供配电工程第09章 防雷及过电压保护与接地
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供配电课程设计防雷接地
供配电课程设计防雷接地一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握供配电系统中防雷接地的基本原理和设计方法。
知识目标要求学生了解雷电的形成、危害及防雷接地系统的作用；掌握防雷接地设计的基本原则和方法；了解接地的种类和接地电阻的要求。
技能目标要求学生能够分析供配电系统中的雷电危害，选择合适的防雷接地措施，并能够进行简单的防雷接地设计。
情感态度价值观目标则是培养学生对电力系统的安全意识，提高学生对防雷接地工作的重视。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括四个部分。
第一部分是雷电基础知识，包括雷电的形成、雷电的危害等。
第二部分是防雷接地系统的基本原理，包括接地的作用、接地的方式、接地电阻的要求等。
第三部分是防雷接地设计方法，包括防雷设备的选择、接地网的设计、接地线的布置等。
第四部分是防雷接地实例分析，通过实际案例使学生了解防雷接地系统的设计和实施过程。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
首先，将采用讲授法，系统地讲解雷电知识、防雷接地原理和设计方法。
其次，采用案例分析法，通过分析实际案例，使学生了解防雷接地系统的设计和实施过程。
此外，还将采用讨论法，鼓励学生积极参与讨论，提高学生的思考能力和解决问题的能力。
最后，将安排实验环节，使学生在实际操作中掌握防雷接地知识。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，将准备多种教学资源。
主要教材为《供配电系统设计》一书，辅助教材包括《防雷接地设计规范》等相关文献。
参考书目包括《电力系统防雷技术》等。
此外，还将利用多媒体资料，如课件、视频等，以丰富学生的学习体验。
在实验环节，将准备相应的实验设备，如接地网、接地线等，以便学生能够亲身操作，加深对防雷接地知识的理解。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观地评价学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要考察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，以评价学生的学习态度和积极性。
过电压保护与接地
发电厂的过电压保护和接地装置
1-3 避雷器 一、避雷器的基本原理 伏秒特性：是指避雷器或设备绝缘材料在一定电压波 形作用下，击穿电压的峰值与击穿延迟时间的关系曲线。
U 1 2 3 t
U
1 2 t
U 3 t 2
1—变压器的伏秒特性 变压器不能得到保护 2—避雷器的伏秒特性 变压器不能得到保护 3—电气设备上可能出现的最高工频电压
发电厂的过电压保护和接地装置 五、发电厂接地装置的布置
发电厂电气部分
发电厂的过电压保护和接地装置 水平接地网应埋在0.6m以下,以免受到机械损伤,并可减 少冬季土壤表层冻结和夏季水分蒸发对接地电阻的影响。 如果接地电阻难以达到规定要求时，为了减少接地装置 的材料消耗和投资，在敷设人工接地体时可以采取一些措 施，如敷设水下接地网等。 随着电力系统的发展，电力网的接地短路电流日益增大， 大接地电流系统的发电厂内，接地网电位的升高已成为重 要问题。为了保证人身安全，应采取以下均压措施： (1)因接地网边角外部电位梯度较高，边角外应做成圆 弧形。 (2)在接地网边缘上经常有人出入的道路处，应在该道 路下不同深度装设两条与接地网相连的“帽檐式”均压带， 或将此处附近铺成高电阻率的路面。
发电厂的过电压保护和接地装置 ha
单支避雷针的保护范围
45º h/2
h hx
当hx h / 2时 当hx h / 2时 rx (1.5h 2hx ) p(m)
1.5h rx
rx (h hx ) P ha p(m)
P 高度影响系数 h 30m, P 1.0 30 h 120m, P 5.5 / h
关手册和规程。
发电厂的过电压保护和接地装置 三、避雷针(线)的设置 避雷针分为独立避雷针和架构避雷针。 避雷针的设置注意事项： (1)独立避雷针与电气设备的带电部分、电气设备的外 壳、架构和建筑物的接地部分之间的空中距离Sk不应小于 5m，其接地装置与被保护物体的接地体之间的地中距离 Sd不应小于3m。 因为避雷针落雷时其引下线 泄放雷电流瞬间具有很高电位， 可能会对较近的被保护物放电 或者对被保护物接地装置放电 (这种情形称为反击)。
《高电压工程基础》第9章 雷电及防雷装置
➢ 避雷器的技术要求
（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。
（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。
防雷及过电压保护与接地课件
统等进行了相应的防雷及过电压保护。
THANKS
感谢观看
信号过电压保护
总结词
信号过电压保护是保护信号传输线路免受过电压损害的重要措施。
详细描述
信号过电压保护通常采用浪涌保护器、瞬态二极管等设备，对信号传输线路进 行保护，以防止雷电、电磁脉冲等引起的过电压对信号传输线路造成损害。
设备过电压保护
总结词
设备过电压保护是防止设备直接受到过电压损害的重要措施 。
02
防雷系统设计
防雷系统的组成
01
02
03
避雷针
用于吸引雷电，并将其引 入地下。
引下线
连接避雷针和接地装置的 金属导体，将雷电引入地 下。
接地装置
将雷电引入大地的金属导 体，通常埋在地下。
