高电压技术第4章_电力系统大气过电压及防护课件

或者说雷击具有“选择性”。
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1.雷电先导放电过程： （3）当下行先导流注行进到雷击高度H2后，某一个或几个地面 物表面电场强度达到了击穿空气的数值，该地面建筑物就会产生 先导流注，它向上发展与下行先导流注汇合，然后就产生强烈的 电，该地物就遭到了雷击。
在这一过程中，地面建筑物表面的电场强度表征了该地面 物某处遭受雷击危险性的大小.（迎面先导很大程度上影响下行 的发展方向）
摩擦时也会起电，冰晶带负电，空气带正电。带正电的气流向上运
使雷云的上部充满正电荷，而带负电的冰晶下降到雷云下部时，融
成为带负电的水滴。
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1.雷电先导放电过程： 雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中， 主要的方向决定于最大电场强度。
（1）雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云 中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高 空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体 的影响。
按其发展的方向，雷电可分为下行雷和上行雷。
下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行 雷则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向 发展的。
雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷的符 号决定的，大量的实测表明，不论地质情况如 何，90％左右的雷电是负极性的。
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下行的负极性雷对地放电可分为三个主要阶段： ➢ 先导放电 ➢ 主放电 ➢ 余辉放电
• 主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道 过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场 生很大变化。这就是主放电过程会造成雷电放电具有最大的破坏 用的原因.
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3．余辉放电阶段
• 主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地， 余辉放电。与余辉放电阶段相对应的电流是逐渐衰减的，约为1 10A，持续时间较长，约为几ms。
第四章 电力系统大气过电压及防护
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4.1雷闪过电压
大气过电压，也叫雷闪过电压： 是由于雷电引起的电力系统过电压。
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花 放电，它所产生的雷电流高达数十、甚 至数百千安，从而会引起巨大的电磁效 应、机械效应、热效应，在电力系统中 产生很高的雷电过电压，是造成电力系 统绝缘故障和停电事故的主要原因。
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图表示冲击电压作用下，空气间隙的击穿电压波形。设经过时间t1后，
压由零升到间隙的静态击穿电压u0时，间隙并不能立即击穿，需要经过一定的
间间隔t1，到达t2时，才能完成击穿。
放电需要阴极附近出现有效电子，从t1开始到间隙出现第一个有效电子
止所需的时间ts称为统计时延。
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(2).统计时延ts
通常把电压达间隙的静态击穿电压开始到间隙中出现第一个 效电子为止所需的时间。（具有分散性）
影响因素：统计时延ts和外加电压大小，照射强度等很多因 有关。ts随间隙上外施电压的增加而减小，这是因为间隙中出现 由电子转变为有效电子的概率增加的缘故。若用紫外线等高能射 照射间隙，使阴极释放出更多的电子，就能减少ts，利用球隙测 击电压时，有时需采用这一措施。
半峰值
经过0.3Um和 0.9Um两点的直线 构成的斜角为波前
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几个参数
波头时间 1 ： 1 =(1.2 30%)μs
波长时间
:
2
2
=(50
20%)μs
标准波形通常用符号 1.2/50s 表示
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4.1.2.2 放电时延
(1).气体间隙击穿要满足两个条件： a.一定的电压幅值 b.一定的电压作用时间
地面落雷密度：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数。 以γ表示.有关规程建议γ为 0.015 次/(Km2·雷暴日）
对于架空线路来说，由于其高出地面有引雷作用，根据模拟试验和运行经验 般高度的线路，其等值受雷面的宽度为10h(h为线路的平均高度，m），也就 线路两侧各5h宽的地带为等值受雷面积。显然，线路愈长则受雷面积愈大。 路经过地区的平均雷暴日数为T，则每年每100km一般高度的线路的落雷次数
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(3).放电形成时延tf
从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间。包括从电子崩， 注到主放电的发展所需的时间。（具有分散性）
(4).放电时延tL tL=ts+tf
放电时延主要取决于tf，特别当间隙距离较大时，tf 较长。若增 隙上的电压，则电子的运动速度及游离能力都会增大，从而使t
放电间隙中的新通道好似一个良导体把大地电位带到初始主
通道的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的
仍留在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在
主放电通道上端与原先导通道下端的交界处出现了极大的场强，形
烈的游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道
以说主放电是从地面向云发展的。
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气象科16普动画
4.1.1.2 雷电参数
雷电特点：
雷击具有冲击性——在很短的时间内（<0.5s），电压、电流会 上升（1亿伏、几十万安），电能达到2500kW·h。
雷电具有重复性——云中可能同时存在几个放电中心，放电的平 是3。
雷击具有选择性——雷云附近，因静电感应而产生的电荷的分布 点是：地面上弯曲的部分比平坦的电荷多而密集，容易将带异性 的雷云拉过来，对其放电，造成定向雷击。
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1.雷电先导放电过程：
先导通道是分级向下发展的，每级先导发展的速度很快，但每发 一定长度就有一个间歇。所以它的平均发展速度很慢，出现的电 大。先导放电的不连续性称为分级先导，历时0.005s~0.01s。
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2.雷电的主放电阶段
当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应 电荷或与大地之间距离较小，在下行先导的 极高电位下，可使剩余的空气间隙击穿，便 形成放电的第二阶段，即主放电阶段.
