第七章.雷电放电及防雷保护装置-讲义
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防雷保护与接地
二、雷电的分类及危害
直击雷：雷云对地面或地面凸出物的直接放电，称直击雷。当直击雷直接击 于电气设备及线路时，雷电流通过设备或线路泄入大地，在设备或线路上产 生的过电压，称直击雷过电压。 感应雷击：感应雷击是地面物体附近发生雷击时，由于静电感应和电磁感应 而引起的雷击现象。雷击于线路附近地面时，架空线路因静电感应会产生很 高的过电压，称静电感应过电压。在雷云放电过程中，迅速变化的雷电流在 其周围空间产生强大的电磁场，由于电磁感应，在附近导体上产生很高的过 电压，称电磁感应过电压。静电感应和电磁感应引起的过电压，我们称为感 应雷击。 球雷：是一种发红色或白色亮光的球体，直径多在20cm左右，最大直径可达 数米，以每秒数米的速度，在空气中瓢行或沿地面滚动。这种雷存在时间为 3~5ｓ左右。时间虽短，但能通过门、窗、烟囱进入室内。这种雷有时会无声 消失，有时碰到人或牲畜或其它物体会剧烈爆炸，造成雷击伤害。 雷电侵入波：当雷击于架空线路和或金属管道上，产生的冲击电压沿线路或 管道向两个方向迅速传播的雷电侵入波，称为雷电侵入波。雷电侵入波的电 压幅值愈高，对人身或设备造成的危害就愈大。 雷电的危害： 雷电放电过程中，可能呈现出静电效应、电磁效应、热效应及机械效应， 对建筑物或电气设备造成危害；雷电流泄入大地时，在地面产生很高的冲击 电流，对人体形成危险的冲击接触电压和跨步电压；人直接遭受雷击，将危 及生命。
述
一、雷电的形成及特点
雷电的形成： 雷电是自然界中的一种放电现象。雷电放电和一般电容器放电本质相同，所 不同只是这个电容两块极并不是人为制造的而是自然行成的。两块极板有时 是两块云块，有时一块是云块、另一块则是大地或地面上凸出的建筑物。并 且这两块极板间的距离比电容器大得多，有时可达数公里。因此，可以说雷 电是一种特殊的电容器放电现象。大气中的饱和水蒸汽，由于气候的变化， 发生上升或下降的对流，在对流过程中由于强烈的摩擦和碰撞，水蒸汽凝结 成的水滴就被分解成带有正负电荷的小水滴，大量的水滴聚积成带有不同电 荷的雷云。随着电荷的积聚，雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块 雷云接近到一定程度，两块雷云间的电场强度达到25~30KV/cm时，其间的空 气绝缘被击穿，引起两块雷云间的击穿放电；当带电荷的云块接近地面时， 由于静电感应，使大地感应出与雷云极性相反的电荷，当带电云块对地电场 强度达到25~30kV/cm时，周围空气绝缘被击穿，雷云对大地发生击穿放电。 放电时出现强烈耀眼的弧光，就是我们平时看到的闪电，闪电通道中大量的 正负电荷瞬间中和，造成的雷电流高达数百千安，这一过程称为主放电，主 放电时间仅 30~50μS，放电波陡度高达 50KA/μS，主放电温度高达 20000℃， 使周围空气急剧加热，骤然膨胀而发生巨响，这就是我们平时听到的雷声。 闪电和雷声的组合我们称为雷电。于声音传播的速度比光的传播速度要慢得 多 , 所以我们总是先看到闪电 , 而后听到雷声。 雷电的特点是 : 电压高、电流大、频率高、时间短。
雷电及防雷设备ppt课件
(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
(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：指雷电流经过避雷器时在阀片电阻 上产生的压降
(6). 维护比：指避雷器残压与灭弧电压之比
维护比愈小，阐明残压愈低或灭弧电压愈高， 显示维护性能愈好。
(2).接地的分类： a.任务接地 b.维护接地 c.静电接地 d.防雷接地
2.冲击电流流经接地安装入地时的根本景象 (1).土壤中的电位分布
U=Ri
u：接地点电位 i: 接地电流 R：接地体的接地电阻
(2).土壤中的电场强度E
E
δ：冲击电流在土壤中的密度
ρ：土壤电阻率
(3).接地安装的电感效应及利用率
雷电及防雷设备
雷电景象
雷电 景象
雷电景象
雷电景象
一.雷电的电气参数
波头、陡度及波长
规范冲击波：
f 1.2s t 50 s
i I0 (et Байду номын сангаасet )
等值余弦波：
i I (1 cos t ) 2
/ f
max
di dt max
I 2
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
非线性电阻
UCi
α:非线性系数
b.任务原理
系统正常任务时，间隙将电阻阀片与任务母线 隔离，以免由任务电压在阀片电阻中产生电流使阀 片烧坏。
当系统中出现过电压且其幅值超越间隙放电电 压时，间隙击穿，冲击电流经过阀片流入大地，从 而使设备得到维护。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，使其低于被维护设备的冲击耐 压，设备得到维护；
(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：指雷电流经过避雷器时在阀片电阻 上产生的压降
(6). 维护比：指避雷器残压与灭弧电压之比
维护比愈小，阐明残压愈低或灭弧电压愈高， 显示维护性能愈好。
(2).接地的分类： a.任务接地 b.维护接地 c.静电接地 d.防雷接地
