雷电参数及防雷措施
输电线路防雷保护
三、输电线路的防雷措施 1、3~10kV线路防雷保护 不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可 靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜 采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片 悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。 对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时 改为电缆供电。
二、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时， 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的 工频电压升高约为线电压的1.1 1.1倍 因此， 工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110% 110%的线电压 110%避雷 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷 器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时， 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接 地时健全相上电压接近线电压， 地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器 灭弧电压时， 100%的线电压 称为100% 的线电压， 100%避雷器 灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时， 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电 压约为0.8倍线电压， 0.8倍线电压 压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧 电压取为最大线电压的80% 称为80% 80%， 80%避雷器 电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器
3、变压器中性点保护 三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可 能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化 锌避雷器保护中性点绝缘。 4、配变变压器的防雷保护 三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低 压绕组的中性点连接在一起。 逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避雷器
《高电压工程基础》第9章 雷电及防雷装置
（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。
5-雷电知识
单支避雷针的保护范围
5、个人防雷击措施
（1）雷电时，尽量在户内。不要靠近打开的门窗、金属管 道，要拔掉电器用具插头，关上电器和天然气开关。不宜 使用水龙头。 （2）如已在户外，应避开小山丘、孤树、旗杆、铁塔、烟 囱和大开阔地（湖边等）。尽量降低身体的高度，以减少 直接雷击的危险；双脚要尽量靠近，与地面接触越小愈好， 以减少“跨步电压”；野外最好的防护场所是洞穴、沟渠、 峡谷或高大树丛下面的林间空地。 （3）雷电时，别开电视（要拔掉电源），别接打电话、手 机、收音机等。 （4）切勿接触天线、水管、铁丝网、金属门窗、建筑物外 墙等带电设备或其它类似金属装臵，不要收晒衣绳或铁丝 上的衣服。不要从事栅栏、电话或输电线、管道或建筑钢 材等安装工作。
3. 雷电流的幅值
I=100kA I= 88kA I= 50kA P=7.3% P=10% P=27%
二 、 雷 电 参 数
I lgP 88
4. 雷电流的上升陡度
di I m (kA ) 100 38kA / μs dt 2.6(μs ) 2.6
5. 地面落雷密度γ:
实测统计得: γ＝0.07 次/平方公里˙雷暴日
电与电能
武汉大学电气工程学院 丁坚勇 教授 jyding@
understanding some Electricity
雷电知识
1989年8月12日,青岛市黄岛油库因遭雷击引发了建国以来最大的一起油库大火
雷 害 实 例
