雷电放电及防雷保护装置

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1、第七章第七章 雷电放电及防雷保护装置雷电放电及防雷保护装置 人们对雷电现象的科学认识始人们对雷电现象的科学认识始于于18世纪中叶，著名的富兰克世纪中叶，著名的富兰克林风筝实验，第一次向人们揭林风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一种火花放示了雷电只不过是一种火花放电的秘密，通过大量实验取得电的秘密，通过大量实验取得卓越成就，建立了现代雷电学卓越成就，建立了现代雷电学说，认为雷击是云层中大量阴说，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、的现象。特别是利用高速摄影、自动录波、雷电定向定位等现自动录波、雷电定向定位等现代测量技术对雷电

2、进行的观测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研究，大大丰富了人们对雷电的认识。的认识。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，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应、机械效应和热从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。效应。 从电力工程的角度来看，最值得我们注意的从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故压，它是造成电力系统绝缘故障和

3、停电事故的主要原因之一的主要原因之一 ；（着重探讨）；（着重探讨）产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。导体熔断或通过电动力引起机械损坏。 第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压雷云的形成雷云的形成 雷电放电过程雷电放电过程 雷电参数雷电参数 雷电过电压的形成雷电过电压的形成一、雷云的形成一、雷云的形成 雷云的形成机理获得比较雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起广泛认同的是水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正荷分离现

4、象，大水珠带正电，小水沫电，小水沫 带负电，细微带负电，细微水沫被上升水沫被上升 气流带往高空，气流带往高空，形成大片形成大片 带负电的雷云。带负电的雷云。 雷云下部局部正电荷区。雷云下部局部正电荷区。 探测气球所测得的云中电荷分布表明，在雷探测气球所测得的云中电荷分布表明，在雷云的顶部往往充斥着正电荷。（另外一种起电机云的顶部往往充斥着正电荷。（另外一种起电机理解释）在离地面理解释）在离地面45km的高空，大气温度经常的高空，大气温度经常处于处于-10-20，因而此处的水分已变成冰晶，它，因而此处的水分已变成冰晶，它们与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电、空气带们与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电

5、、空气带正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细微碎片向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而微碎片向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气温已在温已在0以上，冰晶融化为带负电的水滴。以上，冰晶融化为带负电的水滴。整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位于雷云的下部、距地面于雷云的下部、距地面50010000m的范围内。的范围内。直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。雷电放电过程雷电

6、放电过程 作用于电力系统的雷电过电压最常见的作用于电力系统的雷电过电压最常见的（约（约90%）是由带负电的雷云对地放电引）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。导放电、主放电和余辉放电三个阶段。雷电放电就其本质而言是雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的一种超长气隙的火花放电火花放电。 雷电放电的发展过程雷电放电的发展过程先导先导：不连续性（分级先导），历时约

7、0.005 0.010 s。每一级先导发展速度相当高，但每发展到一定长度（平均约 50m）就有一个 10 100 s 的间隔。发展速度约为光速的 1/1000 。主放电主放电：时间 50 100 s，移动速度为光速的 1/20 1/2；主放电时电流可达数千安，最大可达200 300kA。 余辉余辉：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下移，称为余辉放电阶段。余辉放电电流仅数百安，但持续的时间可达 0.03 0.15 s。 三、雷电参数三、雷电参数 (一一)雷电活动频度雷电活动频度 雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时 雷暴日雷暴日Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为是一年中发生雷电的天数，以听到雷

8、声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。计为一个雷暴日。 雷暴小时雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在一是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。 一个雷暴日折合三个雷暴小时。一个雷暴日折合三个雷暴小时。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关貌有关 Td 40，多雷区；，多雷区； Td 90，强，强雷区雷区(二二)地面落雷密度地面落雷密度( )和雷击选择性和雷击选择性 表示每平方公里

9、地面在一个雷暴日受到的平均雷表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。击次数。我国标准对我国标准对Td 40的地区，取的地区，取 (三三)雷道波阻抗（雷道波阻抗（Z0）雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。波阻抗。主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的的雷道投射到雷击点的波过程。雷道投射到雷击点的波过程。 我国有关规程建议取我国有关规程建议取Z0 300 (四四)雷电的极性雷电的极性 负极性雷击

10、均占负极性雷击均占7590%，对设备绝缘危害较大，对设备绝缘危害较大,防雷计算中一般均按负极性考虑。防雷计算中一般均按负极性考虑。 (五五)雷电流幅值雷电流幅值 （ ）通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻( 30)的的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 的两倍，的两倍， 即即 。一般地区，雷电流幅值超过一般地区，雷电流幅值超过 的概率可按下式计算的概率可按下式计算 (六六)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间雷电流的波前时间T1处于处于14us的范围内，的范围内，平均为。波

11、长平均为。波长T2（半峰值时间）（半峰值时间） 处于处于20100us的范围内，多数为的范围内，多数为40us左右。左右。我国防雷设计采用的波形；在绝缘的冲击高我国防雷设计采用的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为。压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为。我国规定波前时间我国规定波前时间T1=2.6 us雷电流波前的平均陡度雷电流波前的平均陡度 (kA/us) 波前陡度的最大极限值一般可取波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左左右。右。 (八八)雷电的多重放电次数及总延续时间雷电的多重放电次数及总延续时间有有55的对地雷击包含两次以上的重复冲击；的对地雷击包含两次以上

12、的重复冲击；35次冲击者有次冲击者有25%；10次以上者有次以上者有4%。平均重复冲击次数取平均重复冲击次数取3次。次。一次雷电总延续时间，有一次雷电总延续时间，有50%小于。小于。(九九)放电能量放电能量放电能量其实不大，但是在极短时间内放出放电能量其实不大，但是在极短时间内放出的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返还给大自然。还给大自然。雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的云层对大地上的某一点发生猛烈放电，叫云层对大地上的某一点发