防雷设备的选择与配置Fra bibliotek01根据建筑物的重要性、使用性质 和雷电活动情况等因素，选择合 适的避雷针、避雷带、避雷网等 防雷设备。
接地电阻的计算与测量
接地电阻的计算
根据土壤电阻率、接地极长度、 直径等因素计算接地电阻。
接地电阻的测量
使用接地电阻测量仪进行测量， 确保接地系统符合要求。
接地系统的设计与施工
设计原则
维护与管理
根据设备需求和土壤条件进行接地系 统的设计。
定期检查和维护接地系统，确保其有 效性。
施工方法
选择合适的接地极材料和施工方法， 确保接地系统可靠。
以上内容仅供参考，具体课件内容应根据实际情况进行编写和调整。
03
过电压保护措施
电源过电压保护
总结词
电源过电压保护是防止电力系统的过 电压对设备造成损害的重要措施。
详细描述
电源过电压保护通常采用避雷器、过 电压保护器等设备，对电源线路进行 保护，以防止雷电、操作过电压等引 起的过电压对设备造成损害。
THANKS
感谢观看
信号过电压保护
总结词
信号过电压保护是保护信号传输线路免受过电压损害的重要措施。
详细描述
信号过电压保护通常采用浪涌保护器、瞬态二极管等设备，对信号传输线路进 行保护，以防止雷电、电磁脉冲等引起的过电压对信号传输线路造成损害。
设备过电压保护
总结词
设备过电压保护是防止设备直接受到过电压损害的重要措施 。
02
防雷系统设计
防雷系统的组成
01
02
03
避雷针
用于吸引雷电，并将其引 入地下。
引下线
连接避雷针和接地装置的 金属导体，将雷电引入地 下。
接地装置
将雷电引入大地的金属导 体，通常埋在地下。
防雷设备的选择与配置Fra bibliotek01根据建筑物的重要性、使用性质 和雷电活动情况等因素，选择合 适的避雷针、避雷带、避雷网等 防雷设备。
接地电阻的计算与测量
接地电阻的计算
根据土壤电阻率、接地极长度、 直径等因素计算接地电阻。
接地电阻的测量
使用接地电阻测量仪进行测量， 确保接地系统符合要求。
接地系统的设计与施工
设计原则
维护与管理
根据设备需求和土壤条件进行接地系 统的设计。
定期检查和维护接地系统，确保其有 效性。
施工方法
选择合适的接地极材料和施工方法， 确保接地系统可靠。
以上内容仅供参考，具体课件内容应根据实际情况进行编写和调整。
03
过电压保护措施
电源过电压保护
总结词
电源过电压保护是防止电力系统的过 电压对设备造成损害的重要措施。
详细描述
电源过电压保护通常采用避雷器、过 电压保护器等设备，对电源线路进行 保护，以防止雷电、操作过电压等引 起的过电压对设备造成损害。
防雷、接地和电气安全
直击雷的防御主要须设法把直击雷迅速流散到大地中去。一般采用避雷针、 避雷线、避雷网等避雷装置。
感应雷的防御是对建筑物最有效的防护措施，其防御方法是把建筑物内的 所有金属物，如设备外壳、管道、构架等均进行可靠接地，混凝土内的钢 筋应绑扎或焊成闭合回路。 雷电侵入波的防御一般采用避雷器。避雷器装设在输电线路进线处或10kV母 线上，如有条件可采用30～50m的电缆段埋地引入，在架空线终端杆上也可 装设避雷器。避雷器的接地线应与电缆金属外壳相连后直接接地，并连入公 共地网。
第9章 防雷、接地和电气安全
§9.1 过电压、防雷及其设计
§9.2 电气装置接地
§9.3 静电及其防护
§9.4 电气安全与触电急救
小结
§9.1 过电压、防雷及其设计
9.1.1 过电压及雷电的有关概念
1．雷电与过电压 防雷就是防御过电压，过电压是指电气设备或线路上出现超过正常工作要求 的电压升高。在电力系统中，按照过电压产生的原因不同，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（又称操作过电压），指供配电系统内部由于开关操作、参数 不利组合、单相接地等原因，使电力系统的工作状态突然改变，从而在其 过渡过程中引起的过电压。 内部过电压又可分为操作过电压和谐振过电压。操作过电压是由于系统内 部开关操作导致的负荷骤变，或由于短路等原因出现断续性电弧而引起的 过电压。谐振过电压是由于系统中参数不利组合导致谐振而引起的过电压。
§9.1 过电压、防雷及其设计
图 9-1 架空线路上的感应过电压 a) 雷云在线路上方时 b) 雷云对地或其他放电时 c) 雷云对架空线路放电时
§9.1 过电压、防雷及其设计 3）雷电侵入波 是感应雷的另一种表现，是由于直击雷或感应雷在电力线路的附近、地面 或杆塔顶点，从而在导线上感应产生的冲击电压波，它沿着导线以光速向 两侧流动，故又称为过电压行波。行波沿着电力线路侵入变配电所或其他 建筑物，并在变压器内部引起行波反射，产生很高的过电压。据统计，雷 电侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的50%～70%。 2． 雷电形成及有关概念 （1）雷电形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间、“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电 的一种自然现象。关于雷云普遍的看法是：在闷热的天气里，地面的水汽蒸 发上升，在高空低温影响下，水蒸汽凝成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而 破碎分裂，气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一 部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。由于高空气流的流动， 正雷云和负雷云均在空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为 负雷云。
第9章-防雷及过电压保护与接地.
