第五章雷电及防雷设备
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雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的， 因此建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为 斜角波，其目的是为了便于分析计算；而在设计 特殊高杆塔时，可取半余弦波头。
5.1.3雷电日与雷电小时
一个地区的雷电活动强度，用雷电日 或雷电小时表示。
雷电日（雷电小时）是指一年中有雷电的 日数（小时数），在一天或一小时内只要听 到雷声就作为一个雷电日或一个雷电小时。
hxh 2时r， x(hhx)p
hxh 2时rx， (1.5h2hx)p h ——避雷针高度（m） p ——高度影响系数。
单支避雷针保护范围
避雷针 rx=(h-hx)p
rx=(1.5h-2hx)p rx
h h/2 hx
避雷针保护范围 折线法
受保护区域
➢上图中划定避雷针保护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段 确定保护范围（建筑防雷中采用滚球法确定保护范围）
A--A'展开
两支避雷针联合保护范围
➢两支避雷针的联合保护范围不是两个避雷针各自保护范围的“并集”，而 是比这个并集要大一些
➢图中蓝色虚线部分代表单支避雷针保护范围的界限
（3）两支不等高避雷针
两针外侧的保护范围仍按单针计算。
两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然 后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为一 假想的顶点，作出两等高针2和3的保护范围。
h 30m
避雷针保护范围 折线法 h>30m
30m＜h≤120m时修正系数：p
30 h
如图可见，避雷针高度超过30m后其 保护范围随高度而增大的趋势减缓
（2）双支等高避雷针
两针外侧的保护范围可按单针
计算方法确定，两针间的保护范围
应按通过两针顶点及保护范围上部
边缘最低点O的圆弧来确定，O点
的高度h0按下式计算：
h0
h
D 7p
D ——两针间的距离（m）
Fra Baidu bibliotek
两避雷针之间高度为hx水平面上保护范 围的一侧的最小宽度：
bx1.5(h0hx)
为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h 不宜大于5。
h h0= h-D/7 p
两支避雷针联合保护范围
避雷针1
折线的确定方法 同单支避雷针
B
A
D
A'
B--B'展开
避雷针2 B'
➢折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进行有关修正
修正系数p——避雷针高度≤30m 时
rx
避雷针 rx=h-hx
rx=1.5h-2hx
h h/2 hx
避雷针保护范围 折线法 h<=30m
避雷针高度h≤30m时修正系数p＝1
受保护区域
修正系数p——避雷针高度＞ 30m时
避雷针
rx=(h-hx)p 修正后 未修正 rx=(1.5h-2hx)p
度 来表示。 是指每个雷电日每平方公里的地
面上的平均落雷次数。
建议：
0.01次 5/平方公 雷里 电日
卫星观测10年(1995－2005)得到的全国平均闪电密度分布图
输电线路高出地面有引雷作用，会将线路两 侧一定宽度内的地面落雷吸引到线路上来。 根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路 的等值受雷面的宽度为10h（h为线路平均高 度（m）），线路年平均遭受雷击的次数可按 下式计算：
抗Z j有关， Z j 越大则 i Z 越小，反之则 i Z 越大。
当 Z j 0 时，流经被击物体的电流定义为
“雷电流”，以i L 表i示L，L 。但实际上
被击物体的波阻抗不可能为零值，故规程建议 雷击于低接电阻的物体时流过该物体的电流可
以认为等于雷电流i 。
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
N 10h 100T次/100公里年
1000
0.01次 5/平方公 雷里 电日
N —线路受雷击次数
T —线路经过地区年平均电雷日数
5.2避雷针、避雷线的保护范围
避雷针、避雷线的作用
将雷电吸引到避雷针（避雷线）上并安全地将雷电 流引入大地，从而保护设备。
因此，为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高 于被保护物的避雷针（或避雷线）。
第五章 雷电及防雷设备
5.1雷电的电气参数
电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成 的。为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措 施，必须掌握雷电的电气参数。
