第3章防雷保护

第3章防雷保护1、防雷装置的种类与作用2、电力设施和建筑物的防雷第1节防雷装置的种类与作用1、过电压及其分类2、雷电特性3、常用防雷装置的种类和作用4、避雷针5、避雷器6、防雷接地1、过电压及其分类概念：

在正常的情况时，电力系统电气设备的绝缘处于额定电压情况下。但是，由于雷击和操作等原因，电力系统的某些部分的电压可能升高，甚至会大大超过正常情况下的数值。这种对电气设备绝缘造成危险的电压升高，称为过电压1、大气过电压概念

由于雷云放电或雷电感应引起的过电压称为大气过电压，也叫雷电过电压。它与电力系统本身运行情况无关，因而这种过电压也称为外部过电压。2、内部过电压概念：

由于电力系统内部电磁能量的转换或传送引起的过电压，称为内部过电压。例如：断路器分与合、线路断线、断路与接地等故障均会引起程度不同的过电压。这种内部过电压的过电压数值一般不是很大。2、雷电特性雷电作为之中无法抑制的强大的自然力的爆发，不仅威胁着人类的生命安全，而且常使电力、航空、通信、建筑等许多部门遭到破坏。所以，雷电现象极其防护问题的研究日趋迫切。雷电的形成雷电的原因很多，现象也比较复杂。大气中的水蒸气和地面的湿气受热上升，在空中不同冷、热气团相遇，凝结成水滴或冰晶，形成积云。积云运动，使电荷发生分离，亦即在上下气流的强烈摩擦和撞击下，形成带正、负不同电荷的积云，也称雷云。大气过电压的基本形式直接雷过电压感应雷过电压侵人波过电压直接雷过电压概念：雷云直接击中房屋、杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过该物体而泄人大地，在该物体上将产生很高的电压降，称为直接雷过电压。采取的防雷措施：避雷针避雷线避雷带避雷网感应雷过电压概念：当雷击设备或架空线路附近地面时，在设备或导线上由于静电感应和电磁感应而产生的过电压，称为感应雷过电压。侵人波过电压由于架空线路或架空金属管道上遭受直接雷或感应雷而产生的高压冲击雷电荷，可能沿线路或管道侵入室内。据统计，在电力系统中，由于雷电波侵人而造成的雷害事故，约占雷害总数的一半以上雷电参数为了统计雷电活动频繁度，我们采用雷暴日为单位，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。全年雷暴日的总和叫年雷暴日我国把每年平均雷暴日不超过15日的地区叫少雷区，超过40日的叫多雷区，超过90日的叫强雷区。根据资料统计，广东省雷州半岛和海南岛一带是雷电活动最频繁地区，年平均雷暴日高达100～130日；广东、广西、云南等省部分地区雷暴日约在80日以上；长江流域以南地区雷暴日约40～80日；长江以北大部分地区雷暴日约20～40日；西北地区雷暴日约20日以下。雷电流的幅值、波形雷电流的幅值是一个随机变量，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律雷电流的幅值随气象条件相差很大，但测得的雷电流波形却基本是一致的，雷电流波形具有冲击特性常用防雷装置的种类和作用防雷工作包括电气设备的防雷和建（构）筑物的防雷两大内容。电气设备的防雷主要包括发电厂、变配电所和架空电力线路的防雷；建（构）筑物的防雷则分工业和民间两大类，它们按危险程度和设施的重要性又可分成三种类型。防雷的种类 * FootnoteSource: Source防雷工作电气设备的防雷发电厂变配电所架空线路建筑物的防雷工业民间各种防雷装置的作用（1）避雷针。利用尖端放电原理，使其保护范围内所有电气设备或建筑物免遭直击雷的破坏。（2）避雷线。避雷线主要用来保护输电线路。线路上的避雷线称架空地线。（3）避雷器。它可进一步防止沿线侵人变电所（或发电厂）的雷电侵人波对电气设备的破坏，把雷电侵人波限制在避雷器残压值范围内，从而使变压器及其他电气设备可免受过电压的危害。（4）避雷带。沿建筑物屋顶四周易受雷击部位明设的作为防雷保护用的金属带作为接闪器、沿外墙作弓；下线和接地网相连的装置称为避雷带。多用在民用建筑特别是山区。由于雷击选择性较强（可能从侧面横向发展对建筑物放电），故使用避雷带（网）的保护性能比避雷针的要好。（5）避雷网。分为明装避雷网和笼式避雷同两大类。沿建筑物屋顶上部明装金属网格作为接闪器，沿外墙装引下线接到接地装置上，称为明装避雷网。一般建筑物中常采用这种方法。而把整个建筑物中的钢筋结构连成一体，构成一个大型金属同笼，称为笼式避雷器避雷针

