电力系统过电压雷电及防雷装置
过电压与防雷
雷电过电压的Biblioteka 种基本形式：(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通 过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲 和闪络放电。
(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或 其他物体的静电感应所产生的过电压。 雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引起 的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据 统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予以足 够的重视。 2、雷电的形成及概念 1）雷电的形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现 象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
第四节 过电压与防雷
一、过电压及雷电
1、过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求 的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压 内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的
工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会超
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感 应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电场强度达到 25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷 电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈 的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8—26所示。
过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不 是很大。
发电厂防雷接地与过电压保护
发电厂防雷接地与过电压保护一、雷电放电云层受强气流作用，内部剧烈的相对运动使云各部分带有不同极性的电荷，形成雷云。
雷云中的电荷分布不均匀，一般为密集的中心。
当雷云中电荷密集处的场强达到25〜30V/cm时，就会发生放电。
大部分只发生在云间，只有小部分对地放电，对地放电的雷云90%是负极性的。
雷云放电分三个阶段：先导放电、主放电和余光放电。
先导放电延续几毫秒，从雷云开始，以游离方式逐级向下发展，形成一条高温、高电导、高电位的通道（先导通道）伸向大地。
沿先导通道充满密集的电荷，当向下延伸的先导通道与大地接近而将空气间隙击穿短接时，开始主放电，通道产生突发的明亮，并有巨大的雷响，大量电荷对地放电，产生幅值很大的冲击电流（一般几十万安培），时间短，一般不超过0.1毫秒。
然后剩余的电荷沿通道继续放电，亮光很小，称为余光放电，大约再持续几毫秒。
雷过电压又称为大气过电压，分直击雷过电压和感应雷过电压。
二、避雷针与避雷线保护为防止直击雷的破坏，电气设备要采取防雷措施，避雷针和避雷线。
避雷针用于保护发电厂和变电所。
分接闪器（针头）、引下线和接地体。
针头为10mm以上、长1到2m的圆钢制作，引下线不小于10mm的圆钢，接地体2.5m长的钢管或角钢。
避雷线是悬挂线在空中的水平接地导线，也叫架空地线，保护架空线路。
1避雷针的保护范围单支避雷针：当hx N h/2时，rx=(h-hx)p(m)；当hx<h/2时，rx=(1.5h-2hx)p(m)；式中：h为避雷针高度（m）;P为高度影响系数，当h W30m时，p=1；30<h W120m时，p=5.5/限双支避雷针：两支避雷针的保护范围，按经过两个避雷针顶点连线中间的下方一点的圆弧来确定，该点的高度计算如下：=h-D/7phD为避雷针间的距离(m);p与单支的形容一致。
2避雷线避雷线顶部的保护夹角为25°，比避雷针45°小，计算公式为：当hx N h/2时，rx=0.47(h-hx)p(m)；当hx<h/2时，rx=(h-1.53hx)p(m)；式中：h为避雷针高度(m);P为高度影响系数，当h W30m时，p=1；30<h W120m时，p=5.5/Vh o双避雷线保护：=h-D/4ph三、避雷器限制过电压，保护电气设备的一种装置。
雷电及防雷保护装置简介
主要用于10kV以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装 置配合使用。
