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1、第四章第四章 电力系统大气过电压及防护电力系统大气过电压及防护1高级教育4.14.1雷闪过电压雷闪过电压大气过电压，也叫大气过电压，也叫雷闪过电压雷闪过电压：是由于雷电引起的电力系统过电压。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雷电放电实质上是一种超长气隙超长气隙的火花的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚放电，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，是造成电力系产生很高的雷电过电压，是造成电力系统统绝缘故障绝缘故障和和停电事故停电事
2、故的主要原因。的主要原因。2高级教育4.14.1雷闪过电压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。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：直击雷过电压：是由于流经被击物很大的雷电流造成的；是由于流经被击物很大的雷电流造成的；感应雷过电压：感应雷过电压：是由于电磁场剧烈改变而产生的过电压。是由于电磁场剧烈改变而产生的过电压。3高级教育4.1.1.14.1.1.1雷闪放电雷闪放电雷电放电包括雷电放电包括雷云对大地放电雷云对大地放电和和云间放电云间放电两种两种情况。情况。按其发展的方向，雷电可分为按其发展的方向，雷电可分为下行雷下行雷和和上行雷上行雷。下行雷下行雷是在
3、雷云中产生并向大地发展的；是在雷云中产生并向大地发展的；上行上行雷雷则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。发展的。雷电的极性雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷的符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，不论地质情况如号决定的，大量的实测表明，不论地质情况如何，何，9090左右的雷电是左右的雷电是负极性负极性的。的。4.1.1 4.1.1 雷闪放电及雷电参数雷闪放电及雷电参数4高级教育 下行下行的的负极性负极性雷对地放电可分为三个主要阶段：雷对地放电可分为三个主要阶段：先导放电先导放电主放电主放电余辉放电余辉放电5高级教育1.1.雷
4、电先导放电过程雷电先导放电过程：雷雷云云的的带带电电机机理理有有多多种种解解释释，如如对对流流起起电电、温温差差起起电电、冻冻结结起起电电、融融化起电等。化起电等。（负负极极性性雷雷）雷雷云云中中的的电电荷荷一一般般不不是是在在云云中中均均匀匀分分布布的的，而而是是集集中中在在几几个个带带电电中中心心。测测量量数数据据表表明明，雷雷云云的的上上部部带带正正电电荷荷、下下部部带带负负电电荷荷，正正电电荷荷云云层层分分布布在在大大约约510KM510KM高高空空，负负电电荷荷云云层层分分布布在在15KM15KM高高度度。因因为为在在距距离离地地面面45KM45KM的的高高空空，气气温温较较低低，水
5、水分分均均变变成成冰冰晶晶，与与空空气气摩摩擦擦时时也也会会起起电电，冰冰晶晶带带负负电电，空空气气带带正正电电。带带正正电电的的气气流流向向上上运运动动，使使雷雷云云的的上上部部充充满满正正电电荷荷，而而带带负负电电的的冰冰晶晶下下降降到到雷雷云云下下部部时时，融融化化成为带负电的水滴。成为带负电的水滴。6高级教育1.1.雷电先导放电过程雷电先导放电过程：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，最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，最主要的方向决定于最大电场强度。主要的方向决定于最大电场强度。（1 1）雷雷雨雨云云中中的的电电荷荷积积集集到到一一定定密
6、密度度，首首先先从从云云中中某某处处产产生生空空气气的的电电离离而而形形成成下下行行先先导导流流注注，高高空空先先导导流流注注放放电电的的方方向向是是随随机机的的，不不受受地地面面物物体体的影响。的影响。7高级教育1.1.雷电先导放电过程雷电先导放电过程：（2 2）雷雷雨雨云云下下面面的的地地面面和和地地面面建建筑筑物物受受雷雷云云电电荷荷的的静静电电感感应应，产产生生出出与与雷雷电电异异号号的的电电荷荷，并并使使各各地地面面建建筑筑物物表表面面的的电电场场强强度度增增强强。当当下下行行先先导导流流注注发发展展到到某某种种高高度度，即即所所谓谓雷雷电电定定位位高高度度H1H1处处时时，大大气气
7、电电场场开开始始被被地地面面建建筑筑物物感感应应电电场场所所歪歪曲曲，雷雷电电先先导导向向歪歪曲曲后后的的最最大大电电场场强强度度方向发展。方向发展。先导通道发展具有先导通道发展具有“定向性定向性”，或者说雷击具有或者说雷击具有“选择性选择性”。8高级教育1.1.雷电先导放电过程雷电先导放电过程：（3 3）当当下下行行先先导导流流注注行行进进到到雷雷击击高高度度H2H2后后，某某一一个个或或几几个个地地面面建建筑筑物物表表面面电电场场强强度度达达到到了了击击穿穿空空气气的的数数值值，该该地地面面建建筑筑物物就就会会产产生生迎迎面面先先导导流流注注，它它向向上上发发展展与与下下行行先先导导流流注
