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1、风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地 长春工程学院能源动力工程学院长春工程学院能源动力工程学院风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理主要内容简介主要内容简介 第第2章章 雷电危害的机理雷电危害的机理 一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用三、雷电流冲击波的破坏作用三、雷电流冲击波的破坏作用三、雷电流冲击
2、波的破坏作用三、雷电流冲击波的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用五、雷电暂态电位提高五、雷电暂态电位提高五、雷电暂态电位提高五、雷电暂态电位提高 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用 1 1、雷电流热效应的危害、雷电流热效应的危害 雷击点局部范围的温度雷击点局部范围的温度：600010000 C 破坏能力破坏能力 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：
3、雷电危害的机理一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用 2 2、雷电流的热效应、雷电流的热效应 （1）雷击金属物体产生的热量雷击金属物体产生的热量 Wm-雷击金属物体上产生的热量（雷击金属物体上产生的热量（J）Uar-金属物体上雷击点处的电弧压降（金属物体上雷击点处的电弧压降（20-30V）i-从雷击点注入的雷电流（从雷击点注入的雷电流（KA）风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用 2 2、雷电流的热效应、雷电流的热效应 （2）雷击非金属物体产生的热量雷击非金属物体产生的热量 Wn-雷击非金
4、属物体上产生的热量（雷击非金属物体上产生的热量（J）R-非金属物体内部电流路径的视在电阻非金属物体内部电流路径的视在电阻（）i-从雷击点注入的雷电流（从雷击点注入的雷电流（KA）（3）雷击热效应造成的温升雷击热效应造成的温升 T-温升（温升（）Wm(或或Wn)-雷击物体上产生的热量（雷击物体上产生的热量（J）m-被击物体质量（被击物体质量（kg）c-比热容（比热容（J/kg ）风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理一、雷电流热效应的破坏作用一、雷电流热效应的破坏作用 3 3、雷电流热效应防护、雷电流热效应防护 易燃、易爆场所、房屋和古建筑物、树木和电子线
5、路等易燃、易爆场所、房屋和古建筑物、树木和电子线路等接闪、接地、等电位连接等疏导、分流的外部防雷技术方接闪、接地、等电位连接等疏导、分流的外部防雷技术方法应用。法应用。油罐区，金属罐体、金属屋面的钢板壁厚要超过油罐区，金属罐体、金属屋面的钢板壁厚要超过4mm4mm。连接电子设备的引线与通流导体之间的距离，引线的截连接电子设备的引线与通流导体之间的距离，引线的截面积应满足热效应要求等。面积应满足热效应要求等。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用 1 1、雷电机械效应破坏的表现形式、雷电机械效应破坏的
6、表现形式 雷电流流过金属物体时产生的电动力雷电流流过金属物体时产生的电动力 雷电流注入树木或建筑构件时产生的内部压力雷电流注入树木或建筑构件时产生的内部压力2 2、电动力、电动力 两平行通电导体间的电动力两平行通电导体间的电动力 式中：式中：i1 i1两根平行导体上的电流（两根平行导体上的电流（A）d导体之间的距离（导体之间的距离（m）FF单位长度导体的电动力（单位长度导体的电动力（N/mN/m）F F 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用 2 2、电动力、电动力 载有雷电流的弯曲导体受力载有雷电
7、流的弯曲导体受力 结论：结论：凡凡含含有有拐拐弯弯部部分分的的载载流流导导体体或或金金属属构构件件，其其拐拐弯弯部部分分都都将将受受到到电电动动力力的的作作用用，拐拐弯弯处处的的夹夹角角越越小小，受受到到的的电电动动力力就就越越大大。当当拐拐弯弯夹夹角角为为锐锐角角时时，所所受受到到的的电电动动力力相相对对较较大大；而而当当拐拐弯弯处处的的夹夹角角为为钝钝角角时时，所所受到的电动力相对较小。受到的电动力相对较小。在在防防雷雷设设计计与与施施工工中中，避避雷雷引引下下线线的的走走线线方方式式应应尽尽可可能能走走直直线线路路径径，在在必必须须拐拐弯弯的的情情况况下下，应应采采取取钝钝角角并并带带圆
