第十一章 电力系统雷电过电压及接地

③ 多只避雷针的保护范围
（a） （b） 图11—5 三支和四支等高避雷针的保护范围
两针两针地 分别验算
（a）三针保护范围；（b）四针保护范围
三针三针地 分别验算
二、避雷线及保护范围
① 单根避雷线的保护范围
h 当hx≥ 时： 2
ha h hx h h/2
25º
rx
rx 0.47(h hx ) p
④ 地面落雷密度（γ）
每一雷暴日、每平方公里地面遭受的平均雷击 次数称为地面落雷密度。 2.过电压的种类 ① 内部过电压 分为操作、弧光接地和谐振过电压，对电力线路和 电气设备绝缘的威胁不是很大。 ② 雷电过电压（亦称外部过电压或大气过电压） 雷击或雷电感应引起的过电压，可能毁坏电气设备 和线路的绝缘，烧断线路，造成大面积长时间停电。
第二节 防雷装置
防直击雷 过电压
防雷装置：避雷针、避雷线、避雷带或网和避雷器
防感应雷过电压、 侵入的雷电过电压
一、避雷针及保护范围
功能：引雷作用。一般用于保护发电厂和变电站的户 外设备和建筑物。
构成：接闪器、引下线
和接地体三部分。
接地体
独立避雷针
构架避雷针
其实，避 雷针也！
消雷器
保护范围的确定：折线法，滚球法。
降低雷击事故率
（7）装避雷器 在薄弱处 装排气式 避雷器 （8）加强绝缘 提高线路 本身的绝 缘水平
第四节 发电厂及变电站的防雷保护 发电厂、变电所遭受雷害的两个方面： （1）雷直击于发电厂、变电所
（2）雷击输电线后产生的雷电波侵入发电厂、
变电所
1.变配电所的防雷保护 （1） 防直击雷 ① 独立避雷针与被保护物之 间应保持一定的空间距离So。
常用：标准冲击波、斜 角平顶波、等值余弦波 等，其参数规定---自学
③ 雷暴日（Td）与雷暴小时（Th） 雷暴日：每年中有雷电的日数
雷暴小时：每年中有雷电的小时数 少雷区：全年平均雷暴日不超过15日的地区 多雷区：全年平均雷暴日超过40日的地区 强雷区：全年平均雷暴日超过90日的地区 湛江地区属于强雷区。
本书应用此法
目前 流行方 法
1.避雷针保护范围 ① 单支避雷针的保护范围
ha
45º
h
当hx≥
h 时： 2
h/2
hx
1.5h rx
hx水平面上保护 范围的截面
rx (h hx ) p （m）
h 当hx＜ 2 时：
图11—3 单支避雷针的保护范围
rx (1.5h 2hx ) p (m)
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第一节 雷电放电及雷电过电压 一、雷电放电的发展过程 雷云对地放电的过程可分为三个阶段：先导放电、 主放电和余辉放电。
图11—1 雷电放电的发展过程
雷电现象
雷云对地放电的过程可分为三个阶段：先导放电、 主放电和余辉放电。 放电通道先不 确定，后具有 定向性
沿电场强度 较强的方向
避雷针（线、 带、网）利用 了此特性
易产生 过电压
2. 排气式避雷器
1—产气管 2—棒型电极 3—环形电极 4—工作母线 S1—内间隙 S2—外间隙 使产气管在正常情 况下不承受电压
图11—10 排气式避雷器原理结构
排气式避雷器与保护间隙相比，有一定的灭弧能力。 排气式避雷器的灭弧能力的大小与工频续流有关。 续流过大产气多会使管子爆炸；续流过小产气不足则不 能可靠熄弧。
式中 P ——高度影响系数。 当h≤30 m 时, p = 1； 5 .5 当30 m＜h≤120m时，p = 。 h
超过120m时， 存在绕击
② 两支等高避雷针
D/h不宜大于5
与单支的相 同
图11—4 两支等高避雷针的联合保护范围
D h0 h 7p
bx 1.5(h0 hx )
式中 h0——两针保护范围上部边缘最低点的高度，m；D——两避 雷针间的距离，m。 2bx——在高度hx的水平面上，保护范围的最 小宽度，m。
+ + + + +++ + + ++ 导线 hC S
x
x
（a） （b） 图11—16 感应(静电感应）雷过电压形成示意图 （a）主放电前； （b）主放电后
hC—导线高度； S—雷击点与导线间的距离
3.雷电过电压的种类 (1)直击雷过电压 (2)感应雷过电压 (3)雷电侵入波
沿线路入侵 用避雷器防雷 保护
由各自的特点决定， 详后
1. 保护间隙
1 接母线 3 2 5
符号
防止主间隙 被外物短路 而装设的 1—主间隙 2—辅助间隙 3—瓷瓶 4—被保护设备
4
有利于电 弧被拉长 而熄弧
保护间隙的特点是：结构简单、价廉，但保护效果差，与 被保护设备的绝缘特性不易配合，动作后产生截波，电弧 不易熄灭，常用于3~10kV电网中。
提高线路耐 雷水平，防 止反击 在导线 的下方
（3）架设耦合地线
