第九章防雷及过电压保护与接地

1、第九章 防雷及过电压保护与接地第一节 雷电有关知识第二节 建筑物防雷第三节 交流电气装置的过电压保护第四节 电气装置的接地与等电位联结本章小结一、雷电放电过程第一节 雷电有关知识 雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电，称对地雷闪。能产生雷电的带电云层称为雷云。 雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效应。 雷云的形成过程是综合性的。雷云起电机理：水滴破裂效应，水滴结冰效应、吸收电荷效应等。 带电云层一经形成，就形成雷云空间电场。由此可见，雷电的成因源于大气的运动。 负下行雷通常包括若干次重复的放电过程，而每次放电可以分为下列三个阶段： 先导放电

2、主放电余辉放电 雷云以带负电荷居多，且有多个负荷中心。 图9-1 雷云对地放电的发展过程和雷电流的波形二、有关的雷电参数 1.雷暴日 雷暴日是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关。 Td 40，多雷区； Td 90，强雷区 2.雷击大地密度 雷击大地密度是每年每平方公里雷击大地的次数。 gd0.1NT可根据雷暴日，按下式估算： 根据雷击大地密度可以计算出地面建筑物或架空线路遭受的年预计雷击次数，从而采取相应的防雷措施。Td值越大，则防雷要求也就越高。 3.雷电流波形和参数 雷电流由一个或多个不同的雷击组成：持续时间小于2ms的短时间雷击（

3、包括首次和首次以后的后续短时间雷击）持续时间大于2ms的长时间雷击短时间雷击电流波形 雷电流波形表示：T1 /T2（s） 波头陡度定义为雷电流上升期间雷电流的上升率，即d /dit首次短时间雷击的电流波形取10/350s； 三、雷电波在线路中的传播 雷电波具有波的传播特性，是电流波和电压波伴随而行的统一体。 雷电波在传播过程中到达线路参数发生突变的节点处，还会发生折射和反射现象。 由于雷电波的等效频率很高，通常采用分布参数电路分析。 分布参数电路： 电流、电压不仅是时间的函数，还是位置的函数，即： u=u（x，t），i=i（x，t） 集中参数电路： 电流、电压只是时间的函数，在一个支路范围内与

4、位置无关。 u=u(t)，i=i(t)均匀无损的单导线（一）雷电波的传播速度和波阻抗 雷电波在导线中传播时，其波头的行进速度称为雷电波的传播速度，即00d1dxvtL C 计算表明，雷电波沿架空线传播的速度与光速（3108m/s）相同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/21/3。定义波阻抗00CLiuZ22001122C uL i 与集中参数电路的欧姆定律不同，波阻抗表征的是沿导线传播的（对地）电压波和电流波之间的动态比例关系，因为雷电波在传播过程中必须遵循存在单位长度线路周围媒质中的电场能量和磁场能量一定相等的规律。 与线路长度和负载性质无关 （二）雷电波的折射和反射 当雷电波沿传输线传播，

5、遇到波阻抗发生突变的节点时，都会在该节点上产生折射和反射。11f1buuu22fuu12Auu点处 原因：由于节点两侧波阻抗的改变，会使雷电波的电场能量和磁场能量重新分配，经过节点的雷电波的电压和电流峰值也必然发生改变。 22001122C uL ia）波通过节点前 b）波通过节点后， Z1Z2时 c）波通过节点后， Z1Z2时 雷电波的折射和反射特性对防雷设计具有重要影响。 线路末端开路时，波阻抗无穷大，波在节点处发生正的全反射。 末端电压U2=u2f=2E在反射波所到之处电压提高1倍！波经过并联电容后，电压不能突变。图 波穿过电容时的折反射CZ1Z2E2u末端开路时波的折反射 波从直角波变

6、为指数波。因此，只要增加C的值，就能把陡度限制在一定程度。四、雷电作用的形式 （1）直接雷 直接雷是指雷电直接击在架空线路、建筑物、其他物体或外部防雷装置上产生电效应、热效应和机械力者。 （2）雷电感应（感应雷） 雷电感应是指雷电对大地放电时在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使建筑物金属部件之间产生火花放电，也可能导致电力线路的绝缘闪络或损坏。 iR0iA0ZA点电压幅值AiUIR02II 由于受直接雷击，被击的架空线路、建筑物、其他物体或外部防雷装置上会产生很高的电位，从而引起过电压。 ci25IhUSiU02II （3）雷电波侵入 雷电侵波入是指由于雷电对架空线路或金属管道的作用

7、（如直接雷或雷电感应），产生的雷电波可能沿着这些管线侵入变电所内或建筑物内，损坏电气设备和危及人身安全。 （4）雷击电磁脉冲（LEMP） 雷击电磁脉冲是指雷电流的电磁效应，它包含传导电涌（浪涌）和辐射脉冲电磁场效应。 电涌指由雷击电磁脉冲引发表现为过电压和（或）过电流的瞬态波。 电涌可由雷击入户电源线路或附近地面产生，并经电源线路本身传导到电气和电子系统；电涌也可由雷击建筑物或附近地面而产生，通过环路感应或线路耦合的方式传递能量。侵入到建筑物内的雷电波又称为闪电电涌。 一、概述第二节 建筑物防雷 雷击大地可能对建筑物及服务设施（如供电线路、通信线路及其他服务设施）造成危害。建筑物或与其相连的服