2.冲击电流流经接地安装入地时的根本景象 (1).土壤中的电位分布
U=Ri
u：接地点电位 i: 接地电流 R：接地体的接地电阻
(2).土壤中的电场强度E
E
δ：冲击电流在土壤中的密度
ρ：土壤电阻率
(3).接地安装的电感效应及利用率
雷电及防雷设备
雷电景象
雷电 景象
雷电景象
雷电景象
一.雷电的电气参数
波头、陡度及波长
规范冲击波：
f 1.2s t 50 s
i I0 (et Байду номын сангаасet )
等值余弦波：
i I (1 cos t ) 2
/ f
max
di dt max
I 2
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
非线性电阻
UCi
α:非线性系数
b.任务原理
系统正常任务时，间隙将电阻阀片与任务母线 隔离，以免由任务电压在阀片电阻中产生电流使阀 片烧坏。
当系统中出现过电压且其幅值超越间隙放电电 压时，间隙击穿，冲击电流经过阀片流入大地，从 而使设备得到维护。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，使其低于被维护设备的冲击耐 压，设备得到维护；
电力系统防雷保护ppt
防雷保护措施的必要性
02
为了减少雷电对电力系统的影响，采取必要的防雷保护措施是
至关重要的。
防雷保护措施的分类
03
避雷针、避雷带、避雷网等被动防雷措施和浪涌保护器等主动
防雷措施可以有效地保护电力系统免受雷电侵害。
展望
加强防雷装置的维护
定期检查和维护防雷装置，确保其良好的工作状态，可以有效地提高电力系统的防雷保护 能力。
应用先进技术
随着科学技术的不断发展，可以应用更加先进的技术和设备，提高电力系统的防雷保护水 平。
增加防雷教育
加强公众对雷电知识的了解和认识，增加防雷教育力度，提高公众的防雷意识，有助于减 少雷电对电力系统的影响。
THANKS
谢谢您的观看
02
降低接地电阻可以减少雷击对设备的冲击，提高设备的耐雷水
平。
接地电阻应按照国家规范进行设计、施工和维护，确保其电阻
03
值符合要求。
设备与线路的防雷保护
对设备进行防雷保护，可以在设备外壳、内部线路、信号线 等处安装相应的防雷器或浪涌保护器。
对线路进行防雷保护，可以在线路入口处装设避雷器或浪涌 保护器，以及在线路中间和末端装设相应的防雷装置。
防腐与防水
对防雷保护装置进行防腐和防水处理，以延长 其使用寿命。
防雷保护装置的更换
定期更换
01
根据防雷保护装置的使用寿命和实际状况，定期进行装置的更
换。
故障更换
02
当防雷保护装置出现故障无法修复时，需进行更换。在更换时
，应选用与原装置性能和规格相匹配的新的装置。
升级更换
03
随着电力系统的升级和改造，有时需要对原有防雷保护装置进
输电线路情况
7.雷电放电讲义及防雷保护装置
带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气 温已在0℃以上，冰晶融化为带负电的水滴。
• 整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位 于雷云的下部、距地面500~10000m的范围内。 直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。
• 雷电放电过程
• 作用于电力系统的雷电过电压最常见的 （约90%）是由带负电的雷云对地放电引 起，称为负下行雷，下面以负下行雷为例 分析雷电放电过程。负下行雷通常包括若 干次重复的放电过程，而每次可以分为先 导放电、主放电和余辉放电三个阶段。
➢产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使 导体熔断或通过电动力引起机械损坏。
第一节 雷电放电和雷电过电压
➢雷云的形成 ➢雷电放电过程 ➢雷电参数 ➢雷电过电压的形成
一、雷云的形成
• 雷云的形成机理获得比较 广泛认同的是水滴分裂起 电理论：大水滴分裂成水 珠和细微的水沫，出现电 荷分离现象，大水珠带正 电，小水沫 带负电，细微 水沫被上升 气流带往高空， 形成大片 带负电的雷云。
精品
7.雷电放电及防雷保护装置
• 雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电， 它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安， 从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热 效应。
• 从电力工程的角度来看，最值得我们注意的 两个方面是：
➢雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电 压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故 的主要原因之一 ；（着重探讨）
• (九)放电能量
• 放电能量其实不大，但是在极短时间内放出 的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象 把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返 还给大自然。
