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建筑防雷系统

建筑防雷系统

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供配电系统正常工作时,各类供配电线路、用电设备所承受的电压为相应的额定电压。但在

实际工作中由于种种原因会使电气设备所承受的电压升高,电压升得过高时会使设备绝缘击穿,

导致设备损坏,造成经济损失。一般来说,我们将电力线路或电气设备上出现的超过正常工作

要求的电压称为过电压。

在电力系统中,按过电压产生原因的不同将其分为内部过电压和外部过电压两大类。

电力系统本身的各种开关操作、系统内故障以及其他一些原因使系统的运行状态发生改变,

即系统两种运行方式之间的过渡过程引起内部过电压。内部过电压的数值一般在额定电压的

4。5倍以内。内部过电压引起的危害相对来说比外部过电压小。

系统内部过电压主要分为操作过电压和谐振过电压两类。操作过电压是系统中的开关操

作、负荷骤变等引起的过电压;谐振过电压是系统中的电路参数(置、l、c)在一定情况下发生谐振

而引起助过电压。    ’

1.操作过电压

强作过电压可细分为中性点不接地系统中的电弧接地过电压、切除空载线路过电压、切除空

载变压器过电压、空载线路合闸过电压等。操作过电压的幅值和持续时间与电网结构及参数、断

路器性能、系统的接线及运行操作方式等因宏有关。操作过电压的定量研究大都依靠系统中的

实测记录,或者利用暂态网络分析仪进行分析计算。由于操作过电压与系统的额定电压有关,所

以随着系统额定电压的提高,操作过电压的问题变得突出。电压为220 kv及以下系统通常设备

的绝缘结构设计允许承受可能出现的3。4倍操作过电压,因此不必采用专门的限压措施。而对

于330 kV及以上超高压系统,如果仍按照3。4倍的操作过电压考虑,势必导致设备绝缘费用的

迅速增加,增加制造成本和投资。因此在超高压系统中必须采取措施将操作过电压限制在一定

水平之下。目前采取的有效措施主要有线路上装没并联电抗器,采用带有并联电阻的断路器以

及磁吹阂型或氧化锌避雷器等。随着这些限压措施的采用及其本身性能的改善,超高压系统的

操作过电压水平有所下降。

2.谐振过电压

电力系统中包括有许多电感和电容元件。作为电感元件的有电力变压器、互感器、发电机、

消弧线圈、电抗器以及线路导线等器件的电感。作为电容元件的有线路导线的对地电容和相问

电容、补偿用的串联和并联电容器组、过电压保护用电容器以及各种高压设备的寄生电容等。系

统进行操作或者发生故障时,这些电感和电容元件就会形成不同的振荡电路,在一定的作用下产

生谐振现象,引起谐振过电压。谐振过电压不仅会在进行操作或者发生故障的过程中产生,而且

可能在过狡过程结束后的较长时间内稳定存在,直到发生新的操作,谐振条件受到破坏为止。谐

振过电压不仅会危及电器设备的绝缘,而且会产生持续的过电流而烧毁设备,还可能影响过电压

保护装置的工作条件。

在不同电压等级、结构的系统中可以产生不同类型的谐振过电压。通常认为系统中的电阻

和电容元件为线性参数,也就是说其但是不随电路的电流和电压而变化的常数。而电感元件则

一船有三类不同特性参数。对应三种电感参数,在一定的电容参数和其他条件的配合下,可能产

生三种不同类型的谐振现象。

(1)线性谐振

线路中的电感t与电容c、电阻月一样都是常数,这类电感元件与系统中的电容元件形成串

联回路。在交流电源的作用下,当回路的自振频率等于或者接近电源频率时,回路的电感抗和电

容抗相等或接近而互相抵消,回路电流主要由电阻来限制,因此电流达到最大值,而在电感和电

容元件上都将出现过电压,这就是线性谐振过电压。实际电力系统可以在设计或运行时避开谐

振范围以避免线性谐振过电压o

(2)参数谐振

系统中某些元件的电感参数在外力的影响下发生周期性变化

时,若参数配合不当就可能产生参数谐振现象。

(3)铁磁谐振

当该设备与电容性负荷相接

线路中的电感元件因带有铁心会产生饱和现象,电感不再是常数,而随着电流或者磁通的变

化而变化。这种台有非线性电感元件的电路在满足一定条件时,会产生铁磁谐振。与线性谐振

比较,铁碰谐振现象具有一系列的待点。铁面谐振现象常发生在空载变压器、电压互感器(正常

工作时接近空载)和电容组成的回路中。

二、外部过电压

外部过电压又称为大气过电压或雷电过电压,它是由于电力系统内的设备或者建筑物遭受

冒击或者雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波的电压幅值可以高达1亿

伏,其电流幅值也可高达几十万安培。由于外部过电压对电力系统历造成的影响非常大,因此应

该更加重视对它的防护。

外部过电压有两种基本形式。

1.直击雷过电压

指雷电直接击中电气设备、线路或建(构)筑物。其过电压引起强大的雷电流并通过这些物

体放电入地,从而产生破坏性极大的热效应和机械效应,相伴的还有电磁效应和闪络放电。这种

雷电过电压称为直击雷。雷电流通过被雷击的物体时会发热,引起火灾。同时在空气中会引起

雷电冲击波,对人和牲畜造成危害。雷电流还有电动力的破坏作用,使物体发生变形甚至形变。

防止直击雷的主要措施是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷阿作为接闪器,将雷电流接受下来,

通过接地引下线和接地装置,将雷电流送到大地,保证建筑物、人身和电气设备的安全。

2.感应雷过电压

指雷电未直接击中电力系统中的任何部分,而由雷电对设备;线路或其他物体的静电感应或

电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压称为感应过电压或感应雷。根据过电压形式的不同

又分为静电感应过电压和电磁感应过电压两种。

(1)静电感应过电压

当线路或者设备附近发生雷云放电时,虽然雷电流没有直接击中线路或者设备,但在导线上

将会感应出大量与雷云极性相反的束缚电荷。当雷云对大地上其他目标放电后,其中所带电荷

迅速消失,导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷,并以光速向导线两端急

速涌去,从而产生过电压。这种形式的过电压称为静电感应过电压。一班,由雷电引起的感应过

电压在架空线上可达300。400 kv,在低压架空线路上可达100 kv,在通讯线路上可达50 kv

左右。

由狰电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用,使建筑物内部金屑构架与接

地不良的金同器件之间容易发生火花,引起火灾。

(2)电磁感应过电压

由于雷电流有权大的峰值和陡度,在它的周围有强大的交变电磁场。处在此电磁场中的导

体会感应出极高的电动势,使得有气隙的导体之间发生放电现象,产生火花,引起火灾。

由雷电引起的静电感应和电磁感应统称为感应雷(又称为二次落雷)。主要采取的防护措

施是将建筑物的金屑屋顶、建筑物内的大型金属物品等进行良好的按地处理,使得感应电荷能迅

速流走,防止在缺口处形成高电压和电火花。

3.雷电波的侵入

雷电过电压除了上述两种形式外,还有另一种形式,即架空线路遭受直接雷击或间接百击而

引受的过电压波,沿线路侵入变电器所或其他朗物,通常称为雷电波侵入或高电位侵入。据我

巨统计,供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故占整个雷害事故的60%左右,比例很大,

因此对雷电波侵入的防护也应给予足够的重视。

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