发电厂的防雷保护装置

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10.1 雷电的基本概念 当雷云临近大地时，由于雷云电荷所形成的强大 电磁场的作用，使云块下的大地感应出与雷云电 荷不同极性的电荷，雷云与大地组成一个以空气 为绝缘体的电容器，如果雷云与大地间的电场强 度高到使其空间气体被击穿而形成雷击通道，雷 云即向大地放电。这种雷云向大地放电的过程叫 做雷击，其所形成的放电电流叫雷电流。
发电厂及变电站电气设备
FADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEI
10 防雷与接地
目录 10 防雷与接地
1 10.1 雷电的基本概念
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10.2 发电厂的防雷保护装置
3 10.3 接地技术与接地装置
4 10.4 接地装置的要求及敷设
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10 防雷与接地 【知识目标】 1．了解雷电的形成过程及雷电参数； 2．了解避雷针、避雷线的原理； 3．掌握管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷
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10.1 雷电的基本概念 10.1.2 雷电参数 雷电放电涉及气象、地貌等自然条件，随机性很 大，关于雷电特性的诸参数因此具有统计性的性 质，需要通过大量的实测才能确定，防雷保护设 计的依据来源于这些实测数据。在防雷设计中， 最关心的是雷电流幅值、雷电流波形及地面落雷 密度等参数。
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10.1 雷电的基本概念
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10.1 雷电的基本概念
图10.2 感应雷的形成过程
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10.1 雷电的基本概念 （3）雷电侵入波 当输电线路遭受到直击雷、感应雷或避雷线的反 击，泄泻到输电线上的雷电荷或失去了束缚的感 应电荷，都会沿着输电线路向发电厂或变电站方 向流动，形成巨大的前沿很陡的电流，叫做雷电 侵入波，如图10.3所示。其所感应的高电压叫侵 入波过电压，会造成电气设备绝缘的损坏，形成 故障。
云对地放电频繁程度，其定义为每平方千米每雷 暴日的对地落雷次数，用λ表示。根据各国的具 体情况，λ的取值不同。我国标准规定，对雷暴 日T=40的地区，λ=0.07次/平方公里·雷暴日。
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10.1 雷电的基本概念 10.1.3 雷电的危害 雷电对发电厂及变电站的危害主要来自以下三种 情况： （1）直击雷 直击雷即雷云向发电厂和变电站的电气设备或建 筑物直接放电。雷云层中的大量电荷在极短时间 通过被击物，产生很大的雷电流。
器的工作原理； 4．了解人体触电的概念，掌握保护接地、保护
接零的工作原理及实际应用； 5．掌握接地装置敷设的要求、接地工程的分类
和特点； 6．掌握水电站和变电所接地网的敷设方法。
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10 防雷与接地 【能力目标】 1．能够解释雷电的产生过程； 2．能够说明阀型避雷器、管型避雷器、氧化锌
避雷器的结构特点； 3．能够解释保护接地、保护接零的工作原理； 4．能够测量接地电阻。
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10.1 雷电的基本概念
雷云对大地的放电通常分为先导放电和主放电两 个阶段。
云-地之间的线状雷电在开始时往往从雷云的边 缘向地面发展，并逐级推进向下发展，这种放电 称之为先导放电。当先导接近地面时，地面上的 一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强 度达到了能使空气电离的程度，会发出迎面向上 的先导。当它与下行先导相遇时，就出现了强烈 的电荷中和现象，出现极大的电流（数十到数百 千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放 电阶段。主放电的过程极短，只有几十微秒，它 是沿着负的下行先导通道，由下而上发展，故又 称“回击”。
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10.1 雷电的基本概念 因为被击物和它接触的土壤有一定的电阻，所以 当雷电流通过被击物而流入大地时，必然在被击 物上产生极大的电压降，其值可达几百万伏，这 种电压称之为直击雷过电压。由于此电压超过一 般电气设备的正常运行电压许多倍，将使电气设 备的绝缘被击穿。同时，巨大的雷电流会造成建 筑物的劈裂、倒塌及引发火灾。
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10.1 雷电的基本概念
10.1 雷电的 基本概念
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10.1 雷电的基本概念 10.1.1 雷电的产生及放电过程 雷电是大自然中最宏伟和恐怖的气体放电现象。 雷雨季节经常发生的打雷和闪电，实际上是带电 荷的雷云在空气中的放电过程。两块带异性电荷 的雷云或雷云与大地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空气击穿，即形成雷电。 在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电。
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10.1 雷电的基本概念
（2）感应雷
感应雷是由静电感应所致。在雷云临近发电厂及 变电站上空时，发电厂建筑物和附近地面上将感 应产生大量的电荷，如图10.2所示。这种与雷云 电荷相互吸引、极性不同的感应电荷，叫做束缚 电荷。与雷云电荷同极性的电荷，则被排斥到地 表深处。当此雷云对另一雷云或地面放电后，地 面感应电荷或由于失去了雷电荷电场的束缚力而 迅速流散，或由于与雷电流中和而立即消失。如 果此时建筑物接地不良，则积聚在它上面的感应 电荷不能立即流散，将与大地间形成电位差，这 个电位差称之为感应雷过电压。
度为
kA/μsI。
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10.1 雷电的基本概念
图10.1 雷电流波形
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10.1 雷电的基本概念 （3）地面落雷密度 常用平均雷暴日作为计量单位来表征不同地区的 雷电活动频繁程度。雷暴日是一年中有雷电的天 数，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。雷 暴日包含了雷云之间的放电，而防雷实际中关心
（1）雷电流幅值
雷电流具有冲击特性，即在几微秒内上升到幅值，
再经过几微秒又由幅值降到很小的数值。雷电流
的幅值与气象条件有关，根据我国的实测结果，
年平均雷暴日大于20的一般地区，雷电流幅值超
过I的概率可按下式计算：
lg P I 108
（10.1）
式中I——雷电流幅值，kA；
P——雷电流幅值大于I的概率。
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10.1 雷电的基本概念 在雷云带电的过程中，在云中形成若干个密度较 高的电荷中心，因而大多数云对地的放电是重复 的，即在第一次雷击形成的放电通道中，会有多 次放电尾随。在第一次放电完成之后，主放电通 道暂时还保持高于周围大气的电导率，其他电荷 中心将沿已有的主放电通道对地放电，从而形成 多重雷击。通常第一次冲击放电的电流最大，以 后的电流幅值都比较小。
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10.1 雷电的基本概念
（2）雷电流波形
虽然雷电流的幅值随各地区的气象条件相差很大，
但所测的雷电流波形却基本相同。其主放电时的
电流波前部分接近半余弦波，如图10.1所示。根
据实测统计，雷电流的波头时间τ1大多为1~5μs， 平均为2~2.5μs。我国的防雷规程建议雷电流的
波头时间取2.6μs，即认为雷电流的平均上升陡