雷电及防雷设备
《高电压工程基础》第9章 雷电及防雷装置
（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）
一、保护间隙
高电压工程基础
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。
➢ 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 ~ 400Ω）。
高电压工程基础
➢ 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 %。
➢ 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，雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体 的电流。
➢ 雷电流的波形
标准波形
斜角平顶波
半余弦波
高电压工程基础
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
高电压工程基础
➢ 金属氧化物避雷器（MOA）
金属氧化物主要成份是氧化锌，有时也称为氧化锌避雷 器。金属氧化物避雷器有一系列优点： ①非线性系数α值很小。在额定电压作用下，通过的电流极 小，因此可以做成无间隙避雷器。 ②保护性能好。它不需间隙动作，电压一旦升高，即可迅 速吸收过电压能量，抑制过电压的发展；有良好的陡度响 应特性；性能稳定。 ③金属氧化物避雷器基本无续流，动作负载轻，耐重复动 作能力强。 ④通流容量大。避雷器容易吸收能量，没有串联间隙的制 约，仅与阀片本身的强度有关。同碳化硅（SiC）阀片比较， 氧化物阀片单位面积的通流能力大 4 ~ 4.5 倍。 ⑤结构简单，尺寸小，易于大批量生产，造价低。 ⑥适用于多种特殊需要。
第六章 雷电及防雷设备
雷云的形成 不管是直击雷还是感应雷都与带电的云层存在分不开，带电的 云层称为雷云。有关雷云形成的假说很多，包括感应起电、对流起 电、温差起电、水滴分裂起电、融化起电、冻结起电等，但至今尚 未有一种被公认为无懈可击的完整学说。 1、水滴分裂起电理论： 水滴在气流的剧烈运动中 分裂成带负电的较大颗粒 和带正电的较小颗粒，后 者被上升气流带到高空。 云底带少量的正电：地面 的感应或地面的尖端物体 带的正电荷被强烈的上升 气流带入云底。
6
2016-3-21
接地是指将地面上的金属或电气回路中的某一节点通过导体与大地 保持等电位。 避雷装置由接地装置和接地引下线组成。
接地装置的作用是减小接地电阻，以降低雷电流通过避雷针（线） 或避雷器上的过电压。 工作接地：根据系统正常运行要求设置（0.5~10Ω） 保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地，它在故 障条件下才发挥作用（1~10Ω） 防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地，以减小引起的过电压 （1~30Ω）
6、摩擦起电：雷电的出现是与气流、风速密切相关的，而且与地 球磁场也有一定的联系。雷雨云内部的不停运动和相互磨擦而使雷 雨云产生大量的正、负电荷的小微粒，即所谓的摩擦生电。这样， 庞大的雷雨云就相当于一块带有大量正、负电荷的云块，而这些正、 负电荷不断地产生，同时也在不断地的复合，当这些云块在水平方 向向东或向西迅速移动时（最大风速可达40m/s），它与地球磁场 磁力线产生切割，这就好像导体切割磁力线产生电流一样，云中的 正、负电荷将产生定向移动，其移动的方向可按右手定则来判断。 若云块是由西向东移动，而地磁场磁力线则是由地球南极指向地球 的北极，因此大量的正电荷向上移动，负电荷向下移动，这样云的 下部将积聚越来越多的负电，而云的上部积聚大量的正电，当电场 强度达到足够高（25～30KV/cm）时将引起雷云间的强烈放电，或 是雷云中的内部放电，或是雷云对地放电，即所谓的雷电。
雷电参数及防雷措施
2.电流极对地面电位分布的影响
3.电极呈直线布置
测得接地电阻
半球形接地电极的接地电阻
要减小测量误差，应尽量增大电流极、电压极与 接地电极间的距离
无间隙
无续流
优点
耐重复动 作能力強 通流容量 大
易于制成 直流系统 用避雷器
无间隙氧化锌避雷器的电气参数
1.标称放电电流
1kA 1.5k A 2.5k A
冲击波形为8/20µs的放 电电流峰值
20kA
10kA
5kA
2.残压 放电电流通过避雷器时在端子间的 最大电压值(kV 峰值)
残压
• 标称放电电流下的残压 • 陡波电流下的残压 • 操作冲击电流下的残压