8、圆弧弧向向下下走走线线，而而应应避避免免采采用用锐锐角角或或绕绕直直角角向下走线。向下走线。当当避避雷雷引引下下线线非非要要走走锐锐角角路路径径不不可可时时，应应在在线线路路的的锐锐角角拐拐弯弯处处采采取取牢牢固固的的机机械械固固定定措措施施，以以防防被被电电动力拉动。动力拉动。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理二、雷电流机械效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用 3 3、内压力、内压力 作用作用机理机理 由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量
9、。树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。危害危害 树木劈裂、建筑构件崩塌、风机叶片爆裂！树木劈裂、建筑构件崩塌、风机叶片爆裂！风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理三、雷电流冲击波的破坏作用三、雷电流冲击波的破坏作用 1 1、雷电流冲击波的形成、雷电流冲击波的形成 在雷云对地放电过程中的回击阶段，放电通道中既有强烈的空气在雷云对地放电过程中的回
10、击阶段，放电通道中既有强烈的空气游离又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非常高，这使得通道游离又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非常高，这使得通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达的地方，同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达的地方，空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生剧烈振动，这种冲击波空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生剧烈振动，这种冲击波与爆炸时产生的冲击波是类似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受与爆炸时产生的冲击波是类
11、似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到破坏或伤害。到破坏或伤害。2 2、雷电流冲击波的特征、雷电流冲击波的特征 冲击波向外传播的速度远大于声速，但很快就会衰减，转化为声冲击波向外传播的速度远大于声速，但很快就会衰减，转化为声波，于是人们就能够听到雷鸣声。冲击波的强度与回击时雷电流的大波，于是人们就能够听到雷鸣声。冲击波的强度与回击时雷电流的大小有关，其破坏作用与波阵面气压和环境大气压有关。小有关，其破坏作用与波阵面气压和环境大气压有关。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 1
12、1、静电的产生、静电的产生 摩擦产生静电摩擦产生静电 砍断产生静电砍断产生静电 感应产生静电感应产生静电 电荷迁移产生静电电荷迁移产生静电 根据两种物质对电子的根据两种物质对电子的束缚能力，将各种物质依次束缚能力，将各种物质依次排成序列。这个序列，就是排成序列。这个序列，就是静电序列。序列前后两种物静电序列。序列前后两种物质接触时，前者带正电，后质接触时，前者带正电，后者带负电。带电极性等情况者带负电。带电极性等情况还与温度、杂质等因素有关。还与温度、杂质等因素有关。不论材料破断前其内部不论材料破断前其内部电荷分布是否均匀，破断后电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏观范围内导致正均可能在宏观范围
13、内导致正负电荷分离，产生静电。这负电荷分离，产生静电。这种起电称破断起电。固体粉种起电称破断起电。固体粉碎、液体分裂过程的起电都碎、液体分裂过程的起电都属于破断起电。属于破断起电。导体能由其周围的一个导体能由其周围的一个或一些带电体感应而带电。或一些带电体感应而带电。任何带电体周围都有电场，任何带电体周围都有电场，电场中的导体能改变周围电电场中的导体能改变周围电场的分布，同时在电场作用场的分布，同时在电场作用下，导体上分离出极性相反下，导体上分离出极性相反的两种电荷。如果该导体与的两种电荷。如果该导体与周围绝缘则将带有电位，称周围绝缘则将带有电位，称感应带电。感应带电。当一个带电体与一个非当一
14、个带电体与一个非带电体相接触时，电荷将按带电体相接触时，电荷将按各自导电率所允许的程度在各自导电率所允许的程度在它们之间分配，这就是电荷它们之间分配，这就是电荷迁移。当带电雾滴或粉尘撞迁移。当带电雾滴或粉尘撞击在固体上击在固体上(如静电除尘如静电除尘)时，时，会产生有力的电荷迁移。当会产生有力的电荷迁移。当气体离子流射在初始不带电气体离子流射在初始不带电的物体上时，也会出现类似的物体上时，也会出现类似的电荷迁移。的电荷迁移。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 2 2、静电的特
