第8章雷电过电压及防护

第8 章雷电过电压及防护8—1试述雷电放电的基本过程及各阶段的特点．８-2试述雷电流幅值的定义，分别计算下列雷电流幅值出现的概率:30ｋA、５０ｋA、８8kA、１00kA、１５０ｋA、2００ｋA.８－3雷电过电压是如何形成的?8-4某变电所配电构架高1１ｍ,宽10。

5m，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护,避雷针距构架至少5m．试计算避雷针最低高度。

8—５设某变电所的四支等高避雷针，高度为２５m，布置在边长为４2m的正方形的四个顶点上,试绘出高度为11m的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度.８-6什么是避雷线的保护角?保护角对线路绕击有何影响?８—７试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点。

8—８试比较普通阀式避雷器与金属氧化物避雷器的性能，说说金属氧化物避雷器有哪些优点?8—9试述金属氧化物避雷器的特性和各项参数的意义.8-１0限制雷电过电压破坏作用的基本措施是什么？这些防雷设备各起什么保护作用?８-11平原地区110kV单避雷线线路水泥杆塔如图所示，绝缘子串由6×X-7R为7Ω，导线和避组成，长为,其正极性U50％为7００kV，杆塔冲击接地电阻i雷线的直径分别为21。

5mm和7。

8ｍm，15℃时避雷线弧垂2．8m，下导线弧垂５。

３m,其它数据标注在图中，单位为m，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。

习题８—11图8—１2某平原地区550kV输电线路档距为4００m，导线水平布置，导线悬挂高度为，相间距离为1２。

5m，15℃时弧垂12。

５m。

导线四分裂，半径为11。

7５mｍ，分裂距离(等值半径为）.两根避雷线半径５．3mm,相距21。

４ｍ,其悬挂高度为３７m，1５℃时弧垂９。

5ｍμH，冲击接地电阻为１０Ω。

线路采用28片ＸP—１6绝缘子,串长４．４８m，其正极性Ｕ5０％为2.35MV，负极性U50％为２．74ＭV,试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。

8—13为什么110ｋＶ及以上线路一般采用全线架设避雷线的保护措施，而３５kV及以下线路不采用?８-1４输电线路防雷有哪些基本措施。

8-１5变电所进线段保护的作用和要求是什么？8－16试述变电所进线段保护的标准接线中各元件的作用.8-1７某1１0kＶ变电所内装有FZ—1１0J型阀式避雷器,其安装点到变压器的电气距离为5０ｍ,运行中经常有两路出线，其导线的平均对地高度为１0ｍ，试确定应有的进线保护段长度.８—1８试述旋转电机绝缘的特点及直配电机的防雷保护措施。

8-19说明直配电机防雷保护中电缆段的作用。

８—20试述气体绝缘变电所防雷保护的特点和措施.８－2１什么是接地？接地有哪些类型?各有何用途？8-22什么是接地电阻,接触电压和跨步电压?８-2３试计算如图8-4４所示接地装置的冲击接地电阻。

已知垂直接地极是由6根直径为、长３ｍ的圆管组成，土壤电阻率为200Ω·m，雷电流为40A时冲击系数α为0．５,冲击利用系数iη为0。

7。

８-２4某220kV变电所,采用∏型布置，变电所面积为194。

５m×２0１。

５m,土壤电阻率为３00Ω·m，试估算其接地网的工频接地电阻。

8-1试述雷电放电的基本过程及各阶段的特点。

答：雷电放电的基本过程包括先导放电、主放电和余辉放电三个阶段．(1）先导放电阶段——开始产生的先导放电是跳跃式向前发展。

先导放电常常表现为分枝状,这些分枝状的先导放电通常只有一条放电分支达到大地。

整个先导放电时间约０.00５～０。

01s ，相应于先导放电阶段的雷电流很小。

（２）主放电阶段——主放电过程是逆着负先导的通道由下向上发展的。

在主放电中,雷云与大地之间所聚集的大量电荷，通过先导放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中和，放出巨大的光和热.在主放电阶段,雷击点有巨大的电流流过，主放电的时间极短。

(3)余辉放电阶段—-当主放电阶段结束后，雷云中的剩余电荷将继续沿主放电通道下移，使通道连续维持着一定余辉。

余辉放电电流仅数百安,但持续的时间可达0．０３~0.０5s 。

8-２试述雷电流幅值的定义，分别计算下列雷电流幅值出现的概率：３0kA 、50kA 、88kA 、10０kA 、1５０ｋＡ、200k Ａ。

答：根据式(８-4）,8810IP -=.其中,P 为雷电流幅值超过I 的概率,I 为雷电流幅值。

则雷电流幅值为30kA 、5０k Ａ、88kA 、1００kA 、１５0k Ａ、200kA 时，对应的概率分别为４5．6１%、２７．0３％、１0．0０%、7.31%、1。

9７%、０.５３％。

8—3雷电过电压是如何形成的？答：雷电过电压的形成包括以下几种情况.（１）直击雷过电压a 。

雷直击于地面上接地良好的物体（图8—3）时，流过雷击点A 的电流即为雷电流ｉ。

采用电流源彼德逊等值电路,则雷电流沿雷道波阻抗0Z 下来的雷电入射波的幅值I 0=I/2，A 点的电压幅值i A IR U =。

b.雷直击于输电线路的导线(图8—４)时，电流波向线路的两侧流动，如果电流电压均以幅值表示，则导线被击点A 的过电压幅值为（2)感应雷过电压雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压(图8－5）。

在雷云放电的先导阶段,先导通道中充满了电荷，如图8－５（a)所示，这些电荷对导线产生静电感应,在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。

