第五章 防雷装置-接地

第五章防雷装置避雷针，避雷线接地装置保护装置-避雷器防雷措施分流屏蔽搭接、接地滤波保护1.避雷针富兰克林于1750年发明避雷针。避雷针的发明不仅是使人类生活上免除了自然灾害，而且在哲学上和科学上也是一件大事单根避雷针的保护范围避雷针的保护范围避雷针的保护范围避雷针的保护范围2.避雷线的保护范围保护线路我国一般110kV以上线路采用避雷线35kV线路的进线段国外，如日本配电线路也用保护500kV大型超高压发变电站单根避雷线的保护范围两根避雷线的保护范围两根避雷线的距离不应超过到限与避雷线垂直距离的5倍线路的保护角20~300即可认为导线处于避雷线的保护范围内220~330kV：20o500kV：<15o第3讲防雷装置-避雷器1避雷器的发展概况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器设备避雷器的保护原理与避雷针不同。它实质上是一种放电器，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1.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有以下四种类型：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—被保护电器设备避雷器保护作用原理示意具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合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：

(a)(b)(c)1——气设备的伏秒特性；2——避雷器的伏秒特性，3——电器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图开发年代保护装置类型19世纪7080年代棒型放电间隙和熔丝19世纪末角形保护间隙，防止雷击损坏设备绝缘而造成事故20世纪20年代铝避雷器，氧化膜避雷器20世纪30年代管式避雷器，主要用于发电厂、变电所进线和线路的保护20世纪40年代SiC避雷器，用于交直流系统发变电设备的保护，40年代至50年代迅速发展，并一直应用至今20世纪50年代SIC磁吹避雷器，复合式避雷器20世纪60年代ZnO压敏电阻，用于电子设备的保护20世纪70年代ZnO避雷器，用于交直流电力系统发、变电设备的保护，正逐渐取代SiC避雷器20世纪80年代合成绝缘ZnO避雷器，用于发、变电设备保护外，还包括线路防雷及深度限制操作过电压等避雷器发展经历：从放电间隙到氧化锌避雷器一.

保护间隙，包括普通棒型间隙、角间隙和管型限压装置等二.各类具有非线性电阻的阀型限压装置

避雷器可以分为两个阶段和两大类角间隙没有专门的灭弧装置，可以和自动重合闸配合使用管型限压装置带有产气式灭弧管，可以熄灭更大的工频电弧主要的缺陷：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位绝缘介质的电气设备）带有串联放电间隙和SiC非线性电阻的阀型限压装置的出现克服了上述缺陷：

采取有效措施使放电间隙的伏秒特性比较平坦由于电阻非线性，避免动作时出现很陡的截波SiC避雷器经历了两种类型：

磁吹放电间隙，提高灭弧能力复合式避雷器，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）这些技术上的进步提高了限压装置的保护性能，但是却使装置的结构更加复杂，价格也随之提高。

ZnO电阻具有优异的非线性U-I特性，不仅残压大大降低，而且有可能避免放电间隙带来的一系列问题，已替代传统的碳化硅避雷器。2.氧化锌避雷器

2.氧化锌避雷器

金属氧化物避雷器（MetalOxideSurgeArresters，简写为MOA）MOA的主要元件是金属氧化物非线性电阻片（MetalOxideVaristors—简写为MOV）MOV的主要成份是氧化锌（ZnO），因此，俗称MOV为氧化锌阀片，MOA为氧化锌避雷器MOV以ZnO材料为主体（占总摩尔数的90%以上），添加Co2O3、MnO2、Bi2O3、Sb2O3等金属氧化物，在1250C的高温下烧结而成不同厂家及研究机构的添加物成分不完全相同，当添加物含量超过0.001mol时开始呈现非线性ZnO非线性电阻片（MOV

）的基本构成ZnO阀片的非线性U—I

特性根据作用电场强度的大小可分为三个区域用非线性系数的大小衡量ZnO电阻的非线性程度：

或非线性系数对于整个U-I特性，

并不是一个常数，它随电流变化而变化，且与测量时的环境温度有着密切关系：低电场区（小电流区），0.10.2

中电场区（非线性区），0.0150.05

高场强区（饱和区），0.1非线性系数氧化锌避雷器的基本工作原理氧化锌避雷器（MOA）是将相应数量的氧化锌电阻片（MOV）密封在瓷套或其他绝缘体内而组成无间隙MOA1.ZnO和SiC非线性电阻片的U－I特性的比较

2.氧化锌无间隙避雷器的优良性能保护性能优越无续流，结构简单，耐重复动作能力强

通流容量大，吸收过电压能量的能力强性能稳定，抗老化能力强适应多种特殊需要适宜于大批量生产，造价低

ZnO避雷器优越的陡波响应特性对于具有平坦伏秒特性的SF6气体绝缘变电站（GIS）的保护尤为合适通流容量大，吸收过电压能量的能力强没有串联间隙烧伤的制约，仅与ZnO电阻片本身有关与SiC电阻片相比，其单位面积的通流能力大4~4.5倍，而单位体积吸收的过电压能量，则可以大4倍左右ZnO电阻片的残压特性分散性小，约为SiC的1/3，电流分布特性均匀，可以通过并联电阻片或整只避雷器的方法来提高通流能力