15、点、静电的特点 静电的电量小，静电电压高。一般电量只有微库或毫库级，但由于带电体的电容量很小，则电压很高。如橡胶行业的静电电压高达几万伏，甚至十几万伏。静电的能量不大。一般不大于毫焦级。绝缘体上的静电消失或泄漏的很慢，因此，必须设置消除静电的装置。静电会放电。人体或金属体尖端放电都有极大的危险性，特别是在爆炸和火灾危险场所。静电会产生静电感应。在工艺现场易发生的地方，由于静电感应，可能会在导体或人体上产生电荷而且电压很高，而导致危险的火花放电。静电是可以屏蔽的。通常桶形或空腔的导体，其内部有电荷时，必定在外壳感应出电荷，但当外表面接地时，则外部的电荷为零，且不影响内部的电荷。风电机组防雷与接地
16、风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 3 3、雷电静电感应、雷电静电感应 当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感生出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽消失，但金属上感应积聚的电荷却来不急立即逸散，因而，产生高达几万伏的对地电压，称为静电感应电压，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理静电引起油罐车爆炸静电引起油罐车爆炸静电引起加油站火灾事故静电引起加油站火灾事故四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四
17、、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 4 4、静电危害、静电危害 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 5 5、防止静电危害的措施、防止静电危害的措施 防止爆炸性气体的形成防止爆炸性气体的形成 加速静电泄漏，防止或减少静电聚积加速静电泄漏，防止或减少静电聚积 接地和跨接接地和跨接 添加抗静电剂添加抗静电剂 设置静电缓和器设置静电缓和器 防止人体带电防止人体带电 增加空气湿度增加空气湿度风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理6 6、雷电电磁
18、感应、雷电电磁感应 雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。如在送电线路附近发生雷云对地放电时，在送电线路上就会产生电磁感应过电压。当雷击杆塔时，在导线上也会产生电磁感应过电压。四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理1 1、“电气地电气地”与与“接地接地”五、雷电暂态电位抬高五、雷电暂态电位抬高 电气地：大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电
19、气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”。接地：将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。接地电阻：接地电阻：接地电阻不是指接地体本身的金属电阻（其值太小，可忽略），而是指接地电流经接地体注入大地时，在土壤中以电流场形式向远方扩散时所遇到的土壤电阻。引下线电感：雷击电流通路的等效电感。AhRg大地大地L0:单位长单位长度电感系数度电感系数风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理2 2、雷击时的地电位升高、雷击时的地电位升高 五、雷电暂态电位抬高五、雷电暂态电位抬高 AhRg大地大地L0:单位长单位长度电感系数度电感系数A A点瞬时
20、值：点瞬时值：A A点幅值：点幅值：雷电流幅值雷电流幅值波头时间波头时间 理论公式理论公式 电位幅值电位幅值电感系数电感系数接地电阻接地电阻 风电机组单位电感系数风电机组单位电感系数 ll/2r1r2Rgii风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理3 3、风电机组地电位升高危害分析、风电机组地电位升高危害分析 五、雷电暂态电位抬高五、雷电暂态电位抬高 对机组中电气设备的危害对机组中电气设备的危害 雷击电位升高的传递雷击电位升高的传递 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理4 4、跨步电压与接触电压、跨步电压与接触电压 五、雷电暂态电位抬高五、雷电暂态电位抬高 跨步电压跨步电压 原因：雷电流造成的地电位分布原因：雷电流造成的地电位分布 接触电压接触电压 原因：电位差原因：电位差 风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理第二章结束！第二章结束！第二章结束！第二章结束！风电机组防雷与接地风电机组防雷与接地第第2章：雷电危害的机理章：雷电危害的机理成功成功=知识知识+汗水汗水+灵感灵感+机遇机遇