第8章雷电及防雷保护设备
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相关规程与手册：
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 《交流电气装置的接地》 《220～500kV变电所设计技术规程》 《导体和电器选择设计技术规定》 《110～750kV架空输电线路设计技术规程》 电力工程高压送电线路设计手册 电气工程电气设计手册，一次部分
第8章雷电及防雷保护设备
1
第八章 雷电及防雷装置
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，在电力系统中产生很高的雷 电过电压，是造成电力系统绝缘故障和停电 事故的主要原因之一。
§8.1 雷电参数 §8.2 避雷针、避雷线的保护范围 §8.3 避雷器 §8.4 接地装置
1. 雷电活动频度—雷暴日Td与雷暴小时Th 雷暴日：一年中有雷电的天数，在一天内只要
听到雷声就算作一个雷暴日。 雷暴小时：在一个小时内只要听到雷声就算作
一个雷暴小时。
中国雷暴日分布
我国把年平均雷暴日不超过15的定为少雷区，超过40的地区定 为多雷区，超过90的地区为强雷区。在防雷设计中，我国标准 雷1暴5 日数取为40。
在一定高度的避雷针（线）下面，有一个 安全区域，在这个区域中物体遭受雷击的概率 很小（约0.1%左右），这个安全区域称为避雷 针（线）的保护范围 。
避雷针（线）的保护范围通过模拟试验并 结合运行经验确定。
一、避雷针的保护范围 1. 单支避雷针
当hx≥h/2时, 当hx＜h/2时，
rx ( h h x ) p h a p （6）
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花 放电，下行的负极性雷通常可分为三个主要 阶段：先导放电、主放电、余辉放电。
雷电流的基本参数包括雷电流的幅值、 陡度、波形和极性。与气象、地形、地质等 许多自然因素有关，具有很大的随机性。
§8.2 避雷针、避雷线的保护范围
避雷针（线）由接闪器、引下线和接地体三部 分构成：
改写为
iZ
i
z0 z0
z
（2）
式（2）的等值电路如下图
从地面感受到的实际效果出发，可将雷击物体看 作是一个入射波为 i / 2 的电流波沿一条波阻抗为Z0的
通道向被击物体传播 的过程。其计算模型 及彼德逊等值电路如 图所示。
（二）雷电参数
雷电放电与气象、地形、地质等许多自 然因素有关，具有很大的随机性，所以用来 表征雷电特性的参数就带有统计的性质。
rx (1 .5 h 2 h x ) p （7）
式中 rx—避雷针在高度hx水平面上的保护半径，m。
P —高度影响系数。当h≤30 m 时, p = 1；
当30 m＜h≤120m时 ,
p
5.5
。
h
2. 两支等高避雷针 （1）两针外侧的保护范围按单支针的计算方法确定。
（2）两针间的保护范围可通过两针顶点及保护范围上部 边缘的最低点o的圆弧确定。
§8.1 雷电参数
按雷电发展的方向，雷电可分为上行雷和下行雷。 下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷是由 接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。
对地放电的雷云绝大多数（75－90）％是带负电 荷，所以入地雷电流多为负极性。雷闪放电过程与长 间隙极不均匀电场放电过程一样，主要有先导放电、 主放电和余辉放电三个阶段。
根据高速摄影照片绘制的多重雷电放电过程示意图如图所示
（一） 雷电放电的等值电路
主放电过程产生的正电荷沿先导通道向上运动去 中和通道中的负电荷，而产生的负电荷则沿雷击点流 过被击物，形成极大的主放电电流。
研究表明，先导通道具有分布参数的特征，其波 阻抗用Z0表示。
σ —先导通道中电荷的线密 度；
两支等高避雷针的保护范围
O点为假想避雷针的高 度，O点的高度为：
hO
h
D 7P
式中 hO — 两针间保护范围上部边缘最低点高度，m； D — 两避雷针间的距离，m；
i at (t T1)
i I (1cost)
i aT1 I (t T1) 2
T1-波头时间，从0到峰值的时间；T2-波尾时间，从0到衰减后的半峰值时间
通常T1的值大致为1~4μs，平均值取2.6μs，T2的值大约为 501μ9s。因此，我国规程推荐采用T1/T2=2.6/50μs的雷电流波形。