过电压波
保护间隙的伏秒特性
角形保护间隙
0
绝缘上受到的实际电压波形
1－主间隙; 2－辅助间隙 3－绝缘瓷瓶
管式避雷器：
实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭 、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘 比较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。
旋弧型磁吹间隙：
主要用于FCD系列中 1－永磁铁 2－内电极 3－外电极 4－电弧
灭弧栅型磁吹间隙：主要用于FCZ系列中 1－磁吹线圈 2－辅助间隙 3－主间隙 4－主电极 5－灭弧栅 6－分路电阻 7－阀片电阻
●阀片电阻：SiC阀片和MOV阀片
阀片的非线性伏安特性：
特点：流过小电流时（如工频续流），
1. 原理结构图
瓷套
F—火花间隙 R—非线性阀片电阻
2. 动作过程 3. 主要特性参数 ▼额定电压 ▼冲击放电电压 ▼工频放电电压 ▼灭弧电压 ▼冲击系数 ▼切断比
●残压 ●通流容量 ●保护水平
●保护比
4. 结构特征
●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙
单个平板火花间隙：1－黄铜电极； 2－云母垫圈；3－间隙放电区 普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成
常用计算波形： (1). 双指数波
I
0.5I
0
(2).等值斜角平顶波前 I 0
(3).等值半余弦波前
I 0.5I
0
§8.2 防雷保护装置
防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击， 而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。
一. 避雷针和避雷线
电力系统过电压及其防护
电力系统过电压及其防护摘要：在电力系统运行中，由于种种原因，系统中某部分的电压可能升高，其数值大大超过设备的正常运行电压，这种现象称为过电压。
其后果是设备绝缘损坏，造成长时间的停电，危及人身及财物安全。
所以要加以对电力系统过电压及防护。
关键词：电力系统；内部过压；雷电过压一.电力系统过电压的概念通常情况下，电力系统处于正常的工作状态，系统的运行也正常，此时电气设备在额定的电压之下处于绝缘的状态，而一旦遭遇雷击或者由于操作不当、仪器发生故障或者参数配置不合理等原因，造成系统中的某区域的的局部电压升高而超出设备正常的运行范围称之为过电压。
这种过电压一般可以分为内部和大气这两种过电压，前者发生的原因主要是拉闸、合闸的操作，接地或者断线的事故以及其他的一些不可预料的细节问题，这些小问题可能引起电力系统的状态突然发生变化从而产生局部过高电压，造成整体系统的危害，内部过电压发生的跟本原因还是由于系统内的电磁能集聚和振荡所引的。
通常将系统内部的过电压划分为：暂态的过电压和操作过电压。
顾名思义发，操作过电压就是由于系统的操作故障或者失误时所引发的，主要的特点就是随机性较大。
后者的大气过电压通常被划分为感应雷击、直接雷以及侵入雷电波这三种过电压，这种过电压的特点就是持续的时间非常短，但是其冲击的能力非常强，对系统的伤害也比较大，破坏程度的强弱跟雷电活动的强度有非常紧密的关系，而与设备的电压等级关系不大，在220KV之下电气系统的整体绝缘水平主要是由防止大气的过电压所决定的。
二、内部电力系统过电压1.操作过电压内部过电压中操作过电压具有很大的随机性，这种情况的过电压在最糟糕的情况下其倍数相对较高，330Kv以及这之上的超高压的系统绝缘水平是由操作过电压决定的，其除了具有随机性的特点之外，还具有较高的幅值和高频的振荡，另外就是衰减较为迅速。
这种操作过电压产生的原因有很多，其中主要的包括了：第一，在将空载电路切除的过程中容易产生过电压，此时产生的原因主要是由于电弧的重燃和在线路上的残留的电压；第二，发生在空载电路合闸上的过电压主要是由于在合闸的过程中，由于瞬间的暂态中发生了回路上的高频振荡；第三，如果电网中的中性点没有接地，而恰巧单相金属接地的情况发生了，那么将会使得正常相的电压达到线电压。
送配电装置系统的防雷与过电压保护措施
送配电装置系统的防雷与过电压保护措施送配电装置系统是现代电力系统中的重要组成部分，为确保电力系统的安全稳定运行，防雷与过电压保护措施显得尤为重要。
本文将从防雷与过电压保护的定义、原理、分类和常用措施等方面进行论述，以期提供有关技术和实践的参考。
一、防雷与过电压保护的定义防雷与过电压保护是指针对电力系统中的雷电和过电压现象，采取相应的措施和装置，以防止雷击和过电压对电力设备和电力系统的损害，保障电力系统的安全运行。
二、防雷与过电压保护的原理1. 雷电保护原理雷电产生的主要原因是云间或云地之间存在电势差。
当此电势差超过闪络电压时，会产生雷电放电，对电力设备造成直接威胁。
雷电保护的原理是通过合理安装接地装置、绝缘保护和防雷装置等来分散和吸收雷电能量，减少雷电冲击和损害。