13、生猛烈放电，叫“直击直击雷雷”。当。当“直击雷直击雷”发生时，往往会对地面的物发生时，往往会对地面的物体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。另一种叫另一种叫“感应雷感应雷”，它的形成过程是由带电云，它的形成过程是由带电云层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当荷。当“雷电雷电”发生后，云层带电迅速消失，而发生后，云层带电迅速消失，而地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在，地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在，当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的瞬

14、间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称“感感应雷应雷”。“感应雷感应雷”造成的瞬间过电压，指在微造成的瞬间过电压，指在微秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。四、雷电过电压的形成 1.直击雷过电压 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已充电的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。图图 雷击大地时的计算模型雷击大地时的计算模型(a)(a)模拟先导放电模拟先导放电

15、(b) (b)模拟主放电模拟主放电 (c) (c)主放电通道电路主放电通道电路 (d) (d)等值电路等值电路+ 雷电先导通道中带有与雷云极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。 由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。主放电前 当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。先导中的电荷线密度主放电速度（实测表明，其速度约为倍光速）波阻抗主放电时雷击物体时电流波的运动 若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线时，则雷击

16、时电流的运动可描述如图，负极性电流波将自雷击点“0”沿被击物流动，同时，相同数量的正极性电流波将自雷击点“0”沿通道向上发展。2.感应雷过电压 由于雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图（a）所示当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到释放，以波的形式向导线两侧运动，如图（b）所示。 图 感感应雷雷过电压的形成的形成(a)先先导放放电阶段段 （b）主放）主放电阶段段在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，

17、但是由于负电荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的较小，可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 感应雷击过电压与相邻导线间的感应电压有感应雷击过电压与相邻导线间的感应电压有很大的

18、不同：很大的不同：（1）感应雷击过电压的极性一定与雷云的极性相）感应雷击过电压的极性一定与雷云的极性相反，而相邻导线间的感应电压的极性一定与感应源反，而相邻导线间的感应电压的极性一定与感应源相同。相同。（2）这种感应过电压一定要在雷云及其先导通道）这种感应过电压一定要在雷云及其先导通道中的电荷被中和后，才能出现，而相邻导线间的感中的电荷被中和后，才能出现，而相邻导线间的感应电压却与感应源同生同灭。应电压却与感应源同生同灭。（3）感应雷击过电压的波前平缓（）感应雷击过电压的波前平缓（T1=数微妙到数数微妙到数十微妙）、波长较长（十微妙）、波长较长（T2=数百微妙）。数百微妙）。（4）感应雷击过电

19、压在三相导线上同时出现，且）感应雷击过电压在三相导线上同时出现，且数值基本相等，故不会出现相间电位差和相间闪络；数值基本相等，故不会出现相间电位差和相间闪络；如幅值较大，也只可能引起对地闪络。如幅值较大，也只可能引起对地闪络。以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有接以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有接地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导线上地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导线上的感应过电压降低，因为在导线的附近出现了带地的感应过电压降低，因为在导线的附近出现了带地电位的避雷线，会使导线的对地电容电位的避雷线，会使导线的对地电容C增大，另一增大，另一方面，避雷线位于导线之上

20、，吸引了一部分电力线，方面，避雷线位于导线之上，吸引了一部分电力线，使导线上感应出来的束缚电荷使导线上感应出来的束缚电荷Q减少。导线的对地减少。导线的对地电压为电压为: U=Q/C显然显然Q的减少和的减少和C的增大将使电压的增大将使电压U降低。降低。另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线相另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线相当于在当于在“导线导线大地大地”回路的近旁增加了一个回路的近旁增加了一个“避避雷线雷线大地大地”短路环，因而部分抵消导线上的电磁短路环，因而部分抵消导线上的电磁感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁分量会受感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁分量会受到削弱。到削弱

21、。第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置避雷针和避雷线避雷针和避雷线 保护间隙和避雷器保护间隙和避雷器 防雷接地防雷接地现代电力系统中实际采用的防雷保护装置现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。组、消弧线圈、自动重合闸等等。一、避雷针和避雷线一、避雷针和避雷线电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为避雷针和避雷线（又称架空地线）。避雷针和避雷线（又称架空地线）。避雷

22、针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的保护对象；避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的保护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击。从而使被保护物体免遭雷击。保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围是相对

23、的，保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击（概）率，绕击指的是雷每一个保护范围都有规定的绕击（概）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我国有关规程电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于的绕击率。所推荐的保护范围对应于的绕击率。 避雷针的基本构成：避雷针的基本构成：一一个个独独立立避避雷雷针针由由接接闪闪器器、接接地地引引下下线线和和接接地地装装置置组组成成。接接闪闪器器是是指指避避雷雷针针最最上上端端12m长长的的一一段段，一一般般由由直直径径不不小小于于12mm的的圆圆钢钢或或直直径径不不小小于于2

24、0mm的的焊焊接接钢钢管管制制成成。接接地地引引下下线线是是连连接接接接闪闪器器和和接接地地装装置置的的一一段段导导体体，采采用用直直径径不不小小于于8mm的的圆圆钢钢或或截截面面积积不不小小于于48mm2、厚厚度度不不小小于于4mm的的扁扁钢钢制制作作。接接地地装装置置是是接接地地体体和和接接地地线线的的总总和和，是是为为了了降降低低接接地地电电阻阻而而完完成成的的接接地地整整体体。既既然然避避雷雷针针的的实实质质是是引引雷雷装装置置，所所以以接接闪闪器器没没有有必必要要作作得得很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。避雷线避雷线作用原理同避雷针，主要用于输电

25、线路的保护，作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也可用于保护发电厂和变电所也可用于保护发电厂和变电所保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护的半个圆锥体空间保护的半个圆锥体空间在架空输电线路上多采用保护角在架空输电线路上多采用保护角来表示避雷来表示避雷线的保护程度线的保护程度保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角，线的夹角， 越小，雷击导线的概率越小，对越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏蔽保护越可靠导线的屏蔽保护越可靠双根等高避雷针保护范围单根避雷针保护范围当 时：当 时：hx-被保护物体高度