避雷针是由接问器（针尖），接地引线和接地装置三部分组成。避雷针就其本质功能而言，并不是避雷，相反却是招雷或引雷。它是利用高耸空间的有利位置，当附近空中有雷电放射时，便不断地把雷电引向自身并将雷电流迅速地泄人大地消散，从而防止避雷针保护范围内的建（构）筑物或电气设备遭受直击雷的破坏。单支避雷针保护范围单支避雷针保护范围，像一个由它所支撑的锥形“帐篷”，当避雷针的高度为h时，“帐篷”的上半部空间为从针顶向下作45度的斜线，在距地面h／2处转折，与地面上距针底1.

5h处的连线构成保护空间的下部，如图所示。避雷针在地面上的保护半径按下式计算：r=1.5h式中r-保护半径,mh-避雷针的高度,m在被保护高度hx，水平面上的保护半径应按下式确定：hx大于等于h/2时r=（h-h0）p=haphx小于h/2时r=（1.5h-2hx）p式中rx-避雷针在hx水平面上的保护半径，mHx-被保护物的高度，mha-避雷针的有效高度，mP-高度影响系数，h小于等于30m时，p=1；30<h<120m时，p=5.5hh〉30m，rx需要乘以p，p<1。

两支等高避雷针的保护范围多支等高避雷针的保护范围三支等高避雷针所形成的三角形外侧保护范围，应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。若可使三角形内被保护物的最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围一侧的最小宽度bx＞0时，全部面积即能够受到保护。四支和超过四支等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或几个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。避雷器避雷针能保护发电厂、变电所的设备不遭受直接雷击，但电气设备还可能受到沿输电线路传播来的侵入波的威胁。这时，我们应采用避雷器限制过电压以保护电气设备。避雷器是用来限制过电压、保护电气设备绝缘的电器。通常将它接于导线和地之间，与被保护设备并联

避雷器实现良好的保护应满足的基本要求应具有良好的伏秒特性，以利于实现绝缘配合。应有较强的绝缘自恢复能力，以利于在过电压作用过去以后，能迅速切断在工频电压作用下的工频续流电弧，使系统恢复正常运行，避免供电中断。避雷器的类型保护间隙管型避雷器阀型避雷器氧化锌避雷器保护间隙

保护间隙由两个电极组成，常用的角型保护间隙如图所示。保护间隙与被保护设备并联于线路上，为了是被保护设备得到可靠保护，间隙的伏秒特性上限应低于被保护设备绝缘冲击放电伏秒特性的下限，并有一定的安全裕度。管型避雷器管型避雷器实质上是一种具有高熄弧能力的保护间隙，当大气过电压波传来，达到避雷器冲击放电电压时，使内、外间隙击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备绝缘。当过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生的工频续流。工频续流电弧的高温使产气管内产气材料分解出大量气体，管内压力急剧升高。气体在高温压力作用下由喷气口喷出，形成强烈的“纵吹”作用，从而使电弧在工频续流过零时熄灭，使电网恢复到正常运行状态。