在救火中，有14名消防官兵牺牲，66人受伤；5名油库职 工牺牲，12人受伤。据不完全统计，在抢险灭火中，共 出动干警2200多人，消防车147辆，各种船只10艘。投入 泡沫灭火液及干粉153吨，还动用了水上飞机、直升飞机 参与灭火，抢救伤员。 （104小时）
雷电和雷电流参数
雷电和雷电流参数
§2.1 雷电活动参数 2.1.1.1 雷暴日 表征不同地区雷暴日活动的频繁程度。 （1）雷暴日：指该天发生雷暴的日子，即在一天内，只要听到雷
声一次或一次以上的就算一个雷暴日，而不论该天 雷暴发生的次数和持续时间。 • 月雷暴日：一个月内雷暴的天数，单位：d • 季雷暴日：一个季度内雷暴的天数，单位：d • 年雷暴日：一年中雷暴的天数，单位：d （所有雷暴日都不能反映一天中雷暴发生多少次或雷暴持续时间） （2）月平均雷暴日：月雷暴日的多年平均结果，单位：d 季平均雷暴日：季雷暴日的多年平均结果，单位：d 年平均雷暴日：年雷暴日的多年平均结果，单位：d
雷击距与雷电流幅值关系的经验公式 (式2.31)：
ds bImc
式中，ds 雷击距，m Im 雷电流幅值，Ka b 、c 常数，由实测数据确定
G() 6AIm (1 j)4
图2.17
图2.7
对于图2.8
t t
u(t) AUm (1 e 1 )e 2
A = 1.037 1 = 0.4074 s 2 = 68.22 s
图2.8
它的频谱函数为（式2.21）：
G()
AUm
1
2
1
UL 是恒压负载两端的保护
元件动作之后的残压
W P(t)dt
是恒压负载吸收的瞬时功率
参看书第32页下面的式子 参看书第33页的表2.7
2.2.3.2 频谱分析
对于图2.7
i(t)
AI
mt
3e
t
式中A = 0.01243(s)-3， = 3.911 s
它的频谱函数为（式2.20）：
第五章雷电放电特性及防雷设备
第五章 雷击放电特性及防雷装置5.1 雷电放电过程会引起破坏作用的雷云对地放电的绝大多数（80%以上）是负极性的。
雷电多重性（先导、主放电、余光放电）一、先导（梯级先导）第一次先导的梯级性是负先导本身的发展特点所决定的。
每一梯级长度平均50m ，梯级间歇时间10～100us 平均50us 。
cv 10001=先导通道具有良好的导电性，带有与雷云同极性的多余电荷 二、主放电、闪电、雷鸣、雷电的破坏性先导接近地面。
在漏道端部因出现高场强，使空气强烈电离而产生高密度的等离子区。
→自下而上，高电解的等离子体通道。
t=50～100us ，i =几十千安～几百千安201(=v ～21)c 温度 2万℃以上三、余光放电连续先导——直串先导5.2 雷电参数及雷电活动特性电流Rvi zz +=0σ，R<30Ω，雷电通道波阻抗Ω>3000z .即R 《z 0，则v i σ=雷击过电压dtdi L iR u ⋅+=我国“电力设备过电压保护设计技术规程” 1、雷电流峰值 108lg IP -= (式5-3)54lg IP -=，少雷区2、雷电流波形 波长时间2.6us 形状：斜角形usKA Idtdi a /6.2==（式5-4）半余弦波头)cos 1(2wt Ii -= （式5-5）3、雷电日 雷电小时强雷区 平均雷电日>90 多雷区 平均雷电日>40 少雷区 平均雷电日>154、落雷密度γ（每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数） 0.015 次/⋅Km 2雷电日 次数 Th N ⨯⨯=100100010γ(Th b N ⨯⨯+=10010004γ次/100km 年)若T=40，γ=0.015代入则N=0.6h 次/⋅km 100年5.3 避雷针和避雷线（直击雷保护措施）我过规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言的。
绕击：雷电绕过避雷装置而击于被保护物的现象。
（屏蔽失效引起） 反击：避雷针与被保护物之间的间隙击穿。
输电线路防雷设计具体措施要点分析
输电线路防雷设计具体措施要点分析摘要：近年来，国家加强和规范了输电线路工程的质量要求，因而对输电线路的设计也提出了更高的要求。
而输电线路多架设在户外，经常受到雷电侵袭，导致输电线路运行故障，造成大范围停电事故，因此要重视输电线路的防雷设计。
从设计阶段开始，就要合理选择合适的设计方案，考虑线路防雷问题，合理选择线路路径；架设避雷线；降低杆塔接地电阻，提高线路整体绝缘水平，提升安全运行率和供电可靠性。
本文在此从输电线路雷击的成因出发，对如何做好输电线路防雷设计提出了几个关键措施。
关键词：输电线路；防雷；设计措施；避雷针；避雷线前言：目前，我国仍然有许多地方的输配电线路的杆搭高度严重超过超准，更有些地方的输配电线路没有进行防雷措施设计，不仅增大了输配电线路故障的可能性，还可能对周围的居民带来人身安全的威胁，因此，输配电线路的防雷设计尤为重要。
一、输电线路防雷概述输电线路雷击时产生的过电压可达400kV，极易对35kV以下的线路造成致命性的伤害。
