第八章雷电及防雷装置

1、1第八章 雷电及防雷装置2 8- 1 雷电参数3雷电放电描述u雷电放电由带电荷的雷云引起u大多数的放电发生在雷云之间不危险u少数的放电发生在雷云和大地之间危险u对地放电的雷云大多数带负电荷，实测90u 理解以下几点：雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程人们能够测知的电量，主要是流过被击物体的电流4一、雷电放电的等值电路开关S闭合前后对应不同的雷电放电阶段（先导放电和主放电）。先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波阻抗为z0(300)主放电过程，自雷云通过雷电通道向地面传播的电磁波（u0、i0

2、）到达A点由c图得出其彼德逊等值电路5能够测知的电量，主要是流过被击物的电流。国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流。物体的电流定义为雷电流。ZZZiiL00Z0iLZ0ZA雷电流源被击电路3000Zi6二、雷电流的波形雷电流的波形和极性l 90%左右为负极性波形参数l波头时间：15sl波长时间：20100s，平均50s，大于50s 的为1830%l我国在防雷保护中采用的波形：2.6/50sl55%的落雷包含两次以上冲击，35次冲击占25%，10次以上占4%，平均重复3次，最高纪录可达42次7u雷电流幅值的累积概率分布n现行标准：n陕

3、南以外的西北地区及内蒙古： u雷电流的平均陡度和幅值线性相关88/lgLIP44/lgIPskAI/ 6 . 28三、雷电参数雷暴日（雷暴小时）：一年中有雷电的日数雷暴日（雷暴小时）：一年中有雷电的日数（小时数）。（小时数）。 不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为强雷区。 地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次数。受雷击的次数。 Td：雷暴日数我国取=0.07(40雷电日)，国外一般取0.10.23 . 1023. 0dT9输电线路落雷次数：每100km输电线路每年遭受雷击的次数。dThbN10010004次/（100km年）

4、式中：h为避雷线的平均高度（m）；b为两避雷线之间的距离（m）。10 8- 2 避雷针避雷线的保护范围11为了让电力设备的的绝缘能够承受高达数十万伏、甚至数兆伏的过电压，通常装设各种防雷保护装置。在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、避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。12一、 单支避雷针 hhx hah/21.5h hx 水平面上保护 范围的截面当 hxh/2 时： rx=(h-hx)P hxh/2 时： rx=(1.5h-2hx)Ph避雷器的高度（m）P高度修正系数当h 30m时 P=1 300mh 120m时,

5、hhP5 . 53013二、 两支等高避雷针这时的保护范围不是两支避雷针的保护范围简单相加而是有所扩大。R0 D/7P O hah hx rx h0 h/2 O D 1.5h h0 hx bx 1.5h0OO截面bx bx 两支等高避雷针的联合保护范围14两针之间的保护范围可利用下式求得式中h避雷针的高度； h0两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度； 2bx在在高度hx的水平面上，保护范围的最低宽度；一般两针间的距离D不宜大于5h。)(5.1070 xxPDhhbhh15三、两支不等高避雷针和两支等高避雷针类似。16四、三支或更多支避雷针17五、 单根避雷线 hhx ha h/2h hrx

6、rxrx单根避雷线的保护范围(当h30m时, =25o)当hxh/2 rx=0.47(h-hx)P当hxh/2 rx=(h-1.53hx)P18六、两根等高避雷线这时的保护范围如图所示 hhx ha h/ 2 h0 D/ 2 R0 1 2 Orx h D两根等高避雷线的联合保护范围19保护架空线输电线路的避雷线保护范围还有一种更简单的表达方式，即采用它的保护角保护角 。 所谓保护角系指避雷线和边所谓保护角系指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的相导线的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角，保护角越铅垂线之间的夹角，保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效。作用越有效

7、。20线路的保护角线路的保护角u2030o即可认为导线处于避雷线的保护范围内u220330kV：20ou500kV：15o21 8- 3 避雷器22u避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。u避雷器的保护原理与避雷针不同。它实质上是一种放电限压器放电限压器。u避雷器并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备免遭击穿损坏。23u具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合u应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使系统得以继续运行 避雷器的基本要求24 (a) (b)

