电力系统大气过电压及保护
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❖在架空输电线路上多采用保护角α来表示避雷线的 保护程度
❖ 保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的 夹角， α越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏 蔽保护越可靠
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15
2.2 避雷器
➢ 对避雷器的基本技术要求
❖过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电， 这需要由两者的伏秒特性的配合来保护
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22
2.3 防雷接地（续1）
可编辑ppt
23
2.3 防雷接地（续2）
（2）接地装置
❖ 垂直接地体
Re
2l
(ln8l d
1)
❖ 水平接地体
Re
l2 (ln
A)
2l hd
❖ 接地网
Re
(
B 1 ) S Lnl
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24
2.3 防雷接地（续3）
2. 防雷接地及有关计算
❖ 当雷电流流过接地装置时，接地体和土壤所呈现的响 应不同于工频响应，即冲击接地电阻一般不等于工频 接地电阻
时间工频稳定性和过电压下的热稳定性
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16
2.2 避雷器（续1）
1. 保护间隙
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17
2.2 避雷器（续2）
2. 阀型避雷器
（1）工作原理
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18
2.2 避雷器（续3）
（2）基本元件 ❖ 火花间隙 ❖ 火花间隙的并联电阻 ❖ 阀片（非线性电阻） ❖ 阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄 弧；当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形 成截断波
（3）主要参数
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19
2.2 避雷器（续4）
3. 金属氧化物避雷器
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20
2.2 避雷器（续4）
（1）MOA的主要优点 ❖ 无间隙 ❖ 无续流 ❖ 电气设备所受过电压可降低 ❖ 通流容量大 ❖ 特别适用于直流保护和SF6电器保护
（2）MOA的电气特性
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21
2.3 防雷接地
iat
➢ 等值半余弦波
i I (1cos t)
2
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10
1.3 雷电日与雷电小时
➢ 为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多 年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来 估计的
➢ 在一天内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
➢ 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
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13
2.1 避雷针和避雷线
➢避雷针
❖ 保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷 针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放 电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地 装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击
❖ 保护范围：由模拟试验确定，它只有相对的意义， 不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击， 在保护范围外的物体就完全不受保护
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3
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路
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4
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续1）
iZ
vL
Z0 Z0 Zj
❖ 流经物体的电流波与被击 物体的波阻抗有关
❖ 当Zj=0时，流经被击物体 的电流定义为雷电流
iL vL
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5
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续2）
iZ
iL
❖ 火花效应和电感效应
❖ 常用冲击系数表示冲击接地电阻与工频接地电阻关系
i
Ri Re
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25
3. 输电线路的防雷保护
3.1 输电线路的感应雷过电压 3.2 输电线路直击雷过电压 3.3 输电线路的雷击跳闸率
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第二篇 电力系统过电压及其防护
第五章 电力系统大气过电压及保护
主要内容
1 雷电放电过程及雷电参数 2 防雷保护装置 3 输电线路的防雷保护 4 输电线路的防雷措施 5 发电厂和变电所的防雷保护 6 变压器的防雷保护
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2
1 雷电放电过程及雷电参数
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路 1.2 雷电流波形 1.3 雷电日与雷电小时 1.4 地面落雷密度和输电线路落雷次数
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11
1.4 地面落雷密度和输电线路落雷次数
➢ 地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面 上的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
➢ 输电线路年平均遭受雷击的次数
N10 h100T
1000
单位：次/100公里•年
ห้องสมุดไป่ตู้
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12
2 防雷保护装置
2.1 避雷针和避雷线 2.2 避雷器 2.3 防雷接地
❖ 避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在 某次过零时的工频续流，使系统恢复正常
➢ 以上两条对有间隙的避雷器（保护间隙、管型
避雷器、阀型避雷器）是适宜的，对于MOA的 基本要求则不同
❖无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种
过电压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残
压应小于被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长
❖ 绕击率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现 象，规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言
❖ 避雷针保护第一要对直击雷屏蔽，第二要防止反击
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2.1 避雷针和避雷线（续1）
➢ 避雷线
❖ 作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也 可用于保护发电厂和变电所
❖ 保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护 的半个圆锥体空间
1. 接地、接地电阻、接地装置
（1）接地与分类
❖ 接地是指将地面上的金属或电气回路中的某一节点通 过导体与大地保持等电位
❖ 分类：
工作接地：根据系统正常运行要求设置（0.5~10Ω） 保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等 接地，它在故障条件下才发挥作用（1~10Ω） 防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地，以减小引起 的过电压（1~30Ω）
Z0 Z0 Zj
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6
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续3）
➢规程建议雷电通道的波阻抗为300～400Ω ➢雷电流为非周期冲击波，其幅值与气象、自然
条件等有关，只有通过大量实测才能正确估计 其概率分布规律
lg IL
108
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7
1.2 雷电流波形
➢ 我国规定在防雷设计中采用2.6/40μs的波形，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
➢ 雷电流陡度对过电压有直接影响，雷电流波前
的平均陡度为
a I 2.6
➢ 电气设备的防雷保护中一般均按负极性进冲击 过电压波进行分析
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8
1.2 雷电流波形（续1）
经简化和典型化后得到三种常用计算波形