8、注汇汇合合，然然后后就就产产生生强强烈烈的的主主放放电，该地物就遭到了雷击。电，该地物就遭到了雷击。在在这这一一过过程程中中，地地面面建建筑筑物物表表面面的的电电场场强强度度表表征征了了该该地地面面建建筑筑物物某某处处遭遭受受雷雷击击危危险险性性的的大大小小. .（迎迎面面先先导导很很大大程程度度上上影影响响下下行行先先导导的的发发展方向）展方向）9高级教育1.1.雷电先导放电过程雷电先导放电过程：先先导导通通道道是是分分级级向向下下发发展展的的，每每级级先先导导发发展展的的速速度度很很快快，但但每每发发展展到到一一定定长长度度就就有有一一个个间间歇歇。所所以以它它的的平平均均发发展展速速度度
9、很很慢慢，出出现现的的电电流流不不大。先导放电的不连续性称为大。先导放电的不连续性称为分级先导分级先导，历时，历时0.005s0.01s0.005s0.01s。10高级教育当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应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，可使极高电位下，可使剩余的空气间隙击穿剩余的空气间隙击穿，便，便形成放电的第二阶段，即形成放电的第二阶段，即主放电阶段主放电阶段. .2.2.雷电的主放电阶段雷电的主放电阶段11高级教育先导通道头部与大地短接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
10、始，这就是主放电阶段的开始。主放电开始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通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通道中的负电荷。道中的负电荷。2.2.雷电的主放电阶段雷电的主放电阶段12高级教育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得多，正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得多，正负电荷密度比先导通道中大很多，很大的导电性。主放电的发展速度很负电荷密度比先导通道中大很多，很大的导电性。主放电的发展速度很快，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震动，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震动
11、，出现出现闪电和雷鸣闪电和雷鸣。放电间隙中的新通道好似一个放电间隙中的新通道好似一个良导体良导体把大地电位带到初始主放电通道把大地电位带到初始主放电通道的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始主放在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始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，形成强烈的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，形成强烈的游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说游离，也就是说
12、将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说主放电是从地面向云发展的主放电是从地面向云发展的。2.2.雷电的主放电阶段雷电的主放电阶段13高级教育主放电发展速度极大，根据统计，约在主放电发展速度极大，根据统计，约在0.070.070.50.5光速的范围内。离光速的范围内。离地越高，速度就越小。主放电通道到达云端时，主放电结束地越高，速度就越小。主放电通道到达云端时，主放电结束. .2.2.雷电的主放电阶段雷电的主放电阶段14高级教育主放电的延续时间一般不超过主放电的延续时间一般不超过100100s s，其放电电流幅值可达几十，其放电电流幅值可达几十KAKA甚至几百甚至几百KAKA。电流的瞬
13、时值是随着主放电向高空发展而逐渐减小的，。电流的瞬时值是随着主放电向高空发展而逐渐减小的，形成雷电流冲击波形形成雷电流冲击波形。主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道流主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道流过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场发过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场发生很大变化。这就是生很大变化。这就是主放电主放电过程会造成雷电放电具有过程会造成雷电放电具有最大的破坏最大的破坏作作用的原因用的原因. .15高级教育主主放放电电完完成成后后，云云中中的的剩剩余余电电荷荷沿沿着着雷雷电电流流通通道道继继续续
