雷电及防雷设备
《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。
第六章 雷电及防雷设备
雷云的形成 不管是直击雷还是感应雷都与带电的云层存在分不开，带电的 云层称为雷云。有关雷云形成的假说很多，包括感应起电、对流起 电、温差起电、水滴分裂起电、融化起电、冻结起电等，但至今尚 未有一种被公认为无懈可击的完整学说。 1、水滴分裂起电理论： 水滴在气流的剧烈运动中 分裂成带负电的较大颗粒 和带正电的较小颗粒，后 者被上升气流带到高空。 云底带少量的正电：地面 的感应或地面的尖端物体 带的正电荷被强烈的上升 气流带入云底。
6
2016-3-21
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。 避雷装置由接地装置和接地引下线组成。
接地装置的作用是减小接地电阻，以降低雷电流通过避雷针（线） 或避雷器上的过电压。 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）
6、摩擦起电：雷电的出现是与气流、风速密切相关的，而且与地 球磁场也有一定的联系。雷雨云内部的不停运动和相互磨擦而使雷 雨云产生大量的正、负电荷的小微粒，即所谓的摩擦生电。这样， 庞大的雷雨云就相当于一块带有大量正、负电荷的云块，而这些正、 负电荷不断地产生，同时也在不断地的复合，当这些云块在水平方 向向东或向西迅速移动时（最大风速可达40m/s），它与地球磁场 磁力线产生切割，这就好像导体切割磁力线产生电流一样，云中的 正、负电荷将产生定向移动，其移动的方向可按右手定则来判断。 若云块是由西向东移动，而地磁场磁力线则是由地球南极指向地球 的北极，因此大量的正电荷向上移动，负电荷向下移动，这样云的 下部将积聚越来越多的负电，而云的上部积聚大量的正电，当电场 强度达到足够高（25～30KV/cm）时将引起雷云间的强烈放电，或 是雷云中的内部放电，或是雷云对地放电，即所谓的雷电。
雷电参数及防雷措施
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
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。
防雷设备保护
（3）氧化锌避雷器的电气参数
额定电压：
避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值 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的有效 值。取决于系统最大工作相电压
参考电压（起始动作电压U1mA)： 位于伏安特性曲线中由小电流区上升部分进入大 电流区平坦部分的转折处。
残压：
放电电流通过避雷器时，两端之间出现的电压峰
b) 火花间隙 电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔 开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm，单个间隙的工 频放电电压约为2.7～3.0kV(有效值)。
单个火花间隙结构 1—黄铜电极 2—云母垫圈
火花间隙作用原理：
间隙电场近似均匀电场,而过电压作用时云母垫圈
与电极之间的缝隙中产生电晕，对间隙产生照射作 用，使间隙的放电时间缩短，故其伏秒特性曲线平
本节内容：
2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围 2.2.2 避雷线防雷原理及保护范围
2.2.3 避雷器工作原理及常用种类
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2.2.1 避雷针防雷原理及保护范围
1 避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头 采用圆钢或钢管制成 作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大 地，从而使被保护物体免遭直接雷击。 避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装 置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。
（1） 单支避雷针
单支避雷针的保护范围如下图所示
rx (h hx ) P
rx (1.5h 2hx ) P
h (hx ) 2
h (hx ) 2
P:高度影响系数
h 30m, P 1
单支避雷针的保护范围
5.5 30m h 120m, P h
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。
雷电及防雷保护装置简介
雷电及防雷保护装置简介1. 引言雷电是一种自然现象，它带来的强烈电流和电压波动可能对电子设备和人身安全造成严重威胁。
为了保护电子设备免受雷击的侵害，人们开发了各种防雷保护装置。
本文将介绍雷电的原理和一些常见的防雷保护装置。
2. 雷电原理雷电是由大气中云与地表之间的电位差引发的放电现象。
当云与地面或建筑物之间的电压达到一定程度时，将发生电流的放电现象，电流沿着路径瞬间流动，产生强大的能量释放。
这种释放可能导致设备损坏、火灾或人员伤亡。
3. 防雷保护装置的分类根据防雷装置的作用方式和工作原理，可以将防雷保护装置分为以下几类：3.1 避雷针避雷针是一种通过尖端释放电荷以减少云与地球之间电势差的装置。