1～5km的高度主要是负电荷的云
q 4.1.2 雷电放电
雷电放电的三个段 先导放电
• 云、地间电场强度达到空气的击 穿场强时(约10-30kV/cm)，空气 发生电离，产生一个向地面发展 的等离子通道
• 下行先导到达地面、或与地面上 的突出物上产生的迎面先导相遇， 产生雷云与大地的放电通道 • 主放电结束后，云中剩余电荷沿 主放电通道释放
优点 伏-秒特性平坦,不产生截波 防止截波: 与间隙串联一个电阻R
防止截波
电阻的作用:
阻尼振荡
阀片的伏安特性
单个平板型放电间隙的结构
标准放电间隙组
4、氧化锌避雷器
u ci
α
非线性系数
ZnO : α 0.01 ~ 0.04
Si C : α 0.2 ~ 0.5
适用于大批 量生产、造 价低、经济 性好
第四章 雷电参数及防雷设施
目
雷电及其危害 雷电参数 防雷保护装置
录
避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置
第五章雷电放电特性及防雷设备
第五章 雷击放电特性及防雷装置5.1 雷电放电过程会引起破坏作用的雷云对地放电的绝大多数（80%以上）是负极性的。
雷电多重性（先导、主放电、余光放电）一、先导（梯级先导）第一次先导的梯级性是负先导本身的发展特点所决定的。
每一梯级长度平均50m ，梯级间歇时间10～100us 平均50us 。
cv 10001=先导通道具有良好的导电性，带有与雷云同极性的多余电荷 二、主放电、闪电、雷鸣、雷电的破坏性先导接近地面。
在漏道端部因出现高场强，使空气强烈电离而产生高密度的等离子区。
→自下而上，高电解的等离子体通道。
t=50～100us ，i =几十千安～几百千安201(=v ～21)c 温度 2万℃以上三、余光放电连续先导——直串先导5.2 雷电参数及雷电活动特性电流Rvi zz +=0σ，R<30Ω，雷电通道波阻抗Ω>3000z .即R 《z 0，则v i σ=雷击过电压dtdi L iR u ⋅+=我国“电力设备过电压保护设计技术规程” 1、雷电流峰值 108lg IP -= (式5-3)54lg IP -=，少雷区2、雷电流波形 波长时间2.6us 形状：斜角形usKA Idtdi a /6.2==（式5-4）半余弦波头)cos 1(2wt Ii -= （式5-5）3、雷电日 雷电小时强雷区 平均雷电日>90 多雷区 平均雷电日>40 少雷区 平均雷电日>154、落雷密度γ（每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数） 0.015 次/⋅Km 2雷电日 次数 Th N ⨯⨯=100100010γ(Th b N ⨯⨯+=10010004γ次/100km 年)若T=40，γ=0.015代入则N=0.6h 次/⋅km 100年5.3 避雷针和避雷线（直击雷保护措施）我过规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言的。
绕击：雷电绕过避雷装置而击于被保护物的现象。
（屏蔽失效引起） 反击：避雷针与被保护物之间的间隙击穿。
防雷设备保护
（3）氧化锌避雷器的电气参数
额定电压：
避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值 最大持续运行电压：
允许持续加在避雷器两端的最大工频电压的有效 值。取决于系统最大工作相电压
参考电压（起始动作电压U1mA)： 位于伏安特性曲线中由小电流区上升部分进入大 电流区平坦部分的转折处。
残压：
放电电流通过避雷器时，两端之间出现的电压峰
b) 火花间隙 电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔 开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm，单个间隙的工 频放电电压约为2.7～3.0kV(有效值)。
单个火花间隙结构 1—黄铜电极 2—云母垫圈
火花间隙作用原理：
间隙电场近似均匀电场,而过电压作用时云母垫圈
与电极之间的缝隙中产生电晕，对间隙产生照射作 用，使间隙的放电时间缩短，故其伏秒特性曲线平
本节内容：
2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围 2.2.2 避雷线防雷原理及保护范围
2.2.3 避雷器工作原理及常用种类
返回
2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围