14、流流向向大大地地，形形成成余余辉辉放放电电。与与余余辉辉放放电电阶阶段段相相对对应应的的电电流流是是逐逐渐渐衰衰减减的的，约约为为1000100010A10A，持续时间较长，约为几，持续时间较长，约为几msms。3 3余辉放电阶段余辉放电阶段气象科普动画气象科普动画雷电雷电16高级教育4.1.1.2 4.1.1.2 雷电参数雷电参数 雷电特点：雷电特点：雷雷击击具具有有冲冲击击性性在在很很短短的的时时间间内内（0.50.5s s），电电压压、电电流流会会迅迅速速上升（上升（1 1亿伏、几十万安），电能达到亿伏、几十万安），电能达到25002500kWkW h h。雷雷电电具具有有重重复复性性云
15、云中中可可能能同同时时存存在在几几个个放放电电中中心心，放放电电的的平平均均数数是是3 3。雷雷击击具具有有选选择择性性雷雷云云附附近近，因因静静电电感感应应而而产产生生的的电电荷荷的的分分布布的的特特点点是是：地地面面上上弯弯曲曲的的部部分分比比平平坦坦的的电电荷荷多多而而密密集集，容容易易将将带带异异性性电电荷荷的雷云拉过来，对其放电，造成定向雷击。的雷云拉过来，对其放电，造成定向雷击。 17高级教育4.1.1.2 4.1.1.2 雷电参数雷电参数雷电与气象、地形、地质等许多自然因素有关，具有很大的随机性，雷电与气象、地形、地质等许多自然因素有关，具有很大的随机性，所以用来表征雷电特性的参
16、数带有统计的性质。所以用来表征雷电特性的参数带有统计的性质。18高级教育4.1.1.2 4.1.1.2 雷电参数雷电参数1. 1. 雷电通道波阻抗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，对电流主放电时，雷闪通道是一导体，故可看作和普通导线一样，对电流波呈一定的阻抗，沿闪击通道运动的电压波波呈一定的阻抗，沿闪击通道运动的电压波 u u0 0与电流波与电流波 i i0 0的比值的比值 就叫就叫雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗（取（取300400300400）19高级教育2.2.雷电流的波形雷电流的波形标准冲击波：标准冲击波：波头、陡度及波长波头、陡度及波长主放电时电流波形的波
17、前部分接近半余弦波20高级教育斜角平顶波：斜角平顶波：规程建议的取值规程建议：一般线路防雷设计，波头形状取为斜角波波头长度：波头长度：雷电流平均上升陡度：雷电流平均上升陡度：21高级教育等值余弦波：等值余弦波：设计特殊高塔时，取半余弦波头22高级教育3.雷电流的幅值雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路杆塔、地线或导线，流经被雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路杆塔、地线或导线，流经被击物时的电流击物时的电流( (i iZ Z) )与被击物的波阻抗与被击物的波阻抗(Z(Zj j) )有关。有关。Z Zj j越大，越大，i iZ Z越小；越小；Z Zj j越小，越小，i iZ Z越大。越大。当被击
18、物阻抗当被击物阻抗 Z Zj j为零时，流经被击物的电流定义为为零时，流经被击物的电流定义为“雷电流雷电流” i iL L。实际上，把雷击小于接地电阻（实际上，把雷击小于接地电阻（3030 ）的物体时，流过物体的电流等）的物体时，流过物体的电流等同于雷电流。同于雷电流。雷电流幅值雷电流幅值：23高级教育3.雷电流的幅值雷电流雷电流i iL L是一个非周期冲击波，是随机变量，根据大量实测得到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。其概率分布规律。平均雷暴日大于平均雷暴日大于2020的一般地区：的一般地区：24高级教育3.雷电流的幅值平均雷暴日小于平均雷暴日小于2020的一
19、般地区，雷电活动较弱，雷电流幅值概率：的一般地区，雷电活动较弱，雷电流幅值概率：25高级教育3.雷电流的幅值例例：当当I IL L =100kA=100kA时时，P=11.9%P=11.9%。表表明明每每100100次次雷雷电电中中，大大约约有有1212次次雷雷电流超过电流超过100100kAkA。v可知：可知：I IL L=300kA=300kA的概率很小。的概率很小。26高级教育4.4.雷暴日与雷暴小时（反映雷电活动强度）雷暴日与雷暴小时（反映雷电活动强度）雷暴日雷暴日：一年中有雷电的日数，一天听到雷声就作为一个雷暴日。：一年中有雷电的日数，一天听到雷声就作为一个雷暴日。雷暴小时雷暴小时：
20、一年中有雷暴的小时数，一小时内听到雷声就作为一个雷：一年中有雷暴的小时数，一小时内听到雷声就作为一个雷暴小时。暴小时。据统计，我国大部分地区雷暴小时与雷暴日的比值约为据统计，我国大部分地区雷暴小时与雷暴日的比值约为3。27高级教育5.5.地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度地面落雷密度：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数。每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数。以以表示表示. .有关规程建议有关规程建议为为 0.015 0.015 次次/(Km/(Km2 2雷暴日）雷暴日）N=h-h-避雷线或导线对地平均高度避雷线或导线对地平均高度N N落雷次数，落