FS-0.38kV阀式避雷器 HY5WS-10kV氧化锌避雷器
②、排气式避雷器（管型避 雷器）： 用于架空线路。
第九章 防雷及过电压保护与接地
③、角型避雷器（保护间隙）： 由两个金属电极构成的一种简单的防
雷保护装置。构造简单，维护方便，但其 自行灭弧能力较差，用于室外不重要的架 空线路。 ④、金属氧化物避雷器： 原理同阀式避雷器，电阻片为金属氧化物，性能更优异。
避雷器应与被保护设备并联， 安装在被保护设备的电源侧。
➢类型：阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物 和浪涌保护器等。
第九章 防雷及过电压保护与接地
①、阀式避雷器（FS、FZ型）： 用于变配电所。
火花间隙：铜片冲制而成，正常情况下电流不能通过，高 压作用下被击穿放电。 阀电阻片：碳化硅，非线性的电阻特性；加速电弧熄灭。
避雷带 避雷网
引下线
第九章 防雷及过电压保护与接地
四、防雷击电磁脉冲
一、屏蔽辐射脉冲电磁场效应和防止在设备线路上出现电 涌（雷击电磁脉冲引发表现为过电压和过电流的瞬态波），如 在装置中综合运用屏蔽、接地、等电位联结等方法；
二、消除或减少由外部线路导入的电涌，如在电涌线路和 信号线路中安装协调配合的电涌保护器（SPD）。
五、架空线路的雷击过电压保护
1、66kV以上线路全线架设避雷线； 2、提高线路本身的绝缘水平； 3、利用△排列的顶线兼作防雷保护线； 4、装设自动重合闸装置； 5、个别绝缘薄弱地点加
装避雷器。
第九章 防雷及过电压保护与接地
第四节 电气装置的接地与等电位联结
主要内容
一、接地的有关概念 二、低压配电系统的接地故障保护
第二类防 要给水水泵房等特别重要的建筑物
雷建筑物
②、排气式避雷器（管型避 雷器）： 用于架空线路。
第九章 防雷及过电压保护与接地
③、角型避雷器（保护间隙）： 由两个金属电极构成的一种简单的防
雷保护装置。构造简单，维护方便，但其 自行灭弧能力较差，用于室外不重要的架 空线路。 ④、金属氧化物避雷器： 原理同阀式避雷器，电阻片为金属氧化物，性能更优异。
避雷器应与被保护设备并联， 安装在被保护设备的电源侧。
➢类型：阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物 和浪涌保护器等。
第九章 防雷及过电压保护与接地
①、阀式避雷器（FS、FZ型）： 用于变配电所。
火花间隙：铜片冲制而成，正常情况下电流不能通过，高 压作用下被击穿放电。 阀电阻片：碳化硅，非线性的电阻特性；加速电弧熄灭。
避雷带 避雷网
引下线
第九章 防雷及过电压保护与接地
四、防雷击电磁脉冲
一、屏蔽辐射脉冲电磁场效应和防止在设备线路上出现电 涌（雷击电磁脉冲引发表现为过电压和过电流的瞬态波），如 在装置中综合运用屏蔽、接地、等电位联结等方法；
二、消除或减少由外部线路导入的电涌，如在电涌线路和 信号线路中安装协调配合的电涌保护器（SPD）。
五、架空线路的雷击过电压保护
1、66kV以上线路全线架设避雷线； 2、提高线路本身的绝缘水平； 3、利用△排列的顶线兼作防雷保护线； 4、装设自动重合闸装置； 5、个别绝缘薄弱地点加
装避雷器。
第九章 防雷及过电压保护与接地
第四节 电气装置的接地与等电位联结
主要内容
一、接地的有关概念 二、低压配电系统的接地故障保护
第二类防 要给水水泵房等特别重要的建筑物
雷建筑物
供配电技术：防雷、接地及电气安全
➢二级防雷建筑物，是指重要的或人员密集的大型建筑物，如省部级办 公楼、会堂、博展、体育、交通、通讯、广播等建筑物；省级重点文物 保护建筑物；高度超过50m的建筑物以及大型计算中心和装有重要电子 设备的建筑物。
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备 三、建筑物的防雷分类及要求
➢三级防雷建筑物，是指预计年雷击次数大于或等于0.05，或经过调查 确认需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m 的建筑物；高度为15m及以上的烟囱、水塔等孤立建筑物等。
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备 三、建筑物的防雷分类及要求
1. 建筑物的防雷级别是根据其重要性、使用性质以及发生雷击事故的 可能性和造成后果来划分的，共分为三级：
➢一级防雷建筑物：指具有特别重要用途的建筑物，如国家级会堂、办 公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客运站、国际型航空港、国 宾馆、国际港口客运站；国家级重点文物保护建筑物以及高度超过 100m的建筑物等。
2. 防雷要求
第一类防雷建筑。应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波措施。 第二类防雷建筑。应有防直接雷和雷电侵入波措施，有爆炸危险的
也应有防感应雷措施。 第三类建筑物。应有防直接雷和雷电侵入波措施
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备
四、防雷措施及设备 1. 直击雷防护
直击雷的防御主要是采取措施把雷电流迅速引到大地中去。防雷装 置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。
任务一 雷电及防雷设备 二、雷电的形及危害
雷电活动的规律
➢热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于平原，平原 大于沙漠，陆地大于湖海。 ➢雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的设施情况及 地理条件等因素有关。
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备 三、建筑物的防雷分类及要求