1 避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头 采用圆钢或钢管制成 作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大 地，从而使被保护物体免遭直接雷击。 避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装 置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。
（1） 单支避雷针
单支避雷针的保护范围如下图所示
rx (h hx ) P
rx (1.5h 2hx ) P
h (hx ) 2
h (hx ) 2
P:高度影响系数
h 30m, P 1
单支避雷针的保护范围
5.5 30m h 120m, P h
005雷电及防雷设备
高电压技术
高电压技术
第一节 雷电放电和雷电参数
高电压技术
一、雷电及雷电放电过程：
㈠ 雷电的产生：
雷电放电起源于雷云的形成，为了更好的理解雷电 放电的某些特性，我们来大致地了解一下雷云的形成机 理。
1、雷云的形成： ⑴ 热雷云： 地表潮湿空气，受热上升；形成湿热气流的水份在
2——5km的高空受冷凝结为悬浮小水滴；小水滴集聚成 大面积的乌黑积云。这类云荷电后称为热雷云。
高电压技术
一、避雷器保护原理和基本类型
3、基本要求： ⑴ 能瞬时动作。
⑵ 能自行迅速截断工频续流。
工频续流：避雷器在冲击电压作用后流经间隙的工频 电弧。即过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生 的工频电弧电流。
⑶ 具有平直的伏秒特性曲线。 ⑷ 具有一定的通流容量，其残压应低于被保护物的 冲击耐压。
高电压技术
2、两支等高避雷针
上部边缘最低点o
h0
h
D 7P
高电压技术
二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
bx 1.5(h0 hx )
针间的距离D不宜大于5h。
3、两支不等高避雷针
高电压技术
等效为等高的避雷针
f D' 7P
4、多支等高避雷针
高电压技术
外部：分别用两针法。
内部：采用三角形法，若 满足bx＞0, 即认为多针所覆盖的全面积就受到保护。
不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为 强雷区。
西昌为75.6，成都36.9。
高电压技术
四、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面遭受 雷击的次数。
表示雷云对地放电的频数和强烈程度。 我国雷暴日为40时，取=0.015，国外取值在0.1～0.2之间。
雷电及防雷保护装置简介
雷电及防雷保护装置简介1. 引言雷电是一种自然现象，它带来的强烈电流和电压波动可能对电子设备和人身安全造成严重威胁。
为了保护电子设备免受雷击的侵害，人们开发了各种防雷保护装置。
本文将介绍雷电的原理和一些常见的防雷保护装置。
2. 雷电原理雷电是由大气中云与地表之间的电位差引发的放电现象。
当云与地面或建筑物之间的电压达到一定程度时，将发生电流的放电现象，电流沿着路径瞬间流动，产生强大的能量释放。
这种释放可能导致设备损坏、火灾或人员伤亡。
3. 防雷保护装置的分类根据防雷装置的作用方式和工作原理，可以将防雷保护装置分为以下几类：3.1 避雷针避雷针是一种通过尖端释放电荷以减少云与地球之间电势差的装置。
它通常安装在建筑物的高处，当云层形成电荷时，避雷针会将电荷引导到地面，从而避免了雷电放电。
3.2 避雷器避雷器是一种用来吸收剩余电荷并将其分散到地面的装置。
它通常由金属氧化物构成，当电压超过设定值时，避雷器将导电，吸收过剩电流并将其释放到地面。
3.3 防雷网防雷网是一种通过导电网格将雷电压力分散到地面，从而保护设备和建筑物不受雷击的装置。
它可以在建筑物周围或设备附近安装。
3.4 接地系统接地系统是一种将电流引导到地面的装置。
通过使用导体材料和良好的接地电极，接地系统能够将电流引导到地面，从而减少设备和人员受雷击的风险。
4. 防雷保护装置的安装与维护为了确保防雷保护装置的有效性，正确的安装和维护是必不可少的。
以下是一些常见的安装和维护注意事项：•安装防雷装置时，应根据建筑物的结构和特点选择合适的防雷装置类型。
•根据设备和建筑物的需求，合理安排防雷装置的数量和布局。
•定期检查和测试防雷装置，确保其正常工作。
•在雷电活动频繁的地区，应定期进行维护和更新，确保防雷装置的可靠性。
5. 结论雷电是一种具有潜在危险的自然现象，对设备和人员的损害可能造成严重后果。