21、雷次数，次次/ /（100km100km年）年）若平均雷暴日若平均雷暴日T T取为取为4040，=0.015=0.015，则，则N=0.6hN=0.6h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，一对于架空线路来说，由于其高出地面有引雷作用，根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路，其等值受雷面的宽度为般高度的线路，其等值受雷面的宽度为10h(h10h(h为线路的平均高度，为线路的平均高度，m m），也就是说），也就是说线路线路两侧各两侧各5h5h宽宽的地带为的地带为等值受雷面积等值受雷面积。显然，线路愈长则受雷面积愈大。若线。显然，线路愈长则受雷面积愈大。若线路经过地区
22、的平均雷暴日数为路经过地区的平均雷暴日数为T T，则每年每，则每年每100km100km一般高度的线路的落雷次数为一般高度的线路的落雷次数为: :28高级教育5.5.地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度和输电线路落雷次数29高级教育5.5.地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度和输电线路落雷次数30高级教育4.1.2.4.1.2.雷电冲击波过电压和伏秒特性雷电冲击波过电压和伏秒特性4.1.2.1.4.1.2.1.标准波形标准波形: :是根据电力系统中大量实测得到的雷电过电压波形是根据电力系统中大量实测得到的雷电过电压波形制订的制订的. .经过经过0.3Um和和0.9Um两点的直线两点
23、的直线构成的斜角为波前构成的斜角为波前半峰值半峰值31高级教育几个参数几个参数波头时间波头时间 ： =(1.2 30%)s=(1.2 30%)s波长时间波长时间 : =(50 20%)s: =(50 20%)s标准波形通常用符号标准波形通常用符号 表示表示 32高级教育4.1.2.2 4.1.2.2 放电时延放电时延(1).(1).气体间隙击穿要满足两个条件：气体间隙击穿要满足两个条件： a. a.一定的电压幅值一定的电压幅值 b. b.一定的电压作用时间一定的电压作用时间33高级教育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
24、间t t1 1后，电后，电压由零升到间隙的静态击穿电压压由零升到间隙的静态击穿电压u u0 0时，间隙并不能立即击穿，需要经过一定的时时，间隙并不能立即击穿，需要经过一定的时间间隔间间隔t t1 1，到达，到达t t2 2时，才能完成击穿。时，才能完成击穿。放电需要阴极附近出现有效电子，从放电需要阴极附近出现有效电子，从t t1 1开始到间隙出现第一个有效电子为开始到间隙出现第一个有效电子为止所需的时间止所需的时间t ts s称为称为统计时延统计时延。34高级教育(2).(2).统计时延统计时延t ts s通通常常把把电电压压达达间间隙隙的的静静态态击击穿穿电电压压开开始始到到间间隙隙中中出出
25、现现第第一一个个有有效电子为止所需的时间。（具有分散性）效电子为止所需的时间。（具有分散性）影影响响因因素素：统统计计时时延延t ts s和和外外加加电电压压大大小小，照照射射强强度度等等很很多多因因素素有有关关。t ts s随随间间隙隙上上外外施施电电压压的的增增加加而而减减小小，这这是是因因为为间间隙隙中中出出现现的的自自由由电电子子转转变变为为有有效效电电子子的的概概率率增增加加的的缘缘故故。若若用用紫紫外外线线等等高高能能射射线线照照射射间间隙隙，使使阴阴极极释释放放出出更更多多的的电电子子，就就能能减减少少t ts s，利利用用球球隙隙测测量量冲冲击电压时，有时需采用这一措施。击电压
26、时，有时需采用这一措施。35高级教育(3).(3).放电形成时延放电形成时延t tf f从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间。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，流包括从电子崩，流注到主放电的发展所需的时间。（具有分散性）注到主放电的发展所需的时间。（具有分散性）(4).(4).放电时延放电时延t tL Lt tL L=t=ts s+t+tf f放放电电时时延延主主要要取取决决于于t tf f，特特别别当当间间隙隙距距离离较较大大时时，t tf f较较长长。若若增增加加间间隙上的电压，则电子的运动速度及游离能力都会增大，从而使隙上的电压，则电子的运动速度及游离能力都会增
