雷电过电压对于电气设备的危害及其防护策略研究

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雷 电 过 电压 对 于 电 气 设 备 的 危 害 及 其 防 护 策 略 研 究
海 洋石油工程股份有限公 司电气设 计研 究部 徐 洋
【 摘要 】对于电气设备而言，恶劣的天气，尤其是雷 电将会对其造成极为严重的影响。对于雷 电而言 ，其可 以造成大气过 电压，因此 ，对于电气设备的正常运行会 带来严 重的危 害。为确保 电气设备的正常运行 ，必须采取有效的雷电过 电压防护策略。鉴于此 ，本文重点针对雷 电过电压对电器设备的危害及其相应的防护策略进行 了研 究，希
对建筑物及 电气设备带来极大 的破坏 ； 也不会受到 正常 电压的影响 而被击穿 。然而 ， ３ ． 由于雷 电流 的点动 力效应因而使得金属 旦系统 中有过 电压情况 出现 ，此时 ，火花 间 导线 发生折断 ，对 电力输 电线路 造成极大 的危 隙将迅速被击 穿，导致 电流迅 速通 过 阀片并 流 害； 入 大地中 。对 于国内的普通 阀式避 雷器而言 ，
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其 主要包括Ｆ Ｓ 及Ｆ ｚ 两种系列 。其中，Ｆ Ｚ 主要 负 责进行大容量及 中等容量变 电所电气设备 的防 但 是发生几率很大 ，可使大 范围内的小局部 同 雷保护 ，而Ｆ ｓ 主要负责对小 容量配 电装置 中的 时产生 雷电感应 ，并通过输 电线 路传输至较远 电气设备进 行保 护。阀式避雷器 的避雷保护 原 的地 方 ， 因 此 会 扩 大 雷 灾 的 范 围 。 对 于 电磁 感 则 即 对 雷 电过 电 压 进 行 限 制 ， 并相 应 地 减 少 阀 应 而 言 ，其 会 导 致 导 体 产 生 极 大 的 感 应 电 动 片 的数量和 串联 单间隙的数量 ，以实现放 电电 势 ，若 此导体存在接 触不 良的情况 ，将会直接 压 的 大 幅 降 低 。 此 外 ，还 应 从 确 保 系 统 顺 利 运 导 致 此 处 过 热 而 着 火 。而 对 于静 电 感 应 而 言 ， 行的原则入手 ，增加阀片 以及 串联单间隙 的数
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而导致过 电压 的形成 ，此 即所谓的雷 电过 电压 现象 。由于 雷电过 电压对 于 电气设备 的危害极 大，因此必 须采取有效 的防护策略 ，以避 免雷 电 过 电压 的 形 成 ，通 常 而 言 ， 雷 电过 电压 防 护 时多从如下 两个方面进行 ：一方面应尽 可能地 减 少 雷 电过 电压 的 产 生 ； 另 一 方 面 是 一 旦 有 雷 电过 电压产 生，应 当立 即采取有效措施将 其危 害程 度降至 最低 。目前 ，现行的防护措施 主要 是使 用 避 雷 针 及 并 联 电容 器 等 来 对 直 击 雷 以及 感应 雷所带 来的过 电压幅值及 陡度进行 限制 。 雷电过 电压的形成 对 于雷 电而 言，其 对大地 的放 电过程 会 由 先导放 电快速 发展为主放 电阶段 ，同时会 伴随 着 雷鸣及 闪电。而主放 电阶段的 电流 可高达数 百千 安 培 ， 虽然 持 续 时 间相 当 短 ， 但 是 危 害 仍
望能为电气设备的安全运行提供借 鉴。
【 关键词 】雷电过 电压；电气设 备；危害；防护策略
雷 电 过 电压 现 象 主 要 指 的 是 因 大 气 中 的 雷 云 和 雷 云 之 间 以及 雷 云 同 地 面 物 体 之 间 所 产 生 的 放 电现 象 ， 雷 云 可 以 直 接 对 地 面 的 电 气 设 备及 其 建 筑 物 进 行 放 电 ， 或 产 生 雷 电感 应 ， 因
对 于 电 气 设 备 的危 害 虽 没 有 直 击 雷 如 此 猛 烈 ，