同时，雷电直击也是造成110kV以上输电线路故障的重要因素之一。
直击雷可划分为绕击和反击两种形式，均能严重威胁线路的安全运行。
经调查数据显示，绕击多发生于山区线路中，反击多发生于平原和丘陵地区线路中。
所以，在设计输电线路之前，应对雷击的性质进行充分研究，从而运用针对性较强的防雷技术，以提高防雷效果。
针对山区线路，应当选择防雷走廊，减小避雷线保护角，增强绝缘性能；对于丘陵和平原地区线路，应当采用有效措施降低电阻，以达到防雷的作用。
据统计，输电线路的雷害事故占有很大的比例。
由于输电线路保“网”的重要地位，如何减少输电线路的雷害事故成为电力系统安全稳定运行的一项重要课题。
所以加强架空输电线路的耐雷水平，减少输电线路雷害事故引起的跳闸是防雷设计的首要任务。
二、输电线路雷击成因分析在雷击杆顶时，由于塔角接地电阻 R很小，于是就出现反射现象。
如 R=0，则杆顶部不会出现对地电压。
005雷电及防雷设备
高电压技术
高电压技术
第一节 雷电放电和雷电参数
高电压技术
一、雷电及雷电放电过程：
㈠ 雷电的产生：
雷电放电起源于雷云的形成，为了更好的理解雷电 放电的某些特性，我们来大致地了解一下雷云的形成机 理。
1、雷云的形成： ⑴ 热雷云： 地表潮湿空气，受热上升；形成湿热气流的水份在
2——5km的高空受冷凝结为悬浮小水滴；小水滴集聚成 大面积的乌黑积云。这类云荷电后称为热雷云。
高电压技术
一、避雷器保护原理和基本类型
3、基本要求： ⑴ 能瞬时动作。
⑵ 能自行迅速截断工频续流。
工频续流：避雷器在冲击电压作用后流经间隙的工频 电弧。即过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生 的工频电弧电流。
⑶ 具有平直的伏秒特性曲线。 ⑷ 具有一定的通流容量，其残压应低于被保护物的 冲击耐压。
高电压技术
2、两支等高避雷针
上部边缘最低点o
h0
h
D 7P
高电压技术
二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
bx 1.5(h0 hx )
针间的距离D不宜大于5h。
3、两支不等高避雷针
高电压技术
等效为等高的避雷针
f D' 7P
4、多支等高避雷针
高电压技术
外部：分别用两针法。
内部：采用三角形法，若 满足bx＞0, 即认为多针所覆盖的全面积就受到保护。
不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为 强雷区。
西昌为75.6，成都36.9。
高电压技术
四、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面遭受 雷击的次数。
表示雷云对地放电的频数和强烈程度。 我国雷暴日为40时，取=0.015，国外取值在0.1～0.2之间。
电器使用中的防雷击措施与接地要求
电器使用中的防雷击措施与接地要求电器使用中的防雷击措施与接地要求雷击是一种常见的自然现象，经常在雷雨天气中发生。
雷电在短暂的瞬间释放出极大的能量，给人类和设备带来巨大的危害。
特别是对于电器设备来说，雷击可能导致设备故障、损坏甚至火灾等严重后果，因此在电器使用中，必须采取一系列的防雷击措施及接地要求。
首先，对于室外设备，必须进行良好的避雷装置安装。
避雷装置包括避雷针和避雷带，主要目的是将雷电引到地面，减少设备所承受的雷电冲击。
安装避雷装置时需要注意其所处高度，要确保它们高过周围建筑物和设备，以便将雷电导向到地面。
其次，电器设备本身也需要进行防雷击措施。
首先，要给设备安装可靠的避雷器。
避雷器是一种电器元件，它具有良好的耐雷电能力，可以通过将雷电能量分散到地面，保护设备免受雷击的损害。
其次，利用电源线和信号线等尽量减少设备与雷电之间的电气连接，避免雷电通过这些线路进入设备。
同时，在设备的输入端和输出端也要设置保护设备，如涌流保护器、过压保护器等，以减少雷击对设备的影响。
另外，电器设备的接地也是非常重要的。
接地是将设备与地面连接，以提供安全的电气环境，减少雷击产生的危害。
接地应该符合国家和行业的相关标准，确保接地电阻足够低，以保证电流能够迅速地通过接地系统进入地下。
一般来说，接地电阻不应超过1欧姆。
此外，设备的接地线应该独立于信号线和电源线，以减少互相干扰。
在电器使用中，还要加强对雷雨天气的监测和预警。
现在市场上有各种雷雨监测仪器，可以提前探测雷雨的来临，并发出警报。
同时，也要加强对用户的宣传和教育，告知他们在雷雨天气中如何正确地使用电器设备，避免不必要的损失。
总之，在电器使用中，防雷击措施和接地要求是非常重要的。
合理安装避雷装置、采取适当的防雷器以及良好的接地系统，可以保护电器设备免受雷击的危害。
同时，加强对雷雨天气的监测和预警，以及用户的宣传和教育，也能够降低雷击造成的损失。
只有综合运用以上措施，才能有效地保护电器设备的安全运行。
雷电和雷电流参数
式中