27、大，从而使t tf f减小。减小。36高级教育气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：t=tt=t1 1+t+ts s+t+tf f其中：其中：t t1 1：达到静态击穿电压的时间：达到静态击穿电压的时间t ts s+t+tf f ：放电时延：放电时延t tL L37高级教育4.1.2.3. 50%4.1.2.3. 50%冲击放电电压冲击放电电压U U50%50%50%50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的冲击系数冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的冲击系数放电概率为放电概率为50%50%时的冲击放电电压时的冲击放电电压pu击u50%50
28、%U0工频静态击穿电压的幅值工频静态击穿电压的幅值38高级教育4.1.2.4伏秒特性（1 1）间隙的伏秒特性曲线：）间隙的伏秒特性曲线：同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线。和放电时间的关系曲线。用途：用途：工程上常用伏秒特性曲线来表征间隙在工程上常用伏秒特性曲线来表征间隙在冲击电压下的击穿特性冲击电压下的击穿特性。39高级教育(2) (2) 曲线求取方法曲线求取方法伏秒特性可用伏秒特性可用实验方法实验方法求取。对于某一间求取。对于某一间隙施加冲击电压，并保持其为标准冲击电隙施加冲击电压，并保持其为标准
29、冲击电压波形不变，逐级升高冲击电压幅值，得压波形不变，逐级升高冲击电压幅值，得到间隙的放电电压到间隙的放电电压u u和放电时间和放电时间t t的关系，的关系，则可绘出伏秒特性，如图所示。则可绘出伏秒特性，如图所示。40高级教育(3) (3) 电极间隙电场分布对曲线的影响电极间隙电场分布对曲线的影响 不均匀电场不均匀电场由于平均击穿电场强度较低由于平均击穿电场强度较低, ,而且流注总是从强场而且流注总是从强场区向弱场区发展区向弱场区发展, ,放电速度受到电场分布的影响放电速度受到电场分布的影响, ,所以所以放电时延长放电时延长, ,分散性大分散性大, ,其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时其伏秒特
30、性曲线在放电时间还相当大时, ,随时间减小而随时间减小而明显地上翘明显地上翘, ,曲线比较陡曲线比较陡. . 均匀或稍不均匀电场均匀或稍不均匀电场则相反则相反, ,由于击穿时平均场强较高由于击穿时平均场强较高, ,流注流注发展较快发展较快, ,放电时延较短放电时延较短, ,其伏秒特性曲线其伏秒特性曲线较平坦较平坦. .41高级教育42高级教育(4)实际意义S1S1被保护设备的伏秒特性曲线，被保护设备的伏秒特性曲线，S2S2保护设备的绝缘伏秒特性曲线保护设备的绝缘伏秒特性曲线43高级教育图图4 4-7-7所所示示S2S2总总是是低低于于S1S1，说说明明在在同同一一过过电电压压作作用用下下，总总
31、是是保保护护设设备备的的绝绝缘缘先先击击穿穿，从从而而限限制制了了过过电电压压的的幅幅值值，这这时时保保护护设设备备可可对对被被保保护护设设备备起起到到可可靠靠的的保保护护作作用用。但但若若S2S2与与S1S1相相交交，虽虽然然在在放放电电时时间间长长的的情情况况下下保保护护设设备备有有保保护护作作用用，但但在在放放电电时时间间很很短短时时，保保护护设设备备绝绝缘缘的的击击穿穿电电压压已已高高于于被被保保护护设设备备绝绝缘缘的的击击穿穿电电压压，被被保保护护设设备可能先击穿备可能先击穿，此时保护设备起不到保护作用。，此时保护设备起不到保护作用。 伏伏秒秒特特性性是是防防雷雷设设计计中中实实现现
32、保保护护设设备备和和被被保保护护设设备备间间绝绝缘缘配配合合的的依依据据。为为了了使使被被保保护护设设备备得得到到可可靠靠的的保保护护, ,被被保保护护设设备备绝绝缘缘的的伏伏秒秒特性曲线的特性曲线的下包线下包线必须始终必须始终高于高于保护设备保护设备的伏秒特性曲线的的伏秒特性曲线的上包线上包线. . 44高级教育五、防雷保护设备五、防雷保护设备 避雷针避雷针主要用来防护直击雷过电压。主要用来防护直击雷过电压。 由由接接闪闪器器、接接地地引引下下线线、接接地地体体组组成成。它它应应比比被被保保护护的的设备高，将雷电吸引到针尖，并安全地导入大地，从而保护设备。设备高，将雷电吸引到针尖，并安全地导
33、入大地，从而保护设备。避雷线避雷线主要用来防护直击雷过电压。主要用来防护直击雷过电压。 其接闪器由悬挂在线路上的接地导线组成。其接闪器由悬挂在线路上的接地导线组成。 45高级教育避雷针避雷针避雷针采用圆钢或焊接钢管。针长1m以下，圆钢直径不小于12mm，钢管直径不小于20mm；针长12m时，圆钢直径不小于16mm，钢管直径不小于25mm。装在烟囱顶端时，圆钢直径不小于20mm，它通常安装在构架，支柱或建筑物上。避雷针的下端要经引下线与接地装置连接。46高级教育避雷针的功能实质上是引雷作用。由于避雷针安装在高度高于被保护物，因此当雷电先导临近地面时，它能使雷电场畸变，改变雷电先导的通道方向，吸引
34、到避雷针本身，然后经与避雷针相连接的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地中去，使被保护物免受直接雷击。避雷针能否有效的对保护物进行保护，被保护物是否在其有效的保护范围内是很重要的。避雷针的保护范围，就是指避雷针下方免受直接雷击的安全空间。保护范围计算方法：折线法、滚球法47高级教育避雷线避雷线避雷线的功能和原理与避雷针基本相同，它架设在架空线路的上面，以保护架空线路或其它物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又是接地，因此它又称为架空地线。避雷线一般采用截面积不小于35mm的镀锌钢绞线。48高级教育主要用来防护雷电侵入波过电压和内部过电压。避雷器因与保护设备并联，当线路上出现危及设