26、；被保护物体高度； h-避雷针高度避雷针高度 P-高度修正系数高度修正系数双根不等高避雷针保护范围单根避雷线保护范围两平行避雷线保护范围避雷线保护角单支避雷针的保护范围是一个以其本体为轴线的曲单支避雷针的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，像一座圆帐篷。它的侧面边界线实际上线圆锥体，像一座圆帐篷。它的侧面边界线实际上是曲线，但我国规程建议近似地用折线来拟合，以是曲线，但我国规程建议近似地用折线来拟合，以简化计算。简化计算。不难看出：最大的保护半径即为地面上（不难看出：最大的保护半径即为地面上（hx=0）的保护半径的保护半径rg。从从h越高、修正系数越高、修正系数P越小可知：为了增大保护范

27、越小可知：为了增大保护范围，而一味的提高避雷针的高度并非良策，合理的围，而一味的提高避雷针的高度并非良策，合理的解决办法应是采用多支（等高或不等高）避雷针做解决办法应是采用多支（等高或不等高）避雷针做联合保护。联合保护。单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半径单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半径小得多小得多 ，这是因为它的引雷空间要比同样高度的，这是因为它的引雷空间要比同样高度的避雷针小。避雷针小。某变电所配电构架高某变电所配电构架高11m，宽，拟在构架侧，宽，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架至少至少5m。试计算避雷针最低高度。

28、试计算避雷针最低高度。二、保护间隙和避雷器二、保护间隙和避雷器避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的种类：避雷器的种类： 保护间隙：保护间隙： 用于限制大气过电压。一般用于用于限制大气过电压。一般用于配电配电 管型避雷器：系统、线路和发、变电所进线段管型避雷器：系统、线路和发、变电所进线段保护保护 阀型避雷器：发电厂、变电所保护；阀型避雷器：发电厂、变电所保护；220kV 以以下用于限制大气过电压，超高压系统用于限制下用于限制大气过电压，超高压系统用于限制内过电压或做内过电压后备保护内过电压或做内过电压后备保护 金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷

29、器（MOA）：）：对避雷器的基本技术要求对避雷器的基本技术要求正常运行时，避雷器内部如何隔离工作电压，正常运行时，避雷器内部如何隔离工作电压，过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保护（绝缘强度配合要由两者的伏秒特性的配合来保护（绝缘强度配合 V- V-S S曲线）曲线）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次过零时的工频续流，使系统恢复正常（绝缘强度的自恢过零时的工频续流，使系统恢复正常（绝缘强度的自恢复能力）复能力）以上两条对有间隙的避雷器（保护间隙、

30、管型避雷器、以上两条对有间隙的避雷器（保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器）是适宜的，对于阀型避雷器）是适宜的，对于MOAMOA的基本要求则不同的基本要求则不同无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残压应小于压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残压应小于被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长时间工频稳定被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长时间工频稳定性和过电压下的热稳定性性和过电压下的热稳定性二、保护间隙和避雷器二、保护间隙和避雷器 避雷器的理论依据：避雷器的理论依据： 感感应应雷雷或或入入侵侵波波作作

31、用用在在被被保保护护设设备备上上时时，可可能能使使设设备备的的绝绝缘缘破破坏坏，如如何何来来保护设备免受危险电压的破坏呢？保护设备免受危险电压的破坏呢？ 气气体体间间隙隙的的放放电电现现象象如如右右图图所所示示，两两个个间间隙隙在在同同一一个个冲冲击击电电压压的的作作用用下下，如如果果间间隙隙2总总是是先先于于间间隙隙1放放电电，即即间间隙隙2的的伏伏秒秒特特性性完完全全位位于于间间隙隙1的的伏伏秒秒特特性性曲曲线线的的下下面面，并并且且要要有有足足够够低低的的残残压压，那那么么先先放放电电的的间间隙隙2就就能能保保护护后后放放电电的的间间隙隙1，即即间间隙隙1是是被被保保护护设设备备，间间隙

32、隙2是是保保护护设设备备。于于是是发发明明了了第第一一种种避避雷雷器器保保护护间间隙隙。避避雷雷器器要要保保护护被被保保护护物物的的基基本本条条件件就就是是避避雷雷器器总总要要先先于于被被保保护护设设备放电，并且要有足够低的残压。备放电，并且要有足够低的残压。 （一）保护间隙（一）保护间隙保护间隙保护间隙当雷电波入侵时：当雷电波入侵时：间隙先击穿、工作母线接地间隙先击穿、工作母线接地过电压消失后：过电压消失后： 间隙中仍有由工作电压间隙中仍有由工作电压所产生的工频电弧电流所产生的工频电弧电流续流续流缺点：缺点： 1）伏秒特性很陡；）伏秒特性很陡； 2）保护间隙没有专门）保护间隙没有专门的灭弧装

33、置的灭弧装置 3）产生大幅值的截波。）产生大幅值的截波。通常把间隙的电极做成角型，它有助于使工频电通常把间隙的电极做成角型，它有助于使工频电弧在电动力和上升热气流的作用下，向上运动并弧在电动力和上升热气流的作用下，向上运动并拉长，以利于电弧的自熄。为了防止主间隙被外拉长，以利于电弧的自熄。为了防止主间隙被外物（例如小鸟）短接而引起误动作，在下方还串物（例如小鸟）短接而引起误动作，在下方还串接了一个辅助间隙接了一个辅助间隙2。目前仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果目前仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场合，例如那些低压配电网和中性点非有效接的场合，例如那些低压配电网和中性点非有效接地电

34、网中。地电网中。 当雷电波入侵时，间隙先击穿，工作母线接地，避当雷电波入侵时，间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。 过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生的工过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生的工频短路电流（称为续流），由于间隙的熄弧能力差，往频短路电流（称为续流），由于间隙的熄弧能力差，往往不能自行熄灭，将引起断路器的跳闸，这样，虽然保往不能自行熄灭，将引起断路器的跳闸，这样，虽然保护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成线路跳闸护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成线路跳闸事故，破坏系统的工作可靠性。

