电力系统过电压雷电及防雷装置

图 两支不等高避雷针1和2的 联合保护范围
4.单根避雷线的保护范围
arctg0.47 250
一侧保护宽度rx为:
hx hx
h/ h/
2, rx 2, rx
0.47(h hx ) (h 1.53hx )
ph ph
(9-7)
图 单根避雷线的保护范围
4.两条平行等高避雷线的保护范围 外侧保护范围与单线时相同 内侧保护范围：圆弧
避雷针的外侧保护范围同样可由式(3-5)确定； 两针间保护范围加大：
h0 bx
hD 1.5(h0
/7hpxh)
(3-6)
两针间距离与针高之比D／h不宜大于5，式(3-6)的适用范围bx＜rx；R0由0、1和2 三点唯一确定。
3.多根避雷针的保护范围
等高三针联合保护范围可以两针、两针地分别计算其联合保护范围； 等高四针及多针，可以按三针、三针地分别确定其保护范围 两支不等高避雷针保护范围的确定：
3.2 雷电参数 1 雷电活动强度—雷暴日及雷暴小时
1个雷暴日=3雷暴小时 我国雷电活动分区 2 落雷密度γ＝0.07/km2·雷电日
例：在多雷区，有h=20m的输电线路，其每侧的吸雷宽度 为5h，求该线路每百公里每年的落雷次数。 解：N=落雷密度*雷暴日*落雷面积
= γ*40*（100*5h*2）
1.单根避雷针的保护半径
hx h / 2, rx (h hx ) ph
hx
h / 2, rx
(1.5h
2hx
)
ph
(3-5)
式中，ph高度修正系数； 当h≤30m时， ph ＝1; 当30m＜h ≤ 120m时，
ph 5.5/ h
图 单支避雷针保护范围
2.等高双根避雷针的保护范围
图 等高双针的联合 保护范围
管式避雷器所能熄灭的续流有一定的上下限。 管式避雷器的上、下限电流通常在型号中表明，
GXS Ue I min I max
产气管（内间隙s1）易受潮，并可能发生工作电压下 的沿面放电，因此需串接外间隙s2。
管式避雷器有三个缺点：一是它的伏秒特性太陡， 难以和被保护物理想地配合；二是运行维护麻烦； 三是它会产生高幅值的截波，造成变压器的损害。
✓避雷器基本技术要求： 1) 过电压作用时，避雷器先于被保护设备放电—全
伏秒特性配合
(a)正确的配合；
(b)不正确的配合
图 电气设各绝缘的伏-秒特性1与避雷器伏-秒特性2配合的两种情况
2)具有熄弧能力，以切断第一次工频过零时的工频续流 ✓避雷器的类型：
保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器
1. 保护间隙
h0 h D / 4 ph
保护角：
在hx水平面的保护面积
图 两根平行避雷线1和2的保护范围 图 避雷线的保护角
3.4 避雷器 ✓避雷器是防止过电压损坏电力设备的保护装置。
实质是放电器。
✓避雷器放电时，强大的冲击电流泄入大地，大电流过 后，工频电流将沿原冲击电流的通道继续流过，此电流 称为工频续流。
3 雷电通道波阻抗：取300—400Ω
4雷电流的极性：负极性占75~90% 5雷电流幅值：雷击物Rj≤30欧时
雷电流幅值经验公式：
一般地区：
lg p I 88
对少雷地区： lg p I
44
6 雷电流的波头、陡度及波长 波头：1~10us，多在2.5~2.6us, 规程规定取雷电流波头时间为2.6us 波长：20~100us，多为50us， 简化计算一般视其为无限长 幅值与波头决定了雷电流的上升陡度，陡度
绝缘发生根坏。例如当三相过电 压波同时作用于变压器时、如A 相管式避雷器动作，则变压器A 相套管上的电位可因振荡而改变 符号，而B相套管上的电位则并 末改变符号。这样A、B两相间的 最大电位差可达2U0，从而可使A、 B相间击穿。
➢管式避雷器主要用作保护线路弱绝缘，以及电站的 进线保护段。
3 阀式避雷器 阀式避雷器由间隙和阀片组成。
2. 管式避雷器
图 管式避雷器 1.产气管；2.胶木管套；3.棒电极；4.环形电极；5.储气室；6.动作指示器；s1、
s2：内、外间隙
内间隙s1置于产气管内，雷电波使2个间隙击穿，工 频续流的电弧产生高温，使产气材料产生大量气体， 高压气体喷出灭弧。
管式避雷器必须能产生足够的气体灭弧，而产气量与 流过管式避雷器的短路电流的大小有关
常用于3-10kV电网；
有电弧上吹特性：电弧高温使周 围空气上升并上吹电弧；弧道电 流产生电动力向上拉升电弧；
图 角形保护间隙 1一主间隙，2一辅助间隙
主间隙1阻塞时，辅助间隙2隔断 工频；
动作后产生截断波，波尾极陡，和陡波头一样对变压 器匝间绝缘有危害。 稍有熄灭短路电流能力，与自动重合闸装置配合使用
与幅值有线性的关系，≤50kA/us 7 雷电流的波形
(a)标准冲击波 双指数函数的波形
i I0 (et et )
IEC标准：1.2/50us
(b)斜角平顶波 陡度(斜度)α:
I / f
f 2.6us
(c)等值余弦波
雷电流波形的波头部分，接近半余
弦波。
i
I
(1 cost)
2
/ f
最大陡度出现在波头中间，即τf／2处
max
(
di dt
)3.3 避雷针和避雷线
保护作用原理 接地装置和与被保护物的间距 用模拟试验及运行经验确定保护范围
0.1%雷击概率； 定向高度H： 模拟试验时，避雷针， H=20h；
避雷线， H=10h。
我国有关避雷针(线)保护范围的规定如下：
连接线电感 变压器入口电容
图 用管式避雷器保护变压器的等值电 路
图 截波的形成
C上电压已升高到U0，此时避雷器放电，于是LC高频振荡，变压器上（即C）的电压 将由U0很快变为-U0，相当于在变压器上突然加上了-2U0的冲击陡波（截波），可致匝 间绝缘损坏。
图 三相来波而一相波被截断的情形
截波还可能使三相变压器的相间
3 雷电及防雷装置
大气(雷电)过电压: 1)感应雷过电压:电磁耦合，≤500kV 2)直击雷过电压：雷电流直接流过被击物
3.1 雷电放电的发展过程
1.雷云荷电;2.先导放电; 3.主放电:200—300kA;4.余辉放电
第1个冲击 第1次主放电
第2个冲击 第2次主放电
第3个冲击 第3次主放电
负先导； 主放电至下而上； 后面主放电为其它雷云中心向第1雷云中心放电。