35、备绝缘的雷电过电压时，避雷器的电阻急剧降低，使过电压对地放电，从而保护绝缘。两个基本要求：两个基本要求：1、当当过过电电压压超超过过一一定定值值时时，避避雷雷器器先先于于被被保保护护的的设设备备动动作作，经经导导线线将将其其接接地地以以限限制制过过电压。电压。2 2、在在过过电电压压过过去去之之后后，能能迅迅速速地地截截断断工工频频续续流，使系统正常运行，避免供电的中断。流，使系统正常运行，避免供电的中断。 避雷避雷器器49高级教育 三大防雷设备三大防雷设备50高级教育有雷击发生时，可以采取以下措施加强保护：远离建筑物的避雷针及其接地引下线，这样做是为了防止雷电反击和跨步电压伤人。远离各种天线
36、、电线杆、高塔、烟囱、旗杆，如有条件，应进入有防雷设施的建筑物或金属壳的汽车、船只，带帆布的篷车、拖拉机、摩托车等在雷雨发生时是比较危险的，应尽快远离。尽量离开山丘、海滨、河边、池塘边，尽量离开孤立的树木和没有防雷装置的孤立建筑物，铁围栏、铁丝网、金属晒衣绳边也很危险。雷雨天气尽量不要在旷野行走，外出时应穿塑料材质等不浸水的雨衣，不要骑在牲畜上或自行车上行走；不要用金属杆的雨伞，不要把带有金属杆的工具如铁锹、锄头扛在肩上。 个人防雷小知识：个人防雷小知识：51高级教育有雷击发生时，可以采取以下措施加强保护：人在遭受雷击前，会突然有头发竖起或皮肤颤动的感觉，这时应立刻躺倒在地，或选择低洼处蹲下，
37、双脚并拢，双臂抱膝，头部下俯，尽量降低自身位势、缩小暴露面。如果雷雨天气你呆在室内，并不表示万事大吉，你必须关好门窗，防止球形雷窜入室内造成危害；把电视机室外天线在雷雨天与电视机脱离，而与接地线连接；尽量停止使用电器，拔掉电源插头；不要打电话和手机；不要靠近室内金属设备（如暖气片、自来水管、下水管）；不要靠近潮湿的墙壁。52高级教育4.2 输电线路的防雷保护53高级教育4.2 输电线路的防雷保护输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施54高级教育55高级教育衡量输电线路防雷性能的两个指标：衡量输电线路防雷性能的
38、两个指标：耐雷水平耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值：雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值, ,以以KAKA为单位。为单位。雷雷击击跳跳闸闸率率：雷雷暴暴日日T=40T=40情情况况下下，每每100km100km线线路路每每年年由由雷雷击击引引起起跳跳闸闸次次数。这是衡量线路防雷性能的综合指标。数。这是衡量线路防雷性能的综合指标。56高级教育4.2.1.4.2.1.输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压57高级教育4.2.1.4.2.1.输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压感应雷过电压的产生感应雷过电压的产生感应雷过电压的计算感应雷过电压的计算58高级教育感应雷过
39、电压的产生感应雷过电压的产生 雷击线路附近大地时，雷电通道周围空间电场发生急剧变化，在导线上由于电磁感应产生感应雷过电压。包括静电分量、电磁分量。59高级教育感应雷过电压感应雷过电压 由于先导通道中电荷产生的静电场突然消失引起的感应过电压称为静电分量。主放电时，雷电通道中雷电流在通道周围建立了强大的电磁场，此磁场的剧烈变化也使导线感应出很高的电压。这种由于先导通道中雷电流产生的磁场变化而引起的感应过电压称为电磁分量。60高级教育感应雷过电压感应雷过电压 因主放电通道与线路几乎垂直，互感不大，电磁感应较弱，所以导线上的感应过电压主要由静电分量决定。感应过电压的幅值与雷电流大小、雷电通道与线路间的
40、距离、导线的悬挂高度等因素有关。由于雷击地面时，雷击点的自然接地电阻较大，所以雷电流幅值一般不超过100KA。61高级教育实测表明，感应过电压一般不超过500KV，对35KV及以下的水泥杆线路会引起闪络事故；对110KV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故。62高级教育感应雷过电压的特点感应雷过电压的特点 感应过电压极性与直击雷过电压（雷电流）极性相反；三相导线会同时产生过电压，其值相差很小，只能引起对地闪络；感应过电压有较长的持续时间，波头较缓。63高级教育1.1.感应过电压的计算感应过电压的计算(1).(1).导线上方无避雷线导线上方无避雷线当雷击点离线路的距离大于当雷击点
41、离线路的距离大于65米时，导线上的感应雷过电压最米时，导线上的感应雷过电压最大值按下式计算：大值按下式计算：SS: :雷击点与线路的垂直距离雷击点与线路的垂直距离 mmI ILL: :雷电流幅值雷电流幅值 KAKAh hdd: :导线悬挂的平均高度导线悬挂的平均高度 mmU Ug g：感应过电压最大值：感应过电压最大值 KVKV64高级教育(2).(2).导线上方挂有避雷线导线上方挂有避雷线K K为避雷线与导线间的耦合系数，线间距离愈近，耦合系数为避雷线与导线间的耦合系数，线间距离愈近，耦合系数K K就愈大。就愈大。由于避雷线的屏蔽作用，可使导线上的感应电压降低，降低的数值约由于避雷线的屏蔽作