35、事故，破坏系统的工作可靠性。 此外，间隙间的电场是极不均匀电场，又裸露在大此外，间隙间的电场是极不均匀电场，又裸露在大气环境中，受气象条件的影响很大，因此它的伏秒特性气环境中，受气象条件的影响很大，因此它的伏秒特性很陡，且分散性大，这将直接影响到它的保护效果。很陡，且分散性大，这将直接影响到它的保护效果。 还有当间隙被击穿后是直接接地，将会有截波产生，还有当间隙被击穿后是直接接地，将会有截波产生，不能用来保护有绕组的设备。由于它有以上的不足，也不能用来保护有绕组的设备。由于它有以上的不足，也就限制了它的使用范围。就限制了它的使用范围。 通常可将间隙配合自动重合闸使用。通常可将间隙配合自动重合闸

36、使用。（二）管式避雷器（二）管式避雷器（亦称排气式避雷器，用于输电线路亦称排气式避雷器，用于输电线路） 它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙，其基本元它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙，其基本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接一只外火件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接一只外火花间隙。花间隙。增设火花间隙增设火花间隙F2F2的目的是为了在正常运行时把消弧管与工的目的是为了在正常运行时把消弧管与工作电压隔开，以免管子加速老化或在管壁受潮时发生沿面作电压隔开，以免管子加速老化或在管壁受潮时发生沿面放电。放电。外间隙内间隙1产气管；2胶木管套；3棒电极；4环形电极；5贮气室

37、；6动作指示器 管由纤维、塑料或橡胶等产气材料制成。管由纤维、塑料或橡胶等产气材料制成。 雷击时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；雷击时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，内外间隙的击穿状态将由导线上的工作电压过电压消失后，内外间隙的击穿状态将由导线上的工作电压所维持，此时流经间隙的工频电弧电流为工频续流，其值为所维持，此时流经间隙的工频电弧电流为工频续流，其值为管型避雷器安装处的短路电流，工频续流电弧的高温，使管管型避雷器安装处的短路电流，工频续流电弧的高温，使管内产生大量气体，其压力可达数十以至上百个大气压，气体内产生大量气体，其压力可达数十以至上百个大气压，气

38、体从开口端喷出，强烈地吹动电弧，使其在工频续流第一次经从开口端喷出，强烈地吹动电弧，使其在工频续流第一次经过零值时熄灭。过零值时熄灭。 管型避雷器的熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大管型避雷器的熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大产气过多，管内气压太高将造成管子炸裂；续流太小，产气产气过多，管内气压太高将造成管子炸裂；续流太小，产气过少，管内气压太低不足以熄弧，故管型避雷器熄灭工频续过少，管内气压太低不足以熄弧，故管型避雷器熄灭工频续流有上下限的规定，通常在型号中表明。流有上下限的规定，通常在型号中表明。缺点：缺点： 1 1）续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂）续流太小时不能灭弧

39、，太大时产气过多，使管子爆裂 2 2）伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似）伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似 维护较麻烦维护较麻烦 3 3）应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和）应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电厂的进线段保护中。用于变电所、发电厂的进线段保护中。(三三)普通阀式避雷器普通阀式避雷器 变电所的防雷保护主要依变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器，其主要由靠阀式避雷器，其主要由火花间隙火花间隙F及与之串联的及与之串联的工作电阻工作电阻R（阀片）两大（阀片）两大部分组成。间隙冲击放电部分组成。间隙冲击放电电压低于被保护设备的冲电压低于被保护

40、设备的冲击耐压强度。击耐压强度。阀型避雷器的基本工作原理如下：阀型避雷器的基本工作原理如下：在电力系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，在电力系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免由母线的工作电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧以免由母线的工作电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧坏。当系统中出现过电压且其峰值超过间隙放电电压时，坏。当系统中出现过电压且其峰值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片（碳化间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片（碳化硅硅SiC，亦称金刚砂为主要原料）的非线性特性，亦称金刚砂为主要原料）的非线性特性，故在阀片上产生的压降

41、（残压）将得到限制，使其低于被故在阀片上产生的压降（残压）将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备就得到了保护。当过电压消失保护设备的冲击耐压，设备就得到了保护。当过电压消失后，间隙中由工作电压产生的工频电弧电流（工频续流）后，间隙中由工作电压产生的工频电弧电流（工频续流）将继续流过避雷器，此续流受阀片电阻的非线性特性所限将继续流过避雷器，此续流受阀片电阻的非线性特性所限制远小于冲击电流，使间隙能在工频续流在第一次经过零制远小于冲击电流，使间隙能在工频续流在第一次经过零值时就将电流切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的值时就将电流切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的切断不超过半个工频周

42、期，继电保护来不及动作系统就已切断不超过半个工频周期，继电保护来不及动作系统就已恢复正常。恢复正常。特点：特点： 对工作电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，对工作电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。 当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀片流入大地；之后，阀片仅受到工频电压作用，由于非线性片流入大地；之后，阀片仅受到

43、工频电压作用，由于非线性关系，阀片电阻值增高，使流过的工频续流受到限制，并在关系，阀片电阻值增高，使流过的工频续流受到限制，并在第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。注意：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，注意：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，因此电网在整个过程均保持正常供电。因此电网在整个过程均保持正常供电。 阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波; ; 阀式避雷器 阀式避雷器

44、是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。它分普通型和磁吹型两大类。 普通阀式避雷器的单个火花间隙结构如图所示，电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为，间隙电场接近均匀电场，单个间隙的工频放电电压约为3.0kV(有效值)。 普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（火花间隙、非线性电阻火花间隙、非线性电阻）单个火花间隙的结构单个火花间隙的结构a.保证间隙中保证间隙中的电场为均匀的电场为均匀电场，伏秒特电场，伏秒特性平缓；性平缓；b.电电晕可缩短间隙晕可缩短间隙放电时间放电时间 多个短间隙串联易多个短间隙串联易于切断工频续流。于切断工频续流。（复合与散热）（