➢三级防雷建筑物，是指预计年雷击次数大于或等于0.05，或经过调查 确认需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过20m 的建筑物；高度为15m及以上的烟囱、水塔等孤立建筑物等。
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备 三、建筑物的防雷分类及要求
1. 建筑物的防雷级别是根据其重要性、使用性质以及发生雷击事故的 可能性和造成后果来划分的，共分为三级：
➢一级防雷建筑物：指具有特别重要用途的建筑物，如国家级会堂、办 公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客运站、国际型航空港、国 宾馆、国际港口客运站；国家级重点文物保护建筑物以及高度超过 100m的建筑物等。
2. 防雷要求
第一类防雷建筑。应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波措施。 第二类防雷建筑。应有防直接雷和雷电侵入波措施，有爆炸危险的
也应有防感应雷措施。 第三类建筑物。应有防直接雷和雷电侵入波措施
项目七 防雷、接地及电气安全
任务一 雷电及防雷设备
四、防雷措施及设备 1. 直击雷防护
直击雷的防御主要是采取措施把雷电流迅速引到大地中去。防雷装 置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。
任务一 雷电及防雷设备 二、雷电的形及危害
雷电活动的规律
➢热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于平原，平原 大于沙漠，陆地大于湖海。 ➢雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的设施情况及 地理条件等因素有关。
配电系统的防雷与接地
供配电工程的防雷保护摘要：电力系统防雷是供配电工程的重要保护措施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人们生活。
供配电系统的防雷保护应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的实际情况，采取切实可行的防雷方案，本文简要介绍供配电系统的防雷保护。
关键词：供配电系统，防雷保护雷电的危害，大家是有目共睹的。
然而，近几年随着电网的改造，特别是城网改造和变电所自动化系统的建设，大家可能对这些设备的防雷接地保护还是认识不足，以致造成了多起雷害事故，造成自动化系统的瘫痪和一些电网设备事故，损失是比较严重的。
因此，我们有必要探讨一下供、配电系统的防雷接地问题，为设计和施工人员提供一定的帮助。
1、变电所的防雷保护1.1 变电所遭受雷击的来源及解决方法(1)雷击的来源。
一是雷直击于变电所的设备上;二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。
(2)变电所对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电所进线段一定距离内架设避雷线的方法解决。
(3)架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，是导致变电所雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电所电气设备绝缘损坏，引发事故。
在变电所内装设避雷器的目的在于限制入侵雷电波的幅值，使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值。
而变电所的进线段上装设保护段的主要目的，在于限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。
1.2 变电所装设避雷针的原则所有被保护设备均应处于避雷针(线)的保护范围之内，以免遭受雷击。
当雷击避雷针时，避雷针对地面的电位可能很高，如它们与被保护电气设备之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针遭受雷击后，使避雷针与被保护设备之间发生放电现象，这种现象叫反击。
此时避雷针仍能将雷电波的高电位加至被保护的电气设备上，造成事故。
不发生反击事故的避雷针与电气设备之间的距离称为避雷针与电气设备之间防雷最小距离。
防雷及过电压保护.pptx
* 110kV系统采用带均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感 器的空载母线，经验算有可能产生铁磁谐振时，宜选用电容式电压 互感器。
* 经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同 期所产生的铁磁谐振过电压，可能危及中性点为标准分级绝缘、运 行时中性点不接地的110kV变压器的中性点绝缘时，宜在中性点装 设间隙。
（3）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。
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雷电过电压保护 （续）
（4）110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在架构或屋顶上， 但土壤电阻率大于1000Ω·m地区宜装设独立避雷针。
66kV的配电装置，允许将避雷针装在架构或屋顶，但土壤 电阻率大于500Ω·m地区宜装设独立避雷针。
* 雷电流幅值一般不超过100kA,我国一般地区雷电流幅值
超过I 的概率P为lgP＝－ I /88，年雷暴日数 ≤ 20的地区，分
母可取44。
（5）110kV及以下电气装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。