防雷保护装置的使用可以有效地减少雷电对电子设备和人身安全的威胁。
常见的防雷措施及设备
常见的防雷措施及设备
1. 避雷针：避雷针用于将雷电引向地面，减少雷击的危险，通常是以金属杆为主体，安装在建筑物或高架设施顶部。
2. 避雷网：避雷网通常以金属网或金属板材制成，安装在高层建筑物或电信塔等高
架设施的外墙表面，以吸收和分散雷电的能量。
3. 避雷带：避雷带是一种将金属材料嵌入建筑物的外墙或楼顶的措施，以便将雷电
引向地下，防止建筑物被雷击。
4. 接闪器：接闪器将金属杆或导电杆安装在建筑物的顶部，以吸引和接收雷电，然
后通过导线将电流引导到地面，减少雷电对建筑物和人员的危害。
5. 雷电监测系统：雷电监测系统使用雷电传感器或闪电探测器来监测和检测雷电活动，以提前警示并采取相应的防护措施，防止雷击事故的发生。
6. 雷电保护装置：雷电保护装置是一种安装在电力系统或电子设备上的保护设备，
用于防止雷电引起的过电压损坏电子设备或电力系统。
7. 接地系统：接地系统是一种将建筑物或设备与地面连接的系统，通过将雷电引向
地面释放，以减少雷电对建筑物或设备的影响。
8. 跳线：跳线是一种通过接地和断开建筑物或设备与雷电间的电气连接的措施，以
减少雷击对建筑物或设备的影响。
9. 电力线滤波器：电力线滤波器是一种安装在电力线上的设备，用于过滤掉雷电引
起的电磁噪音或干扰，并保护电器设备的正常运行。
10. 避雷器：避雷器是一种用于保护建筑物内部电器设备或电力系统的装置，可以将
雷电过电压引导到地面释放，避免损坏电器设备。
请注意，上述只是常见的防雷措施及设备，具体的防雷设计应根据实际情况和安全标
准进行。
建议在进行防雷工程时咨询专业的防雷工程师或公司，以确保防雷措施合理有
效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
32
具有分路电阻的火花间隙：
雷电及防雷设备
33
为什么要在间隙两端并联电阻：
由于间隙各电极对地和对高压端有寄生 电容存在，使电压在各间隙上的分布不均匀， 从而使每个火花间隙的作用得不到充分发挥， 减弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工频放 电电压。
雷电及防雷设备
34
作用原理：
在工频和恢复电压作用下，间隙电容的阻 抗很大，而并联分路电阻阻值较小，故间隙上 的电压分布主要由分路电阻决定，而分路电阻 组值相等，使间隙上的电压分布均匀，从而提 高了熄弧电压和工频放电电压。
雷电及防雷设备
41
(2).磁吹型阀式避雷器
雷电及防雷设备
42
结构原理：
雷电及防雷设备
43
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
雷电及防雷设备
29
4.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
雷电及防雷设备
30
火花间隙：
雷电及防雷设备
31
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
雷电及防雷设备
雷电及防雷设备
37
c.电气参数
(1). 额定电压：避雷器两端子间允许的最大工 频电压的有效值
(2). 灭弧电压：保证能够在工频续流第一次经 过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最 高工频电压。
雷电及防雷设备
38
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，否则将不能保证续流灭弧而使阀 片烧坏。
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，从 而使设备得到保护。由于阀片的非线性特性，其电 阻在流过大的冲击电流时变得很小，故阀片上产生 的残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐 压，设备得到保护；
当过电压消失后，间隙能在工频续流第一次过 零时就将电弧切断，从而保护了被保护设备。雷电及防雷设备 Nhomakorabea27
特点
其熄弧能力与工频续流大小有关， 续流太大，产气过多，易使管子炸裂； 续流太小，产气不足以熄弧，故对工频 续流有上下限的规定。
雷电及防雷设备
28
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒 特性较陡且放电分散性大，且会形成截 波，并受大气条件影响较大，所只用在 线路保护和变电所进线段保护