• 雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的 云层对大地上的某一点发生猛烈放电，叫“直击 雷”。当“直击雷”发生时，往往会对地面的物 体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。 另一种叫“感应雷”，它的形成过程是由带电云 层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电 荷。当“雷电”发生后，云层带电迅速消失，而 地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在， 当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的 瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大 的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而 发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称“感 应雷”。“感应雷”造成的瞬间过电压，指在微 秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。
防雷以及防静电知识ppt
接地线
接地电阻
连接带电体与接地极的导线，通常采用多股 绞合导线，其截面积不得小于4平方毫米。
接地极对大地电阻之和，应小于等于国家标 准规定的数值。
防静电材料与使用
导电材料
能够将带电体上的静电荷传导出去的材料称为导 电材料，如金属、碳纤维等。
环境湿度
环境湿度越高，材料的表面电阻率越小，导电性 能越好。因此，在潮湿的环境中，可以使用较少 量的导电材料就能达到相同的防静电效果。
防雷装置与防雷措施
防雷装置
避雷针、避雷线、避雷网等接闪器，以及电涌保护器、等电位连接、共用接 地等设备。
防雷措施
合理选择建筑物和设备的安装位置，采取适当的屏蔽、隔离、接地等措施， 以保护人员和设备的安全。
防雷等级与标准
防雷等级
根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，将建筑物划分 为不同的防雷等级。
3
使用防静电手环
工作人员工作时需佩戴防静电手环，避免人体 静电对电子设备造成影响。
电子设备防雷防静电的检测与维护
检查避雷装置
定期检查避雷针、避雷网等避雷装置的 完好性，及时进行维修保养。
检查接地装置
定期检查电子设备的接地装置，确保其 完好性及可靠性。
检查防静电措施
定期检查电子设备的防静电措施，如防 静电手环、接地等是否完好有效。
雷防静电设施的质量和使用效果达到标准要求。
05
防雷防静电日常安全知识
公众防雷防静电常识
不在雷电交加时用手机通话
避免在高大建筑物、广告牌、 大树下停留
避免在空旷的高地或水田行走
雷雨天尽量不使用太阳能热水 器、电视机等电器设备
操作电子设备时的防雷防静电注意事项
防雷系统专题教育课件
防雷旳常见问题
安装了避雷装置旳建筑物是否就万无一失不遭雷击 了呢？那不一定。有些高大建筑物虽安装了避雷装 置，但因接地线断裂等原因而“有形无用”了。可 见要确保避雷装置发挥效能，不但要正确设计、正 确安装，还要经常保养，使它经常处于良好状态。
电力布线不规范，有些主要旳计算机中心居然没有 分开旳保护地极，在接地施工时往往采用零线和地 线合一旳方式进行操作，这又给设备受雷击损坏增 长机会。经过阻性耦合方式产生高达6000伏旳瞬间 电压经中线及地线破坏设备。
内部防护（3）等电位连接
等电位连接旳目旳，在于减小需要防雷旳空 间内各金属部件和各系统之间旳电位差，预 防雷电还击。将机房内旳主机金属外壳， UPS及电池箱金属外壳、金属地板框架、金 属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗 旳等电位连接，并以最短旳线路连到近来旳 等电位连接带或其他已做了等电位连接旳金 属物上，且各导电物之间旳尽量附加屡次相 互连接。
均衡就是保持系统各部分不产生足以致损旳电位差。由可靠旳接地系 统、等电位连接用旳金属导线和等电位连接器（防雷器）构成一种电 位补偿系统，在瞬态现象存在旳极短时间里，这个电位补偿系统能够 迅速地在被保护系统所处区域内全部导电部件之间建立起一种等电位， 这些导电部件也涉及有源导线。经过这个完备旳电位补偿系统，能够 在极短时间内形成一种等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数 十千伏旳电位差。主要旳是在需要保护旳系统所处区域内部，全部导 电部件之间不存在明显旳电位差。
防雷设计时引入保护区概念
从空间上看，雷电作用旳区域能够人为旳划提成几种不同旳保护区：0级防 雷区（LPZ0）、1级防雷区（LPZ1）、2级防雷区（LPZ2）等等最外层是0级防 雷区（LPZ0），此区域是雷电能够直接击中旳区域，危险性最高，越往里，遇 受直击雷旳危险程度降低。防雷保护区旳界面由钢筋混凝土墙等构成旳屏蔽层形 成。电气通道或穿墙金属管路往往穿越各界面，将雷电电磁脉冲导入其他防雷区 域。
讲座-7、雷电及防雷保护装置学习文档(2024版)
4