8、务设施遭雷击会因雷电的机械、热力、化学和爆炸效应造成建筑物（或其内存物）及服务设施的物理损坏，也会因雷电产生的接触电压和跨步电压导致人身受到伤害。不但建筑物或服务设施遭雷击会导致建筑物内部电气和电子系统故障，而且建筑物或与服务设施附近的雷击也会因雷电流与这些系统间的阻性耦合及感应耦合产生的过电压造成电气和电子系统故障。用户电气装置以及供电线路因雷电过电压发生故障时也会导致在电气装置中出现操作过电压。 影响建筑物以及服务设施的年平均雷击次数既取决于所处地区的雷击大地密度，又取决于它们的尺寸、性质和所处环境。 geNkN A62(200)20010eAL WLWHHHH26210eAL WH LW

9、HH100m时，H100m时， k校正系数。一般情况下：1；山顶上或旷野孤立的建筑物：2；金属屋面没有接地的砖木结构：1.7；河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物：1.5；建筑物年预计雷击次数： 当所考虑建筑物的周边在2倍扩大宽度范围内有其他建筑物时，其等效面积的计算方法详见GB500572010。 二、建筑物的防雷分类建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。防雷类别防雷类别各类建筑物的具体条件各类建筑物的具体条件第一类防第一类防雷建筑物雷建筑物1）凡制造、使用或贮存火炸药及其制品

10、的危险建筑物，）凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物， 因电火花而引起爆炸、爆轰因电火花而引起爆炸、爆轰， 会造成巨大会造成巨大破坏和人身伤亡者破坏和人身伤亡者2）具有）具有0区或区或20区爆炸危险场所的建筑物区爆炸危险场所的建筑物3）具有）具有1区或区或21区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者第二类防第二类防雷建筑物雷建筑物1）国家级重点文物保护的建筑物）国家级重点文物保护的建筑物2）国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆，）国家级的会堂、办公建

11、筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆， 国家级国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物3）国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物）国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物4）国家特级和甲级大型体育馆）国家特级和甲级大型体育馆5）制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者）制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者6）具有）具有1区或区或21区爆危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成

12、巨大破坏和人身伤亡者区爆危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者7）具有）具有2区或区或22区爆炸危险场所的建筑物区爆炸危险场所的建筑物8）工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐）工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐9）预计雷击次数大于）预计雷击次数大于0.05次次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物以及火灾的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所危险场所10）预计雷击次数大于）预计雷击次数大于0.25次次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物第三类防

13、第三类防雷建筑物雷建筑物1）省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆）省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆2）预计雷击次数大于或等于）预计雷击次数大于或等于0.01次次/a且小于或等于且小于或等于0.05次次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所密集的公共建筑物以及火灾危险场所3）预计雷击次数大于或等于）预计雷击次数大于或等于0.05次次/a且小于或等于且小于或等于0.25次次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物般性工业建筑物4）在平均雷暴日大于）在平均雷暴日大于15d/a的

14、地区，高度在的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于雷暴日小于或等于15d/a的地区，高度在的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物GB 500572010建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范三、建筑物防雷装置 建筑物防雷装置是用以减少建筑物因雷击引起物理损坏的整套系统，由外部防雷装置和内部防雷装置组成。 建筑物防雷装置 外部防雷装置组成：接闪器、引下线和接地装置作用：避免直接雷引起的电效应、 热效应及机械效应。 内部防雷装置组成：防雷等电位联结或采用电气绝缘

15、作用：避免建筑物内因雷电感应和高电 位反击而出现危险火花 各类防雷建筑物对防雷装置的具体要求依据GB 50057标准。（一）接闪器及其保护范围 接闪器是外部防雷装置的一部分、用于截收雷击的金属构件，如避雷针（接闪杆）、避雷线（接闪线）、避雷带（接闪带）或避雷网（接闪网） （包括被利用作为接闪器的建筑物金属体和结构钢筋）。 安装设计适当的接地良好的接闪器，可以积聚雷电感应电荷，在其顶端形成局部强场区，产生自下而上的迎面先导，将雷击下行先导放电的发展方向引向自身，从而大大减少雷电流侵入建筑物的概率。1.避雷针 避雷针是明显高出被保护物体的杆状接闪器，其针头采用圆钢或管制成。GB50057规定：避雷

16、针的保护范围采用滚球法确定。防雷类别滚球半径（m）第一类防雷建筑物30第二类防雷建筑物45第三类防雷建筑物60 单支避雷针的保护范围：)2()2(xrxrxhhhhhhr（1）避雷针高度rhh 时：（2）避雷针高度rhh 时：rhh rh在避雷针针上取高度的一点代替单支避雷针针尖作为圆心。时相同。 其余的作法与双支等高避雷针的保护范围： 2.避雷线 避雷线一般采用截面不小于50mm2的镀锌钢绞线，架设在被保护物的上方，以保护其免遭直接雷击。避雷线的保护范围也采用滚球法确定。当h小于2hr ,但大于hr 时当h小于或等于hr 时单根避雷线的保护范围： 3.避雷带（网） 避雷带通常是沿建筑物易受雷