γ (t ) = A(1 − e τ )e τ cos ω0t
1 2
−
t
−
t
常数 B=0.6025 k=0.525 A=1.159 τ1 = 0.4791 µs τ2 = 9.7788 µs =2π× π×10 ω0=2π×105rad/s
应用实例（式2.11）（见右图）： 应用实例（ 2.11）（见右图）： ）（见右图
书第27页图 书第27页图2.7 页图2.7
i (t ) = AI m t e
3
−
t
τ
式中A = 0.01243(µs)-3，τ = 3.911 µs 0.01243(µ
2.2.1.4 几种常用的雷电过电压波形及其近似表达式 1.2/50µ 波形（ 2.12） （1）1.2/50µs波形（式2.12） 这种波形是电气电子设备绝缘耐受性能试验中常用的标准雷电过电 压脉冲波形。 压脉冲波形。
6 AI m G (ω ) = 1 ( + jω ) 4
τ
图2.17
对于图2.8 对于图2.8
u (t ) = AU m (1 − e
−
t
τ1
−
t
)e
τ2
A = 1.037 τ1 = 0.4074 µs τ2 = 68.22 µs
《建筑规范》64页图 建筑规范》64页图
2.2.1.2 雷电流波形画法
书第22页图 书第22页图
实线 A 是对88次实测雷电流的取平均值 是对88次实测雷电流的取平均值 是对10次实测雷电流的取平均值 虚线 B 是对10次实测雷电流的取平均值
雷电过程与雷电参数
i = at
3、斜角平顶波 i = at(t ≤ T1) i = aT1 = I (t > T1 ) 4、半余弦波
i= I (1 − cos ω t ) 2
(八)雷电的多重放电次数及总延续时间 55％的对地雷击包含两次以上的重复冲击； 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 冲击者有25% 10次以上者有4 25 次以上者有 3次。 (九)放电能量 A=QU=10 20C 20× 200MW MW秒 A=QU=107V×20C ＝ 20×107W.s （200MW 秒 ） ， 放电能量 不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。 不大，但是在极短时间内放出的，因而功率很大。
第一节 雷电过程与雷电参数
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： 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： 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， 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。 形成大片带负电的雷云。
先导放电阶段：虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢， 先导放电阶段：虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，故线 路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。 路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。 主放电阶段：负电荷迅速被中和， 主放电阶段：负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形 成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。 成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和 就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。
线路防雷
架空输电线路防雷设计1、雷电1.1 雷电参数雷电先导通常带有与雷电云极性相同的电荷（多数为负极性），自雷云向大地发展。
在雷云及先导的电场作用下，大地感应出与雷云极性相反的电荷。
当先导通道发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展。
设先导通道中电荷密度为σ，主放电速度为L，（L约为0.1~0.5 倍光速），雷击图壤电阻率为零的大地时，流经通道的电流为：σL雷电通道具有分布参数特征，其波阻抗为Z0。
当雷击输电线路塔顶或导地线时，负极性的电流波z 自雷击点沿杆塔或导地线流动，而相同数量的正极性电流自雷击点沿通道向上发展。
流经杆塔（或导、地线）的电流波z：σZj为被击物体的波阻抗。
雷电通道波阻抗为Z0 Z0=300~400 Ω中国使用的雷电流幅值概率分布：P：雷电流幅值超过I的概率；I：雷电流幅值，kA。
