 暂时过电压:规定电力系统中,凡是高于MOA最高持续运行电压的电压都称为暂时过电压.取MOA的额定电压: (2.1.32) MOA的额定电压计算: (暂时过电压; 最高持续运行电压;系统最高运行电压)即 (2.1.33)-规定系统一相接地时,两健全相耐受过电压倍数.见表2.1.6表2.1.6 系统一相接地时,两健全相耐受过电压倍数和持续时间接地方式健全相允许过电压倍数持续时间T接地1.001.40少于1s电容器两极间1.15少于1s共振
38、(经电抗器)1.732.008h,最长2天绝缘1.731.80最多8h MOA吸收能量和方波通流计算uMOA的方波通流:MOA阀片通过极性、峰值、持续时间的方波冲击电流容量.常用极性冲击的波头从0迅速上升到最大电流峰值的时间为8s,持续时间为2ms,然后降到0的时间为20s.这个电流称为2ms方波通流,记作. u阀片吸收能量W 阀片通过方波冲击电流,产生的压降,经过时间,阀片吸收的能量W. (2.1.34)式中 W-MOA吸收的能量,kJ或kWs.因MOA型号不同,不同,常用它额定电压来区别,kJ/kV()或kWs/kV() -阀片方波通流,A; -8/20s(波头/半值时间)方波冲击电压降,
39、kV; T方波冲击持续时间2ms. 电力系统中,MOA吸收的能量,是MOA保护设备从暂时过电压峰值(相地)降到MOA特性曲线拐弯点时,被保护设备释放的能量.即 (kJ) (2.1.35) 式(2.1.34)=式(2.1.35),解得阀片通过方波冲击电流: (A) (2.1.36)式中 CMOA保护设备的电容,F. , (F) -电容器组额定电压,V; -角频率,rad/s; 架空线路,C=0.005F/km;电缆线路C=0.40.6F/km. -MOA的过电压保护水平(即为相对地MOA过电压水平). 系统中性点接地时,取; 系统中性点绝缘时,取; 雷击时,取; 相对电容器组中性点的MOA,取.
40、 在运行中不宜选的过高.如果选择适当,而MOA发生爆炸,原因是方波通流能力不足,而不是过低.uMOA选择结论:A.选避雷器的额定电压、直流-毫安电压大于等于计算电压值. B.要考虑阀片通过方波的冲击电流.3.7 建筑物电子信息系统防雷设备-浪涌保护器l浪涌(电涌)保护器:在220V/380V供电系统中,限制雷电行波的过电压保护装置.l浪涌保护器的作用: 释放过电压能量. 限制雷电行波产生的过电压; 限制由电磁感应和操作引起的暂态过电压(高压电力系统称为避雷器).l浪涌保护器安装:与被保护设备并联.l浪涌保护器分类:电压开关型、电压限制型、组合型l电压开关型:无浪涌时呈现高阻抗,当出现电压浪涌时
41、突变为极低的阻抗. 常用器件:放电间隙、气体放电管、晶闸管、三端双向可控硅元件等l电压限制型:无浪涌时呈现高阻抗,但随浪涌电流和电压的增加其阻值会不断减小.这类保护器在通过浪涌电流时呈现一定的电压,称为残压或钳位电压.常用器件:金属氧化物压敏电阻、瞬变电压抑制二极管(雪崩击穿二极管)等.l组合型:由电压开关型和限压型元件组合而成的电涌保护器,其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、限压型.3.7.1 电子系统防雷区的化分l雷击电磁脉冲干扰途径雷击电磁脉冲(LEMP):作为干扰源的闪电电流和闪电电磁场. 建筑物内雷电电磁干扰途径 u雷电波电磁辐射对建筑物内电力线路、信号线路、电子设备的干扰; u当建筑物内的防雷装置接闪后,强大的瞬间雷电流对建筑内电力线路、信号