8、(c) 1电气设备的伏秒特性； 2避雷器的伏秒特性3 电气设备上可能出现的最高工频电压 避雷器与电气设备的伏秒特性配合251. 保护间隙2. 管式（排气式）避雷器3. 阀型避雷器4. 氧化锌避雷器避雷器的分类26避雷器保护作用原理示意 1 保护间隙 2 排气式避雷器 3 阀型避雷器4 氧化锌避雷器 5 被保护电气设备27u保护间隙没有专门的灭弧装置，可和自动重合闸配合使用u管型避雷器带有产气式灭弧管，可以熄灭更大的工频电弧主要的缺陷：u 动作时产生很陡的截波，对如电机和变压器等高压设备的纵绝缘造成严重危害u 间隙放电的伏秒特性很陡，很难用来保护伏秒特性比较平坦的设备绝缘（如SF6为绝缘介质的电

9、气设备）1. 保护间隙保护间隙2.管式避雷器管式避雷器283、带有串联放电间隙和SiC非线性电阻的阀型避雷器u 放电间隙的伏秒特性比较平坦u 电阻非线性避免了动作时出现很陡的截波阀型避雷器的两种类型：u 磁吹放电间隙，提高灭弧能力u 复合式避雷器，降低冲击残压（雷电过电压下一部分SiC电阻被并联的间隙短接） 29u金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷器（Metal Oxide Surge Arresters，简写为简写为MOA）uMOA 的主要元件是金属氧化物非线性电阻片的主要元件是金属氧化物非线性电阻片（Metal Oxide Varistors简写为简写为MOV）uMOV的主要成份是氧化锌（的

10、主要成份是氧化锌（ZnO），），俗称俗称MOV为氧化锌阀片，为氧化锌阀片，MOA为氧化锌避雷器为氧化锌避雷器30根据作用电场强度的大小可分为三个区域根据作用电场强度的大小可分为三个区域ZnOZnO阀片的非线性阀片的非线性UI 特性特性31氧化锌避雷器的基本工作原理氧化锌避雷器的基本工作原理u氧化锌避雷器（氧化锌避雷器（MOAMOA）是是将相应数量的氧化锌电阻将相应数量的氧化锌电阻片（片（MOVMOV）密封在瓷套或其密封在瓷套或其他绝缘体内而组成他绝缘体内而组成32ZnOZnO和和SiCSiC非线性电阻片的非线性电阻片的U UI I特性的比较特性的比较 33氧化锌无间隙避雷器的优良性能氧化锌无间

11、隙避雷器的优良性能 u保护性能优越保护性能优越u无续流，结构简单，耐重复动作能力强无续流，结构简单，耐重复动作能力强 u通流容量大，吸收过电压能量的能力强通流容量大，吸收过电压能量的能力强u性能稳定，抗老化能力强性能稳定，抗老化能力强u适应多种特殊需要适应多种特殊需要u适宜于大批量生产，造价低适宜于大批量生产，造价低 34u额定电压：允许施加的最大工频电压有效值额定电压：允许施加的最大工频电压有效值u最大持续运行电压：允许长期连续施加的工频电压有效值最大持续运行电压：允许长期连续施加的工频电压有效值u起始动作电压（参考电压）：起始动作电压（参考电压）：U1mAu残压残压u通流容量通流容量 Zn

12、OZnO避雷器的主要技术参数避雷器的主要技术参数u保护水平保护水平u压比：（例：压比：（例：U10kA/U1mA）u荷电率：最大持续运行电压峰值与参考电压之比荷电率：最大持续运行电压峰值与参考电压之比u保护比：压比保护比：压比/荷电率荷电率35避雷器应用于室内变电站入口处36 8- 3 接地装置37接地装置分类接地装置分类工作接地工作接地 如：变压器中性点接地如：变压器中性点接地保护接地保护接地 如：电气设备外壳接地如：电气设备外壳接地防雷接地防雷接地 如：避雷针、避雷线接地如：避雷针、避雷线接地38接地电阻的定义接地电阻的定义接地电阻为接地体的地电位升高与通过接地体流入地中接地电阻为接地体的