沈括（1031－1095年）在《梦溪笔谈》中有详细的描述 “内侍李舜举家曾为雷暴所震，其堂之西屋，雷火自窗 间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止 ，其舍宛然，墙壁窗纸阶黔。有一木格，其中杂储诸器 ，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一 宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓 火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄而草木无一 毁者，非人情所测也。佛书云，龙火得水而炽，人火得 水而灭，此理亦然。”
23
接地物体对雷电先导的影响
定向高度
h30m时，H=20h h>30m时，H=600m
24
3.国际上关于雷电的研究
LEMP（雷击电磁脉冲）的研究 雷电活动的监测 雷电的二次效应 人工雷电的产生级火箭引雷
25
防雷装置
防雷装置
避雷针，避雷线 保护装置-避雷器 接地装置
防雷措施
分流 屏蔽 搭接、接地 滤波 保护
1.避雷针
富 兰 克 林 于 1750 年 发 明 避雷针。
避雷针的发明不仅是使人 类生活上免除了自然灾害， 而且在哲学上和科学上也 是一件大事
单根避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
2. 避雷线的保护范围
保护线路
22
广东雷电定位系统
广东省电力系统 110kV 以上输电线路雷击故障及雷电电位系统故障定位的情况+
年份
1997
1998
1999
2000
雷击故障总次数
182
159
261
267
无法利用系统次数*
56
41
118
124
系统定位次数
79
沈括（1031－1095年）在《梦溪笔谈》中有详细的描述 “内侍李舜举家曾为雷暴所震，其堂之西屋，雷火自窗 间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止 ，其舍宛然，墙壁窗纸阶黔。有一木格，其中杂储诸器 ，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一 宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓 火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄而草木无一 毁者，非人情所测也。佛书云，龙火得水而炽，人火得 水而灭，此理亦然。”
23
接地物体对雷电先导的影响
定向高度
h30m时，H=20h h>30m时，H=600m
24
3.国际上关于雷电的研究
LEMP（雷击电磁脉冲）的研究 雷电活动的监测 雷电的二次效应 人工雷电的产生级火箭引雷
25
防雷装置
防雷装置
避雷针，避雷线 保护装置-避雷器 接地装置
防雷措施
分流 屏蔽 搭接、接地 滤波 保护
1.避雷针
富 兰 克 林 于 1750 年 发 明 避雷针。
避雷针的发明不仅是使人 类生活上免除了自然灾害， 而且在哲学上和科学上也 是一件大事
单根避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
避雷针的保护范围
2. 避雷线的保护范围
保护线路
22
广东雷电定位系统
广东省电力系统 110kV 以上输电线路雷击故障及雷电电位系统故障定位的情况+
年份
1997
1998
1999
2000
雷击故障总次数
182
159
261
267
无法利用系统次数*
56
41
118
124
系统定位次数
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供电工程电气供电系统的防雷与接地ppt课件
接地电流、对地电压 及接地电流电位分布图
1-接地体 2-流散电场 3-接地电流的地中电位分布
IE
3 1
2
≈20m
1 2
UE
续上页
（三）接地类型 1. 功能性接地 为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，例如电 源中性点的直接接地或经消弧线圈等的接地，又称工作接地。
2. 保护性接地 为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。包括：
E E
5
1-接地体 2-接地干线 3-接地支线 4-电气设备 5-连接扁钢
2024/1/27
续上页 （二） 接地电流与对地电压 电气设备在发生接地故障时，电流将
通过接地体以半球形向大地中散开，如图 所示。
在距离接地体越远的地方，半球的球 面积越大，其散流电阻越小，相对于接地 点处的电位就越低。
电气设备的接地部分，如：接地的外 露可导电部分和接地体等，与零电位的 “大地”之间的电位差，称为接地部分的 对地电压。
变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进 行雷电侵入波的防护。
避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且 避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。
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
1～2km 架空线
安全保护接地
为防止由带电导体的绝缘损坏所造成人体受到 间接电击，而将电气设备的外露可导电部分进 行的接地。