17、击的部位如屋角、屋脊、屋檐和檐角等处敷设的带状导体，通常采用圆钢或扁钢。防雷类别避雷网网格尺寸（m）第一类防雷建筑物55或64第二类防雷建筑物1010或128第三类防雷建筑物2020或2416 避雷网是将建筑物屋面上纵横敷设的避雷带组成网格，其网格尺寸大小与建筑物的防雷类别有关。 避雷带或避雷网主要适用于宽大的建筑物。避雷带或避雷网一般无须计算保护范围。当避雷带或避雷网与其它接闪器组合使用，或者为了保护低于建筑物的物体而把避雷带或避雷网处于建筑物屋顶四周的导体当作避雷线看待时，可采用滚球法确定其保护范围。 屋面上的所有金属突出物，如卫星和共用天线接受装置、节日彩灯、航空障碍灯、金属设备和管道以

18、及建筑金属构件等，均应与屋面上的防雷装置可靠连接。高出屋面避雷带或避雷网的非金属突出物体，如烟囱、透气管、天窗等不在保护范围内时，应在其上部增加避雷带或避雷针保护。 当建筑物高度超过其滚球半径时，侧面可能会遭受闪击，特别是各表面的突出尖物、墙角和边缘。但对低于60m的建筑物，通常可忽略侧面闪击。 此外，研究数据表明，在高层建筑物内，随着与地面高差降低，其遭受侧面闪击的概率显著减少。因而应在高层建筑物的上部（一般在建筑物高度的最上面20%且高于60m的部位）安装侧面接闪器保护。 表 防雷引下线的数量及间距建筑物防雷分类引下线间距（m）引下线数量备注人工敷设引下线利用自然引下线第一类防雷建筑物12

19、2不采用独立避雷针、架空避雷线（网）时第二类防雷建筑物18按柱跨度设置，但平均值182第三类防雷建筑物25按柱跨度设置，但平均值25240m以下建筑物除外（二）引下线与防雷接地装置 引下线是外部防雷装置的一部分，将接闪器雷电流传导至接地装置。 为减少由于雷电流通过外部防雷装置引起损坏的概率，引下线的布置应满足下列要求： 1）有几个并联雷电流通道存在； 2）雷电流通道的长度最小； 3）按防雷等电位要求，将建筑物导电部件进行等电位联结。 防雷引下线应优先利用建筑物四周的钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋，还宜利用建筑物的钢柱等作引下线（自然引下线），其所有部件之间均应连成电气通路。 当利用钢筋混凝土中

20、的钢筋、钢柱作为引下线并同时利用基础钢筋作为接地网时，可不设断接卡。当利用钢筋作引下线时，应在室内外适当地点设置连接板，供接地测量、接人工接地极和等电位联结用。（三）接地装置 接地装置是外部LPS的组成部分，用于把雷电流引导并散入大地。 一般来说，建议采用较小的接地电阻（如有可能，低频测量时小于10）。从防雷观点来看，接地装置最好为单一、整体结构，这种结构可适用于任何场合。 一类防雷建筑物设置的独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应设置独立的人工接地装置。每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10。为了防止雷击电流流过防雷装置时所产生的高电位对被保护的建筑物或与其有联系的金属物发生反击，应使防雷装置与

21、这些物体之间保持一定的间隔距离。 二类和三类防雷建筑物防雷接地宜与电气设备等接地共用同一接地装置，并优先利用钢筋混凝土中的钢筋作为接地装置。四、防雷击电磁脉冲 雷击电磁脉冲（LEMP）释放出的数百兆焦耳的能量，对建筑物内电气和电子系统中仅能承受毫焦耳数量级能量的敏感电子设备可产生致命的损害。 雷击电磁脉冲的干扰主要有三种情况： 1）自然界天空中雷电波电磁辐射对建筑物内部电气电子设备的电磁干扰。 2）当建筑物的防雷装置接闪后，流经防雷装置的雷电流对建筑物内部电气电子设备的电磁（感应）干扰。 3）有外部的各种架空、电缆线路用来的雷电电磁波（传导电涌）对建筑物内部电气电子设备的干扰。（一）防雷区的划

22、分 防雷区（LPZ）是指雷击时，在建筑物或装置的内、外空间形成的闪电电磁环境需要限定和控制的那些区域。防雷区定义及划分原则LPZ0A区本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的雷击电磁场强度没有衰减LPZ0B区本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的雷击电磁场强度没有衰减LPZ1区本区内的各物体不可能遭到直接雷击；由于在界面处的分流，流经各导体的电涌电流比LPZ0B区内的更小；本区内的雷击电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施LPZn1 后续防护区当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续

23、防雷区的要求条件防雷区的划分 建筑物防雷区建筑物防雷区（LPZ）划分示例划分示例接地网（计算机房）设备金属外壳等 （屏蔽3）建筑物内的房间（代表屏蔽2）天线避雷针避雷带（网）引下线 洞（门、窗） 建筑物（代表屏蔽1）引下线123在LPZ1与LPZ2界面上的等电位连接带在LPZ0B与LPZ1界面上的等电位连接带电力、信号电缆、线路及金属管道外部防雷装置LPZ0ALPZ0ALPZ0ALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ2LPZ3LPZ1LEMPLEMPLEMPLEMPLEMP（二）屏蔽、接地和等电位联结1.屏蔽与布线磁屏蔽能够减小电磁场和内部感应电涌的幅值。 各交叉点做连接金属门