13、地电位升高与通过接地体流入地中电流的比值，与土壤特性及接地体的几何尺寸有关。电流的比值，与土壤特性及接地体的几何尺寸有关。rIv2002 rIvR39接地电阻计算接地电阻计算)(4ln2dllR)(Lln22AdhLR)(2SR垂直接地体垂直接地体水平接地体水平接地体 接地网接地网40第九章 输电线路的防雷保护41雷击输电线路的方式42雷击输电线路的后果u发生短路接地故障发生短路接地故障u雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故停电事故43输电线路的雷电过电压及防护直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或

14、导线引起的 线路过电压线路过电压感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压（只对产生的过电压（只对35kV以下线路有危险）以下线路有危险）衡量线路防雷性能的优劣衡量线路防雷性能的优劣耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的 最大雷电流（最大雷电流（kA）雷击跳闸率：每雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次线路每年因雷击引起的跳闸次 数数449-1 输电线路的感应雷过电压45一、雷击线路附近大地时线路上的感应雷过电压ShIUi25)1 ()1 (kUhhkUUid

15、bii考虑避雷线的耦合影响时：46n雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主 为感应雷过电压系数，n有避雷线时，导线上的感应过电压二、雷击线路杆塔时导线上的感应雷过电压diahU 6 . 2LIiUkUi)1 (479-2 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平48一、雷击塔顶时过电压和耐雷水平49耐雷水平：6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRkUI式中：为分流系数；k为耦合系数；hd为导线高度。50二、雷击避雷线档时的过电压一般只要满足如下一般只要满足如下经验公式，不会发经验公式，不会发生击穿。生击穿

16、。（m）1012. 0lS51三、绕击时的过电压及耐雷水平v绕击耐雷水平绕击耐雷水平v绕击线路的耐雷水平很低绕击线路的耐雷水平很低500kV线路线路27.4kA220kV12kA110kV7kA110kV以上线路要求全线架避雷线以上线路要求全线架避雷线v绕击率：绕击率：平原线路：平原线路： 山区线路：山区线路： 100%502UI 9 . 386lghP35. 386lghP52 9-3 输电线路的雷击跳闸率53v建弧率：冲击电弧转变为工频稳定电弧的概率。建弧率：冲击电弧转变为工频稳定电弧的概率。v100km年的雷击次数（年的雷击次数（40个雷电日）：个雷电日）：275. 010)145 .

17、4(E)4(28. 0bhbNE：绝缘子串的平均运行电压梯度。54vN次中击中塔顶引起线路跳闸次数次中击中塔顶引起线路跳闸次数vg为击杆率为击杆率, P1为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水为雷电流幅值超过雷击杆塔的耐雷水平的概率平的概率v绕击导线的跳闸率绕击导线的跳闸率vPa为绕击率为绕击率, P2为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率率线路跳闸率：线路跳闸率：11NgPn 22PNPn 21nnn55 9-4 输电线路的防雷措施561、架设避雷线、架设避雷线v防止雷击导线防止雷击导线v减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位减少经杆塔入地电流，降低塔顶电位v降低感应过电压降

18、低感应过电压v110kV以上应全线架设避雷线以上应全线架设避雷线v保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的保护角：避雷线和外侧导线的连线与垂线之间的夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，夹角，保护角越小，对绕击雷的保护效果越好，110kV保护角保护角2030，500kV负保护角负保护角572、降低杆塔接地电阻、降低杆塔接地电阻v土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻凝土杆的自然接地电阻 v土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体或连续伸长接地体以及垂直接地电极等措施或连续伸长接地

19、体以及垂直接地电极等措施583、架设耦合地线：、架设耦合地线： 在降低杆塔接地电阻有困难时，在导在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率雷击跳闸率50左右左右4、采用消弧线圈接地方式：适用、采用消弧线圈接地方式：适用110kV及以下电压等级及以下电压等级电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表明，该措施可使雷击跳闸率降低明，该措施可使雷击跳闸率降低1/3左右左右595、加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情、加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数况，可增加绝缘子片数6、采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回、采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回普通绝缘，一回加强绝缘普通绝缘，一回加强绝缘7、装设自动重合闸装置：我国、装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重