2. 过电压保护原理过电压是指电力系统在正常运行中，电压瞬时或持续超过额定值的现象。
过电压保护的原理是通过快速响应和准确判断过电压情况，采取适当的措施，防止过电压对电力设备造成危害。
三、防雷与过电压保护的分类根据不同的保护对象和保护范围，防雷与过电压保护可分为内部保护和外部保护两大类。
1. 内部保护内部保护是指对于电力设备内部的防雷与过电压保护。
它主要包括：对设备进行合理的接地，设置绝缘保护，采用过电压保护装置等。
通过这些措施，可以有效地降低雷击和过电压对设备的影响。
2. 外部保护外部保护是指对送配电装置系统外围的防雷与过电压保护。
它主要包括：安装避雷针、避雷线、引下线、接地装置等。
通过这些措施，可以将雷电引入地下，分散雷电能量，提高系统的抗雷击能力。
四、防雷与过电压保护的常用措施为了有效地防止雷电和过电压对电力系统造成危害，常采取以下措施：1. 接地保护合理的接地装置是防雷与过电压保护的基础。
通过良好的接地系统，能够将雷电引入地下和分散雷电能量，减轻雷电对电力设备的冲击。
2. 绝缘保护电力设备需要进行良好的绝缘保护，以防止雷电和过电压通过设备外壳或绝缘损坏进行传导。
电气设备的防雷与过电压保护
电气设备的防雷与过电压保护随着科技的不断发展，电气设备在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
然而，雷击和过电压问题成为我们在使用电气设备时需要面对的挑战之一。
本文将讨论如何有效地进行电气设备的防雷与过电压保护。
一、防雷保护雷击是指由于大气激发电荷不平衡而产生的电流放电现象。
电气设备一旦遭受雷击，会造成严重的损坏甚至失效。
因此，防雷保护是至关重要的。
1. 接地系统接地系统是防雷保护中的关键措施之一。
通过将设备的金属外壳或导体与地下的导体相连接，可以将雷击引流至大地，并减少对设备的损坏。
接地系统应该保持良好的导电性能，确保电流能够有效地通过地下导体流入地面。
2. 避雷针避雷针是传统的防雷保护工具之一。
它通常安装在高架建筑物的顶部，可以吸引雷电，并通过导线将电流引入地下。
避雷针的安装应符合相关的安全规范，并经常进行检查和维护，确保其正常工作。
3. 避雷器避雷器是一种可以吸收和分散过电压的设备。
它通常安装在电气设备的输入端，当遭遇过电压时，避雷器会迅速反应，将电压分散到接地系统中，从而保护设备免受损坏。
二、过电压保护过电压是指系统中超过额定电压的电压波动。
过电压可能是由于雷击、电力系统故障或其他原因引起的。
过电压会对电气设备造成严重的损坏，因此过电压保护也是非常重要的。
1. 过电压保护器过电压保护器是专门用于保护电气设备免受过电压的损害。
它可以迅速检测到过电压，并通过自动切断或分散电压的方式来保护设备。
过电压保护器应根据系统的需求进行适当选择，并定期检查和更换以确保其正常工作。
2. 断路器断路器是一种用于保护电气设备免受过电压的开关装置。
当系统中出现过电压时，断路器会自动切断电流，防止电流超过设备的承受能力。
选择合适的断路器对于过电压保护至关重要，并应根据设备的负载和额定电压进行合理设置。
3. 绝缘保护绝缘保护是通过绝缘材料和绝缘设备来预防过电压。
合适的绝缘材料可以减少电压波动对设备的影响，并保护设备免受过电压的损害。
第六章-电力系统过电压
二、过电压分类
过电压
雷电过电 压（外部、 大气）
直接雷击过电压 雷电反击过电压 感电压的形成及类型
1、雷云形成 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。 一般情况下，带负电荷的雷云较多。 2、雷电放电 （1） 先导放电：分级发展的 （2） 主放电：电流最大，时间很短 （3） 余辉放电：发光微弱，电流很小，时间较长 冲击电压大小与雷电流大小和被击物体冲击电阻大小
2、避雷线（架空地线） 3、避雷带和避雷网 避雷带：是沿建筑物易受雷击的部位（如屋脊、屋檐、屋角
等处）装设的带形导体。 避雷网：是屋面上纵横敷设的避雷带组成的网络。 4、接闪器引下线 ①引下线应镀锌，焊接处应涂防腐漆（利用混凝土中钢筋作
引下线除外），在腐蚀性较强的场所，还应适当加大截 面或采用其他防腐措施。 ②引下线是防雷装置极重要的组成部分，必须极其可靠地按 规定装好，以保证防雷效果。 5、接闪器接地要求（P220-221）
（ B）米；在12米的高度的保护半径为（ ）米
A、5 B、5.5 C、8 D、8.5 解： hx=30≥h/2=18 ， rx =(h-hx)p=（36-30）×5.5/6=5.5
hx=12≤h/2=18， rx=(1.5h-2hx)p=（1.5×36-2 ×12） ×5.5/6=27.5
一、接闪器
二、避雷器
常用避雷器包括：阀型避雷器、管型避雷器、金属氧化物 避雷器（氧化锌避雷器）。
1、阀型避雷器 （1） 结构：主要由若干火花间隙和阀电阻片串联组成。 （2） 阀电阻片具有非线性特性：
①正常电压时阀片电阻很大； ②过电压时阀片的电阻变得很小，电压越高电阻越小。
电力系统过电压及其保护
操作过电压
在电力系统中进行操作（如开关操作 ）时产生的过电压。