Z0
LZ0
L
计算雷电流的等值电路
若雷击于具有分布参数特性
的避雷针、线路或导线时，则
Z0
雷击时电流的运动可描述如图，
iZ
负极性电流波将自雷击点“0”
iZ
iL
Z0 Z0 Z j
Z0
iL Z 0
iZ
Zj
iL
Z0
iZ
Zj
等值电压源电路
等值电流源电路
雷电流i为一非周期冲击波，其幅值 与气象、自然条件等有关，是个随机变量， 只有通过大量实测才能正确估计其概率分 布规律。
图5.4
5.1.2雷电流波形
雷电流的波头和波尾皆为随机变量，对于中 等强度以上的雷电流，波头在1——4微秒范围内， 其平均波尾约为40微秒。
一般保护范围是指具有0.1%左右雷击概率 的空间范围而言。
实践证明，此雷击概率是可以接受的。
失去保护
避雷针
避雷针 受到保护 受保护区域
避雷针的保护范围
➢图中的受保护区域并非100％安全 ➢受保护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值
5.2.1避雷针的保护范围 （1）单支避雷针
在高度hx水平面上，其半 径rx按下式计算：
由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均 采用多年平均值——年平均雷电日。
全国53年(1954~2006)平均雷电日数分布图
我国把年平均雷电日不超过15日的地区叫 少雷区，多于40日的地区叫多雷区，多于90 日的地区叫强雷区。
5.1.4地面落雷密度和输电线路落雷次数
雷云对地放电的频率可用地面落雷密
沿被击物流动，同时，相同数
量的正极性电流波将自雷击点
“0”沿通道向上发展。
iZ
Zj
雷击物体时电流波的运动
流经物体的电流可用下式计算：
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
LZ0
Zj
——被击物体的波阻抗（或为被击物 体集中参数的阻抗值）
Z0
iZ
Zj
计算电流的等值电路
流经被击物体的电流波 i Z 与被击物体的波阻
避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不 同情况装设在配电构架上，或独立架设。
避雷线主要用于保护线路，也可用于保护发、变 电所。
要避雷针起到保护作用，两个要求：
要求避雷针必须很好接地；
要求被保护物体必须处在避雷针能提供可靠 屏蔽保护的一定空间范围内，这就是避雷针的 保护范围。
由于雷电路径受很多偶然因素的影响，因 此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实 的。
5.1.3雷电日与雷电小时
一个地区的雷电活动强度，用雷电日 或雷电小时表示。
雷电日（雷电小时）是指一年中有雷电的 日数（小时数），在一天或一小时内只要听 到雷声就作为一个雷电日或一个雷电小时。
hxh 2时r， x(hhx)p
hxh 2时rx， (1.5h2hx)p h ——避雷针高度（m） p ——高度影响系数。
单支避雷针保护范围
避雷针 rx=(h-hx)p
rx=(1.5h-2hx)p rx
h h/2 hx
避雷针保护范围 折线法
受保护区域
➢上图中划定避雷针保护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段 确定保护范围（建筑防雷中采用滚球法确定保护范围）
A--A'展开
两支避雷针联合保护范围
➢两支避雷针的联合保护范围不是两个避雷针各自保护范围的“并集”，而 是比这个并集要大一些
➢图中蓝色虚线部分代表单支避雷针保护范围的界限
（3）两支不等高避雷针
两针外侧的保护范围仍按单针计算。
两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然 后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为一 假想的顶点，作出两等高针2和3的保护范围。
h 30m
避雷针保护范围 折线法 h>30m
30m＜h≤120m时修正系数：p
30 h
如图可见，避雷针高度超过30m后其 保护范围随高度而增大的趋势减缓
（2）双支等高避雷针
两针外侧的保护范围可按单针
计算方法确定，两针间的保护范围
应按通过两针顶点及保护范围上部
边缘最低点O的圆弧来确定，O点
的高度h0按下式计算：
h0
h
D 7p
D ——两针间的距离（m）
Fra Baidu bibliotek
两避雷针之间高度为hx水平面上保护范 围的一侧的最小宽度：
bx1.5(h0hx)
为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h 不宜大于5。
h h0= h-D/7 p
两支避雷针联合保护范围
避雷针1
折线的确定方法 同单支避雷针
B
A
D
A'
B--B'展开
避雷针2 B'
