第2篇_电气绝缘与高电压实验 吴广宁

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第三篇 过电压防护与绝缘配合主讲人： 主讲人：陈兆权 博士 安徽理工大学 淮南

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第8章 雷电过电压及其防护研究雷电过电压的必要性： 雷电现象极为频繁，产生的雷电过电压可达数千kV, 足以使电气设备绝缘发生闪络和损坏，引起停电事故。 有必要理解雷电产生的原因、过程及参数，以理解防雷 原理及设计防雷设备。 有必要对输电线路、发电厂和变电所的电气装置的采取 防雷保护措施。

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本章内容 8.1 8.2 8.3 8.4 雷电放电和雷电过电压 防雷保护设备 电力系统防雷保护 接地的基本概念及原理

习题与思考题

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8.1 雷电放电和雷电过电压雷电是一种可怖而又壮观的自然现象，我国东周时《庄子》 上有记述：“阴阳分争故为电，阳阴交争故为雷，阴阳错行， 天地大骇，于是有雷、有霆。” 人们对雷电现象的科学认识始于18世纪中叶，著名科学家 有富兰克林(Franklin)、M·B·罗蒙诺索夫(Jiomohocob)、 L·B·黎赫曼(Phxmah)等，如著名的富兰克林风筝实验，第一 次向人们揭示了雷电只不过是一种火花放电的秘密，他们通过 大量实验取得卓越成就，建立了现代雷电学说，认为雷击是云 层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象。特别是利用 高速摄影、自动录波、雷电定向定位等现代测量技术对雷电进 行的观测研究，大大丰富了人们对雷电的认识。

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本节内容： 8.1.1 雷云的形成 8.1.2 雷电放电过程 8.1.3 有关的雷电参数 8.1.4 雷电过电压的形成

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8.1.1

雷云的形成

能产生雷电的带电云层称为雷云。 雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效 应。太阳的热辐射使地面部分水分化为蒸汽，含 水蒸汽的空气受到炽热的地面烘烤而上升，会产 生向上的热气流。热气流每上升10km,温度下降 约10℃,热气流与高空冷空气相遇形成雨滴、冰 雹等水成物，水成物在地球静电场的作用下被极 化，形成热雷云。

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雷云的形成过程是综合性的。 强气流将云中的水滴吹裂时，较大的残滴带 正电，较小的水珠带负电，小水珠被气流带走， 于是云的各部分带有不同的电荷，这是水滴破裂 效应。 水在结冰时，冰粒会带正电，没有结冰的被风 吹走小水珠将带负电，这是水滴结冰效应。

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最后形成带正电的云粒子在云的上部，而负电 的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或 雹的形式下降到地面。当上面所讲的带电云层一经 形成，就形成雷云空间电场。

由此可见，雷电的成因源于大气的运动。

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8.1.2 雷电放电过程作用于电力系统的雷电过电压最常见的 (约90%)是由带负电的雷云对地放电引起，称 为负下行雷，下面以负下行雷为例分析雷电

放 电过程。负下行雷通常包括若干次重复的放电 过程，而每次可以分为先导放电、主放电和余 辉放电三个阶段。 先导放电阶段 主放电阶段 余辉放电阶段

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图8-1 负雷云下行雷的过程 (a)负下行雷的光学照片描绘图 (b)放电过程中雷电流的变化过程

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8.1.3 有关的雷电参数雷电放电受气象条件、地形和地质等许多自然因素 影响，带有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参 数也就具有统计的性质。 主要的雷电参数有： 雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波 阻抗、雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷 电流陡度等。

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1.雷暴日及雷暴小时 雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的 平均天数，单位d/a 。 雷暴小时Th 雷暴小时是指平均一年内的有雷电 的小时数，单位h/a。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形 地貌有关 Td <15,少雷区；>40,多雷区；>90,强雷区

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2. 地面落雷密度 表征雷云对地放电的频繁程度以地面落雷密度 ( γ )来表示，是指每一雷暴日每平方公里地面遭受 雷击的次数。地面落雷密度和雷暴日的关系式为：

γ = 0.023T

0.3 d

(8-1)

DL/T 620—1997标准取Td = 40 为基准，则 γ = 0.07

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3.主放电通道波阻抗 从工程实用的角度和地面感受的实际效果出发， 先导放电通道可近似为由电感和电容组成的均匀分 布参数的导电通道，其波阻抗为：L0 Z0 = C0

(8-2)

度的电容量。主放电通道波阻抗与主放电通道雷电 流有关，雷电流愈大，波阻抗愈大。

L0 为通道单位长度的电感量， 0 为通道单位长 C

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4.雷电流极性 当雷云电荷为负时，所发生的雷云放电为负极 性放电，雷电流极性为负；反之，雷电流极性为正。 实测统计资料表明，不同的地形地貌，雷电流正负 极性比例不同，负极性所占比例在75%~90%之间，因 此，防雷保护都取负极性雷电流进行研究分析。

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5.雷电流幅值 按DL/T 620—1997标准，一般我国雷暴日超过 20的地区雷电流的概率分布为I log P = 88

或

P =10

I 88

(8-3)