操作过电压通常发生在电力系统的开 关操作过程中，如开关的开合、变压 器分接头的调整等。这些操作可能会 在系统中产生瞬态的电压波动。
工频过电压
由于电力系统的故障或其他原因导致的工频电压异常升高。
工频过电压通常是由于电力系统的故障，如线路短路、变压 器故障等，导致系统的工频电压异常升高。这种过电压可能 对电力设备和系统造成严重损坏。
限制过电压的措施需要根据具体情况进行选择和实施，以达到最佳的保 护效果。
05
案例分析
某地区电力系统过电压案例
案例背景
过电压类型
某地区电力系统在运行过程中多次发生过 电压现象，给电网安全带来严重威胁。
该案例涉及雷电过电压、操作过电压和暂 时过电压等多种类型。
案例经过
案例分析
在一次雷雨天气中，该地区电力系统受到 雷电过电压冲击，导致部分设备损坏，电 网运行受到影响。
03
过电压的危害
对设备的危害
设备损坏
过电压可能导致电气设备绝缘层 击穿，造成设备损坏或永久性故 障。
降低设备寿命
频繁的过电压冲击会加速设备老 化，缩短设备使用寿命。
对运行的影响
电力中断
过电压可能引起保护装置动作，导致 大面积停电或电力供应中断。
稳定性问题
过电压可能影响电力系统的稳定性， 增加系统振荡和崩溃的风险。
绝缘配合的目的是提高设备的绝缘水平，降低设备损坏的风险，同时减少维修和更 换设备的成本。
限制过电压的其他措施
除了避雷器和绝缘配合外，还可以采取其他措施来限制过电压，如改善 接地系统、加强设备维护和检修等。
改善接地系统可以降低雷电和操作过电压对设备的影响，提高设备的耐 压能力。加强设备维护和检修可以及时发现和处理设备存在的隐患和缺 陷，避免设备在运行过程中发生故障。
高压低压配电柜的防雷措施与防护装置
高压低压配电柜的防雷措施与防护装置高压低压配电柜在工业和商业领域中承担着重要的电力分配任务。
然而，由于电力系统中存在的雷电活动，配电柜的正常运行可能会受到严重影响甚至遭受损坏。
为了保护高压低压配电柜以及内部设备的安全稳定运行，必须采取合适的防雷措施和安装适当的防护装置。
本文将介绍高压低压配电柜的防雷措施与防护装置，并就其重要性进行讨论。
一、防雷措施1. 接地系统：高压低压配电柜应建立完善的接地系统，以便将雷电流引入地下并迅速消散。
接地系统应采用足够厚度和密度的铜排或铜线，并通过专业的接地装置连接到地下。
这样可以确保雷电接地的有效性，避免雷电对配电柜产生破坏。
2. 绝缘保护：高压低压配电柜的外壳应具备良好的绝缘性能，以避免外部雷电通过外壳进入配电柜内部。
合适的绝缘材料和绝缘设计可以有效保护电器元件和电源设备免受雷电侵害。
3. 避雷针：在高压低压配电柜周围设置避雷针也是一项重要的防雷措施。
避雷针能够吸引雷击，并将雷电流引入地下，起到保护配电柜的作用。
避雷针的数量和布局应根据配电柜所在区域的雷电活动性来确定。
二、防护装置1. 避雷器：避雷器是高压低压配电柜中重要的防护装置之一。
它们能够在雷电冲击时迅速引导和消散过电压，保护设备和电路不受损害。
常用的避雷器有气体放电管避雷器、金属氧化物避雷器等，选择适当的避雷器要考虑电源电压和设备负荷等因素。
2. 防护盒：防护盒用于防止雷电冲击引起的电弧蔓延和火灾。
防护盒可以安装在配电柜内部，作为防护装置的重要组成部分。
防护盒应具备良好的绝缘性能和抗冲击能力，以确保其在雷击事件中的有效保护作用。
3. 防雷保护器：防雷保护器可通过对电源和信号线路进行抑制和屏蔽，降低雷电对高压低压配电柜的影响。
根据不同的需求，可以选择适配的防雷保护器，如瞬态电压抑制器、防雷管等，以提供额外的保护功能。
高压低压配电柜的防雷措施和防护装置不仅有利于保护配电柜本身，还能够降低因雷电引起的故障和损失。
第七章 雷电放电及防雷保护装置
在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷 移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小， 可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产 生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在 导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压， 分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 高电压技术 河北科技师范学院电气教研室
' 雷击点电压 U A = I 2 ⋅
Z0Z Z =I⋅ 2 2Z 0 + Z
若取 Z 0 = 300Ω, Z = 400Ω U A ≈ 120 I 若取 Z0 ≈ Z 2
U A ≈ 100 I
(三)感应雷击过电压 雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部 等，在绝缘的导线上引起感应过电压。
高电压技术 河北科技师范学院电气教研室
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第二节 防雷保护装置