24、框架每根钢筋做连接金属窗框架每根钢筋做连接 建筑物屏蔽 线路屏蔽 采用金属屏蔽电缆 或采用密闭的金属电缆管道、设备采用金属壳体、钢筋成格栅形的混凝土电缆管道等。 合理的内部布线可以最大程度减小由线缆自身形成的感应回路的面积，从而减少建筑物内部电涌的产生。 2.接地 良好和恰当的接地不仅是防直击雷也是防雷击电磁脉冲的基本措施之一，通过接地装置，可以将雷电流或电涌电流泄放到大地。 3.等电位联结 每幢建筑物的防雷接地、电源系统工作接地、安全保护接地、等电位联结接地以及配电线路和信号线路的电涌保护器接地等应采用共用接地系统。当互相邻近的建筑物之间有电气和电子信息系统的线路连通时，宜将其接地装置互相连

25、接。 等电位联结可以最大程度地减小防雷区内各系统设备或金属体之间出现的电位差。穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做等电位联结。（三）电涌保护器的原理及特性 电涌保护器（SPD）有时也称浪涌保护器，是用于限制瞬态过电压和对电涌（浪涌）电流进行分流的器件，它至少包含一个非线性元件。1.电涌保护器的类型 SPD类型很多，本节主要介绍电源系统保护用SPD。 按其使用的非线性元件特性分 电压开关型SPD（没有电涌时具有高阻抗，有电涌电压时能立即转变成低阻抗的SPD） 电压限制型SPD（没有电涌时具有高阻抗，但是随着电涌电流和电压的上升，其阻抗将持续地减小的SP

26、D） 复合型SPD（由电压开关型元件和电压限制型元件组成的SPD）和多级SPD（具有不止一个限压元件的SPD）等 2.电涌保护器的主要技术参数 （1）最大持续工作电压Uc允许持久地施加在上的最大交流电压有效值或直流电压。其值等于SPD的额定电压。 （2）通流容量通流容量为一组参数，是由一系列标准化试验（级分类试验、级分类试验和级分类试验）确定。 标称放电电流In流过SPD具有8/20s波形的电流峰值。 级试验的冲击电流Iimp它由电流峰值Ip和电荷量Q确定。其值代表SPD通过10/350s波形雷电流的能力。 级试验的最大放电电流Imax 流过SPD具有8/20s波形的电流峰值。Imax大于In

27、。 （3）电压保护水平Up表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，对电压开关型SPD指在规定陡度下最大放电电压，对电压限制型SPD指在规定电流波形下的最大残压。（四）防雷击电磁脉冲的典型方案 MB总配电箱；SB分配电箱；SA插座a）采用大空间屏蔽和协调配合好的电涌保护器保护注：设备得到良好的防导入的电涌(U2U0和I2I0)和防辐射磁场(H2H0)的保护 采用LPZ1大空间屏蔽及LPZ2局部空间屏蔽和协调配合好的两组SPD的LEMP防护系统，可以将辐射磁场和传导电涌的威胁降低到较低水平。 b）采用LPZ1的大空间屏蔽和进户处安装电涌保护器的保护注：设备得到防导入的电涌(U1U0和I1I0)和防

28、辐射磁场(H1H0)的保护 采用LPZ1大空间屏蔽和LPZ1入口SPD的LEMP防护系统，可以使设备对辐射电磁场和传导电涌得到一定的保护。c）采用内部线路屏蔽和在进入LPZ 1处安装电涌保护器的保护注：设备得到防线路导入的电涌(U2U0和I2I0)和防辐射磁场(H2H0)的保护 采用屏蔽线路和屏蔽外壳设备的LEMP防护系统，可以对辐射电磁场进行防护；LPZ1入口SPD将对传导电涌进行防护。 仅使用协调配合的SPD防护体系的LEMP防护系统，由于SPD只能对传导电涌进行防护，因此仅适用于防护对辐射电磁场不敏感的设备。 d)仅采用协调配合好的电涌保护器保护注：设备得到防线路导入的电涌(U2U0和I

29、2I0)，但不需防辐射磁场(H0)的保护（五）配电线路电涌保护器的选择与配合1.类型选择 SPD的类型应根据其安装处的雷电防护区预期雷电涌流峰值的大小选择。 在LPZ0A或LPZ0B区与LPZ1区交界处，在从室外引来的线路上安装的SPD，因其线路上可能传导雷电流，应选用符合 I级分类试验的SPD，以保证雷电流大部分能量在此界面处泄入接地装置。在LPZ1与LPZ2区及后续防雷区界面处，内部线路上出现的电涌电流主要是上一级SPD动作后的剩余电涌和本区域内雷电感应引起的电涌，当需要防护时，应选用符合级或级分类试验的SPD。使用直流电源的信息设备，视其工作电压要求，宜安装适配的直流电源线路SPD。2.

30、电压保护水平选择 SPD的电压保护水平Up加上其两端引线（至所保护对象前）的感应电压之和，应小于所在系统和设备的绝缘耐冲击电压值，并不宜大于被保护设备耐压水平的80。220/380V三相系统各种设备绝缘耐冲击过电压额定值设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备特殊需要保护的设备耐冲击过电压类别类类类类耐冲击电压额定值（kV）642.51.5注：类需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备；类如家用电器、手提工具和类似负荷；类如配电箱，断路器，包括电缆、母线、分线盒、开关、插座等布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等一些其他设备；类如电源进线处或其附近低压

