雷电过电压汇编

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1、8-2 避雷针、避雷线的保护范围,避雷针、避雷线用于防止雷闪直接击中被保护物，称为 直击雷保护装置 一、保护原理 畸变电场 形成局部场强集中 影响先导发展路径 引雷作用,H:定向高度 针： 线： h30m H20h H 10h h 30m H=600m H=300m,二、避雷针结构和保护范围 1.结构 接闪器：1012mm长12m的镀锌或镀镍钢棒 接地引下线： 6mm圆钢或截面积25mm的镀锌钢绞线 也可以利用钢筋或铁塔 接地体：一组满足规定接地电阻值的管状或带状接地电极 注意各部分之间的连接（采用烧焊、线夹或螺栓）,2.保护范围,保护范围内的被保护物就绝对不会遭受雷击？ 规程规定：0.1的雷

2、击概率（穿透率） 发电厂、变电站采用多针联合保护,三、避雷线的保护范围,工程上常用保护角 一般取 200300 220300kV 200 500kV 150 山区宜采用较小保护角,83 避雷器,当作用在设备上的电压超过设备的绝缘水平时，绝 缘就会遭受破坏，为了限制设备上出现的过电压，将避 雷器与被保护设备并联，在作用电压超过一定幅值后， 避雷器先放电，将雷电流引入地中，从而保护电气设备 要达到保护效果，必须满足以下要求： 1）绝缘水平的合理配合 冲击电压作用下的击穿特性为伏秒特性（最大值和放电 时间的关系）,解决方法：a.提高电气设备的冲击绝缘水平 不经济 b.避雷器伏秒特性低且平直 kch

3、1 冲击系数,2）避雷器绝缘强度的自恢复能力强,冲击电压冲击放电对地短路工频短路 （工频续流以电弧形式出现）,要求避雷器具有很强的绝缘强度自恢复能力，在工频续流第一次过零时熄弧，不再重燃 灭弧电压：工频电流第一次过零后间隙所能承受的不至于引起电弧重燃的最大工频电压 灭弧电压 避雷器性能越好,避雷器的发展就是基于上述两点要求 避雷器类型： 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 金属氧化物避雷器（MOA),配电系统、线路和发、变电厂进线段保护,发、变电站内的过电压保护，220kV及以下用于雷电过电压保护，超高压系统还用于内部过电压保护,保护间隙有棒形、球形、羊角形,保护间隙、管型避雷器 特点：简单、成

4、本低 缺点：1）间隙为不均匀电场，放电分散性大，伏秒特 性陡，不易进行伏秒特性配合 2）灭弧能力差，引起断路器跳闸 3）放电时产生截波，威胁绕组绝缘,保护间隙放电后电弧的熄灭是靠短路电流过零时的自然熄弧，当短路电流较大时可能发生电弧的重燃，如果短路电流引起的电弧长期存在就可能产生弧光接地过电压，危及设备绝缘，因此需采用跳断路器来消除接地故障 管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材料（纤维、塑料、橡胶等）产生气体纵吹电弧，使电弧熄灭,保护间隙动作后会产生截波,因此保护间隙和管型避雷器都不能承担主变和发电机等重要设备的保护任务，只能用于线路保护和进线段的保护,阀型避雷器主要由火花间隙

5、和阀片（非线性电阻）组成 火花间隙接近均匀电场 kch=1.1 避免截波和减小工频续流电阻要大 残压（雷电流流过时产生的电压）电阻要小,非线性电阻,普通阀型避雷器火花间隙,避雷器间隙就是由多个火花间隙串联而成 火花间隙放电电压稳定、分散性小从而具有平坦的伏秒 特性和较高的灭弧性能,sic（金刚砂）焙烧成55100mm园饼状,阀片（非线性电阻）,主要两个重要指标：非线性系数和通流容量 伏安特性为：u=ci （c:常数 ：非线性系数） 普通阀型避雷器0.2 磁吹式避雷器0.24,通流容量 普通阀型避雷器：波形20/40 s幅值为5kA冲击电流和 （低温阀片） 幅值为100A的工频半波电流各20次