避雷针和避雷线 保护间隙和避雷器 防雷接地
高电压技术
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现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有： 避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接 地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸 等等。
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保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围 是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击 （概）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击 中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的 保护范围对应于0.1％的绕击率。
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(一)单支避雷针
rx = ( h − hx ) P h ( hx ≥ ) 2 h (hx < ) 2
高压低压配电柜的防雷与过电压保护
高压低压配电柜的防雷与过电压保护高压低压配电柜是电力系统中重要的设备之一，用于接收高压电能并将其分配到低压网络中。
然而，由于天气原因和其他外界因素的干扰，配电柜可能会遭受雷击或过电压的威胁。
因此，为了确保系统的安全运行，必须采取一系列的防雷和过电压保护措施。
1. 地面接地系统为了防止雷击和过电压对配电柜造成损害，一种重要的措施是建立有效的地面接地系统。
地面接地系统可以将雷电或过电压引导到地下，从而分散和消散它们的能量。
在设计和安装地面接地系统时，应遵循相关标准和规程。
良好的接地系统应该能够提供低阻抗路径，以确保雷电能有效地被引导到地下。
2. 防雷装置为了进一步提高配电柜的防雷能力，可以安装防雷装置。
常见的防雷装置包括避雷针和避雷带。
避雷针通过尖头和接地线将雷电引导到地下，从而减少雷电对配电柜的威胁。
避雷带则通过与配电柜相连，将雷电引导到地下。
在安装防雷装置时，应确保其合理布局，以提供最佳的防雷效果。
3. 过电压保护器除了防雷装置外，还应该考虑配置过电压保护器。
过电压保护器可以检测到电压超过设定阈值的情况，并通过将电压引导到地下来保护配电柜免受过电压的影响。
过电压保护器通常与放电电阻器和击穿器相结合使用，以确保电压得到有效地分散和降低。
在选择和安装过电压保护器时，应根据配电柜的电压等级和需求进行合理配置。
4. 路径优化与分割为了进一步提高配电柜的防雷和过电压保护能力，可以优化电力线路的路径和进行合理的分割。
通过合理规划和设计电力线路的路径，可以最大程度地减少雷电对配电柜的影响。
此外，将电力线路分割成多个独立的部分，可以避免雷击或过电压在整个系统中传播。
5. 定期维护和检测最后，为了确保高压低压配电柜的防雷和过电压保护措施的有效性，应定期进行维护和检测。
维护包括清洁接地系统、检查防雷装置和过电压保护器的工作状态等。
检测则可以通过使用专业设备来测试接地系统的阻抗和过电压保护器的工作情况。
总结起来，高压低压配电柜的防雷与过电压保护是确保电力系统安全运行的关键措施。
ch2.雷电及防雷装置综述
先导发展的模型
当先导发展到地面附近，地面突起处可能 产生向上的迎面先导。先导头部与地面 （或迎面先导）之间的电场强度极高，间 隙迅速击穿，该过程称为末跃。 主放电 当迎面先导与下行先导相遇，发生强烈的中 和过程，出现极大的电流，称为主放电。
先导发展的照片 余辉放电阶段 主放电结束后，雷云中剩余的电荷继续沿主放电通道下移， 该过程放电电流较小，持续时间较长，称为余辉放电阶段。 -6-
规程规定取雷电流波头时间为 2.6 μs，波长对防雷计算结果几乎无影响， 为简化计算，一般可视波长为无限长。
冲击绝缘强度实验
1.2/50s
陡度= 幅值 波头时间 雷电流的幅值与波头，决定了雷电流的上升陡度，也 就是雷电流随时间的变化率。可认为雷电流的陡度 α 与幅值 I 有线性的关系。一般认为陡度超过 50 kA/μs 的雷电流出现的概率已经很小。 -13-
雷电参数
•雷电流幅值
雷击具有一定参数的物体（如后面将介绍的 避雷针、线路杆塔、地线或导线）时，流过 被击物的电流与被击物之波阻抗（Zj）有关， Zj 愈小，流过被击物电流愈大。 当Zj 为零时，流经被击物的电流定义为“雷电流”。实 际上被击物阻抗不可能为零。规程规定，雷电流是指雷 击于Rj≤30的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。
-21-
保护角
雷电及防雷装置
雷电放电的发展过程 雷电参数 避雷针和避雷线 避雷器 防雷接地
