高电压 第9章 雷电及防雷装置

第9章雷电及防雷装置

9.1 雷电放电的发展过程

9.2 雷电参数

9.3 避雷针和避雷线

9.4 避雷器

9.5 防雷接地

9.1 雷电放电的发展过程

先导：不连续性（分级先导），历时约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 μs 的间隔。发展速度约为光速的1/1000 左右。

主放电：时间50 ~ 100 μs，

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。到达

云端时，主放电结束。

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。

9.2 雷电参数

1.雷电活动强度——雷暴日及雷暴小时

雷暴日：每年中有雷电的天数。雷暴小时：每年中有雷电的小时数。

年平均雷暴日不超过15 的地区为少雷区；超过40 的为多雷区；超过90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区。

2.落雷密度

地面落雷密度γ：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数。

电力行业标准DL/T620-1997建议取γ= 0.07次／平方公里. 雷电日。

3.雷电通道波阻抗

雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗（规程建议取300 ~ 400?）。

4.雷电流的极性

国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占75 ~ 90 %。

5.雷电流幅值

雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流。规程规定，雷电流是指雷击于R j ≦30Ω的低接地电阻物体时，

流过该物体的电流。一般地区：lg 88

I p =-少雷地区：lg 44

I p =-

6.雷电流的波头、陡度及波长

波头：1 ~ 5 μs 范围内变化，多为2.5 ~ 2.6 μs，规程规定工程计算通常取2.6 μs；

波长：20 ~ 100 μs ，多数为50 μs 左右；

陡度：陡度α与幅值I 有线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般认为陡度超过50 kA/μs 的雷电流出现的概率已经很小（约为0.04）。

7.雷电流的波形

标准波形斜角平顶波半余弦波

9.3 避雷针和避雷线

避雷针（线）的保护原理

当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）放电，从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。

对避雷针（线）的要求

（1）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。

（2）被保护设备全面位于避雷针（线）的保护范围内。但为了防止与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击），它们之间应保持一定的距离。

双根等高避雷针保护范围

单根避雷针保护范围x /2h h ≥x x h ()r h h p =-当时：

当时：x /2h h

双根不等高避雷针保护范围单根避雷线保护范围

2

h h x ≥p h h r )(47.0x x -=2h h x

h h r )53.1(x x -=时时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

p

D h h 4O -=

9.4 避雷器

高电压工程基础

9.4 避雷器

避雷器的保护原理

当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于与其并联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。

避雷器的技术要求（1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者的全伏秒特性的配合来保证；

（2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的工频续流。

避雷器的种类保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）

1－被保护绝缘

2－保护间隙或管式避雷器3－阀式避雷器

1 —保护间隙

2 —管式（排气式）避雷器

3 —带间隙阀式避雷器

4 —无间隙阀式避雷器

5 —被保护电器设备

避雷器保护作用原理示意

1、保护间隙优点：结构简单、价廉。

缺点：保护效果差，与被保护设备的伏秒特性不易配合；动作后产生的截波，对变压器匝间绝缘有很大的威胁。因此它

往往与其它防护措施配合使用。

保护间隙常用双羊角状间隙，

取其有电弧上吹特性，我国常用于3

~ 10kV 电网中。保护间隙有一定的

限制过电压效果，但不能避免供电

中断。

2、管型避雷器外间隙

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；6—动作指示器

管式避雷器由两个串连的间隙组成，一个S

1在管内，称为

内间隙；另一个S

2

在管外，称为外间隙。

当有雷电冲击波时，间隙S

1 、S

2

均被击穿，冲击电流又加

上工频续流电弧的高温，使产气管（气化纤维/塑料/特种橡胶）内产生数十至数百个大气压的气体，通过环形电极开口孔喷出产气管对弧柱强烈纵吹，使其在工频续流1～3周期内的某一过零时熄灭。

外间隙的作用是使消弧管在线路正常运行时与工作电压隔离，以免管子材料加速老化或在管壁受潮时发生沿面放电。

2、管型避雷器

管式避雷器不但有一个切断电流的下限，而且还有一个切断电流的上限。其安装点最大与最小短路电流要分别小于和大于管式避雷器的上、下限。

管式避雷器伏秒特性陡，放电分散性大，动作产生截波，放电特性受大气条件影响，故它主要用作保护线路弱绝缘，以及电站的进线段保护。

3、阀式避雷器

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。

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。

有间隙阀式避雷器和无间隙氧化锌避雷器动作情况对比避雷器端电压避雷器端电压

普通阀式避雷器

1火花间隙

2非线性电阻阀片的伏安特性

k u C i α

=

普通阀式避雷器

工作原理

●在系统正常工作无过电压时，间隙将阀片与工作导线隔开，

以免由于工作电压在阀片中产生的电流使阀片长期受热烧坏。

●当系统中出现过电压且其幅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。大的冲击电流使非线性电阻阻值变得很小，阀片上压降（残压）得到控制，另由于残压存在，不会形成截波。

●当过电压消失后，间隙中的电弧并不随之熄灭，由工频电

压产生的电弧电流(工频续流)仍将继续存在，此续流远较冲击电流为小，故阀片电阻变得很大，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将电弧切断。

普通阀式避雷器（火花间隙、非线性电阻）

单个火花间隙的结构a.保证间隙中的电场为均匀电场，伏秒特性平缓；b.电晕可缩短间隙

放电时间

多个短间隙串联易

于切断工频续流。

（复合与散热）

多个问隙串联电压分布

不均匀，使避雷器灭弧

能力降低。可使用并联

电阻使电压分布均匀。1.火花间隙-平板（FZ）