45、复合与散热） 多个间隙串联电压分布多个间隙串联电压分布不均匀，使避雷器灭弧不均匀，使避雷器灭弧能力降低。可使用并联能力降低。可使用并联电阻使电压分布均匀。电阻使电压分布均匀。 a. 当电流增大时，阀片呈现当电流增大时，阀片呈现低阻值，使避雷器上电压降低阻值，使避雷器上电压降低，增加了避雷器的保护效低，增加了避雷器的保护效果。果。b. 希望在工频电压升高希望在工频电压升高后流过间隙阀片的续流不超后流过间隙阀片的续流不超过规定值，此时阀片呈现的过规定值，此时阀片呈现的电阻要有足够的数值。电阻要有足够的数值。 阀式避雷器的火花间隙由大量单元间隙串联组成，阀式避雷器的火花间隙由大量单元间隙串联组成，例

46、如例如110kv避雷器中，上述单元间隙的数目就达避雷器中，上述单元间隙的数目就达到到96只。只。多重间隙是一电容链式电路，多重间隙是一电容链式电路， 由于间隙各电极对由于间隙各电极对地和对高压端有寄生电容存在，电压沿这种电路地和对高压端有寄生电容存在，电压沿这种电路的分布是很不均匀的，对阀式避雷器来说，在冲的分布是很不均匀的，对阀式避雷器来说，在冲击放电过程中，电压沿着多重间隙的不均匀分布击放电过程中，电压沿着多重间隙的不均匀分布是有好处的，因为它能降低整个火花间隙的冲击是有好处的，因为它能降低整个火花间隙的冲击放电电压，使各个单元间隙迅速地相继击穿，为放电电压，使各个单元间隙迅速地相继击穿，

47、为保护绝缘提供可靠的保护。保护绝缘提供可靠的保护。另一方面，这一现象对火花间隙的工频击穿特性另一方面，这一现象对火花间隙的工频击穿特性和灭弧性能却是不利的，因为电压的不均匀分布和灭弧性能却是不利的，因为电压的不均匀分布使得整个火花间隙的工频击穿电压降低了、续流使得整个火花间隙的工频击穿电压降低了、续流的灭弧条件恶化了。的灭弧条件恶化了。为解决这个问题，在火花间隙加装分路电阻。为解决这个问题，在火花间隙加装分路电阻。在工频电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分在工频电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分路电阻阻值较小，故间隙上电压分布均匀，从而路电阻阻值较小，故间隙上电压分布均匀，从而提高了熄弧电压

48、和工频放电电压。提高了熄弧电压和工频放电电压。在冲击电压的作用下，间隙电容的阻抗小于分路在冲击电压的作用下，间隙电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布主要取决于电容分布，电阻，间隙上的电压分布主要取决于电容分布，由于间隙对地和对瓷套寄生电容的存在，使电压由于间隙对地和对瓷套寄生电容的存在，使电压分布很不均匀，因此其冲击放电电压较低。分布很不均匀，因此其冲击放电电压较低。采用分路电阻均压后，在工作电压作用下，分路采用分路电阻均压后，在工作电压作用下，分路电阻将长期有电流流过，因此分路电阻必须有足电阻将长期有电流流过，因此分路电阻必须有足够的热容量。分路电阻亦应是非线性的，其主要够的热容量。分路

49、电阻亦应是非线性的，其主要原料是原料是SiC。我国生产的普通阀式避雷器有我国生产的普通阀式避雷器有FS和和FZ两种系列两种系列配电所型配电所型FS结构特点：有火花间隙和阀片，但无分路电阻，阀片直径结构特点：有火花间隙和阀片，但无分路电阻，阀片直径55mm,额定电压：额定电压：3，6，10kv应用范围：配电网中变压器、电缆头、柱上开关等设备的应用范围：配电网中变压器、电缆头、柱上开关等设备的保护。保护。变电所型变电所型FZ 结构特点：有火花间隙、阀片和分路电阻，阀片直径结构特点：有火花间隙、阀片和分路电阻，阀片直径100mm 额定电压：额定电压：3220kv 应用范围：应用范围：220kv及以下

50、变电所电气设备的保护及以下变电所电气设备的保护避雷器的参数避雷器的参数1、额定电压：指使用此避雷器的电网额定电压，也、额定电压：指使用此避雷器的电网额定电压，也就是正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压。就是正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压。2、灭弧电压：是指保证避雷器在工频续流第一次经、灭弧电压：是指保证避雷器在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高过零值时灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。灭弧电压应该大于避雷器安装点可能出工频电压。灭弧电压应该大于避雷器安装点可能出现的最大工频电压。现的最大工频电压。3、冲击放电电压：在冲击电压作用下避雷器的放、冲击

51、放电电压：在冲击电压作用下避雷器的放电电压幅值。电电压幅值。4、工频放电电压：指工频电压作用下避雷器发生、工频放电电压：指工频电压作用下避雷器发生放电的电压（有效）值，它表明间隙的绝缘强度。放电的电压（有效）值，它表明间隙的绝缘强度。5、残压：、残压：冲击电流流过避雷器时，在阀片电阻上冲击电流流过避雷器时，在阀片电阻上产生的最大压降。产生的最大压降。 阀式避雷器的保护水平：阀式避雷器的保护水平：表示该避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。表示该避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。是指残压、标准雷电波（是指残压、标准雷电波（）下冲击放电电压和陡波）下冲击放电电压和陡波（1200kV/us）冲击

52、放电电压（除以系数）冲击放电电压（除以系数）三者中）三者中的最大值。的最大值。阀式避雷器的冲击系数阀式避雷器的冲击系数 ：冲击放电电压与工频放电电压幅值之比。冲击放电电压与工频放电电压幅值之比。切断比：避雷器间隙的工频放电电压（下限）与续切断比：避雷器间隙的工频放电电压（下限）与续流过零后间隙所能承受的最大工频电压（灭弧电压）流过零后间隙所能承受的最大工频电压（灭弧电压）之比，其值越小越好。之比，其值越小越好。保护比：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越保护比：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越好。好。 （四）磁吹阀式避雷器（四）磁吹阀式避雷器 提高避雷器切断工频续流值的方法之一是提高避雷器