6、磁吹式避雷器： 波形20/40 s幅值为10kA冲击电流和 （高温阀型） 2000s方波8001000A电流各20次 普通阀型避雷器通流容量较小，只能用于35220kV 变电站内作雷电过电压保护用，在内部过电压下不能动作 磁吹式避雷器通流容量大可用于超高压变电站内，除作 雷电过电压的保护外，还可作为内部过电压的后备保护 现磁吹避雷器已被MOA代替，但通流容量仍相同,阀型避雷器主要电气参数,F,（阀型）,C（磁吹）,S:配电 Z:变电站 D:旋转电机 L:直流 H:电流互感器,额定电压,J（中性点接地）,GY（高原）,（1）额定电压Ue 3、6、10、35、60、110、220、330、500k

7、V （2）灭弧电压Umh 保证能够在工频续流第一次过零时灭弧的条件下， 允许加在避雷器上的最高工频电压,避雷器通常接在一相导线与地之间，正常运行情况下承受的只是系 统的相电压，但系统出现短路故障时会引起工频电压升高，如雷击 造成单相接地短路，健全相避雷器动作后的恢复电压就比相电压 高，因此避雷器应保证在这个电压作用下能可靠熄弧，否则避雷器 会爆炸。 110kV及以上中性点直接接地系统 健全相电压可达系统最高工作电压的80，故称为80避雷器 例：FZ-110J 灭弧电压1101.1580100kV 1035kV经熄弧线圈接地系统 健全相电压可达系统最高运行电压的100，故称为100避雷器 3、6

8、、10kV中性点绝缘系统 健全相电压可达系统最高运行电压的110，故称为110避雷器,（3）工频放电电压（Ugf） 工频电压作用下避雷器发生放电的电压值（有效值） a.由于分散性故需给出工频放电电压的上下限 b.不能过高因结构一定后，Kch就已确定，导致冲击击穿电压过 高，影响避雷器的保护特性 c.不能过低导致灭弧电压减低，不能熄灭工频续流 d.不允许在内部过电压下动作，故工频放电电压下限应高于系统可 能出现的内部过电压 3560kV及以下非直接接地系统内部过电压4.0倍最大相电压 110220kV直接接地系统内部过电压3.0倍最大相电压 例：FZ-110J 110/31.153219kV工频

9、放电电压下限224kV,（4）冲击放电电压 预放电时间为1.520s、波形1.5/40 s的冲击放 电电压（通常给出其上限） a.冲击放电电压和残压是说明避雷器保护性能的两个指标， 它们都应低于被保护设备绝缘的冲击击穿电压，越低设备绝缘水平 就可以越低 b.冲击放电电压和残压基本相等 （5）残压 雷电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的压降 220kV及以下系统 雷电流取5kA 超高压系统 雷电流取10kA,波形8/20 s,金属氧化物避雷器（MOA）,普通阀型避雷器和磁吹式避雷器的阀片是SiC阀片 MOA阀片是以ZnO为主的金属氧化物阀片,（1）在10kA下残压基本相同 （2）相电压下:SiC阀

10、片将流过100A的工频续流 MOA阀片只流过105A以下的工频续流,不用串间隙（无间隙）,优点： （1）结构简单，体积小，可作为其它电器的支柱 （2）无间隙： a.无电弧燃烧 b.易制成直流避雷器 c.动作无时延、动作早，及时减低过电压水平 （3）通流容量大 故现MOA广泛地用于不同电压等级的电网,8-4 接地装置,接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点 通过导体与大地保持等电位 接地的分类： 工作接地：根据系统正常运行要求而接地，如中性点（0.510） 保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，它在故障条件下才发挥作用（110） 防雷接地：用来将雷电流顺利泄入大地，以减小