（7）高海拔地区（＞1000m）的电气装置外绝缘爬电距离和 空气间隙，应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电 器。
采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及 并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压，可在断路器的非电源侧 装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧 或低压侧。但高、低压侧系统接地方式不同时，低压侧宜装设操 作过电压保护水平较低的避雷器。 2）在可能只带一条线路运行的变压器中性点消弧线圈上，宜用阀 式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时，强制开断消弧 线圈电流在其上产生的过电压。 3）空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不 超过，可不采取保护措施。
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* 经验算如断路器操作中因操动机构故障出现非全相或严重不同 期所产生的铁磁谐振过电压，可能危及中性点为标准分级绝缘、运 行时中性点不接地的110kV变压器的中性点绝缘时，宜在中性点装 设间隙。
（3）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。
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雷电过电压保护 （续）
（4）110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在架构或屋顶上， 但土壤电阻率大于1000Ω·m地区宜装设独立避雷针。
66kV的配电装置，允许将避雷针装在架构或屋顶，但土壤 电阻率大于500Ω·m地区宜装设独立避雷针。
* 雷电流幅值一般不超过100kA,我国一般地区雷电流幅值
超过I 的概率P为lgP＝－ I /88，年雷暴日数 ≤ 20的地区，分
母可取44。
（5）110kV及以下电气装置一般由雷电过电压决定绝缘水平。
（7）高海拔地区（＞1000m）的电气装置外绝缘爬电距离和 空气间隙，应按海拔进行校正。可采取加强绝缘或选用高原型电 器。
采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电流较大的变压器以及 并联电抗补偿装置产生的高幅值过电压，可在断路器的非电源侧 装设阀式避雷器加以限制。保护变压器的避雷器可装在其高压侧 或低压侧。但高、低压侧系统接地方式不同时，低压侧宜装设操 作过电压保护水平较低的避雷器。 2）在可能只带一条线路运行的变压器中性点消弧线圈上，宜用阀 式避雷器限制切除最后一条线路两相接地故障时，强制开断消弧 线圈电流在其上产生的过电压。 3）空载变压器和并联电抗补偿装置合闸产生的操作过电压一般不 超过，可不采取保护措施。
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第9章 输电线路的防雷保护
2. 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
若雷电流取为斜角波头，即 iL=at，可得雷击点的最高电
位：
uA
= iZ
⋅ Zb 2
= iL
Z0Zb 2Z0 + Zb
iL = at
UA
=
a×
l vb
×
Z0Zb 2Z0 + Zb
l
2. 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合
输电线路防雷的原则和措施
做好输电线路的防雷工作，不仅可以提高输电线路 本身的供电可靠性，而且还可以使变电所安全运行。
输电线路的防雷保护
架空线路遭受雷击的可能性 10kV、35kV线路
主要是110kV、 220kV，部分 500kV线路
雷击线路附近地面 雷击塔顶及塔顶附近避雷线 雷击档距中央的避雷线 雷击导线
110kV、 220kV、 500kV线路
1、输电线路的感应雷过电压
感应过电压 当雷击线路附近大地时，由于电磁感应，在线路上的
导线会产生感应过电压。
1、输电线路的感应雷过电压
（一）、雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压
主放电前 在雷云放电的起始阶段，存在着向大地发展的先导放
电过程，线路正处于雷云与先导通道的电场中，由于静电 感应，沿导线方向的电场强度分量Ex将导线两端与雷云异 号的正电荷吸引到靠近先导通道的一段导线上来成为束缚 电荷，导线上的负电荷则由于Ex的排斥作用而使其向两端 运动，经线路的泄露电导和系统的中性点而流入大地。
（二）、雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压
雷击线路杆塔时，由于雷电通道所产生的电磁场迅速变 化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压，其计算问 题至今尚有争论，不同方法计算的结果差别很大，也缺乏实践 数据。目前，《规程》建议对一般高度（约40M以下）无避雷 线的线路，此感应过电压最大值可用下式计算
供电系统的保护接地与防雷解读课件
05
接地与防雷的案例分析
Chapter
案例一：某供电系统的接地改造
总结词：成功案例
详细描述：某供电系统因设备老化，接地不良，导致频繁 发生电气事故。经过接地改造，采用新的接地材料和施工 方法，系统接地电阻降低，电气事故发生率显著下降。
案例二：某建筑物的防雷保护措施
总结词：全面防护
VS