42、用，可使导线上的感应电压降低，降低的数值约为为KUg.b。65高级教育(3).(3).雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压雷击线路杆塔时，由于雷电通道产生的电磁场迅速变化，将在导线雷击线路杆塔时，由于雷电通道产生的电磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。上感应出与雷电流极性相反的过电压。无避雷线：有避雷线： : 感应过电压系数KV/m（约等于雷电流平均陡度）66高级教育4.2.2.4.2.2.输电线路的直击雷过电压和耐雷水平输电线路的直击雷过电压和耐雷水平1.1.雷直击导线（绕击）时的过电压雷直击导线（绕击）时的过电压2.2.雷击杆塔塔顶雷击杆
43、塔塔顶67高级教育4.2.2.4.2.2.输电线路的直击雷过电压和耐雷水平输电线路的直击雷过电压和耐雷水平1.1.雷直击导线（绕击）时的过电压雷直击导线（绕击）时的过电压68高级教育作用于线路绝缘上的电压最大值作用于线路绝缘上的电压最大值 U Ug g=100I=100I。用绝缘的用绝缘的50%50%冲击闪络电压冲击闪络电压U50%50%代替代替U Ug g，那么，那么 I IL L 就能代表引起就能代表引起绝缘闪络的雷电流幅值，通常称为线路在这情况下的绝缘闪络的雷电流幅值，通常称为线路在这情况下的耐雷水平耐雷水平。I IL L =U=U50%50%/100/10069高级教育绕击率绕击率P
44、Pa a：对平原地区：对山区地区： 山区的绕击率为平原的3倍，或保护角增大8减少绕击率：减小保护角，降低杆塔高度保护角保护角 ：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角。70高级教育2.雷击杆塔塔顶71高级教育流经杆塔的电流：杆塔的分流系数，杆塔的分流系数，1 172高级教育塔顶电位：用I IL L/2.6/2.6（斜角平顶波）代替di/dtdi/dt，杆塔顶电位幅值可写成：73高级教育绝缘子串绝缘子串A端电位的幅值（与雷电流同极性）端电位的幅值（与雷电流同极性）74高级教育导线感应电压的幅值（与雷电流极性相反）75高级教育绝缘子串上的总电压幅值76高级教育若若U UABAB U U50%50
45、%，绝缘子串闪络。，绝缘子串闪络。雷击杆顶的耐雷水平：雷击杆顶的耐雷水平：工程上常以降低杆塔的接地电阻工程上常以降低杆塔的接地电阻R Rchch、提高耦合系数、提高耦合系数K K作为提高作为提高耐雷水平的主要手段。耐雷水平的主要手段。77高级教育雷雷电电线线路路的的雷雷电电流流超超过过线线路路的的耐耐雷雷水水平平时时，线线路路的的绝绝缘缘发发生生冲冲击击闪闪络络，由由于于冲冲击击闪闪络络时时间间很很短短，继继电电保保护护装装置置不不会会跳跳闸闸；雷雷电电流流消消失失后后，工工作作电电压压产产生生的的工工频频电电弧弧继继续续存存在在，会会引引起起跳跳闸闸，发发生生停电事故。停电事故。雷电冲击闪络
46、不会全部转为稳定的工频续弧，有一定概率。雷电冲击闪络不会全部转为稳定的工频续弧，有一定概率。78高级教育建弧率：建弧率：冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率。冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率。冲冲击击闪闪络络能能否否转转变变为为稳稳定定的的工工频频电电弧弧，主主要要取取决决于于工工频频弧弧道道中中的的平平均均电电场场强强度度E，还还取取决决于于闪闪络络瞬瞬间间工工频频电电压压的的瞬瞬时时值值以以及及去去游游离强度等。离强度等。 79高级教育4.2.3 4.2.3 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施80高级教育4.2.3 4.2.3 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施雷电流线路耐雷水平：绝缘子闪
47、络，引起停电事故；雷电流线路耐雷水平：绝缘子闪络，引起停电事故；雷电流线路耐雷水平：冲击波沿线路向变电站侵入，危害变电站雷电流线路耐雷水平：冲击波沿线路向变电站侵入，危害变电站设备的绝缘。设备的绝缘。设计防雷方案时要全面考虑各种设计防雷方案时要全面考虑各种因素因素，采取合理的保护措施。，采取合理的保护措施。81高级教育4.2.3 4.2.3 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施防雷设计遵循的原则（四道防线）：防雷设计遵循的原则（四道防线）：防止雷击导线防止雷击导线：加避雷线；：加避雷线；雷击线路后，雷击线路后，防止线路绝缘闪络防止线路绝缘闪络：改善杆塔接地电阻、适当增加：改善杆塔接地电阻、适当