例：雷电流超过50kA的概率为33%；雷电流超过75kA的概率为20%；雷电流超过108kA的概率为10%；雷电流超过130kA的概率为6%；雷电流超过150kA的概率为4%；西北地区及内蒙西部，年平均雷暴日为20，雷电流幅值减半。
1.2雷电流波形：规程建议计算用雷电流波头取2.6μS，雷电流平均上升陡度：(kA/μS)1.3 雷暴日与雷暴小时：雷暴日：一年中有雷电的日数；雷暴小时：一年中有雷电的小时数。
1.4地面落雷密度及输电线路落雷次数：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。
γ0.015 次/平方公里·雷暴日对输电线路来说，由于高出地面，有引雷作用，一般高度的线路等值受雷宽度为10h，（h为线路平均高度，m）；若线路经过地区年平均雷暴日为T，每年每100公里一般高度的线路落雷次数为N：γ次/100公里·年若T=40天，γ0.015 次/平方公里·雷暴日N=0.6h次/100公里·年1.5避雷线的保护范围：单根避雷线的保护范围：当hx≥h/2时，rx=0.47（h-hx）·P当hx<h/2时，rx=(h-1.53hx）·P当h≤30m时，P=1， 30<h<120m时，P=5.5/两根避雷线的保护范围：避雷线外侧的保护范围同一根避雷线，内侧为通过两避雷线及低点o的圆弧所确定：D：为两避雷线的距离，m。
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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2.电流极对地面电位分布的影响
3.电极呈直线布置
测得接地电阻
半球形接地电极的接地电阻
要减小测量误差，应尽量增大电流极、电压极与 接地电极间的距离
无间隙
无续流
优点
耐重复动 作能力強 通流容量 大
易于制成 直流系统 用避雷器
无间隙氧化锌避雷器的电气参数
1.标称放电电流
1kA 1.5k A 2.5k A
冲击波形为8/20µs的放 电电流峰值
20kA
10kA
5kA
2.残压 放电电流通过避雷器时在端子间的 最大电压值(kV 峰值)
残压
• 标称放电电流下的残压 • 陡波电流下的残压 • 操作冲击电流下的残压
1～5km的高度主要是负电荷的云
q 4.1.2 雷电放电
雷电放电的三个段 先导放电
• 云、地间电场强度达到空气的击 穿场强时(约10-30kV/cm)，空气 发生电离，产生一个向地面发展 的等离子通道
• 下行先导到达地面、或与地面上 的突出物上产生的迎面先导相遇， 产生雷云与大地的放电通道 • 主放电结束后，云中剩余电荷沿 主放电通道释放
优点 伏-秒特性平坦,不产生截波 防止截波: 与间隙串联一个电阻R
防止截波
电阻的作用:
阻尼振荡
阀片的伏安特性
单个平板型放电间隙的结构
标准放电间隙组
4、氧化锌避雷器
u ci
α
非线性系数
ZnO : α 0.01 ~ 0.04
Si C : α 0.2 ~ 0.5
适用于大批 量生产、造 价低、经济 性好
第四章 雷电参数及防雷设施
目
雷电及其危害 雷电参数 防雷保护装置
录
避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置
4.1 雷电及其危害
4.1.1 雷云的形成
雷云： 带电的云
(是产生雷电放电的先决条件)
一大块雷云同极性的总电荷可达数百库每个电荷中心的 电荷约为0.1～10C
5～10km的高度主要是正电荷的云
电子设备防雷特点
1.工作电压低，几伏的脉冲电压就可造成电子设备损坏 2.要求在纳秒级的时间内将被保护设备接入等电位系统， 并将雷电脉冲的能量释放到大地
常用的电子设备保护器件
1.放电管
气体
放电管
• 通流容量大，可达100kA以上； 电压在75-10000V • 残压高2-4kV，响应时间慢100ns • 用于数据线、有线电视、交流电 源、电话系统等
4.2.4 雷电放电的计算模型
4.3 防雷保护装置
4.3.1 避雷针 1.避雷针的结构
接闪器 Φ10～12mm
引下线Φ 6mm
接地体
2.避雷针的作用:引雷 、泄雷
3. 避雷针的保护范围:
被保护物不遭雷击的某个空间范围 单支避雷针的保护范围
避雷针的高度系数Leabharlann 两支等高避雷针联合保护范围
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1.放电管(续)
固体
放电管
• 响应速度较快10-20ns、吸收电流 大，动作电压稳定、重复性好、寿 命长 • 用于电源电路时需要采取限流措施 串联电阻或快速熔断，使浪诵过后 电流迅速恢复到维持值以下 • 适用于网络、通信设备的浪涌保护
3.压敏电阻
优点 缺点
• 使用电压范围宽从几伏到几万伏以上， 耐浪涌能力强，生产工艺简单、价格 低、电压温度系数小 • 钳位特性相对差一些