31、配电箱前方的电气计量仪表、一次回路过电流保护设备、纹波控制设备等。3.通流容量选择 电源线路SPD的通流容量值应根据其安装位置遭受雷电威胁的强度和出现的概率来定。 户外线路进入建筑物处，即LPZ0A或LPZ0B进入LPZ1区，例如在配电线路的总配电箱MB处安装第一级SPD，其冲击电流Iimp应大于其预期雷电冲击电流值，当无法确定时不应小于10/350s，12.5kA。 若第一级SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了室内分配电箱SB内的设备时，应在该箱内安装第二级SPD，其标称放电电流In不应小于8/20s，5kA。 当按上述要求安装的SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感

32、应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在被保护设备处装设 SPD，其标称放电电流In不应小于8/20s，3kA。 当被保护设备沿线路距分配电箱处安装的SPD不大于10m时，若该SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压小于被保护设备耐压水平的80%，一般情况在被保护设备处可不装SPD。4.最大持续运行电压选择 SPD的最大持续运行电压Uc应不低于系统中可能出现的最大持续运行电压。电源线路SPD最大持续工作电压低压系统制式SPD接线最大持续工作电压UcTNTN-CSPD接于LPEN之间（采用3个）Uc1.15U0（U0220V）TN-SSPD可接于LPE和NPE之

33、间（采用4个）；也可接于LN及NPE之间（采用31个）TTSPD安装在RCD的负荷侧时，SPD接于LPE和NPE之间（采用4个）Uc1.55U0SPD安装在RCD的电源侧时，SPD接于LN及NPE之间（采用31个）Uc1.15U0IT一般不引出中性线，SPD接于LPE之间（采用3个）Uc1.05U（U380V）5.其他要求为了获得最佳的过电压保护，SPD的所有连接导线（是相线至SPD以及从SPD至总接地端子或PE母线）应尽可能短。工程应用时，SPD连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。 SPD自身保护 1）工频过电压。选用较高Uc的SPD。 2）短路。采用过电流保护电器保护SPD。 SPD应

34、具有劣化指示，便于及时更换。 电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。 6.SPD级间配合一、概述第三节 交流电气装置的过电压保护 过电压是指系统中出现的对绝缘有威胁的电压升高和电位差升高。电气装置过电压外部过电压（雷电过电压）暂时过电压操作过电压内部过电压工频过电压直接雷击过电压谐振过电压感应雷击过电压瞬态过电压 暂时过电压在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的（以工频或其一定的倍数、分数）振荡的过电压。 瞬态过电压持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。 工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引

35、起。 因此，对110kV及以下电力网一般不需要采取专门措施限制工频过电压。mU3566kV系统中的工频过电压限值不超过1.0；mU310kV系统中的工频过电压限值不超过1.1。m3U；110kV系统中的工频过电压限值不超过1.3 谐振过电压包括线性谐振和非线性（铁磁）谐振过电压，一般因通断操作或故障通断后引起系统电感、电容元件参数出现不利组合而产生谐振时出现的暂时过电压。 因此，系统中应采取措施避免出现谐振过电压的条件，或用保护装置限制其幅值和持续时间。对于635kV不接地系统或消弧线圈接地系统，重点是预防电磁式电压互感器过饱和产生的铁磁谐振，如选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器，必要时

36、装设消谐器等。 操作过电压一般由线路切合与重合、故障与切除故障、开断容性电流和开断较小或中等的感性电流、负载突变等原因引起。 35kV及以下系统的操作过电压保护，对于容性元件，主要是选择性能良好的真空断路器或SF6断路器，避免断开时重击穿导致电荷叠加的过电压；对于感性元件，主要是装设金属氧化物避雷器，限制快速截流产生的过电压。m23U，m23U不超过4。 对35 kV及以下系统，采用低电阻接地时的操作过电压限值不超过3.2 除低电阻接地外的操作过电压限值 操作过电压主要和断路器（或熔断器）性能、电力系统中性点接地方式密切相关。 操作过电压通常是单极性的并且峰值时间在20s和5000s之间，半峰

37、值时间小于20ms，又称缓波前过电压。 作用于输配电线路的雷电过电压有：雷直击于导线、雷击于塔顶或避雷线后反击导线而产生的过电压；雷击于线路附近的地面由于电磁场的激烈变化产生的感应过电压。 作用于变电所的雷电过电压来自：雷电对配电装置的直接雷击、反击；架空进线上出现的雷电侵入波。 与操作过电压不同，雷电过电压的幅值与雷电流幅值成正比而与系统最高运行电压无关。因此，对110kV及以下系统，过电压保护的重点应是雷电过电压。 雷电过电压通常是单极性的、其波前时间在0.1s和20s之间，半峰值时间小于300s，又称快波前过电压。 现行电力行业标准GB/T 500642014交流电气装置的过电压保护与绝

38、缘配合设计规范规定，用于变电所和电力线路的防雷保护时，避雷针、避雷线的保护范围应按“折线法”来确定。 二、过电压保护设备（一）防雷接闪器交流电气装置的防雷接闪器有避雷针和避雷线。 phhrxx)(/ 2xhhphhrxx)25 . 1 (/ 2xhhP高度影响系数，h30m，P1； 30mh120m，P5.5/h。 避雷针的高度一般选用2030m，此时45。 1.避雷针的保护范围保护范围的宽度： 高度为h的两支等高避雷针的保护范围三、四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围pDhh7O2.避雷线的保护范围 接闪原理与避雷针相同。 输电线路的避雷线作用：防止雷电直击导线减少流经杆塔入地的雷电流从而