小结
vL—主放电速度。
则可将先导放电的发展 看作是一根均匀分布电荷的 长导线自雷云向大地延伸， 而将先导头部接近地面时气 隙被击穿看作是开关突然合 闸。
当雷击于避雷针、 线路杆塔、架空地线 或导线等具有分布参 数特性的物体时，雷 击放电过程可用右图 表示。
则流经被击物体的电流iZ为
iZ
σvL
Z0 Z0
Z
（1）
Z——为被击物的波阻抗或雷击点与大地零电位参 考点间的集中参数阻抗。
即流经被击物体的电流iZ与被击物体的波阻抗Z 有关。
当Z = 0时，流经被击物的电流被定义为
“雷电流”，用i表示。由前述可知i = σvL。 实际上被击物的波阻抗不可能为零，故国际
上通常将雷击于接地阻抗小于30Ω的物体时
流过该物体的电流当成是雷电流i。则上式可
波前的平均陡度： I (kA/s)
2.6
第8章雷电及防雷保护设备
18
6. 雷电流极性及计算波形
从雷电放电过程可知，雷电流的波形是一个冲击波，在极 短的时间内(一般只有几微秒)达到峰值，此后几十微秒内缓慢 衰减，最后的低电流部分可以维持最长到达毫秒级。
标准双指数波
斜角波头
半余弦波头
iI0(et et)
Hale Waihona Puke Baidu
lg P I 88
（3）
式中：I ——雷电流幅值，kA；
P —— 幅值大于I 的雷电流出现的概率。
对雷电活动较弱的地区改用下式计算：
lg P I 44
（4）
5. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T 2 、陡度
实测表明： T1:1~4s
T2:20~100s
我国在防雷设计中取 2.6/50s
2. 地面落雷密度γ 表示在一个雷暴日中，每平方公里地面上
的平均落雷次数。
一般Td较大的地区，其γ值也较大。对雷暴 日为40的地区，我国《标准》取γ = 0.07（次/ 雷暴日·km2）
3. 雷电流的极性 负极性雷约占75~90%。
4. 雷电流幅值
DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和 绝缘配合”给出了我国年平均雷暴日>20地区雷电 流幅值概率分布公式：
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 《交流电气装置的接地》 《220～500kV变电所设计技术规程》 《导体和电器选择设计技术规定》 《110～750kV架空输电线路设计技术规程》 电力工程高压送电线路设计手册 电气工程电气设计手册，一次部分
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第八章 雷电及防雷装置
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，在电力系统中产生很高的雷 电过电压，是造成电力系统绝缘故障和停电 事故的主要原因之一。
§8.1 雷电参数 §8.2 避雷针、避雷线的保护范围 §8.3 避雷器 §8.4 接地装置
1. 雷电活动频度—雷暴日Td与雷暴小时Th 雷暴日：一年中有雷电的天数，在一天内只要
听到雷声就算作一个雷暴日。 雷暴小时：在一个小时内只要听到雷声就算作
一个雷暴小时。
中国雷暴日分布
我国把年平均雷暴日不超过15的定为少雷区，超过40的地区定 为多雷区，超过90的地区为强雷区。在防雷设计中，我国标准 雷1暴5 日数取为40。
在一定高度的避雷针（线）下面，有一个 安全区域，在这个区域中物体遭受雷击的概率 很小（约0.1%左右），这个安全区域称为避雷 针（线）的保护范围 。
避雷针（线）的保护范围通过模拟试验并 结合运行经验确定。
一、避雷针的保护范围 1. 单支避雷针
当hx≥h/2时, 当hx＜h/2时，
rx ( h h x ) p h a p （6）
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花 放电，下行的负极性雷通常可分为三个主要 阶段：先导放电、主放电、余辉放电。
雷电流的基本参数包括雷电流的幅值、 陡度、波形和极性。与气象、地形、地质等 许多自然因素有关，具有很大的随机性。
§8.2 避雷针、避雷线的保护范围
避雷针（线）由接闪器、引下线和接地体三部 分构成：
改写为
iZ
i
z0 z0
z
（2）
式（2）的等值电路如下图