过电压保护接地 为防止过电压对电气设备和人身安全的危害而 进行的接地，如防雷接地。
防静电接地
为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而 进行的接地。
3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)
1-接地体 2-流散电场 3-接地电流的地中电位分布
IE
3 1
2
≈20m
1 2
UE
续上页
（三）接地类型 1. 功能性接地 为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，例如电 源中性点的直接接地或经消弧线圈等的接地，又称工作接地。
2. 保护性接地 为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。包括：
E E
5
1-接地体 2-接地干线 3-接地支线 4-电气设备 5-连接扁钢
2024/1/27
续上页 （二） 接地电流与对地电压 电气设备在发生接地故障时，电流将
通过接地体以半球形向大地中散开，如图 所示。
在距离接地体越远的地方，半球的球 面积越大，其散流电阻越小，相对于接地 点处的电位就越低。
电气设备的接地部分，如：接地的外 露可导电部分和接地体等，与零电位的 “大地”之间的电位差，称为接地部分的 对地电压。
变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进 行雷电侵入波的防护。
避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且 避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。
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
1～2km 架空线
安全保护接地
为防止由带电导体的绝缘损坏所造成人体受到 间接电击，而将电气设备的外露可导电部分进 行的接地。
过电压保护接地 为防止过电压对电气设备和人身安全的危害而 进行的接地，如防雷接地。
防静电接地
为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而 进行的接地。
3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)
第7章风电场的防雷和接地
U kb U 2 U3
U kb称为跨步电压； U d 为带电的设备外壳 U jc称为接触电压； 电压；U 2为前脚电位；U 3为后脚电位。
风电场电气系统
9
防雷与接地
§7.2.1 接地基本概念
工频接地电阻：对电力系统中的工作接地和保护接地，接 地电阻是指工频交流（或直流）电流流过接地装置时所呈 现的电阻。 冲击电阻：峰值电压与峰值电流之比。 Rch Um / Im 接地体上最大电压出现的时刻，不一定是最大电流出现的 时刻。工程上通常是测量工频（或直流）接地电阻，并用 冲击系数来表示冲击接地电阻与工频接地电阻的关系，即：
风电场电气系统
14
防雷与接地
§7.2.2.2 保护性接地
1．保护接地 为防止电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电危险，将于电 气设备绝缘的金属外壳或构架与接地极做良好的连接，称 为保护接地。接低压保护线（PE线）或保护中性线（PEN 线），也称为保护接地。停电检修时所采取的临时接地， 也属于保护接地。 2．防雷接地 将雷电流导入大地，防止雷电伤人和财产受到损失而采用 的接地，称为防雷接地。
m=0.8，对水平及闭合接地体β =2.2，m=0.9。
风电场电气系统
11
防雷与接地
§7.2.2 接地的意义
工作接地 保护接地
逻辑接地
防雷接地
功能性接地
信号接地
保护性接地
防静电接地
屏蔽接地
防电腐蚀接地
风电场电气系统
12
防雷与接地
§7.2.2.1 功能性接地
1．工作接地 为保证电力系统的正常运行，在电力系统的适当地点进行 的接地，称为工作接地。在交流系统中，适当的接地点一 般为电气设备，例如变压器的中性点；在直流系统中还包 括相线接地。 2．逻辑接地 电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当 金属部件，如金属底座等作为参考零电位，把需要获得零 电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等，这种 接地称为逻辑接地。该基准电位不一定与大地相连接，所 以它不一定是大地的零电位。
高电压技术-第七章-雷电及防雷保护装置
负极性雷电过电压波沿线路传播时衰减小
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
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
007--发电厂和变电所的防雷保护
高电压技术
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲 击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲 击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