ZnO避雷器的主要技术参数额定电压：允许施加的最大工作电压持续运行电压：允许长期连续施加的工频电压有效值DC1mA电压压比：U10kA/U1mA荷电率：持续运行电压峰值与参考电压之比工频耐受伏秒特性：考核其对工频过电压的耐受能力1.2Um1000s1.3Um100s1.4Um1s复合外套ZnO避雷器复合外套ZnO避雷器的优点具有ZnO避雷器的所有优点:残压低，保护优异；泄漏电流小；通流容量大，吸收过电压能量的能力强消除了避雷器内部受潮的隐患从根本上消除避雷器裙套爆炸的危险重量轻，体积小，扩大了避雷器的使用范围耐污性能好散热特性好制造工艺简单悬挂式避雷器应用于变电站避雷器应用于室内变电站入口处第3讲防雷装置-电力系统接地技术1.接地分类

工作接地交流电力系统根据中性点是否接地而分为中性点接地系统和中性点绝缘系统，另外还有中性点通过电阻或电感接地的中性点非有效接地系统定义：我国在110kV及以上的电力系统中多采用中性点接地的运行方式，其目的是为了降低电力设备的绝缘水平目的：降低作用在设备绝缘上的电压，因此设备的绝缘水平也可以降低，即达到缩小设备绝缘尺寸、降低设备造价的目的在正常情况下，流过接地装置的电流为系统的不平衡电流，而在系统发生短路故障时将有数十千安的短路电路流过接地装置，持续时间0.5s左右1.接地分类工作接地在两线一地的双极直流输电系统中，有时也将中性点接地。中性点接地后，可以利用大地作为回路，采用单极运行方式。采用单极运行方式时，数千安的电流将长期流过接地装置，这时接地装置的电化学腐蚀是一个特别应当注意的问题对于配电系统，降压变压器用来联接高压系统和低压系统，根据变压器中性点是否接地可分为接地系统和非接地系统

保护接地在电气设备发生故障时，电气设备的外壳将带电，如果这时人接触设备外壳，将产生危险。因此为了保证人身安全，所有电气设备的外壳必须接地，这种接地称为保护接地当电气设备的绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接地装置的故障电流应使相应的继电保护装置动作，切除故障设备，另外也可以通过降低接地电阻保证外壳的电位在人体安全电压值之下，从而避免因电气设备外壳带电而造成的触电事故1.

接地分类

防雷接地为了防止雷电对电力系统及人身安全的危害，一般采用避雷针、避雷线及避雷器等雷电防护设备雷电防护设备都必须与合适的接地装置相连，以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地流过防雷接地装置的雷电流幅值很大，可以达到数百千安，但持续的时间很短，一般只有数十微秒

1.

接地分类信号参考地为电子设备提供信号参考点1.

接地分类2.

接地的功能

降低电力设备绝缘水平

确保电力系统安全运行：输电线路杆塔接地装置的接地电阻必须降低到一定值，以降低雷击输电线路杆塔时的塔顶电位与导线的电位差小于绝缘子串的50%冲击放电电压来保证线路的正常运行

确保人身安全当电气设备绝缘损坏或老化而使外壳带电时，保护接地能够保证接触设备外壳的人员的人身安全另外发变电站接地装置通过降低接地电阻和采取均压措施来保证接触电压和跨步电压满足人身安全要求3.

接地的功能

检测接地故障近年来为了保证人身和财产安全，低压线路采用漏电断路器等各种故障保护装置。如果线路的一点产生接地故障，为了使保护装置动作，则必须产生足够大的接地故障电流。为确保满足该条件，则在降压变压器二次侧中性点接地，该接地可以称为接地故障检测用的接地对中性点接地的线路，如果电气设备外壳不接地，当由于绝缘破坏等原因使设备外壳带电时，通过杂散电容构成回路产生的电流将不足以使保护设备可靠动作，因此应将设备外壳接地3.接地的功能功能接地有些设备在功能上即有加以接地的必要性。例如阴极保护利用电化学防止金属的腐蚀，为了使防蚀电流流入土壤或水中，则应在系统中进行接地。另外为了保证计算机及其它电子设备的正常工作，必须采用具有稳定电位的基准点，该基准点通过接地来实现。

作业用接地在停电作用时，需要采用接地来泄放线路中的充电装置中的能量，以及防止电磁干扰在线路中的感应电流的危害。另外也可以防止他人误操作对作业人员的致命危害3.接地的功能等电位联接使各外露导体和装置外导电体的电位相等的联接方式在建筑物内的电气设备，可以通过将设备外壳与敷设的主接地母线相连来实现等电位联接等电位联接的目的是防止在设备之间产生危险电位差和构成回路，因为由设备接地联接构成的回路容易受到外部电磁场的感应作用，产生回路电流，干扰设备的正常运行4.接地电阻的定义及特性接地电阻为接地体的地电位升与通过接地体流入地中电流的比值。它与土壤特性及接地体的几何尺寸有关。接地体的接地电阻可以通过求解电流场得到电流流经接地体向地中散流时所遇到的土壤电阻为散流电阻，通常所说的接地电阻包括接地引线的电阻、接地引线与接地装置的接触电阻、接地体本身的电阻、接地体和土壤间的接触电阻及土壤的散流电阻。因为散流电阻比其它四种电阻大得多，因此可以近似地认为接地电阻等于散流电阻4.接地电阻的定义及特性通常通过求解恒定电流场分析得到的接地装置的电阻为土壤的散流电阻，即一般计算公式计算得到的接地电阻只是接地装置周围土壤