-22-
避雷器
避雷器是防止(雷电和操作)过电压损坏电力设备的保护装置。其实质是一个放 电器，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。 避雷器放电后，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。避雷器应能迅速切断续流，才能保证电力系统的安全运行。 对避雷器的基本要求： (1)过电压作用时，能先于被保护电力设备放电，限制过电压的幅值； (2)当雷电波或操作波过后，能迅速、可靠地切断工频续流。 目前使用的避雷器的类型： •保护间隙； •管式避雷器； •阀式避雷器
13 防雷及过电压保护(电力系统)
缘上的电压
（1）系统运行中出现于设备绝 缘上的电压有： a)正常运行时的工频电压； b)暂时过电压(工频过电压、谐 振过电压)； c)操作过电压； d)雷电过电压。
（2）相对地暂时过电压和操作 过电压的标么值如下： a)工频过电压的； b)谐振过电压和操作过电压的。 注：Um为系统最高电压。 系统最高电压的范围： a) 范 围 Ⅰ ， 3.6kV≤Um≤252kV ； b)范围Ⅱ，Um=＞252kV。
2.电器设备在运行中承受的过电压
电力系统内部的过电压主要有： （1）工频过电压：由于电网运 行方式的突然改变，引起某些电网 工频电压的升高。 （2）操作过电压：由于电网内 开关操作引起的过电压。 （3）谐振过电压：由系统电感 和电容组成的谐振回路引起的过电 压。
3.电力系统的过电压水平 （1）系统的工频过电压水平 线路断路器的变电所侧 1.3p.u. 线路断路器的线路侧 1.4p.u. 对110kV及220kV系统，工频过电压 一般不超过1.3p.u.；3kV～10kV和 35kV～66kV系统，一般分别不超过 和 。
雷电流与雷电过电压的近似表示
为了定义波长时间，再由纵轴上0.5 刻度作横轴的平行线，该平行线与波形 曲线的波尾部分相交于F点，从F点引横 轴的垂线，其垂足G点与D点之间的时间 即定义为波长时间，用 t 表示。由于波 长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需 要的时间,它习惯上也被称为半幅值时间。
感应过电压
随 后 进 入 持 续 时 间 为 0.05s ～ 0.15s的间歇阶段，雷云中的残余电 荷经原先的主放电通道向地面传播， 形成余辉阶段。 在第一次放电过程完成之后， 还可能发生第二次或随后多次的放 电，这是因为雷云中存在着多个空 间电荷聚焦中心。
雷电参数
雷电对电网系统的影响与防护措施研究
雷电对电网系统的影响与防护措施研究雷电是大自然中的一种强大自然现象，不仅能带来壮观的景象，也可能给电网系统带来严重的影响。
因此，研究雷电对电网系统的影响以及采取相应的防护措施显得至关重要。
本文将探讨雷电对电网系统的影响，并提出相应的防护措施。
一、雷电对电网系统的影响1. 设备损坏：雷电能够产生巨大的电流和电压，当雷电直接击中电网系统的设备时，可能导致设备受损甚至毁坏。
例如，在变电站、输电线路和配电设备上，雷电击中可能导致变压器、断路器等设备的熔毁或损坏。
2. 电网中断：雷电可能导致电网系统的中断。
当雷电接近或直接击中电网系统时，可能引起电流的突然增加或瞬态过电压，从而导致设备的过载或短路，进而使整个电网系统发生中断。
这种中断可能导致大面积停电，对社会生活和经济发展带来严重影响。
3. 安全风险：雷电对人身安全也构成威胁。
当雷电接近或击中电网系统附近的建筑物、装置或人群时，可能引起电流通过人体，导致人员受伤甚至死亡。
此外，雷电可能引起火灾和爆炸等附带的安全风险。
二、防护措施为了减少雷电对电网系统的影响，采取相应的防护措施非常重要。
以下是几种常见的防护措施：1. 闪电防雷装置：安装闪电防雷装置是减少雷电对电网系统影响的一种重要手段。
闪电防雷装置通过引导雷电流经过，将雷电的能量直接引入地面，从而减少雷电对电网系统设备的直接击中几率。
该装置包括接地装置、放电装置等，能够有效保护电网系统设备的安全。
2. 调整电网结构：电网系统的结构与布局对于抵御雷电的影响至关重要。
合理设置电网系统的输电线路、变电站和配电设备等，可以减少雷电的影响。
例如，采用塔式结构的输电线路可以增加电网系统与地面的间距，减少雷电接触设备的概率。
3. 设备维护和保护：定期维护电网系统设备是保证其安全运行和抑制雷电影响的重要手段。
检查电力设备的绝缘性能、接地装置等，对设备进行维护和保养，修复可能出现的损坏或故障，可以提高设备的雷电防护能力。
4. 防雷教育和培训：加强对电网系统维护人员和使用人员的防雷教育和培训也是减少雷电影响的重要环节。
第七章雷电放电及防雷保护装置
7.1 雷电放电和雷电过电压
3. 雷电参数
➢ 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：雷击接地体时，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(<=30欧姆)物体时，流过该物 体的电流。
一般地区：