雷电放电及防雷保护装置优秀课件.ppt
构 架 避 雷 针
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
消雷器 雷电放电及防雷保护装置优秀课件
保护原理
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
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保护范围 是否处于避雷针（线）保护范围内的物 体一定不会遭受雷击
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。
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保护间隙的特点
优点:结构简单、制造方便
缺点：
1.伏秒特性曲线比较陡（ ）绝缘
配合不理想；
2.间隙动作后会形成截波；
3.熄弧能力低(电弧不即使熄灭有什
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
单支避雷针保护范围
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
hx
h 2
hx
h 2
rx (hhx)P 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,P5.5
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
h
一味地增加避雷针的高度是 否是增大保护范围的“良策 ”
阀片直径 压器，电缆
55mm
头等设备
变电所型
FZ
3－220 有分路电阻， 变电所电气
阀片直径
设备
100mm
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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。（避雷器的设计依据）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。
6.雷电放电及防雷装置
• 雷击所造成的危害主要有两种形式：
• 一是带电的云层对大地上的某一点发生猛烈放电， 叫“直击雷”。当“直击雷”发生时，往往会对 地面的物体产生强大的打击作用，其破坏力也是 巨大的。 • 另一种叫“感应雷”，它的形成过程是由带电云 层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电 荷。当“雷电”发生后，云层带电迅速消失，而 地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在， 当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的 瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大 的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而 发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称“感 应雷”。“感应雷”造成的瞬间过电压，指在微 秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。
• 以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有 接地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导 线上的感应过电压降低，因为在导线的附近出现 了带地电位的避雷线，会使导线的对地电容C增大， 另一方面，避雷线位于导线之上，吸引了一部分 电力线，使导线上感应出来的束缚电荷Q减少。导 线的对地电压为: U=Q/C • 显然Q的减少和C的增大将使电压U降低。 • 另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线 相当于在“导线—大地”回路的近旁增加了一个 “避雷线—大地”短路环，因而部分抵消导线上 的电磁感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁 分量会受到削弱。
7 雷电流的计算波形
• 8 雷电的多重放电次数及总延续时间 • 有55％的对地雷击包含两次以上的重复冲击； 3～5次冲击者有25%；10次以上者有4%。 平均重复冲击次数取3次。 • 一次雷电总延续时间，有50%小于0.2s。 • 9 放电能量 • 放电能量其实不大，但是在极短时间内放出 的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象 把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返 还给大自然。
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两支不等高避雷针
避雷线的保护角
二、避雷器
什么是避雷器
与保护绝缘并联的能限制过电压波幅值的保护 装置
避雷器的必要性