53、切断工频续流值的方法之一是“磁吹磁吹”，即，即利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间隙灭弧能力。隙灭弧能力。 1电极；2灭弧盒；3分路电阻；4灭弧栅；5主间隙；6磁吹线圈；7辅助间隙 间隙由一对角形电极间隙由一对角形电极 1 组成，组成，磁场是轴向的，续流电弧被轴向磁场是轴向的，续流电弧被轴向磁场力拉长，吹入灭弧栅磁场力拉长，吹入灭弧栅 4，电，电弧最终长度可达起始长度的数十弧最终长度可达起始长度的数十倍，灭弧盒倍，灭弧盒2 用陶瓷或云母、玻用陶瓷或云母、玻璃等材料制成，电弧在灭弧栅中璃等材料制成，电弧在灭弧栅中受到强烈的去游离

54、作用，因而电受到强烈的去游离作用，因而电弧电阻很大，能起到限制续流的弧电阻很大，能起到限制续流的作用，故称为限流间隙，它可切作用，故称为限流间隙，它可切断断 450A 左右的续流。左右的续流。 磁吹避雷器是如何产生磁吹的？磁吹避雷器是如何产生磁吹的？ 磁场是由与间隙串联的磁吹线圈产生的：在过电压作磁场是由与间隙串联的磁吹线圈产生的：在过电压作用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，在线圈上用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，在线圈上产生很大的压降，使辅助间隙击穿，放电电流经过辅助间产生很大的压降，使辅助间隙击穿，放电电流经过辅助间隙、主间隙、阀片而流入大地；隙、主间隙、阀片而流入大地；

55、 在工频续流通过时，磁吹线圈上的压降不足以维持辅在工频续流通过时，磁吹线圈上的压降不足以维持辅助间隙中电弧的燃烧，工频续流很快转入磁吹线圈中，即助间隙中电弧的燃烧，工频续流很快转入磁吹线圈中，即工频续流是通过主间隙、磁吹线圈、阀片流入大地的，续工频续流是通过主间隙、磁吹线圈、阀片流入大地的，续流在磁吹线圈中产生磁吹。流在磁吹线圈中产生磁吹。 磁吹避雷器采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通磁吹避雷器采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。流能力较大的高温阀片。 目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种：目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种： FCD FCD型型-保护旋转电机保护

56、旋转电机 电压一般电压一般2-15KV2-15KV FCZ FCZ型型-保护高压设备保护高压设备 电压一般电压一般35-500KV35-500KV（五）金属氧化物避雷器（五）金属氧化物避雷器图 氧化锌阀片的伏安特性ZnO避雷器的特性曲线ZnO避雷器具有显著的非线性伏安特性。当过电压袭来时，ZnO避雷器电流剧增，有效地吸收过电压的能量并遏制住系统电压的上升趋势。ZnO避雷器的结构ZnO避雷器中起主要作用的非线性电阻元件由多片ZnO阀片堆叠而成，根据电压等级的不同堆叠层数也不同。图中给出是目前最为先进的硅橡胶复合外套避雷器的简化结构。绝大部分情况下，避雷器在系统中的连接都是星形接法。星形接法下长期

57、工作中的避雷器承受的是相电压。避雷器的接地要求绝对可靠7070年代初期出现了氧化锌避雷器，其阀片以氧化年代初期出现了氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，经高温焙烧而成。经高温焙烧而成。无间隙无间隙ZnOZnO避雷器与传统的有串联间隙的避雷器与传统的有串联间隙的SiCSiC相比相比的优点：的优点： （1 1）无间隙）无间隙 在工作电压作用下，氧化锌实际上相当一绝在工作电压作用下，氧化锌实际上相当一绝缘体，因而工作电压不会使氧化锌阀片烧坏，所缘体，因而工作电压不会使氧化锌阀片烧坏，所以可以不用串联间隙来隔离工作电压。以可以不

58、用串联间隙来隔离工作电压。 由于无间隙，当然也就没有因串联间隙而带由于无间隙，当然也就没有因串联间隙而带来的一系列问题。如污秽、内部气压变化对间隙来的一系列问题。如污秽、内部气压变化对间隙的电位分布和放电电压的影响等。的电位分布和放电电压的影响等。 同时，因无间隙，故大大改善了陡波下的响同时，因无间隙，故大大改善了陡波下的响应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增加应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增加而增大的问题，提高了对设备保护的可靠性。而增大的问题，提高了对设备保护的可靠性。（2 2）无续流）无续流 当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值（此值当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值（此值

59、称为起始动作电压）时，将发生称为起始动作电压）时，将发生“导通导通”，其后，氧，其后，氧化锌阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当化锌阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压以下时，氧化锌的系统电压降至起始动作电压以下时，氧化锌的“导通导通”状态终止，又相当于一绝缘体，因此不存在工频续状态终止，又相当于一绝缘体，因此不存在工频续流。流。（3 3）电气设备所受过电压可以降低）电气设备所受过电压可以降低 氧化锌避雷器在整个过电压过程中都有电流流过，氧化锌避雷器在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压。因此降低了作用在变电站电气设备上的过

60、电压。（4 4）通流容量大）通流容量大 由于氧化锌阀片的通流能力大（必要时也可采用由于氧化锌阀片的通流能力大（必要时也可采用两柱或三柱阀片并联），提高了避雷器的动作负载能两柱或三柱阀片并联），提高了避雷器的动作负载能力，因此可以用来限制内部过电压。力，因此可以用来限制内部过电压。（5 5）氧化锌避雷器特别适用于直流保护）氧化锌避雷器特别适用于直流保护 因为直流续流不像工频续流那样会通过自然零因为直流续流不像工频续流那样会通过自然零点，所以串联间隙型直流避雷器难于熄弧，氧化锌点，所以串联间隙型直流避雷器难于熄弧，氧化锌避雷器则就没有熄弧问题。因无续流熄弧问题，氧避雷器则就没有熄弧问题。因无续流熄