管型避雷器的缺点伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般变压器或其他电气设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好地配合；管型避雷器动作以后工作母线直接接地形成电压截波，对变压器绝缘有损害；管型避雷器放电特性受到大气条件影响较大。因此，管型避雷器目前只适用于发电厂、变电所的进线段保护以及输电线路绝缘弱点的保护，如大跨距和交叉挡距处。管型避雷器的安装要求串联一个空气间隙（即外间隙），并要保证外间隙稳定不变。同时装设简单可靠的动作指示器安装时应注意，避免避雷器动作时排出的气体相交，引起相间短路。为了防止管内积水，管型避雷器应开口向下，且宜垂直安装或倾斜安装（与水平线夹角不小于15”），在污秽地区则应增大倾斜角度。额定电压10kV及以下的管型避雷器，为了防止雨水造成短路，其外间隙的电极切不可垂直布置。阀型避雷器阀型避雷器与管型避雷器相比，在保护性能上有重大改进。它具有较平的伏秒特性和较强的灭弧能力，可避免截波的发生，在电力系统中得到广泛的应用。阀型避雷器主要由瓷套、火花间隙和非线性电阻组成。其中，瓷套是绝缘，起支撑和密封作用；火花间隙是由多个间隙串联而成，每个火花间隙由两个黄铜电极和一个云母垫圈组成，非线性电阻（阀片电阻）呈饼状，它由金刚”砂（SIC）颗粒烧结而成。阀片电阻值与流过的电流有关，电流越大，电阻越小；反之，电流越小，电阻越大。火花间隙和非线性电阻组装在套管中做成避雷器的标准单元，然后再组合成各种电压等级的避雷器以供电力防雷使用阀型避雷器的工作原理将不会很高，使其低于被保护设备的冲击耐压值，设备得到保护。当过电压消失后，间隙中由工作电压产生的工频续流仍将继续流过避雷器，此续流由于受阀片电阻的限制远较冲击电流为小。故阀片电阻变得很大，从而进一步限制了工频续流的数值。使间隙能在工频续流第一次经过零值时就将电弧切断，电网恢复正常运行。普通阀型避雷器FS系列主要用于保护小容量的配电装置，如配电变压器，电缆头，柱上开关等。有Fr3；Fe6；FS－－10三种型号，分别用于3kV、6kV和10kV三个电压等级。FZ系列主要用于保护发电厂和变电所的变压器和电气设备，额定电压等级为3～220kV。磁吹避雷器进一步提高阀型避雷器的保护能力，在普通阀型避雷器的基础上，发展了一种磁吹避雷器。磁吹避雷器的基本原理和结构与普通阀型避雷器相同，其主要区别在于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电阻，因而具有更高的灭弧性能和通流能力，除用以限制雷电过电压以外，还可用来限制电力系统的内部．过电压。阀型避雷器的电气特性对各类问型避雷器的主要电气参数的意义和选用说明如下：（1）额定电压。指正常工作时加在避雷器上的工频电压。避雷器的额定电压应与避雷器安装地点电力系统的额定电压等级相同。（2）灭弧电压。指保证避雷器能够在工频续流第一次过零时灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则避雷器可能因为不能灭弧而爆炸。（3）工频放电电压。指在工频电压作用下，避雷器将发生放电的电压值，是说明避雷器火花间隙的绝缘强度的指标。普通避雷器在内过电压下不允许动作，因此通常规定其工频放电电压的下限应不低于该系统可能出现的内过电压值。。（4）冲击放电电压。指在冲击电压作用下避雷器放电的电压值（幅值），通常给一出的是上限值。避雷器的伏秒特性应当低于被保护设备绝缘的冲击击穿电压的伏秒特性，才能起到保护作用。（5）残压。指雷电流通过避雷器时在闹片上产生的电压降。由问型避雷器的保护原理可知，避雷器放电以后就相当于以残压突然作用在被保护设备上，由此避雷器的残压愈低保护性能愈好。根据分析及实际统计，现行标准规定：通过避雷器的额定雷电冲击电流，220kV及以下系统取skA；330kV及以上的超高压系统取10hA／因此，避雷器上的残压都是以上述电流作用下的压降为标准。该电流下的残压也作为各类电网防雷设计和绝缘配合的依据。＿（6）保护比。指避雷器的残压与灭弧电压之比。保护比愈小，说明残压愈低或灭：弧电压愈高，因而保护性能愈好。氧化锌避雷器氧化锌避雷器（简称MOA）是一种新型的避雷器。这种避雷器的阀片以氧化锌（ZnO）为主要原料，附以少量能产生非线性特征的金属氧化物，经高温熔烧而成。氧化锌阀片具有很理想的伏安特性，其非线性系数很小，一般为0．01～0．04，当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值（此值称为动作电压）时，阀片将发生“导通”。“导通”后氧化锌阀片上的残压与流过它的电流基本无关，为一定值。在工作电压下，流经氧化锌阀片的电流很小，仅为1mA，不会便氧化锌购片烧坏，囚此氧化避雷器不用串联间隙来隔离工作电压。MOA优点（1）无间隙（2）无续流（3）流通容量大（4）性能稳定（5）适于大批量生产，造价低廉防雷接地1．接地与接地电阻为降低雷电流通过时在避雷针（线）或避雷器上产生的过电压，保证输配电系统的正常运行和人身安全