４ ． 雷电 电磁及静 电感应 又被称为二次雷 ，
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相 当 大 ， 其 所 具 有 的 冲 击 特 性 会 在 微 秒 之 内 迅
其将会 在局部地 区形成感应过 电压，此种感应 目， 以便切 实提 高避雷器 的灭弧电压与放 电电 过 电压将 会导致高 、低压线路 以及建筑物 电气 压 。 设备均产生极高的危险 电压 ，因此危害很大 。 ４ ． 金属氧化物避雷器 三 、电气设备中雷电过 电压 的防护对策研 金属 氧化 物避 雷 器 的特 点是 流通 的容 量 究 大 、反应动作快 、体积小巧 、结构简单 ，而且 （ 一 ）采用有效 的防雷保护装置 保 护作用特别好 ，是 良好的避 雷器 。通常金属 １ ． 避 雷 针 氧化物避雷器是 由氧化锌和压敏 电阻构成的。 ５ ． 保 护 间 隙 作 为 最 为 熟 悉 的 避 雷 装 置 之 一 ， 避 雷 针 主 要是 由金 属制成的 ，其对 电气设备 及建筑物 的 防雷效 果较高 ，且接 地装置 良好 。其主要是通 过 将 雷 吸 引 到 自身 装 置 中 ，然 后 再 将 其 安 全 有 效 的导入 地下实现 防雷避雷 的效 果的，因此 ， 可确保其 周围 比他更 矮的 电气设 备及建筑物免 受雷 电的攻击 。避雷 针主要包括 了接闪器 、引 下线 以及 接地体三个 组成部分 ，其 具有引雷作 用 ， 因 而 能 够 对 周 围 物 体 产 生 保 护 作 用 。对 于 避雷针 而言，其下 一定高度 内为 一个有效 的安 全 区域 ， 此 区 域 中 的任 何 物 体 基 本 都 不 会 受 到 雷 电的危 害，因而此 区域又被称为 避雷针保护 范 围。根 据支数的差 异，避雷针可 分为单支 、 双支以及多支避雷针 。 ２ ． 避 雷 线 避 雷线 即所谓 的 架 空地 线 ，其是 有 高空 中悬挂 的水平接地 导线、接地体 以及接地 引下 线等构成 。避雷线主要 负责对线路 进行保护 ， 因 此 ，其 保 护 长 度 同线 路 的 长 度 相 同 。 为 了提 高避雷线 的保护作用 ，必须将避 雷线悬挂高一 些 。作 为 送 电线 路 中 最 为 基 础 的 一 种 防 雷 保 护 措施 ，避 雷线不仅可 以有效避免 雷电对导线 的 直击 ，还 可以借助于避 雷线 以及接 地引下线将 在众多的避雷防护措施 中，保护间隙结构 最 为简单的避雷装 置 ，而且成 本较低 、维修和 养护简单 ，但是 保护设备 的性 能不高 。角型保 护 间隙是在 ｌ Ｏ ｋ ｖ 以下 电 网 中常 用 的 避 雷 装 置 ， 当电气设备 出现 过电压时 ，保护 间隙会 自动放 电来保护 电气设备 。但过 电压有可 能击穿保护 间 隙 造 成 工 频 短 路 ， 造 成 相 间短 路 电 弧 不 能 熄 灭 ，必须重合 闸装置才可 以保 护电路和 电气 设 备 的 安全 。 （ 二 ） 对输 电 线路 的 雷 电过 电压 防 护 策 略 输 电线路 在 电力 的传 输 中起 着承 上 启下 的作 用，如果输 电线路遭到 了雷电过 电压的破 坏 ，过电压会通 过输电线路传入 到变 电设备 ， 甚 至传入发 电设备，对所有绝缘产 生威胁 。地 下输 电线路遭受 到雷电过 电压 的危 害较小 ，而 地 上 输 电线 路 一 旦 遭 到 雷 电过 电压 的 打 击 ，会 发 生高温 闪络现 象。闪络会在 电路 中形成低 阻 抗 ， 使 电 路 通 道 中 产 生 工 频 电弧 ，造 成 断 电或 者 短路 。对输 电线路的雷 电过 电压 的具体保护 措 施 大 致 分 为 以 下几 类 ： １ ． 安装避雷线 。避 雷线 可 以避免杆塔 、导 线 等遭到雷 电直击 ，将雷 电电流分 流并降低塔 顶 电位对导线 的反 击概率。此外 ，避 雷线还有