作用： 增加避雷线与导线间的耦合以降低绝缘子串上 的电压； 增加对雷电流的分流作用。
（4）采用不平衡绝缘方式
适用于双回 路同杆架设 的场合
牺牲一回， 保全另一回
绝缘子片数 不同
（5）采用消弧线圈接地方式
有助于单相 接地故障的 灭弧
（6）装设自动重合闸
330kV: 全线架设双避雷线， α在20度左右。 220kV：宜全线架设双避雷线， α在20度左右。 110kV： 一般全线架设避雷线， α在30度左右。 35kV及以下： 一般不沿全线架设避雷线，只在变电所 的进线段架设避雷线，α取20到30度之
间。
（2）降低杆塔接地电阻 详见P313表11-1。
应校验避雷 器安装地点可能 出现的最大短路 电流与最小短路 电流
避雷器在冲击电 压作用后流经间 隙的工频电弧
排气式避雷器的主要缺点：不易与电气设备的绝 缘配合、放电分散性大、动作后产生截波，对变压器 匝间绝缘不利。此外运行维护较麻烦。目前，只用于 线路交叉档和大跨越档处，或变电站的进线段处。
3. 阀型避雷器
防反 击
② 独立避雷针应装设独立的 接地装置，其接地体与被保 护物的接地体之间也应保持 一定的地中距离SE。
③ 独立避雷针及其接地装置 不应设在人员经常出入的地 方。
（2）进线防雷保护
35kV电力线路在变电所进线1~2km段内装设避雷 线防止直接雷击。
避雷线两端处装设管形避雷器。
F1、F2—管形避雷器；F3—阀形管形避雷器
当hx＜
h 时： 2
h
rx rx
图11—6 单根避雷线的保护范围
rx (h 1.53hx ) p
② 两根平行等高避雷线的保护范围
1
h ha hx h/2 h D R0 D/4p
O
2
h0 h
与单根的 相同
rx
D h0 h 4P
图11—7 两平行避雷线的保护范围
式中 h0——两避雷线间保护范围上部边缘最低点高度，m； D——两避雷线间距离，m；ｈ——避雷线的高度，ｍ。
图11—15 ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性的比较
与有串联间隙的SiC避雷器相比，无间隙ZnO避雷 器具有下述优点：
（1）保护性能优越。 （2）无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。 （3）通流容量大。 （4）耐污性能好。 （5）适于大批量生产，造价低廉。 由于氧化锌避雷器有上述优点，因而发展潜力很大， 是避雷器发展的主要方向，正在逐步取代传统的带间隙的 碳化硅避雷器。
雷云对地放电的过程可分为三个阶段：先导放电、 主放电和余辉放电。
放电电流很大
雷电破坏性大
电气设备要进 行防雷保护
图11—1 雷电放电的发展过程
雷电放电 具有重复 性
二、雷电参数及雷电过电压 1.雷电参数
雷电流 的幅值
① 雷电流幅值
② 雷电流波头和 波长 波头 波长
图11—2 雷电冲击电压全波
波头大致在1~4μѕ的范围内，平均为2.6μѕ左右。 雷电流的波长大致在20μѕ~100μѕ的范围内，平均约 为50μѕ。在防雷保护计算中，雷电流的波形可以采用 2.6/50μѕ。 雷电的波形及其参数对研究防雷措施具有重要 作用。
3.雷电过电压的种类 (1)直击雷过电压 (2)感应雷过电压 (3)雷电侵入波
雷直接击于 设备或线路造 成 用避雷针（线、带、 网）防雷保护
3.雷电过电压的种类 (1)直击雷过电压 (2)感应雷过电压 (3)雷电侵入波
由电磁感应和 静电感应引起
用避雷器防雷 保护
雷云
雷云
E Ex + + + + + + + + + + + + + ++ + ++ + + 导线 hC S
第十一章 电力系统雷电过电压及接地
第一节 雷电放电及雷电过电压
第二节 防雷装置 第三节 输电线路的防雷保护 第四节 发电厂及变电所的防雷保护 第五节 电力系统接地
教学要求
1. 了解雷电放电的发展过程、雷电参数及雷电过电压。 2. 熟悉避雷针、避雷线保护范围计算；熟悉常用避雷 器的结构及其特点。 3. 熟悉输电线路的防雷保护措施。 4. 熟悉发电厂及变压器的防雷保护措施。 5. 了解电气装置中必须接地部分、对接地装置接地 电阻值的要求、接触电压和跨步电压。
氧化锌避雷器
均压 环
氧化锌避雷器
氧化锌ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ雷器
氧化锌阀片
第三节 输电线路的防雷保护 衡量输电线路防雷性能的两个指标： 耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络的最大 雷电流幅值 雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的 跳闸次数