➢折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进行有关修正
修正系数p——避雷针高度≤30m 时
rx
避雷针 rx=h-hx
rx=1.5h-2hx
h h/2 hx
避雷针保护范围 折线法 h<=30m
避雷针高度h≤30m时修正系数p＝1
受保护区域
修正系数p——避雷针高度＞ 30m时
避雷针
rx=(h-hx)p 修正后 未修正 rx=(1.5h-2hx)p
度 来表示。 是指每个雷电日每平方公里的地
面上的平均落雷次数。
建议：
0.01次 5/平方公 雷里 电日
卫星观测10年(1995－2005)得到的全国平均闪电密度分布图
输电线路高出地面有引雷作用，会将线路两 侧一定宽度内的地面落雷吸引到线路上来。 根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路 的等值受雷面的宽度为10h（h为线路平均高 度（m）），线路年平均遭受雷击的次数可按 下式计算：
抗Z j有关， Z j 越大则 i Z 越小，反之则 i Z 越大。
当 Z j 0 时，流经被击物体的电流定义为
“雷电流”，以i L 表i示L，L 。但实际上
被击物体的波阻抗不可能为零值，故规程建议 雷击于低接电阻的物体时流过该物体的电流可
以认为等于雷电流i 。
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
N 10h 100T次/100公里年
1000
0.01次 5/平方公 雷里 电日
N —线路受雷击次数
T —线路经过地区年平均电雷日数
5.2避雷针、避雷线的保护范围
避雷针、避雷线的作用
将雷电吸引到避雷针（避雷线）上并安全地将雷电 流引入大地，从而保护设备。
因此，为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高 于被保护物的避雷针（或避雷线）。
第五章 雷电及防雷设备
5.1雷电的电气参数
电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成 的。为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措 施，必须掌握雷电的电气参数。
Z0
LZ0
L
计算雷电流的等值电路
若雷击于具有分布参数特性
的避雷针、线路或导线时，则
Z0
雷击时电流的运动可描述如图，
iZ
负极性电流波将自雷击点“0”
iZ
iL
Z0 Z0 Z j
Z0
iL Z 0
iZ
Zj
iL
Z0
iZ
Zj
等值电压源电路
等值电流源电路
雷电流i为一非周期冲击波，其幅值 与气象、自然条件等有关，是个随机变量， 只有通过大量实测才能正确估计其概率分 布规律。
图5.4
5.1.2雷电流波形
雷电流的波头和波尾皆为随机变量，对于中 等强度以上的雷电流，波头在1——4微秒范围内， 其平均波尾约为40微秒。
一般保护范围是指具有0.1%左右雷击概率 的空间范围而言。
实践证明，此雷击概率是可以接受的。
失去保护
避雷针
避雷针 受到保护 受保护区域
避雷针的保护范围
➢图中的受保护区域并非100％安全 ➢受保护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值
5.2.1避雷针的保护范围 （1）单支避雷针
在高度hx水平面上，其半 径rx按下式计算：
由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均 采用多年平均值——年平均雷电日。
全国53年(1954~2006)平均雷电日数分布图
我国把年平均雷电日不超过15日的地区叫 少雷区，多于40日的地区叫多雷区，多于90 日的地区叫强雷区。
5.1.4地面落雷密度和输电线路落雷次数
雷云对地放电的频率可用地面落雷密
沿被击物流动，同时，相同数
量的正极性电流波将自雷击点
“0”沿通道向上发展。
iZ
Zj
雷击物体时电流波的运动
流经物体的电流可用下式计算：
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
LZ0
Zj
——被击物体的波阻抗（或为被击物 体集中参数的阻抗值）
Z0
iZ
Zj
计算电流的等值电路
流经被击物体的电流波 i Z 与被击物体的波阻
避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不 同情况装设在配电构架上，或独立架设。
避雷线主要用于保护线路，也可用于保护发、变 电所。
要避雷针起到保护作用，两个要求：
要求避雷针必须很好接地；
要求被保护物体必须处在避雷针能提供可靠 屏蔽保护的一定空间范围内，这就是避雷针的 保护范围。
由于雷电路径受很多偶然因素的影响，因 此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实 的。