39、降低杆塔电位避雷线对导线的耦合作用可以降低导线上的感应过电压。0.47()xxrhhp/ 2xhh(1.53)xxrhhp/ 2xhh当避雷线的高度mh30时，25。 保护范围的宽度： 两根平行避雷线的保护范围pDhh4O 对35110kV架空线路，一般取保护角2030。 避雷线的保护角（二）避雷器（过电压限制器） 避雷器用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值的一种电器，包括运行安装时对于该电器正常功能所必需的任何外部间隙。 对避雷器一般有以下基本要求：避雷器应具有良好的伏秒特性曲线，并与被保护设备的伏秒特性曲线之间有合理的配合；避雷器应具有较强的快速切断工频续流且

40、自动恢复绝缘强度的能力。 避雷器的常用类型有：保护间隙、排气式（管型）避雷器、碳化硅阀式避雷器、无间隙金属氧化物避雷器和有间隙金属氧化物避雷器等。 保护间隙、排气式（管型）避雷器只适用于架空线路以降低瞬态雷电冲击时绝缘子闪络危险。 1. 碳化硅阀式避雷器 碳化硅阀式避雷器由碳化硅非线性电阻片（又称阀片）与放电间隙串联组成的避雷器。 碳化硅阀片的电阻值呈非线性，其伏安特性如图所示。 碳化硅阀片的伏安特性i1工频续流 u1工频电压 i2雷电流 u2避雷器残压碳化硅阀式避雷器2. 无间隙金属氧化物避雷器（MOA） 无间隙金属氧化物避雷器由非线性金属氧化物电阻片串联和（或）并联组成且无并联或串联间隙的

41、避雷器。 金属氧化物避雷器也是一种阀式避雷器，其阀片以氧化锌为主要原料，具有极好的非线性伏安特性，如图所示。 图 氧化锌阀片的伏安特性 与碳化硅阀式避雷器相比，无间隙金属氧化物避雷器具有下列优点：结构简单；保护性能好，无工频续流、无需串联间隙，消除了因间隙击穿特性变化造成的影响，保护特性仅由残压决定；吸收能量大，非线性金属氧化物电阻片单位体积吸收能量较碳化硅非线性电阻片大510倍，同时，电阻片或避雷器均可并联使用，使吸收能量成倍提高；保护效果好，只要过电压超过避雷器额定电压，保护作用就开始，这对频繁作用在被保护设备上的过电压，减少异常绝缘击穿，对延长设备的寿命有积极作用。运行检测方便，能通过带

42、电试验检测避雷器特性的变化。 MOA的主要技术参数及其选择： （1）额定电压Ur 施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值，按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。它是表明避雷器运行特性的一个重要参数，但它不等于系统标称电压Un。 （2）持续运行电压Uc 允许施加在避雷器两端的工频电压有效值。该电压决定了避雷器长期工作的热老化性能。 表 MOA的持续运行电压和额定电压系统接地方式持续运行电压Uc额定电压Ur系统最高运行电压Um不接地10（6） kV1.1Um1.38Um6kV系统为7.2kV10kV系统为12kV35kV系统为40.5kV35kVUm

43、1.25Um经消弧线圈接地Um1.25Um经低电阻接地0.8UmUm经高电阻接地1.1Um1.38Um （3）残压Ures 避雷器流过放电电流时两端的电压峰值。由陡波冲击电流下（典型波形1/5s）的残压、雷电冲击电流下（典型波形8/20s）的残压和操作冲击电流下（典型波形30/60s）的残压构成。标称放电电流下的残压Ures不应大于被保护电气设备（旋转电机除外）标准雷电冲击全波耐受电压的71%，以确保被保护设备的绝缘不被雷电过电压损坏。表 10kV系统中避雷器的选择序号选择项目装置地点条件避雷器技术数据结论1型式经消弧线圈接地的10kV系统HY5WZ-17/45为无间隙金属氧化物避雷器合格2相

44、对地持续运行电压和额定电压系统最高运行电压Um11.5kV相对地持续运行电压13.6kV；额定电压17kV分别大于Um和1.25Um合格3标称放电电流下的残压10/0.4kV变压器标准雷电冲击全波耐受电压Us75kV标称放电电流下的残压Ua 45kVUa0.71Us合格 有间隙金属氧化物避雷器由金属氧化物电阻片与放电间隙串联和/或并联组成的避雷器。与无间隙金属氧化物避雷器相比，增加了串联间隙，使电阻片与带电导体隔离，可避免系统单相接地引起的暂时过电压和弧光接地或谐振过电压对电阻片的直接作用。但使用串联间隙后，也就不再具备无间隙金属氧化物避雷器的优点。 有间隙金属氧化物避雷器一般用于输电线路或谐

45、振过电压多发的366kV中性点非直接接地系统中。 3. 有间隙金属氧化物避雷器三、变电所的雷电过电压保护 变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击及反击；架空进线上出现的雷电侵入波。 （一）直击雷过电压保护 直击雷保护措施主要是装设避雷针或避雷线，使被保护设备处于避雷针或避雷线的保护范围之内，同时还必须防止雷击避雷针或避雷线时引起对被保护物的反击事故。ApGpddiuiRLtuiR图 雷击独立避雷针1母线 2变压器 3主接地网 4防雷接地网d100kA38.5kA/sd2.6sitH/mApGp10050 ,100uRhuR取i100kA，上升平均陡度，避雷针的单位电感为1.3，校验点

