供配电技术(第三版)第六章

2. 雷电过电压
雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压，它是由于电力 系统中的线路、设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感 应而引起的过电压。 雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高 达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统的危害极大， 必须加以防护。
雷电过电压有两种基本形式： (1) 直接雷击 它是雷电直接击中电气线路、设备或建（构）筑物，其
图6-43 架空线路上的感应过电压 a) 雷云在线路上方时 b) 雷云对地或对其他雷云放电后
(三) 雷电的有关名词概念 1. 雷电流的幅值和陡度 2. 年平均雷暴日数 3. 年预计雷击次数
二. 接闪器及其保护范围
接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的 金属杆，称为避雷针。接闪的金属线，称为避雷线，亦称架空地线。 接闪的金属带，称为避雷带。接闪的金属网，称为避雷网。 （一） 避雷针及其保护范围
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很 大的雷电场。由于静电感应作用，使地面上出现与雷云的 电荷极性相反的电荷，如图8-1a所示。
图6-42 雷云对大地放电（直击雷）示意图 a) 负雷云出现在大地建筑物上方时 b) 负雷云对建筑物顶部尖端放电时
当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到25～30kV/cm时，雷云 就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。大地 感应出的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行到离地面100～ 300m时，也形成一个上行的迎雷先导，如图8-1b所示。当上、下雷电先导 相互接近时，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电
避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加电 场，这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的，它使雷电 场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方 向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置， 将雷电流泄放到大地中去，使被保护物体免受雷击。所以，避雷针实 质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物 等。
内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压 是由于系统中的开关操作或负荷剧变而引起的过电压。谐振过电压是
由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利的组合下发生谐振或由于
故障而出现断续性接地电弧所引起的过电压，也包括电力变压器铁心 饱和而引起的铁磁谐振过电压。
运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对 地（即单相）额定电压的3～4倍，因此对电力系统和电气设备绝缘的 威胁不是很大。
过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性 极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷 电过电压称为直击雷。
(2) 间接雷击 它是雷电没有直接击中电力系统中的任何部分，而是由雷 电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁 感应所产生的过电压。 这种雷电过电压，也称为感应雷，或称雷电感应。
闪。这就是直击雷的主放电阶段。这时间极短，一般只有50～100μs。主放
电阶段之后，雷云中的剩余电荷继续沿着主放电通道向大地放电，形成断续 的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为0.03～0.15s，电流较 小，约几百安。
Байду номын сангаас
雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离， 称为“闪击距离”，简称“击距”。 2. 感应雷（感应过电压）的形成原理
供配电系统的防雷与接地
第五节 供配电系统和建筑物的防雷保护
一. 过电压及雷电的有关概念 (一) 过电压的形式
过电压是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电 压的对绝缘很有危害的异常电压。在电力系统中，过电压按其产生的 原因，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。 1. 内部过电压
内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生 故障等原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁 能量转换、振荡而引起的过电压。
架空线路在其附近出现对地雷击时，极易产生感应过电压。当 雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚大量异性的 束缚电荷，如图8-2a所示。当雷云对地放电或与其他异性雷云中和放 电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放， 形成很高的感应过电压，如图8-2b所示，这就是“感应雷”。高压线 路上的感应过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可 达几万伏，对供电系统的危害都很大。
避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时直径不小于12mm、
针长1～2m时直径不小于16mm）或镀锌钢管（针长1m以下时内径
不小于20mm、针长1～2m时内径不小于25mm）制成。它通常安
装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装
置相连。
避雷针保护范围：
“滚球法”（roll-boll method），就是选择一个半径为hr （滚球半径）的球体，按需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接
(二) 雷电的形成原理
1. 直击雷的形成原理 雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物体之间产
生急剧放电的一种自然现象。 关于雷云形成的理论或学说较多，但比较公认的看法是：在闷热
的天气里，地面上的水汽蒸发上升，在高空低温影响下水汽凝结成冰 晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂。气流挟带一部分带正电的 小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下 降，形成“负雷云”。由于高空气流的流动，所以正、负雷云均在天 空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，
雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路 或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿着架空线 路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。这种雷电过电压形式，称 为高电位侵入或雷电波侵入。据我国几个大城市统计，供电系统中由 于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%～70%，比 例很大，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。