48、增加线路绝缘，避免冲击闪络；线路绝缘，避免冲击闪络；发生冲击闪络后，发生冲击闪络后，防止产生稳定的工频电弧防止产生稳定的工频电弧：增加线路绝缘，使：增加线路绝缘，使用继电保护装置；用继电保护装置；产生工频续弧时，产生工频续弧时，防止供电中断防止供电中断：自动重合闸设备、减少停电时：自动重合闸设备、减少停电时间；使用双回路供电。间；使用双回路供电。82高级教育4.2.3 4.2.3 输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施1.1.架设避雷线架设避雷线作用：作用：防止雷直击于导线；防止雷直击于导线；对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时
49、绝缘子串上电压；对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应过电压。对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应过电压。83高级教育330kv330kv及以上：全线架设双避雷线，保护角及以上：全线架设双避雷线，保护角 在在2020左右；左右；220kv220kv：宜全线架设双避雷线：宜全线架设双避雷线 ， 在在2020左右；左右；110kv110kv：一般全线架设避雷线，：一般全线架设避雷线， 取取2020到到3030之间；之间；35kv35kv及以下：一般不沿全线架设避雷线，及以下：一般不沿全线架设避雷线， 主要依靠架设消弧线圈主要依靠架设消弧线圈及自动重合闸进行
50、防雷保护。及自动重合闸进行防雷保护。84高级教育(1)310kV(1)310kV线路防雷保护不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区，可因地制宜采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时改为电缆供电。1.1.架设避雷线架设避雷线85高级教育(2)35kV60KV(2)35kV60KV线路防雷保护一般不装设避雷线，进变电站（电站）12km设置避雷线为进线段保护。采用小接地系统运行，若线路长电容电流大则经消弧线圈接地。装设自动重合闸，环网供电
51、。1.1.架设避雷线架设避雷线86高级教育(3)110500kV(3)110500kV线路防雷保护线路防雷保护110kV线路一般沿全线架设避雷线，在雷电活动特别强烈地区，宜架设双避雷线，其保护角取2030；在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置。避雷线1.1.架设避雷线架设避雷线87高级教育2.2.降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻线路架设避雷线后，杆塔必须良好接地。降低杆塔接地电阻是线路架设避雷线后，杆塔必须良好接地。降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平的有效措施。提高线路耐雷水平的有效措施。3.3.架设耦合地线架设耦合地线如果接地电阻很难降低，可采
52、用两根连续伸长接地线，增加避如果接地电阻很难降低，可采用两根连续伸长接地线，增加避雷线与导线间的耦合作用以降低杆塔冲击接地电阻及绝缘子串雷线与导线间的耦合作用以降低杆塔冲击接地电阻及绝缘子串上的电压，提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率。上的电压，提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率。88高级教育4.4.采用不平衡绝缘方式采用不平衡绝缘方式在现代高压及超高压线路中，同塔双回的线路越来越多，为降低雷在现代高压及超高压线路中，同塔双回的线路越来越多，为降低雷击时双回路同时跳闸的跳闸率，且通常的防雷措施不能满足时，可击时双回路同时跳闸的跳闸率，且通常的防雷措施不能满足时，可采用不平衡绝缘方式，保证不会供电中
53、断。采用不平衡绝缘方式，保证不会供电中断。5.5.采用消弧线圈接地方式采用消弧线圈接地方式可使雷电过电压引起的一相对地冲击闪络不会转变为稳定的工频续可使雷电过电压引起的一相对地冲击闪络不会转变为稳定的工频续弧，即大大减小建弧率及继电器的跳闸率。弧，即大大减小建弧率及继电器的跳闸率。89高级教育6.6.装设自动重合闸装设自动重合闸线线路路绝绝缘缘具具有有自自恢恢复复功功能能，大大多多数数雷雷击击造造成成的的冲冲击击闪闪络络会会在在线线路路跳跳闸闸后后自自行行消消除除。所所以以，安安装装自自动动重重合合闸闸装装置置对对降降低低线线路路的的雷雷击击事事故率效果很好，各电压等级的线路都应装设自动重合闸装置。故率效果很好，各电压等级的线路都应装设自动重合闸装置。7.7.装避雷器装避雷器仅仅用用作作线线路路上上雷雷电电过过电电压压特特别别大大或或绝绝缘缘薄薄弱弱点点的的防防雷雷保保护护。能能免除线路绝缘从冲击闪络，并使建弧率降为零。免除线路绝缘从冲击闪络，并使建弧率降为零。8.8.加强绝缘加强绝缘对对于于线线路路的的大大跨跨越越高高杆杆塔塔地地段段，落落雷雷机机会会增增多多；杆杆塔塔的的等等值值电电感感大大，塔塔顶顶电电位位高高，感感应应过过电电压压高高；绕绕击击率率增增加加，可可采采用用增增强强线线路路绝绝缘的方法降低跳闸率。缘的方法降低跳闸率。90高级教育