Z0
u0 i0
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2 电流波形 的波前部 分接近半 余弦波
标准冲击波：
f 1.2s t 50s i I 0(e t e t )
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斜角平顶波：
规程建议的取值
波头长度： f 2.6s 雷电流平均上升陡度： dIL IL IL kA/
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2.雷电的主放电阶段
• 先导通道头部与大地短接，这就是主放电阶段的开始。主放电开 阶段游离出来的电子迅速入大地，留下的正离子中和了该处先导 道中的负电荷。
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2.雷电的主放电阶段
剩余间隙中形成的新通道，由于其游离程度比先导通道强烈 正负电荷密度比先导通道中大很多，很大的导电性。主放电的发展 很快，出现极大的脉冲电流，并产生强烈的光和热使空气急剧膨胀 出现闪电和雷鸣。
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2.雷电的主放电阶段
• 主放电发展速度极大，根据统计，约在0.07～0.5光速的范围内 地越高，速度就越小。主放电通道到达云端时，主放电结束.
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• 主放电的延续时间一般不超过100μs，其放电电流幅值可达几十 甚至几百KA。电流的瞬时值是随着主放电向高空发展而逐渐减小 形成雷电流冲击波形。
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4.1雷闪过电压
雷闪过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压。 直击雷过电压：是由于流经被击物很大的雷电流造成的； 感应雷过电压：是由于电磁场剧烈改变而产生的过电压。
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4.1.1 雷闪放电及雷电参数
4.1.1.1雷闪放电 雷电放电包括雷云对大地放电和云间放电两种 情况。
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4.1.1.2 雷电参数
雷电与气象、地形、地质等许多自然因素有关，具有很大的随 所以用来表征雷电特性的参数带有统计的性质。
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4.1.1.2 雷电参数
1. 雷电通道波阻抗
主放电时，雷闪通道是一导体，故可看作和普通导线一样，对电 波呈一定的阻抗，沿闪击通道运动的电压波 u0 与电流波 i0 的比 就叫雷电通道波阻抗（取300~400Ω）
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(3) 电极间隙电场分布对曲线的影响
不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注总是从强 区向弱场区发展,放电速度受到电场分布的影响,所以放电时延 分散性大,其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时,随时间减小 明显地上翘,曲线比较陡.
N= 10h 100T
1000
h---避雷线或导线对地平均高度
N—落雷次数，次/（100km·年）
若平均雷暴日T取为40，γ=0.015，则N=0.6h
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5.地面落雷密度和输电线路落雷次数
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5.地面落雷密度和输电线路落雷次数
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4.1.2.雷电冲击波过电压和伏秒特性 4.1.2.1.标准波形:是根据电力系统中大量实测得到的雷电过电压 制订的.
Zj越大，iZ越小；
Zj越小，iZ越大。 当被击物阻抗 Zj 为零时，流经被击物的电流定义为“雷电流” iL。
实际上，把雷击小于接地电阻（30Ω）的物体时，流过物体的电流 同于雷电流。
雷电流幅值：
2U 0 I L
Z PPT学习交流 0
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3. 雷电流的幅值
雷电流iL是一个非周期冲击波，是随机变量，根据大量实测得到 其概率分布规律。 平均雷暴日大于20的一般地区：
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1.雷电先导放电过程： （2）雷雨云下面的地面和地面建筑物受雷云电荷的静电感应，产 出与雷电异号的电荷，并使各地面建筑物表面的电场强度增强。当 行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电 开始被地面建筑物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场 度方向发展。