/ f
max
di dt max
I 2
雷电及防雷设备
7
2.雷暴日与雷暴小时 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
雷电及防雷设备
8
3.地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里
地面遭受雷击的次数，以 表示
输电线路落雷次数：
N=0.28(b+4h)
h：避雷线或导线对地平均高度 b:两根避雷线之间的距离
雷电及雷防暴雷设日备 为40
9
二.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
雷电及防雷设备
10
独立避雷针
在冲击电压作用下，由于其等值频率很高， 电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布 取决于电容分布，由于间隙对地和瓷套寄生电 容存在，使电压分布不均匀，其冲击放电电压 较低，改善了避雷器的性能。
雷电及防雷设备
35
非线性电阻
UCi
α:非线性系数
雷电及防雷设备
36
b.工作原理
系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线 隔离，以免由工作电压在阀片电阻中产生电流使阀 片烧坏。
雷电及防雷设备
11
构架避雷针雷电及防雷设备
12
消雷器 (引雷器）
雷电及防雷设备
13
2.保护范围
雷电及防雷设备
14
(1).单支避雷针
h
hx 2
rx (hhx)P
hx
h 2
rx (1.5h2hx)P
h:避雷针高度,m h x 被保护物高度,m
P:高度影响系数 h 30m,P1
30mh 120m,P 5.5
(3). 工频放电电压：在工频电压下，避雷器将发 生放电的电压值
雷电及防雷设备
39
(4). 冲击放电电压：指预放电时间为1.5-20微秒 的冲击放电电压
(5). 残压：指雷电流通过避雷器时在阀片电阻 上产生的压降
雷电及防雷设备
40
(6). 保护比：指避雷器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， 显示保护性能愈好。
雷电及防雷设备
h
15
(2).两支等高避雷针
雷电及防雷设备
16
a.定出保护范围上部边缘最低点o
D h0 h 7P
b.二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
bx1.5(h0hx)
雷电及防雷设备
17
(3).两支不等高避雷针
f D' 7P
雷电及防雷设备
18
(4).多支等高避雷针
雷电及防雷设备
雷电及防雷设备
雷电及防雷设备
1
雷电现象
雷电及防雷设备
2
雷电 现象
雷电及防雷设备
3
雷电现象
雷电及防雷设备
4
雷电现象
雷电及防雷设备
5
一.雷电的电气参数
波头、陡度及波长
标准冲击波：
f 1.2s t 50 s
i I0 (et et )
雷电及防雷设备
6
等值余弦波：
i I (1 cos t ) 2
25
3.排气式避雷器 结构
动画
雷电及防雷设备
26
作用原理
当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内 外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地； 过电压消失后，在工作电压作用下，流经间 隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料分 解出大量气体，管内压力升高，气体从开口 孔喷出，从而使工频续流在第一次经过零值 时就熄灭。
19
三.避雷器
爆炸
雷电及防雷设备
20
三.避雷器
1.基本要求 (1).能瞬时动作
(2).能自行迅速截断工频续流
工频续流:避雷器在冲击电压作用后流经间隙 的工频电弧
雷电及防雷设备
21
(3).具有平直的伏秒特性曲线
(4).具有一定的通流容量，其残压 应低于被保护物的冲击耐用电压。
雷电及防雷设备
22
2.保护间隙
雷电及防雷设备
23
作用原理： 当雷电侵入波要危及它
所保护的电气设备的绝缘 时，间隙首先击穿，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。
雷电及防雷设备
24
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想；
间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
雷电及防雷设备