61、弧问题，氧化锌避雷器也运用于多雷区，多重雷击区。此外，化锌避雷器也运用于多雷区，多重雷击区。此外，氧化锌避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维氧化锌避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维护方便，使用寿命长。护方便，使用寿命长。氧化锌避雷器氧化锌避雷器 高压避雷器（高压避雷器（HY5WS-17/50、Y5WS-17/50、）、） 高压避雷器（高压避雷器（HY5WS-10/30、Y5WZ-51/134、HY5WZ-51/134） 低压避雷器低压避雷器（、） 三、防雷接地三、防雷接地“地地”和和“接地接地”的概念的概念1、电气地：大地是一个电阻非常低、电容量非常、电气地：大地是一个电阻非常低、电容量

62、非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种电气系统中的参考电位体。这种“地地”是是“电气电气地地”，并不等干，并不等干“地理地地理地”，但却包含在，但却包含在“地理地理地地”之中。之中。“电气地电气地”的范围随着大地结构的组的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。成和大地与带电体接触的情况而定。2、地电位：与大地紧密接触并形成电气接触的一、地电位：与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，

63、个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。当流入地中的电流也可采用铜棒或铜板。当流入地中的电流I通过接通过接地极向大地作半球形地极向大地作半球形 散开时，由于这半球形的球散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处极或碰地处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存

64、在，不再有什么电经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的于零的“电气地电气地”称为称为“地电位地电位”。若接地极不是。若接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述 20m 的距离可能会增大。在接地极分布很密的地方，很的距离可能会增大。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。难存在电位等于零的电气地。3、逻辑地：电子设备中各级电路电流的传、逻辑地：电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个输、信息转换要求有一个参考的电位，

65、这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为这个电位为“逻辑地逻辑地”。这个。这个“地地”不一定不一定是是“地理地地理地”，可能是电子设备的金属机壳、，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而触，也可不接触，而“电气地电气地”必须与大地必须与大地接触。接触。4、接地：将电力系统或电气装置的某一部、接地：将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为分经接地线连接到接地极称为“接地接地”。

66、有。有时为了安全保护的需要，将装置外导电部分时为了安全保护的需要，将装置外导电部分与接地线相连进行接地。在正常情况下的不与接地线相连进行接地。在正常情况下的不同电位点间，由于阻抗可忽略不计的故障产同电位点间，由于阻抗可忽略不计的故障产生的过电流称为短路电流，例如相线和中性生的过电流称为短路电流，例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相线间产生金属性短路所产生的电流称为单相短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故障电流，流入大地的故障电流称为接地故障障电流，流入大地的故障电流称为接地故障电流。电流。电气接地电气接地1 1概述概述 电工中电工中“地地

67、”是指地中不受入地电流的影响而保持是指地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。电气设备导电部分和非导电部分与大着零电位的土地。电气设备导电部分和非导电部分与大地的人为连接称为接地。与大地土壤直接接触的金属导地的人为连接称为接地。与大地土壤直接接触的金属导体或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地部分体或金属导体组称为接地体：联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接地线统称与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接地线统称为接地装置。为接地装置。 电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地

68、。所有电气设备应按规定进行可靠接地。 2.2.电力系统的接地分为三类：电力系统的接地分为三类：1 1）工作接地：电力系统正常工作需要而设置的接地为了）工作接地：电力系统正常工作需要而设置的接地为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠的工作而进行的接保证电气设备在正常和事故情况下可靠的工作而进行的接地称为工作接地，如中性点直接接地和间接接地以及零线地称为工作接地，如中性点直接接地和间接接地以及零线的重复接地、防雷接地等都是工作接地。的重复接地、防雷接地等都是工作接地。0.510 0.510 2 2）保护接地：为了保证人身安全，避免发生人体触电事）保护接地：为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将

69、电气设备的金属外壳与接地装置联接的方式称为保故，将电气设备的金属外壳与接地装置联接的方式称为保护接地。当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接护接地。当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流经接地体地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流经接地体进入大地，只有很小部分流过人体，不致对人的生命造成进入大地，只有很小部分流过人体，不致对人的生命造成危害。危害。 110 110 3 3）防雷接地：将雷电流顺利泄入地下，以减小它所引起）防雷接地：将雷电流顺利泄入地下，以减小它所引起的过电压。的过电压。 130 130接地电阻接地电阻Re等于从接地体到地下

70、远处零位面之间等于从接地体到地下远处零位面之间的电压的电压Ue与流过的工频或直流电流与流过的工频或直流电流Ie之比之比冲击接地电阻冲击接地电阻 ，工频或直流下的接地电阻，工频或直流下的接地电阻 ，二，二者之比称为冲击系数者之比称为冲击系数 ， 其值一般小于其值一般小于1，但在接地体很长时也有可能大于但在接地体很长时也有可能大于1。 区别之一：雷电流幅值大 雷电流幅值大，就会使地中电流密度增大，因而提高了土壤中的电场强度，在接地体附近尤为显著。若此电场强度超过土壤击穿场强时，在接地体周围的土壤中便会发生局部火花放电，使土壤导电性增大，接地电阻减小。因此，同一接地装置在幅值甚高的冲击电流作用下，其

71、接地电阻要小于工频电流下的数值。 这种效应称为火花效应火花效应。 防雷接地与保护接地、工作接地的两点区别：l雷电流幅值大l雷电流的等值频率高区别之二：雷电流的等值频率高 雷电流等值频率较高，使接地体自身电感的影响增加，阻碍电流向接地体远端流通，对于长度长的接地体，这种影响更加明显。结果会使接地体得不到充分利用，使接地装置的电阻值大于工频接地装置电阻值。 这种现象称为电感影响。 由于上述两方面的原因，同一接地装置在冲击和工频电流作用下，将具有不同的电阻值。 用冲击系数表示两者的关系：工频电流下的电阻冲击电流下的电阻（应为阻抗，习惯称为冲击接地电阻），指接地体上的冲击电压幅值与流经该接地体中的冲击