46、高度为h，则得 。 为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙Sa被击穿而造成反击事故以及为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿Sa和Se应满足下式要求：apep0.20.10.3SRhSR一般要求：Sa5m， Se3m 35kV变电所配电装置的绝缘水平低，为防止反击，应装设独立避雷针保护，不宜装设在高压配电装置架构或房顶上。 110kV及以上变电所配电装置的绝缘水平较高，一般将避雷针架设在除变压器门形构架以外的其他配电装置的构架或屋顶上。装在构架上的避雷针应与主接地网连接；但避雷针与主接地网的地下连接点处应加装集中接地装置（为加强对雷电流的散流作用、

47、降低对地电位而附加敷设35根垂直接地极；在土壤电阻率较高的地区，则敷设35根放射形水平接地极）；该接地点至变压器与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。 已在相邻高建筑物保护范围内的建筑物或设备，如主控制室、电压等级低的配电室等，可不装设直击雷保护装置。 设置防雷接地装置时，应采取措施防止接触电压和跨步电压造成人身伤害。 （二）雷电侵入波过电压保护 变电所限制雷电侵入波过电压的主要措施是装设避雷器，需要正确选择避雷器的类型、参数、合理确定避雷器的数量和安装位置。重点保护好变电所的关键设备变压器。 vuatFTllvF避雷器应尽可能靠近变压器安装。若两者存在一定距离，则 TUr

48、esU变压器上承受的最高电压高于避雷器残压一个U。Tres2lUUUav（三）变电所的进线段保护 变电所的进线段保护是保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起变电所电气设备绝缘损坏。 当架空线路未沿全线架设避雷线时，应在变电所12km进线段架设避雷线；当沿全线架设避雷线时，则应提高这段线路的耐雷水平，以减少这段线路内绕击和反击的概率。 进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流幅值和波头陡度。 35110kV变电所的进线段保护接线 610kV配电装置雷电侵入波的保护接线 （四）配电系统的雷电过电压保护 10(6)/0.4kV配电变压器应装设氧化锌避雷器保护。氧化锌避雷器应尽量靠近变

49、压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点（中性点不接地时则为中性点的击穿保险器的接地端）以及金属外壳等连在一起接地，构成防雷等电位联结。 35/0.4kV配电变压器，其高低压侧均应装设氧化锌避雷器保护。 四、绝缘配合 为了保证供配电系统电气设备的安全，对于系统中出现的暂时和瞬态过电压应采取相应的保护，使其和设备的绝缘水平相配合。 绝缘配合指考虑所采用的过电压保护措施后，根据可能作用的过电压、设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，合理地确定设备绝缘水平的过程。（一）绝缘配合原则1.工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合 工频运行电压下电气装置电瓷外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电

50、比距要求。变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压，以电气设备的短时(1min)工频耐受电压来表征。2.操作过电压下的绝缘配合 110kV及以下电气装置一般应能承受操作过电压的作用。当需用金属氧化物避雷器限制某些操作过电压的场合，则以避雷器的相应保护水平为基础进行绝缘配合（对操作冲击的配合系数一般取不小于1.15）。110kV及以下架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平，以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。 3.雷电过电压下的绝缘配合 变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度，以避雷器雷电保护水平为基础进行配合。根据我国情况，对雷电过电

51、压的配合系数取不小于1.4，以电气设备的额定雷电冲击耐受电压来表征。 （二）绝缘配合要求 依据GB 311.12012 高压输变电设备的绝缘配合。五、低压电气装置过电压保护 低压电气装置中可能出现两种危及设备安全或人身安全的过电压，一种是20 kV及以下变电所高压侧接地故障在低压电气装置内引起的暂时过电压，另一种是雷电在低压电气装置中引起的瞬态过电压。 雷电在低压电气装置中引起的瞬态过电压又有两种情况：一是远处对地雷击时地面瞬变电磁场在架空电源线路上感应产生的瞬态过电压，当其沿电源线路进入建筑物电气装置内，可能导致电气设备绝缘击穿事故；另一种为建筑物直接被雷击或建筑物附近落雷时，强大的瞬变电磁

52、场直接在电气装置内感应产生的雷击电磁脉冲，严重威胁到建筑物电子信息系统的安全。高压侧接地故障在TN系统中引起的工频过电压（一）防暂时过电压 低压电气装置的暂时过电压包括：高压系统与地之间故障引起的工频过电压TN和TT系统中性导体开路引起的应力电压相导体与中性导体间短路引起的应力电压IT系统意外接地引起的应力电压。 以下仅介绍第一种工频过电压。防护措施： 建筑物内采用总等电位联结，建筑物外的路灯、广告灯箱等采用局部TT系统。 当变电所在建筑物电气装置不在同一建筑物内时，变电所分设两个接地极。变电所高低压设备的保护接地与低压系统中性点接地分开设置 若不能分设接地极，则对TN系统，故障电压应在规定的

53、时间内被切断（见GB16895.102010中图44.A2曲线）。由于高压系统继电保护和开关动作时间较长，这一条件难以实现。 高压侧接地故障在TT系统中引起的工频过电压 高压侧采用小电阻接地时，Id很大，因此Uf危及设备绝缘。防护措施：降低Id和RB，使Uf小于1200V（标准规定）。（二）防瞬态过电压 低压电气装置的瞬态过电压值取决于供配电系统的类型（地下或架空），电气装置的电源进线端的来电侧装有低压保护器件的可能性和供配电系统的耐压水平。1.耐冲击类别 耐冲击类别是根据对设备预期不间断供电和能承受的事故后果来区分设备适用性的不同等级。 表 220/380V三相系统各种设备绝缘耐冲击过电压额