1.绕击率的问题 2过电压波沿线路入侵发电厂和变电所
保护间隙
为什么通常做成角形
绝缘支撑
防止主间隙 被外物短接
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。
lg p I 88
幅值大于I的雷电流出现的概率
雷电流的波头、陡度及波长
波前（2.6微秒）
波长（半波峰时 间40微秒）
波前陡度：
I (kA/s)
2.6
雷电流的计算波形
双指数波； 斜角波； 斜角平顶波； 半余弦波；
双指数波
i I
iI0(et et)
0
T1
t
斜角波
i
i t
0
t
斜角平顶波
i I
罗蒙诺索夫（Lomonosov Mikhil Vasilievich）
俄国化学家，哲学家 ，被誉为“俄国科学史上 的彼得大帝” 18世纪中叶，电学还处于萌芽时 期。在大西洋彼岸的美国科学家富兰克林做风 筝实验，用莱顿瓶收集雷电的同时，俄国科学 家罗蒙诺索夫和利赫曼也在重复富兰克林的风 筝实验，舍身、忘死地研究雷电现象。他们在 自己家的屋顶上架设了所谓的“雷电器”装置 ，在霹雳的雷声中观察雷电器上的电火花。而 利赫曼在实验中不幸以身殉职。
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
h
一味地增加避雷针的高度是 否是增大保护范围的“良策 ”
两支避雷针保护范围
a.定出保护范围上部边缘最低点高度：
h0
h
D 7P
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)
消雷器
保护原理
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
保护范围
是否处于避雷针（线）保护范围内的物 体一定不会遭受雷击
单支避雷针保护范围
hx
h 2
hx
h 2
rx (hhx)P rx (1.5h2hx)P
主放电
雷
电
v
先
导
S A
R
A R
雷电过电压的计算等值回路
u 0 , i0
v
Z0
A
R
直击雷过电压计算案例
Case 1:雷击于地面上接地良好的物体： 雷电流：
iZoZ oRi2i0320 03 0105i01.9i02i0 I 2I0
雷电过电压： U A IRi
Case 2:雷击于导线或避雷线：
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。
保护间隙的特点
优点:结构简单、制造方便
缺点：
1.伏秒特性曲线比较陡（ ）绝缘 配合不理想； 2.间隙动作后会形成截波； 3.熄弧能力低(电弧不即使熄灭有什 么后果 )
管式避雷器（排气式避雷器）
结构
胶木管（增大 机械强度）
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（电弧高温下能产生大量气体 的纤维、塑料或特种橡胶）分解出大量 气体，管内压力升高，气体从开口孔喷 出，造成对电弧的强烈纵吹，从而使工 频续流在1到3个周波内熄灭。
“地面落雷密度”和“雷暴日”的联系
雷道波阻抗
雷电通道的长度可达数千米，而半径仅为数 厘米，类似于一条具有分布参数的电力线路， 从而具有某一等值的波阻抗，称为雷道波阻 抗（Z0，我国有关规程建议取波阻抗为300 欧）
雷道的极性
为什么防雷计算中一般按负极性雷考虑
雷电流i
幅值（I）：表示
雷电强度的指标，是 产生雷电过电压的根 源
第七章.雷电放电及防雷保护装置
精品jing
第七章 雷电放电及防雷保护装置
雷电现象
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。
t
i I
t T1 t T1
0
T1
t
半余弦波
i I
i0.5I(1cost)
T1
雷电多重放电次数及总延续时间
统计数据表明：一次雷电放电往往包含多 次重复放电；且每次雷电放电总的延续时 间（包括多次重复放电）不同。
雷电放电能量
雷电放电能量不大，但由于雷电放电的持 续时间很短，因此放电功率很大！
雷电过电压的形成 先导放电 开光S闭合
统计资料表明：在我国一个雷暴日（Td）大致克折合 为3个雷暴小时(Th)。(通常取40个雷暴日作为基准)
少雷区 多雷区 强雷区
Td小于等于15 Td大于40
Td大于90或运行经验表 明雷害特别严重的地区
地面落雷密度
地面落雷密度（）：每一雷暴日、每平方公里地
面遭受雷击的次数
为什么引入“地面落雷密度”这一概 念
雷电对电力系统的危害
1.雷电放电在电力系统中引起很高的雷电 过电压（大气过电压）从而造成电力系统 的绝缘损坏和停电。
2.雷电放电所产生的巨大电流使导体熔断 或通过电动力引起机械损坏。
§7.1 雷电放电和雷电过电压
衡量雷电活动的雷电参数
雷暴日及雷暴小时（雷电活动频度）
雷暴日 雷暴小时
一年中发生雷电的天数 一年中发生雷电的小时数
U0
Z0
Z
Z
感应雷过电压计算案例
雷击点与电力线路间距离大于65m时：
Uiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
25
Ihc s
雷击于塔顶等靠近导线的接地物体时：
Ui hc
§7.2 防雷保护装置
防雷保护装置的必要性
防雷保护装置的种类
避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器 、防雷接地
一、避雷针和避雷线
独 立 避 雷 针
构 架 避 雷 针