72、电流幅值之比值。 与接地体的几何尺寸、雷电流的幅值和波形以及土壤电阻率有关，一般依靠实验确定。在一般情况下，由于火花效应大于电感效应，其值小于1，但对电感影响明显的情况，也有时大于等于1。 接地装置由埋入地中的接地接地装置由埋入地中的接地体和连接到设备接地部分的接地线体和连接到设备接地部分的接地线组成。当接地装置中流过电流时，组成。当接地装置中流过电流时，接地电流经过接地体以电流场的形接地电流经过接地体以电流场的形式向四处扩散。由于大地不是理想式向四处扩散。由于大地不是理想的导体，它具有一定的电压降。离的导体，它具有一定的电压降。离电流注入点越远，地中电流的密度电流注入点越远，地中电流的密度越

73、小，因此可以认为在相当远（或越小，因此可以认为在相当远（或叫无穷远）处，地中电流密度已接叫无穷远）处，地中电流密度已接近零。电场强度也接近零，该处的近零。电场强度也接近零，该处的电位为零电位。电位为零电位。 由此可见，当接地点有电流流由此可见，当接地点有电流流入大地时该点相对于远处的零电位入大地时该点相对于远处的零电位来说，将具有确定的电位升高。来说，将具有确定的电位升高。降低接地电阻的原因 此时地面上的接地物体（如变压器外壳），也具有电位 ，因而不利于电气设备的绝缘以及人身安全，这就是为什么要力求降低接地电力求降低接地电阻阻的原因。接地电阻接地点处的电位 接地电流 3接地电阻接地电阻 接地的

74、电气设备通过接地装置和大地之间的电阻称为接地电接地的电气设备通过接地装置和大地之间的电阻称为接地电阻，包含五个部分：阻，包含五个部分： （1）电气设备和接地线的接触电阻。）电气设备和接地线的接触电阻。 （2）接地线本身的电阻。）接地线本身的电阻。 （3）接地体本身的电阻。）接地体本身的电阻。 （4）接地体和大地的接触电阻。）接地体和大地的接触电阻。 （5）大地的电阻。）大地的电阻。 不同的电气设备对接地电阻有不同的要求：不同的电气设备对接地电阻有不同的要求： （1）大接地短路电流系统）大接地短路电流系统 （2）容量在）容量在100kVA以上的变压器或发电机以上的变压器或发电机R4 （3）阀型避

75、雷器）阀型避雷器R5 （4）低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地）低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地R30 准确数字参照相关技术规范要求准确数字参照相关技术规范要求4装设接地装置的要求装设接地装置的要求 （1）接地线一般用）接地线一般用40mm4mm的镀锌扁钢。的镀锌扁钢。 （2）接地体用镀锌钢管或角钢。钢管直径为）接地体用镀锌钢管或角钢。钢管直径为50mm，管壁厚不小于，长度，管壁厚不小于，长度23m。角钢以。角钢以50mm50mm5mm为宜。为宜。 （3）接地体的顶端距地面，以避开冻土层，钢管）接地体的顶端距地面，以避开冻土层，钢管或角钢的根数视接地体周围的土壤电阻率而定，一般不或角钢的根数

76、视接地体周围的土壤电阻率而定，一般不少于两根，每根的间距为少于两根，每根的间距为35m （4）接地体距建筑物的距离在以上，与独立避雷针）接地体距建筑物的距离在以上，与独立避雷针接地体的距离大于接地体的距离大于3m。 （5）接地线与接地体的联接应使用搭接焊。）接地线与接地体的联接应使用搭接焊。5 5降低土壤电阻率的方法降低土壤电阻率的方法 （1 1）改变接地体周围的土壤结构）改变接地体周围的土壤结构: : 在接地体在接地体周围的土壤周围的土壤2 23m3m范围内，掺入不容于水的、有良范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、矿渣等，可使电阻率好吸水性的物质，如木炭、矿渣等，可使电阻率降

77、低到原来的降低到原来的1/51/51/101/10。 （2 2）用食盐、木炭降低土壤电阻率）用食盐、木炭降低土壤电阻率: : 用食盐、用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约101015cm15cm厚，再铺厚，再铺2 23cm3cm的食盐，共的食盐，共5 58 8层。铺好后层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/31/31/51/5。 （3 3）用长效化学降阻剂）用长效化学降阻剂: : 此法可使土壤电阻率此法可使土壤电阻率降至原来的降至原来的40%40%。6. 接地电阻测试检查接地电阻测试检查: 电气设备的接

78、地电阻应在每年的春、秋两季雨水较少时各测电气设备的接地电阻应在每年的春、秋两季雨水较少时各测试一次，确保接地合格。一般采用专门仪表（如试一次，确保接地合格。一般采用专门仪表（如ZC-8接地电阻测接地电阻测试仪）测试，也可采用电流表试仪）测试，也可采用电流表-电压表法测试。电压表法测试。 另外检查的内容有：另外检查的内容有： （1）联接螺栓是否松动、锈蚀。）联接螺栓是否松动、锈蚀。 （2）地面以下的接地线、接地体的腐蚀情况，是否脱焊。）地面以下的接地线、接地体的腐蚀情况，是否脱焊。 （3）地面的接地线有无损伤、断裂、腐蚀等。）地面的接地线有无损伤、断裂、腐蚀等。 7. 接地的作用接地的作用 防止

79、人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。常见的一些接地体的工频接地电阻计算公式常见的一些接地体的工频接地电阻计算公式1、单根垂直接地体、单根垂直接地体 2、多根垂直接地体、多根垂直接地体3、水平接地体、水平接地体(二二)防雷接地及有关计算防雷接地及有关计算防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。接地体单位长度电感接地体单位长度电感L0，压降，压降L0di/dt很可观，使很可观，使接地体变成非等电位物体。接地体变成非等电位物体。 L0的影响使伸长接地的影响使伸长接地体的冲击接地电阻体的冲击接地电阻Ri增大；接地体周围会出现一增大；接地体周围会出现一个火花放电区，使冲击接地电阻个火花放电区，使冲击接地电阻Ri变小。两者对变小。两者对接地电阻的影响相反。看两个因素的相对强弱而接地电阻的影响相反。看两个因素的相对强弱而定。定。