54、定值设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备特殊需要保护的设备耐冲击过电压类别类类类类耐冲击电压额定值（kV）642.51.5 2.自身抑制（靠系统本身绝缘水平） 当自电网引来的低压电源线路全部为埋地电缆或架空的屏蔽层接地的电缆时，如果建筑物低压电气装置内的设备已具有规定的耐冲击过电压水平，只要采取等电位联结与保护接地措施，一般无需装设防此类瞬态过电压的电涌保护器（SPD）。 3.保护抑制（靠装设保护电器的过电压保护） 当低压电源线路全部或部分为架空线路时，除采取等电位联结与保护接地措施，还需在电源进线处装设级分类试验（10/350s波形）的电涌保护器来防范沿电源线路侵入的雷电

55、脉冲过电压（即雷电波侵入）。 当Yyn0型或Dyn11型接线的配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处时，应在变压器高压侧装设避雷器；在低压侧的配电屏上，当有线路引出本建筑物至其他有独自敷设接地装置的配电装置时，应在母线上装设级分类试验的电涌保护器；当无线路引出本建筑物时，应在母线上装设级分类试验（8/20s波形）的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5kV。一、接地的有关概念第四节 电气装置的接地与等电位联结 （一）接地与接地装置 埋入土壤或特定的导电介质（例如混凝土或焦炭）中、与大地有电接触的可导电部分称为接地极。 大地与接地极有电接触的部分称为局部地，其电位不一定等于零。

56、 接地就是指在系统、装置或设备的给定点与局部地之间进行电连接。接地极 人工接地极：为了接地而专门装设的接地极自然接地极：兼作接地极用的直接与大地有电 接触的可导电部分 系统、装置或设备的接地所包含的所有电气连接件和器件称为接地装置（接地配置），包括接地极或接地网、接地导体、总接地端子或总接地母线等。 C-外界可导电部分C1-水管, 引入的金属管C2-排水管, 引入的金属管C3-插入绝缘段的燃气金属管C4-空调 C5-供热系统C6-水管，如浴室里的金属水管C7-排水管，如浴室里的金属水管MDB-总配电盘DB-配电盘MET-总接地端子SEBT-辅助等电位联结端子T1-埋入混凝土基础内接地极或埋入土

57、壤基础内接地极T2-可能安装的防雷装置的接地极LPS-可能安装的防雷装置PE-配电盘内的PE端子(排)PE/PEN-总配电盘内的PE/PEN端子(排)M-外露可导电部分1-保护接地导体（PE）1a-如适用, 来自供电网络的保护接地导体或PEN导体2-连接到总接地端子的保护联结导体3-辅助联结的保护联结导体4-如适用, 防雷装置引下线5-接地导体接地配置和保护导体的示例 （二）接地的分类 1.功能接地 功能接地出于电气安全之外的目的，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如电力系统的中性点接地（系统接地）。 2.保护接地 保护接地为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如： 防电击保护接

58、地为间接接触防护（故障防护）而将电气装置或设备的外露可导电部分进行接地。（类型） 防雷保护接地为防止雷电过电压而将雷电流、电涌电流泄入大地而设置的接地。 防静电接地为消除静电危害将静电导入大地而设置的接地。 3. 电磁兼容性接地 电磁兼容性接地为电磁兼容性所做的接地地。如屏蔽接地。 （三）对地电压、接触电压和跨步电压 电气设备在发生接地故障时，入地故障电流，将通过接地极以半球形向大地中散开。 试验表明，在距单根接地极或接地故障点20m左右的地方，散流电阻值己很小，此处电位接近参考零电位，称为参考地。 电气设备接地点和接地极与参考地之间的电压，称为电气设备接地故障时对地电压。 由于散流球面积越大

59、，其散流电阻越小。因此，在接地故障点附近，地面对地电压分布不均匀。 图 接触电压与跨步电压 Ut接触电压 Us跨步电压 预期接触电压指人尚未触及但可能被同时触及的可导电部分之间的电压。 跨步电压指大地表面相距1m（约为人的步距）的两点之间的电压。 二、接地电阻及要求 接地电阻指在给定频率下，系统、装置或设备的指定点与参考地之间的电阻。包括接地导体、接地极（网）的电阻与接地极周围土壤的流散电阻。 接地电阻主要是接地极周围土壤的的流散电阻，它与接地极（网）的形式及结构尺寸、土壤电阻率等有关。 按通过接地极流入地中工频交流电流流求得的接地电阻称为工频接地电阻； 按通过接地极流入地中冲击电流（雷电流）

60、求得的接地电阻称为冲击接地电阻。 通常，电力系统在不同情况下对接地电阻的要求是不同的。参见GB/T500652011交流电气装置的接地设计规范和GB500572010建筑物防雷设计规范。 三、接地装置的设计（一）接地装置的布置1.一般要求 独立变电所的接地装置，除利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工接地网。 人工主接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。主接地网内应敷设水平均压带。主接地网均压带可采用等间距或不等间距布置，可构成长孔形或方孔形接地网。 变电所接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或在地下深埋两条与接地网相连的帽檐式均