因为先导放电的速度很慢，所以导线上电荷的运动也很慢，由此引起的导线中的电流很小,同时由于导线对地泄漏电导的存在，导线电位将与远离雷云处的导线电位相同。

当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到解放，以波的形式向导线两侧运动，如图8—５(b ）所示。

电荷流动形成的电流i 乘以导线的波阻抗Z 即为两侧流动的静电感应过电压波iZ U =。

８—４某变电所配电构架高1１m,宽10.5ｍ，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护,避雷针距构架至少5m.试计算避雷针最低高度。

解:由题意可知，x r =10。

5＋ 5=１5．5ｍ,11x h =m分别令ｐ=1，ｐ=５。

代入数值解得所以避雷针的最低高度为。

８-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为2５m,布置在边长为４２m 的正方形的四个顶点上，试绘出高度为11ｍ的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度。

解：略８—6什么是避雷线的保护角?保护角对线路绕击有何影响？答：避雷线的保护角指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角，用来表示避雷线对导线的保护程度。

保护角愈小,避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。

8－７试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点.答:8—8试比较普通阀式避雷器与金属氧化锌避雷器的性能,说说金属氧化锌避雷器有哪些优点?答：由于氧化锌阀片优异的非线性伏安特性,使金属氧化锌避雷器（MOA)与普通阀式避雷器相比具有以下优点：（1）保护性能好；（2)无续流；(3）通流容量大;(4)运行安全可靠。

8－9试述金属氧化锌避雷器的特性和各项参数的意义。

答：金属氧化物避雷器电气特性的基本技术指标：（1）额定电压——避雷器两端允许施加的最大工频电压有效值，与热负载有关,是决定避雷器各种特性的基准参数。

（２) 最大持续运行电压——允许持续加在避雷器两端的最大工频电压有效值，决定了避雷器长期工作的老化性能.（3）参考电压——避雷器通过lmA工频电流阻性分量峰值或者lmA直流电流时,其两端之间的工频电压峰值或直流电压,通常用Ｕ１ｍA表示。

从该电压开始,电流将随电压的升高而迅速增大，并起限制过电压作用。

因此又称起始动作电压,也称转折电压或拐点电压(4) 残压——放电电流通过避雷器时两端出现的电压峰值.包括三种放电电流波形下的残压，避雷器的保护水平是三者残压的组合。

（５）通流容量——表示阀片耐受通过电流的能力。

(６）压比——MＯＡ通过波形为8/２０s 的标称冲击放电电流时的残压与其参考电压之比。

压比越小，表示非线性越好，通过冲击放电电流时的残压越低,避雷器的保护性能越好。

(７）荷电率——MOＡ的最大持续运行电压峰值与直流参考电压的比值。

荷电率愈高，说明避雷器稳定性能愈好,耐老化，能在靠近“转折点”长期工作.（8）保护比——标称放电电流下的残压与最大持续运行电压峰值的比值或压比与荷电率之比。

保护比越小，MOA的保护性能越好。

8-10限制雷电过电压破坏作用的基本措施是什么？这些防雷设备各起什么保护作用?答:限制雷电的破坏性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置.避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压,避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压。

下面主要介绍避雷针、避雷线和避雷器的保护原理及其保护范围。

８—１1平原地区１１０ｋV单避雷线线路水泥杆塔如图所示,绝缘子串由6×X－７组成，长为1。

2m，其正极性U5０％为7０0kV,杆塔冲击接地电阻Ri 为7Ω，导线和避雷线的直径分别为２1．５mm和７。

8ｍｍ,15℃时避雷线弧垂２．8m，下导线弧垂5。

３m，其它数据标注在图中，单位为ｍ，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率.解：略8-1２某平原地区5５0ｋV输电线路档距为４00ｍ，导线水平布置,导线悬挂高度为２８。

15ｍ，相间距离为，15℃时弧垂１２．5m.导线四分裂,半径为１１．75mm，分裂距离0。

45ｍ(等值半径为１9。

8cｍ).两根避雷线半径，相距21．4m，其悬挂高度为３7m，15℃时弧垂9．5m。

杆塔电杆１５。

6μH,冲击接地电阻为10Ω。

线路采用28片ＸＰ—１６绝缘子，串长4。

48m，其正极性U５０％为２。

3５ＭV，负极性U５0％为2.７4ＭＶ,试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率.解:略8—１３为什么1１0kV及以上线路一般采用全线架设避雷线的保护措施，而35kV及以下线路不采用？答:输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况,通过技术经济比较,采用合理的防雷方式。

因此，３5kV线路不宜全线架设避雷线，1１０kＶ及以上线路应全线架设避雷线．8—14输电线路防雷有哪些基本措施.答:(1)架设避雷线；（2）降低杆塔接地电阻；（3）架设耦合地线；（4）采用不平衡绝缘方式；（5)采用中性点非有效接地方式；（6）装设避雷器;（７）加强绝缘;(8）装设自动重合闸。

８-１５变电所进线段保护的作用和要求是什么？答：变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流幅值和侵入波的陡度。

针对不同电压等级的输电线路,具体要求如下:a)未沿全线架设避雷线的3５kV～1１0ｋV架空送电线路，应在变电所1ｋm～2km的进线段架设避雷线作为进线段保护,要求保护段上的避雷线保护角宜不超过2０°,最大不应超过３0°;b)1１0ｋＶ及以上有避雷线架空送电线路，把２km范围内进线作为进线保护段，要求加强防护，如减小避雷线的保护角α及降低杆塔的接地电阻R i。