二、接地分类
工作接地 保护接地 防雷接地
• 根据电力系统的正常运行方式 • 的需要而将电网中某一点接地 • 某些电气设备的金属外壳必须妥善 接地，以免绝缘损坏时外壳带电危及 人身安全 • 金属杆塔、避雷针（线）和避雷器 等的接地
三、接地电阻
电流I经接地电极流入大地时， 接地体对地电压U与电流I之比值 土壤的电阻
规程规定：
标准雷暴日：40
q 4.2.2 地面落雷密度γ:
单位时间、单位面积的地面平均落雷次数 γ ＝0.24Td0.3
Td 40 γ ＝0.07次/平方公里˙雷暴日
线路每百公里每年的雷击次数N
4.2.3 雷电流
雷电流
幅值
波形
陡度
极性
a= I/T1 = I/2.6
90%是负极 性
[kA /μ s ]
主放电
余光放电
对地雷击
下行雷——由云向地面发展
上行雷——由地面向云发展
各阶段的特点
先导放电 主放电 余光放电
• 下行负先导是逐级向下发展的； • 电流小，约100A； • 放电速度约为光速的1/20-1/2； • 持续时间短，约50-100微秒； • 放电电流大，达几十至上百千安； • 放电速度慢，约为光速的1/100； • 持续时间长，约为0.03-0.15秒； • 放电电流不大。
3.雷电冲击保护水平
避雷器标称放电电流下的残压值
4.操作冲击保护水平
避雷器在操作冲击电流(波头时间为30至100µs)下的最大 残压
5.额定电压
施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位： kV
6.最大持续运行电压
运行中允许持续地施加在避雷器上的最大允许工频电压 有效值，单位：kV
施加在避雷器两端的最大允许工频电压 有效值，单位：kV 8.压比
用途
• 可用于IC及其他电子设备的浪涌保护
S---瞬变电压抑制二极管
优点 缺点
• 响应时间快、瞬时功率大、击穿电压 偏差小、鉗位电压容易控制、体积小
• 耐受重复性脉冲时有可能损坏 • 广泛适用于家用电器、电子仪表、通 信设备、电源、计算机等各个领域
用途
4.5 接地装置
一、接地
将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接， 与大地保持等电位
下行雷
4.1.3 雷电的危害
侵入波 感应雷 跨步电压和 接触电压
直击雷
雷电的 危害
高电位引外
4.2 雷电参数
雷暴日 最大陡度 雷电流幅值 雷电流波形
地面落雷密度
雷电的极性
4.2.1
雷暴日（Td）: 一年中发生雷电放电的天数
(衡量雷电活动频繁的程度)
少雷区 中雷区 多雷区 强雷区 Td ＜15 15 ≤ Td ＜40 40≤ Td ＜90 90≤ Td
标称电流下的残压 压比 起始动作电压
压比愈小，表明通过冲击大电流时的 残压愈低，避雷器的保护性能愈好
9. 荷电率
AVR
AVR ↑ AVR ↓
单位阀片上的负荷↑ 持续运行电压uc ↓
加速老化 保护性能下降
所以
应根据具体电网确定合理的荷电率
4.4.3
电子设备防雷保护器件
电子设备的防雷器件分类 1.电源系统防雷器件 2.信号系统保护器件
引下线的电阻
接地体的电阻
接触电阻
工频接地电阻
冲击接地电阻
四、屏蔽效应
利用系数，≤1
2根并联其值约为0.9 6根并联其值约为0.7
五．冲击接地电阻与工频接地电阻
Re Ri
火花效应
电感效应
Re Ri
Re Ri
冲击系数
Ri 1 Re
伸长接地体的有效长度，一般在40~60m
六、发电厂和变电站的接地
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U 1 2
U 1 2
U 1
2
(a)
t
(b)
t
(c)
t
伏秒特性的配合 （a）配合好； （b）配合不好 （c）带状伏秒曲线
4.4.2 避雷器
1.保护间隙
优点:结构简单、 价格便宜 缺点:熄弧能力差
要消除故障必须开关动作
多用于配电变压器或中性点保护
2.排气式避雷器
存在问题：
产生截波
3.阀式避雷器
4.3.2 避雷线
单根避雷线的保护范围
时 时
两根避雷线的保护范围
避雷线的保护角α
4.4 避雷器与电子设备防雷保护器件 避雷器的作用
防止设备遭受雷电波（侵入波）的危害
4.4.1 基本要求 （1）过电压限制器的放电电压应略高于系 统的最大工作电压。
（2）过电压限制器应具有良好的伏秒特性， 与被保护设备有合理的绝缘配合。 （3）过电压限制器应有较强的绝缘强度自 恢复能力。
发电厂和变电站地网的作用 1. 防雷 2. 防止工频短路电流对发电厂和变电站人员及设备造成危害 在中性点直接接地系统
工频短路电流，A
地网接地电阻，
变电站的地网
0.44 R 0.5 L S S
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跨步电势与跨步电压
接触电势与接触电压
七、工频接地电阻的测量
1.接地电阻测量的原理