详细描述：某建筑物地处雷电多发区 ，为确保建筑物内设备和人员的安全 ，采取了综合防雷措施，包括安装避 雷针、避雷带、引下线等设备，以及 进行等电位连接和接地处理，有效降 低了雷电对建筑物的影响。
01
02
03
保护设备安全
接地与防雷措施可以有效 保护供电设备免受雷电和 过电压的损害，确保设备 正常运行。
保障人员安全
接地与防雷措施可以降低 触电风险，保护现场工作 人员的人身安全。
维护供电稳定性
接地与防雷措施有助于维 护供电系统的稳定性，减 少停电事故的发生。
提高接地与防雷的措施和建议
定期检测接地电阻
案例三：某数据中心的接地与防雷系统设计
总结词：先进设计
详细描述：某数据中心对防雷接地系统进行了精心设 计，采用了多级防护措施，包括安装浪涌保护器、设 置均压环、采用专用接地网等。该设计有效避免了雷 电对数据中心设备的冲击和损害，保障了数据安全和 设备正常运行。
06结论Chap来自er接地与防雷在供电系统中的重要性
当设备发生漏电时，电流会通过漏电点、保护接地线、大地形成一个回路。由于 大地电阻很大，流过保护接地线的电流很小，因此设备外壳的电位被拉近大地电 位。这样，人体接触到设备外壳时所承受的电压也大大降低，从而保障了人身安 全。
保护接地的实施方法
保护接地的实施方法包括设备外壳接地、等 电位连接、安装剩余电流保护装置等措施。 其中，设备外壳接地是最基本的保护接地方 式，等电位连接则能够进一步降低接触电压 ，而安装剩余电流保护装置可以及时切断漏 电电流，提高保护效果。
电力工程第9章
注意：圆钢直径不小于8 mm，扁钢截面不小于48mm2，厚度不小于4 mm。当 烟囱上采用避雷环时，圆钢直径不小于12 mm，扁钢截面不小于100mm2，厚度 不小于4 mm。
18
9.1 过电压与防雷
四、变电所的防雷保护
1．直击雷的防护措施 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。 变电所内的设备和建筑物通常采用独立避雷针或避雷线 进行直击雷防护 。 “反击”现象：当避雷针（线）与附近设施之间的绝缘 距离不够时，两者之间会发生强烈的放电现象，这种情况 称为“反击”。
SE ≥ 0.3Rsh
SE一般不应小于3m 。
20
9.1 过电压与防雷
2．雷电侵入波的防护措施
在变电所1～2km进
在变靠电近隔所离对开关于或雷断路电器侵入波的过电压保护是线可利段防用架护设直阀避击型雷雷避线，，还雷既可器
以Q及F2与处装阀设型一组避管雷型避器雷相器 配合的进线段保护。 以使感应雷过电压产
外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于 电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引 起的过电压。
3
9.1 过电压与防雷
二、雷电的基本知识
1. 雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。 雷云→雷电先导→迎雷先导→主放电阶段 →余辉阶段
主放电阶段：电流很大，高达几 百千安，但持续时间极短，一般只 有 50～100μs。 余辉放电阶段：电流较小，约几 百安，持续时间约为0.03～0.15s。
心，其余的作法与h≤hr 时相同。 建筑物的防雷级别是根据其重要性、使用性质以及发
生雷击事故的可能性和造成后果来划分的，共分为三级：
一级防雷建筑物：指具有特别重要用途的建筑物，如国 家级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路 客运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站；国家 级重点文物保护建筑物以及高度超过100m的建筑物等。
18
9.1 过电压与防雷
四、变电所的防雷保护
1．直击雷的防护措施 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。 变电所内的设备和建筑物通常采用独立避雷针或避雷线 进行直击雷防护 。 “反击”现象：当避雷针（线）与附近设施之间的绝缘 距离不够时，两者之间会发生强烈的放电现象，这种情况 称为“反击”。
SE ≥ 0.3Rsh
SE一般不应小于3m 。
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9.1 过电压与防雷
2．雷电侵入波的防护措施
在变电所1～2km进
在变靠电近隔所离对开关于或雷断路电器侵入波的过电压保护是线可利段防用架护设直阀避击型雷雷避线，，还雷既可器
以Q及F2与处装阀设型一组避管雷型避器雷相器 配合的进线段保护。 以使感应雷过电压产
外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于 电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引 起的过电压。
3
9.1 过电压与防雷
二、雷电的基本知识
1. 雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。 雷云→雷电先导→迎雷先导→主放电阶段 →余辉阶段
主放电阶段：电流很大，高达几 百千安，但持续时间极短，一般只 有 50～100μs。 余辉放电阶段：电流较小，约几 百安，持续时间约为0.03～0.15s。
心，其余的作法与h≤hr 时相同。 建筑物的防雷级别是根据其重要性、使用性质以及发
生雷击事故的可能性和造成后果来划分的，共分为三级：
一级防雷建筑物：指具有特别重要用途的建筑物，如国 家级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路 客运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站；国家 级重点文物保护建筑物以及高度超过100m的建筑物等。
防雷及过电压保护与接地