lg p
第7章 雷电放电及防雷保护装置
7.1 雷电放电和雷电过电压 7.2 防雷保护装置
第七章雷电放电及防雷保护装置
7.1 雷电放电和雷电过电压
雷电研究的历史
中国古代对雷电的认识
➢公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字，稍晚的西
周青铜器上有“电”字，他指的是闪电
➢最早的文字记载是东汉哲学家王充（27－约97年）他
联系起来的是伦敦皇家学会馆长Francis Hauksbee
➢ 1706年他观察摩擦起电的放电不仅产生闪电，而
且产生类似雷鸣的声音。认为其与雷电类似
➢ 富兰克林证明二者在12个方面是相似的
第七章雷电放电及防雷保护装置
7.1 雷电放电和雷电过电压
雷电研究的历史
➢著名的风筝试验（17世纪，富兰克林）： 240米长
15年（公元前645年）雷击夷伯之庙，这是展氏的祖 庙，史书未见说展氏有什么罪恶事迹，但《左传》就 认为他们祖上有“阴过”
第七章雷电放电及防雷保护装置
7.1 雷电放电和雷电过电压
雷电研究的历史
➢ 王充、沈括、柳宗元、朱熹等反对神鬼论。元代末刘基
（刘伯温）（1311－1375）在《刘文正公文集》中讲“ 雷何物也？曰雷者，大气之郁而激发也，阴气团于阳， 必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电。”
高电压技术-第七章-雷电及防雷保护装置
雷电流的等值计算波形。
标准冲击波形，斜角平顶波，等值半余弦波前
雷道波阻抗。雷电通道在主放电时如同导体， 具有等值波阻抗。一般取300R
I et et
1 I 1 cost
2
7.2 防雷保护装置
防雷保护装置
防雷保护装置（定义） ：能使被保护物体避免雷击， 引雷于自身并顺利泄入大地的装置。
优点：
结构简单、价廉。
缺点：
熄弧能力低，易使断路器跳闸； 与被保护设备伏秒特性不易配合；
不均匀电场，放电分散性大，伏秒特 性陡
动作后有截波，威胁绕组绝缘
不能保护主变和发电机等重要设备 只能用于线路保护和进线段的保护 需其它设备配合使用
带间隙的阀式避雷器——结构
阀型避雷器主要由火花间隙和阀片（非线 性电阻）组成
第七章 雷电及防雷保护装置
主要内容
雷电放电过程
雷电参数
防雷保护装置
重点是：电压能量吸收 器——避雷器
7.1 雷电过程与雷电参数
什么是雷电放电
雷电放电:一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长 间隙的火花放电。
与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。 但又具有重复雷击等特点。
放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：25~30kV/cm 放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电 “云-地”之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因
主放电和迎面流注阶段。当先导放电接地地面时，地面场强 增大，地面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下 先导放电相遇时，进入主放电阶段。
出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。 主放电时间极短，约50~100uS。发展速度50~100m/uS 电流幅值大，达数十千安到数百千安
输电线路防雷措施
输电线路防雷措施输电线路是电力系统中的重要组成部分，负责将发电厂产生的电能传输到各个用户终端。
然而，在雷电活动频繁的地区，雷击对输电线路的安全运行构成了严重的威胁。
因此，针对输电线路的防雷措施显得尤为重要。
要提高输电线路的防雷能力，首先需要对雷电的特点和对输电线路的影响有一定的了解。
雷电是一种极其强大的自然现象，它的主要特点是瞬态高电压、高电流、高功率和高能量。
雷击对输电线路的影响主要体现在以下几个方面：1. 直接雷击：当雷电击中输电线路时，会产生巨大的电流和电压，可能会瞬间烧毁线路设备，造成停电事故。
因此，需要采取措施减少直接雷击对输电线路的影响。
2. 感应雷击：雷电在地面或其他物体上击中时，会产生电磁感应作用，对附近的输电线路产生干扰。
这种感应雷击可能导致输电线路的过电压和过电流，损坏线路设备，甚至造成输电线路短路故障。
为了解决以上问题，需要采取一系列防雷措施来保护输电线路的安全运行。
下面将介绍几种常用的防雷措施。
1. 金属接地网：金属接地网是一种将输电线路接地的措施，它能将雷电击中的电流引入地下，减少对线路设备的影响。
金属接地网应该与输电线路的金属结构（如杆塔、导线等）连接，形成一个完整的导电通路。
2. 避雷针：避雷针是一种尖锐的金属杆，通常安装在输电线路的杆塔或大型设备上方。
避雷针能够吸引雷电，将其导向地下，从而减少对输电线路的直接击中。
3. 避雷器：避雷器是一种专门用于防止输电线路过电压的装置。