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9
1.2 雷电流波形（续2）
➢ 标准冲击波形
iI0(et et)
➢ 斜角平顶波
❖ 保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的 夹角， α越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏 蔽保护越可靠
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2.2 避雷器
➢ 对避雷器的基本技术要求
❖过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电， 这需要由两者的伏秒特性的配合来保护
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2.3 防雷接地（续1）
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2.3 防雷接地（续2）
（2）接地装置
❖ 垂直接地体
Re
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(ln8l d
1)
❖ 水平接地体
Re
l2 (ln
A)
2l hd
❖ 接地网
Re
(
B 1 ) S Lnl
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2.3 防雷接地（续3）
2. 防雷接地及有关计算
❖ 当雷电流流过接地装置时，接地体和土壤所呈现的响 应不同于工频响应，即冲击接地电阻一般不等于工频 接地电阻
时间工频稳定性和过电压下的热稳定性
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2.2 避雷器（续1）
1. 保护间隙
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2.2 避雷器（续2）
2. 阀型避雷器
（1）工作原理
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2.2 避雷器（续3）
（2）基本元件 ❖ 火花间隙 ❖ 火花间隙的并联电阻 ❖ 阀片（非线性电阻） ❖ 阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄 弧；当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形 成截断波
（3）主要参数
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2.2 避雷器（续4）
3. 金属氧化物避雷器
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2.2 避雷器（续4）
（1）MOA的主要优点 ❖ 无间隙 ❖ 无续流 ❖ 电气设备所受过电压可降低 ❖ 通流容量大 ❖ 特别适用于直流保护和SF6电器保护
（2）MOA的电气特性
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2.3 防雷接地
iat
➢ 等值半余弦波
i I (1cos t)
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1.3 雷电日与雷电小时
➢ 为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多 年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来 估计的
➢ 在一天内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
➢ 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
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2.1 避雷针和避雷线
➢避雷针
❖ 保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷 针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放 电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地 装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击
❖ 保护范围：由模拟试验确定，它只有相对的意义， 不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击， 在保护范围外的物体就完全不受保护
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1.1 雷击时计算雷电流的等值电路
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1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续1）
iZ
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Z0 Z0 Zj
❖ 流经物体的电流波与被击 物体的波阻抗有关
❖ 当Zj=0时，流经被击物体 的电流定义为雷电流
iL vL
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1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续2）
iZ
iL
❖ 火花效应和电感效应
❖ 常用冲击系数表示冲击接地电阻与工频接地电阻关系
i
Ri Re
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3. 输电线路的防雷保护
3.1 输电线路的感应雷过电压 3.2 输电线路直击雷过电压 3.3 输电线路的雷击跳闸率
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第二篇 电力系统过电压及其防护
第五章 电力系统大气过电压及保护
主要内容
1 雷电放电过程及雷电参数 2 防雷保护装置 3 输电线路的防雷保护 4 输电线路的防雷措施 5 发电厂和变电所的防雷保护 6 变压器的防雷保护
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1 雷电放电过程及雷电参数
1.1 雷击时计算雷电流的等值电路 1.2 雷电流波形 1.3 雷电日与雷电小时 1.4 地面落雷密度和输电线路落雷次数
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1.4 地面落雷密度和输电线路落雷次数
➢ 地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面 上的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
➢ 输电线路年平均遭受雷击的次数
N10 h100T
1000
单位：次/100公里•年
ห้องสมุดไป่ตู้
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2 防雷保护装置
2.1 避雷针和避雷线 2.2 避雷器 2.3 防雷接地
❖ 避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在 某次过零时的工频续流，使系统恢复正常
➢ 以上两条对有间隙的避雷器（保护间隙、管型
避雷器、阀型避雷器）是适宜的，对于MOA的 基本要求则不同
❖无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种
过电压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残
压应小于被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长
❖ 绕击率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现 象，规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言
❖ 避雷针保护第一要对直击雷屏蔽，第二要防止反击
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2.1 避雷针和避雷线（续1）
➢ 避雷线
❖ 作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也 可用于保护发电厂和变电所
❖ 保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护 的半个圆锥体空间
1. 接地、接地电阻、接地装置
（1）接地与分类
❖ 接地是指将地面上的金属或电气回路中的某一节点通 过导体与大地保持等电位
❖ 分类：
工作接地：根据系统正常运行要求设置（0.5~10Ω） 保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等 接地，它在故障条件下才发挥作用（1~10Ω） 防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地，以减小引起 的过电压（1~30Ω）
Z0 Z0 Zj
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1.1 雷击时计算雷电流的等值电路（续3）
➢规程建议雷电通道的波阻抗为300～400Ω ➢雷电流为非周期冲击波，其幅值与气象、自然
条件等有关，只有通过大量实测才能正确估计 其概率分布规律
lg IL
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可编辑ppt
7
1.2 雷电流波形
➢ 我国规定在防雷设计中采用2.6/40μs的波形，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
➢ 雷电流陡度对过电压有直接影响，雷电流波前
的平均陡度为
a I 2.6
➢ 电气设备的防雷保护中一般均按负极性进冲击 过电压波进行分析
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1.2 雷电流波形（续1）
经简化和典型化后得到三种常用计算波形
可编辑ppt
9
1.2 雷电流波形（续2）
➢ 标准冲击波形
iI0(et et)
➢ 斜角平顶波