k——校正系数。 一般情况下：1； 山顶上或旷野孤立的建筑物：2； 金属屋面没有接地的砖木结构：1.7； 河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率 较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷 风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑 物：1.5；
当所考虑建筑物的周边在2倍扩大宽度范 围内有其他建筑物时，其等效面积的计算方法 详见. GB50057－2010。
v dx 1 dt L0C0
计算表明，雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相 同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。
定义波阻抗
Z u L0 i C0
与线路长度和负载性质无关
1 2
C0u2
1 2
L0i2
与集中参数电路的欧姆定律不同，波阻抗表征的是沿导线传播的（对地） 电压波和电流波之间的动态比例关系，因为雷电波在传播过程中必须遵循存 在单位长度线路周围媒质中的电场能量. 和磁场能量一定相等的规律。
1 2
C0u2
1 2
L0i2
雷电波的折射和反射特性对防雷设计具有重要影响。
➢线路末端开路时，波阻抗无穷大，波在节点处发生正的全 反射。
末端电压U2=u2f=2E
在反射波所到之处电压提高1倍！
末端开路时波的折反射
➢波经过并联电容后，电压不 能突变。
波从直角波变为指数波。
因此，只要增加C的值，就能把
陡度的函数，即：
u=u（x，t），i=i（x，t）
均匀无损的单导线
集中参数电路： 电流、电压只是时间的函数，在一个. 支路范围内与位置无关。 u=u(t)，i=i(t)
（一）雷电波的传播速度和波阻抗
雷电波在导线中传播时，其波头的行进速度称为雷电 波的传播速度，即
当所考虑建筑物的周边在2倍扩大宽度范 围内有其他建筑物时，其等效面积的计算方法 详见. GB50057－2010。
v dx 1 dt L0C0
计算表明，雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相 同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。
定义波阻抗
Z u L0 i C0
与线路长度和负载性质无关
1 2
C0u2
1 2
L0i2
与集中参数电路的欧姆定律不同，波阻抗表征的是沿导线传播的（对地） 电压波和电流波之间的动态比例关系，因为雷电波在传播过程中必须遵循存 在单位长度线路周围媒质中的电场能量. 和磁场能量一定相等的规律。
1 2
C0u2
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L0i2
雷电波的折射和反射特性对防雷设计具有重要影响。
➢线路末端开路时，波阻抗无穷大，波在节点处发生正的全 反射。
末端电压U2=u2f=2E
在反射波所到之处电压提高1倍！
末端开路时波的折反射
➢波经过并联电容后，电压不 能突变。
波从直角波变为指数波。
因此，只要增加C的值，就能把
陡度的函数，即：
u=u（x，t），i=i（x，t）
均匀无损的单导线
集中参数电路： 电流、电压只是时间的函数，在一个. 支路范围内与位置无关。 u=u(t)，i=i(t)
（一）雷电波的传播速度和波阻抗
雷电波在导线中传播时，其波头的行进速度称为雷电 波的传播速度，即
供电技术--供电系统的保护接地与防雷
解： 1）确定该变电所的接地电阻允许值 RE(al) ：
IE
?
U N (35lcab 350
?
loh )
?
10(35
? 10 ? 350
100)
A
?
12.85A
? ?
RE
?
? 120V IE
? 120V 12.85A
?
9.34 ?
?? RE ? 4?
RE ? 4?
2）已知可利用的自然接地体电阻 RE(nat) ? 60 ? 。
避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压 器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。
续上页
传播速度 v ? dx ? 1
dt
L0 C 0
雷电波沿架空线传播的速度与光速 （3×108m/s）相同，而 在电缆中传播的速度约为上值的 1/2～1/3。
波阻抗
Z ? u ? L0
i
C0
波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之 间的动态关系 ，与线路长度无关。
续上页
入射波
Z1
反射波
折射波
5）单根人工接地体钢管的接地电阻 RE (man )(1) ：
RE (man)(1) ? 0.3? ? 0.3m?1 ? 100?? m ? 30?
续上页
6）人工接地装置需用的钢管数量和最终的接地方案：
n ? 0.9RE(man)(1) ? 0.9 ? 30? ? 10
? ?RE(man) 0.66 ? 4.29?
2）在TN系统中，装设漏电保护器后，为防止其误动，中 性线N不能重复接地。
3）在TT系统中，装设漏电保护器的设备与不装漏电保护 器的电气设备不能共用一个接地装置，否则，漏电保护器会拒 动。
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C0u 2
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L0i 2
雷电波的折射和反射特性对防雷设计具有重要影响。
➢线路末端开路时，波阻抗无穷大，波在节点处发生正的全 反射。
末端电压U2=u2f=2E
在反射波所到之处电压提高1倍！
末端开路时波的折反射
➢波经过并联电容后，电压不 能突变。