11、雷电流引起的地电位升高（130） 杆塔接地和变电站接地,第九章 输电线路的防雷保护,架空线地处旷野、纵横交错，极易遭受雷击,雷击输电线路： （1）雷直击导线 无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击） （2）雷击杆塔或避雷线 强大的雷电流通过杆塔的接地电阻，使杆塔和避雷线的电位突然升高，杆塔与导线的电位差超过线路绝缘子闪络电压时，绝缘子发生闪络，导线上出现很高的电压。这种杆塔电位升高，反过来对导线放电，称为反击 以上两种由于雷直击输电线路杆塔、避雷线或导线，故产生的过电压称为直击雷过电压,（3）雷击输电线路附近大地 雷击导线水平距离65m以外的大地

12、时，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压 直击雷过电压和感应雷过电压产生的危害： （1）引起线路跳闸，影响正常供电 由于过电压引起绝缘子闪络，导线对地短路，雷电过电压持续时间短（几十s），继电保护装置来不及动作，但工频续流沿放电通道继续放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电 （2）雷电波侵入变电站 导线上形成的雷电过电压波，最终将侵入变电站，经复杂的折反射后，在电气设备上出现很高的过电压，危及设备绝缘，造成事故,工程上衡量输电线路防雷性能优劣的指标： 耐雷水平：线路遭受雷击时，其绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值（kA） 雷击跳闸率：

13、每100km线路每年（40雷电日）因雷击引起的跳闸次数（次/100km年） 91 输电线路的感应雷过电压 一、雷击线路附近的大地时感应过电压 先导放电阶段导线上出现与雷电流极性相反的束缚电荷，主放电时束缚电荷突然被释放形成感应雷过电压的静电分量，同时主放电通道中雷电流的急剧变化在通道周围空间产生很强的脉冲磁场，在线路导线上产生感应雷过电压的电磁分量 感应雷过电压静电分量电磁分量,大小： 无避雷线时 有避雷线时 IL为雷电流幅值（kA）；hd为导线平均高度（m）；S为雷击点距线路的水平距离（m）（S65m）；k耦合系数 感应过电压特点： （1）由于雷击大地，大地自然接地电阻较大，雷电流幅值一般1

14、00kA，感应过电压幅值一般为300400kV，最大为600kV，故可能引起35kV及以下线路闪络 （2）极性与雷电流极性相反 （3）三相导线上同时出现 （4）波形较平缓，波头几几十s，波长几百s,二、雷击线路杆塔时感应过电压 由于杆塔有引雷作用，故S65m的雷击会被吸引到杆塔 一般高度（40m）的杆塔：,无避雷线 有避雷线,为感应系数（kV/m)取值为雷电流陡度（a=I/2.6s） k为避雷线和导线的耦合系数,92 输电线路直击雷过电压和耐雷水平,一、雷击导线时的过电压和耐雷水平 雷击导线：a. 线路无避雷线，我国35kV及以下系统 b. 有避雷线，但雷击绕过避雷线击于导线 1.绕击率P 雷

15、绕过避雷线击于导线的概率 平原 山区,2.雷击导线时的过电压,规程规定：z0z/2 （闪径波阻抗） uA=Iz/4 取z=400（导线波阻抗），则uA=100I 3.耐雷水平 uA u50% 是否闪络? 则雷击导线时的耐雷水平为： I=4u50%/z=u50%/100（kA） u50%为绝缘子串负极性冲击 放电电压,例：110kV线路每串67片绝缘子，u50%=700kV 故耐雷水平I=7（kA） 雷电流超过7kA的概率为86.5,同理： 35、 220、 330、 500kV线路雷直击导线时 3.5、 12、 16、 27.4 kA 耐雷水平 91.2% 73.1% 65.8% 48.8% 超过耐雷水平雷电流概率 可见雷直击导线会引起几乎所有电压等级的线路绝缘 子闪络，因此我国110kV及以上线路需全线架设避雷线,二、雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平 导线电位（1）负极性雷电流沿杆塔向下和避雷线两侧传 播，使塔顶电位升高，并通过电磁耦合使导线电位升高 （2）雷击杆塔，在导线上产生与负极性雷电流 极性相反的正极性感应过电压,雷电流 iL=ib+igt igt=iL 为分流系数 塔顶和避雷线电位最大值uA=I（Rch+Lgt/2.6 ）,平行导线上电位： （1