从地面感受到的实际效果出发，可将雷击物体看 作是一个入射波为 i / 2 的电流波沿一条波阻抗为Z0的
通道向被击物体传播 的过程。其计算模型 及彼德逊等值电路如 图所示。
（二）雷电参数
雷电放电与气象、地形、地质等许多自 然因素有关，具有很大的随机性，所以用来 表征雷电特性的参数就带有统计的性质。
rx (1 .5 h 2 h x ) p （7）
式中 rx—避雷针在高度hx水平面上的保护半径，m。
P —高度影响系数。当h≤30 m 时, p = 1；
当30 m＜h≤120m时 ,
p
5.5
。
h
2. 两支等高避雷针 （1）两针外侧的保护范围按单支针的计算方法确定。
（2）两针间的保护范围可通过两针顶点及保护范围上部 边缘的最低点o的圆弧确定。
§8.1 雷电参数
按雷电发展的方向，雷电可分为上行雷和下行雷。 下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷是由 接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。
对地放电的雷云绝大多数（75－90）％是带负电 荷，所以入地雷电流多为负极性。雷闪放电过程与长 间隙极不均匀电场放电过程一样，主要有先导放电、 主放电和余辉放电三个阶段。
根据高速摄影照片绘制的多重雷电放电过程示意图如图所示
（一） 雷电放电的等值电路
主放电过程产生的正电荷沿先导通道向上运动去 中和通道中的负电荷，而产生的负电荷则沿雷击点流 过被击物，形成极大的主放电电流。
研究表明，先导通道具有分布参数的特征，其波 阻抗用Z0表示。
σ —先导通道中电荷的线密 度；
两支等高避雷针的保护范围
O点为假想避雷针的高 度，O点的高度为：
hO
h
D 7P
式中 hO — 两针间保护范围上部边缘最低点高度，m； D — 两避雷针间的距离，m；
i at (t T1)
i I (1cost)
i aT1 I (t T1) 2
T1-波头时间，从0到峰值的时间；T2-波尾时间，从0到衰减后的半峰值时间
通常T1的值大致为1~4μs，平均值取2.6μs，T2的值大约为 501μ9s。因此，我国规程推荐采用T1/T2=2.6/50μs的雷电流波形。
小结
vL—主放电速度。
则可将先导放电的发展 看作是一根均匀分布电荷的 长导线自雷云向大地延伸， 而将先导头部接近地面时气 隙被击穿看作是开关突然合 闸。
当雷击于避雷针、 线路杆塔、架空地线 或导线等具有分布参 数特性的物体时，雷 击放电过程可用右图 表示。
则流经被击物体的电流iZ为
iZ
σvL
Z0 Z0
Z
（1）
Z——为被击物的波阻抗或雷击点与大地零电位参 考点间的集中参数阻抗。
即流经被击物体的电流iZ与被击物体的波阻抗Z 有关。
当Z = 0时，流经被击物的电流被定义为
“雷电流”，用i表示。由前述可知i = σvL。 实际上被击物的波阻抗不可能为零，故国际
上通常将雷击于接地阻抗小于30Ω的物体时
流过该物体的电流当成是雷电流i。则上式可
波前的平均陡度： I (kA/s)
2.6
第8章雷电及防雷保护设备
18
6. 雷电流极性及计算波形
从雷电放电过程可知，雷电流的波形是一个冲击波，在极 短的时间内(一般只有几微秒)达到峰值，此后几十微秒内缓慢 衰减，最后的低电流部分可以维持最长到达毫秒级。
标准双指数波
斜角波头
半余弦波头
iI0(et et)
Hale Waihona Puke Baidu
lg P I 88
（3）
式中：I ——雷电流幅值，kA；
P —— 幅值大于I 的雷电流出现的概率。
对雷电活动较弱的地区改用下式计算：
lg P I 44
（4）
5. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T 2 、陡度
实测表明： T1:1~4s
T2:20~100s
我国在防雷设计中取 2.6/50s
2. 地面落雷密度γ 表示在一个雷暴日中，每平方公里地面上
的平均落雷次数。
一般Td较大的地区，其γ值也较大。对雷暴 日为40的地区，我国《标准》取γ = 0.07（次/ 雷暴日·km2）
3. 雷电流的极性 负极性雷约占75~90%。
4. 雷电流幅值
DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和 绝缘配合”给出了我国年平均雷暴日>20地区雷电 流幅值概率分布公式：