波从直角波变为指数波。 因此，只要增加C的值，就能把 陡度限制在一定程度。
（2）雷电感应（感应雷）
雷电感应是指雷电对大地放电 时在附近导体上产生的静电感应和
Ui
25
Ihc S
电磁感应，它可能使建筑物金属部
件之间产生火花放电，也可能导致
电力线路的绝缘闪络或损坏。
I0
I 2
Ui
（3）雷电波侵入 雷电侵波入是指由于雷电对架 空线路或金属管道的作用（如直接 雷或雷电感应），产生的雷电波可 能沿着这些管线侵入变电所内或建 筑物内，损坏电气设备和危及人身 安全。
Td值越大，则防雷要求也就越高。 2.雷击大地密度 雷击大地密度是每年每平方公里雷击大地的次数。 可根据雷暴日，按下式估算：
Ng 0.1Td
根据雷击大地密度可以计算出地面建筑物或架空线路遭受的年 预计雷击次数，从而采取相应的防雷措施。
3.雷电流波形和参数 雷电流由一个或多个不同的雷击组成： ➢持续时间小于2ms的短时间雷击（包括首次和首次以后的后 续短时间雷击） ➢持续时间大于2ms的长时间雷击
第二节 建筑物防雷
一、概述
雷击大地可能对建筑物及服务设施（如供电线路、通信线 路及其他服务设施）造成危害。 ➢建筑物或与其相连的服务设施遭雷击会因雷电的机械、热力、 化学和爆炸效应造成建筑物（或其内存物）及服务设施的物理 损坏，也会因雷电产生的接触电压和跨步电压导致人身受到伤 害。 ➢不但建筑物或服务设施遭雷击会导致建筑物内部电气和电子 系统故障，而且建筑物或与服务设施附近的雷击也会因雷电流 与这些系统间的阻性耦合及感应耦合产生的过电压造成电气和 电子系统故障。 ➢用户电气装置以及供电线路因雷电过电压发生故障时也会导 致在电气装置中出现操作过电压。
雷电流波形表示：T1 /T2（μs）
波头陡度定义为雷电流上升 期间雷电流的上升率，即
di / dt
首次短时间雷击的电流波形 取10/350μs；
短时间雷击电流波形
三、雷电波在线路中的传播
雷电波具有波的传播特性，是电流波和电压波伴随而 行的统一体。
雷电波在传播过程中到达线路参数发生突变的节点处，还 会发生折射和反射现象。
（二）雷电波的折射和反射
当雷电波沿传输线传播，遇到波阻抗发生突变的节点 时，都会在该节点上产生折射和反射。
u1f
u2f
A
u1b
Z2< Z1
雷电波的折射和反射
u1 u1f u1b
u2 u2f A点处 u1 u2
原因：由于节点两侧波阻抗的 改变，会使雷电波的电场能量 和磁场能量重新分配，经过节 点的雷电波的电压和电流峰值 也必然发生改变。
（4）雷击电磁脉冲（LEMP） 雷击电磁脉冲是指雷电流的电磁效应，它包含传导电涌（浪 涌）和辐射脉冲电磁场效应。
电涌——指由雷击电磁脉冲引发表现为过电压和（或）过 电流的瞬态波。
电涌可由雷击入户电源线路或附近地面产生，并经电源线 路本身传输到电气和电子系统；电涌也可由雷击建筑物或附近 地面而产生，通过环路感应或线路耦合的方式传递能量。
E Z1
u2
Z2 C
图 波穿过电容时的折反射
四、雷电作用的形式
（1）直接雷 直接雷是指雷电直接击在架空线路、建筑 物、其他物体或外部防雷装置上产生电效应、 热效应和机械力者。
i0 Z0
A
Ri
由于受直接雷击，被击的架空线路、建筑物、其他物体 或外部防雷装置上会产生很高的电位，2I0
第九章 防雷及过电压保护 与接地
第一节 雷电有关知识 第二节 建筑物防雷 第三节 交流电气装置的过电压保护 第四节 电气装置的接地与等电位联结 本章小结
第一节 雷电有关知识
一、雷电放电过程
雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。在防 雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电，称对地雷闪。
能产生雷电的带电云层称为雷云。 雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效应。 雷云的形成过程是综合性的。雷云起电机理：水滴破裂效 应，水滴结冰效应、吸收电荷效应等。 带电云层一经形成，就形成雷云空间电场。
由于雷电波的等效频率很高，通常采用分布参数电路分析。
分布参数电路： 电流、电压不仅是时间的函 数，还是位置的函数，即：
u=u（x，t），i=i（x，t）
均匀无损的单导线
集中参数电路： 电流、电压只是时间的函数，在一个支路范围内与位置无关。 u=u(t)，i=i(t)
（一）雷电波的传播速度和波阻抗
雷电波在导线中传播时，其波头的行进速度称为雷电 波的传播速度，即
v dx 1 dt L0C0
计算表明，雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相 同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。
定义波阻抗
Z u L0 i C0
与线路长度和负载性质无关
1 2
C0u 2
1 2
L0i 2
与集中参数电路的欧姆定律不同，波阻抗表征的是沿导线传播的（对地） 电压波和电流波之间的动态比例关系，因为雷电波在传播过程中必须遵循存 在单位长度线路周围媒质中的电场能量和磁场能量一定相等的规律。
影响建筑物以及服务设施的年平均雷击次数既取决于所 处地区的雷击大地密度，又取决于它们的尺寸、性质和所处 环境。
建筑物年预计雷击次数：
N kNg Ae
H＜100m时， Ae L W 2 L W H (200 H ) H 200 H 106
由此可见，雷电的成因源于大气的运动。
视频链接
雷云以带负电荷居多，且有多个负荷中心。
负下行雷通常包括若干次重复的放电过程，而每次可 以分为下列三个阶段： 先导（向下先导、迎面先导）放电－－主放电－－余辉放电
图9-1 雷云对地放电的发展过程和雷电流的波形
二、有关的雷电参数
1.雷暴日 雷暴日是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关。 Td <15，少雷区； Td >40，多雷区； Td >90，强雷区