它能够在线路电压超过设定值时迅速放电，保护线路设备不受雷击的影响。
4. 避雷绝缘子：避雷绝缘子是一种特殊设计的绝缘装置，它能够将输电线路与大地之间的电压隔离开来，减少雷电对线路的感应作用。
除了上述措施外，还可以利用雷电预警系统来提前预知雷电活动，并及时采取防护措施。
雷电预警系统通过监测雷电活动的电磁信号，判断雷电的位置和强度，并及时向相关人员发出预警信号，以便他们采取必要的防护措施。
针对输电线路的防雷措施是确保电力系统安全运行的重要环节。
避雷器简介
避雷器的作用
避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电
流仅有微安级，相当于一个绝缘体，当遭受 过电压的时候，避雷器阻值急剧减小，使流 过避雷器的电流可瞬间增大到数千安培，避 雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而 有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。
避雷器与避雷元器件
避雷器，又叫做过电压限制器，它的作用是把已侵人电力
避雷器的正常使用条件： 避雷器的正常使用条件为： ①适合于户内外运行； ②环境温度为＋40℃～－40℃； ③可经受阳光的辐射； ④海拔高度不超过其设计高度； ⑤电源的频率不小于48Hz、不超过62Hz； ⑥长期施加于避雷器的工频电压不超过避雷器持续 运行电压的允许值； ⑦地震烈度7度及以下地区；
避雷器安装 (1)避雷器安装： ①安装前的检查： 1)避雷器额定电压与线路电压是否相同； 2)底盘的瓷盘有无裂纹，瓷件表面是否有裂纹、破 损和闪络痕迹及掉釉现象。如有破损，其破损面 应在0.5cm2以下，在不超过三处时可继续使用； 3)将避雷器向不同方向轻轻摇动，内部应无松动的 响声； 4)检查瓷套与法兰连接处的胶合和密封情况是否良 好
避雷器
北京鼎一伟信科技发展有限公司 高艳军
电力系统过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。 可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压
内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系 统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电 压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会 超过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此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 雷电过电压又称大气过电压或外部过电压，它是由于电力系统内的设备 或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过 电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高 达几十万安，供电系统的危害极大。
雷电放电及防雷保护装置(1)
1
第七章 雷电放电及防雷保护装置
2
雷电现象
3
富兰克林（Franklin Benjamin）
统一了天电和地电，彻底破除了人们对雷电的恐惧。1749 年，他的夫人丽达在观看莱顿瓶串联实验时，无意碰到莱 顿瓶上的金属杆，被电火花击倒在地，卧病一周，使他更 坚定了探讨雷电实质的决心。他一方面列举了12条静电火 花与雷电火花的相同之处，一方面通过岗亭实验和风筝实 验（1752年6月）给予实验证明。他的一封封书信通过柯 林森在英国皇家学会宣读，开始时受到的是嘲笑、怀疑， 后来他的论文集《电学实验与研究》出版，特别是风筝实 验的报告轰动了欧洲，使人们看到电学是一门有广大前景 的科学，避雷针也成了人类破除迷信征服自然的一项重要 技术成果，推动了电学、电工学的发展。
金属氧化物避雷器的特点
a.无间隙，所以结构大大简化、体积也 可以缩小很多 b.保护性能优越 c.无续流，动作负载轻（过电压对应的能量）、 能重复动作实现保护 d.通流容量大，能制成重载避雷器；
e.耐污性能好 73
避雷器的电气参数
(1).避雷器额定电压：相当于SiC避雷器的灭弧电 压。指避雷器能够较长器期耐受的最大工频电 压有效值。
46
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。
GXW
35 1－5
47
缺点
伏秒特性较陡且会形成截波（同保护间隙）
虽有较强的灭弧能力，但在求得安装点的短路 电流后，要选择一种合乎要求的管式避雷器有 时并不容易。 运行维护比较麻烦
i
i t
0
t
17
斜角平顶波
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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。