它通常安装在建筑物的高处，当云层形成电荷时，避雷针会将电荷引导到地面，从而避免了雷电放电。
3.2 避雷器避雷器是一种用来吸收剩余电荷并将其分散到地面的装置。
它通常由金属氧化物构成，当电压超过设定值时，避雷器将导电，吸收过剩电流并将其释放到地面。
3.3 防雷网防雷网是一种通过导电网格将雷电压力分散到地面，从而保护设备和建筑物不受雷击的装置。
它可以在建筑物周围或设备附近安装。
3.4 接地系统接地系统是一种将电流引导到地面的装置。
通过使用导体材料和良好的接地电极，接地系统能够将电流引导到地面，从而减少设备和人员受雷击的风险。
4. 防雷保护装置的安装与维护为了确保防雷保护装置的有效性，正确的安装和维护是必不可少的。
以下是一些常见的安装和维护注意事项：•安装防雷装置时，应根据建筑物的结构和特点选择合适的防雷装置类型。
•根据设备和建筑物的需求，合理安排防雷装置的数量和布局。
•定期检查和测试防雷装置，确保其正常工作。
•在雷电活动频繁的地区，应定期进行维护和更新，确保防雷装置的可靠性。
5. 结论雷电是一种具有潜在危险的自然现象，对设备和人员的损害可能造成严重后果。
防雷保护装置的使用可以有效地减少雷电对电子设备和人身安全的威胁。
常见的防雷措施及设备
常见的防雷措施及设备
1. 避雷针：避雷针用于将雷电引向地面，减少雷击的危险，通常是以金属杆为主体，安装在建筑物或高架设施顶部。
2. 避雷网：避雷网通常以金属网或金属板材制成，安装在高层建筑物或电信塔等高
架设施的外墙表面，以吸收和分散雷电的能量。
3. 避雷带：避雷带是一种将金属材料嵌入建筑物的外墙或楼顶的措施，以便将雷电
引向地下，防止建筑物被雷击。
4. 接闪器：接闪器将金属杆或导电杆安装在建筑物的顶部，以吸引和接收雷电，然
后通过导线将电流引导到地面，减少雷电对建筑物和人员的危害。
5. 雷电监测系统：雷电监测系统使用雷电传感器或闪电探测器来监测和检测雷电活动，以提前警示并采取相应的防护措施，防止雷击事故的发生。
6. 雷电保护装置：雷电保护装置是一种安装在电力系统或电子设备上的保护设备，
用于防止雷电引起的过电压损坏电子设备或电力系统。
7. 接地系统：接地系统是一种将建筑物或设备与地面连接的系统，通过将雷电引向
地面释放，以减少雷电对建筑物或设备的影响。
8. 跳线：跳线是一种通过接地和断开建筑物或设备与雷电间的电气连接的措施，以
减少雷击对建筑物或设备的影响。
9. 电力线滤波器：电力线滤波器是一种安装在电力线上的设备，用于过滤掉雷电引
起的电磁噪音或干扰，并保护电器设备的正常运行。
10. 避雷器：避雷器是一种用于保护建筑物内部电器设备或电力系统的装置，可以将
雷电过电压引导到地面释放，避免损坏电器设备。
请注意，上述只是常见的防雷措施及设备，具体的防雷设计应根据实际情况和安全标
准进行。
建议在进行防雷工程时咨询专业的防雷工程师或公司，以确保防雷措施合理有
效。
防雷工程施工需要的设备
防雷工程施工需要的设备1. 雷电监测设备：在进行防雷工程施工时，需要配备雷电监测设备，以及时监测雷电活动的情况。
雷电监测设备通常包括雷达、闪电探头、接地电位探头等设备，可以预警雷电活动的发生，及时采取安全措施。
2. 接地测试仪：接地是防雷工程中非常重要的一环，保证正确接地可以有效减少雷电对建筑物和设备的影响。
因此，在施工过程中需要使用接地测试仪来检测接地系统的质量，确保其符合相关标准要求。
3. 防雷接闪器：防雷接闪器是一种用来接地和分流雷电能量的设备，能够在雷电活动时迅速释放积累的电荷，减少雷击对设备的损害。
在防雷工程施工中，需要合理安装防雷接闪器，确保建筑物和设备的安全。
4. 雷击模拟器：为了测试建筑物和设备的防雷性能，需要使用雷击模拟器进行模拟雷击测试。
雷击模拟器可以模拟真实雷击的电流和波形，评估建筑物和设备的防雷性能，为改进防雷系统提供参考依据。
5. 防雷设备安装工具：在安装防雷设备时，需要使用一些特殊的工具，如螺丝刀、扳手、测距仪等，确保设备安装牢固、准确。
同时，施工人员需要具备相关技能和经验，能够熟练操作这些工具，保证施工质量。
6. 防雷材料：在进行防雷工程施工时，需要使用一些特殊的防雷材料，如导电涂料、接地装置、避雷针等，用于构建防雷系统。
这些防雷材料需要经过专业检测和认证，符合国家相关标准，确保防雷系统的可靠性和稳定性。
7. 安全设备：在进行防雷工程施工时，施工人员需要配备完善的安全设备，如安全带、安全帽、防护眼镜等，确保施工过程中的安全。
同时，施工现场需要设立合理的警示标识和隔离带，防止意外事件的发生。
总的来说，防雷工程施工需要使用一系列特殊的设备和工具，以确保施工过程中的安全和高效。
只有通过合理选用设备、严格执行施工规范，并配合专业技术人员的指导，才能确保防雷工程施工的顺利进行，为建筑物和设备提供全面的防雷保护。
《雷电及防雷设备》课件
电力系统是雷电灾害的高风险区域，雷电预警系统有助于提前采取 措施，减少雷击对电力设施的损害。
航空安全
航空器在飞行过程中遭遇雷击会影响飞行安全，雷电预警系统有助 于飞行员提前采取措施，保障飞行安全。
防雷技术的发展与
05
展望
当前防雷技术的研究热点
1 2
雷电监测与预警技术
利用先进的气象和雷达技术，实现对雷电的精准 监测和预警，为防雷工作提供及时、准确的信息 。
新型防雷材料和设备研发
研究新型的防雷材料和设备，提高防雷设备的性 能和可靠性，降低雷电对设备的损害风险。
3
智能化防雷系统
利用物联网、大数据和人工智能等技术，构建智 能化的防雷系统，实现对雷电灾害的快速响应和 有效防控。
未来防雷技术的发展趋势
精细化防雷
随着城市化和信息化的发展，未来的防雷工作将更加注重精细化， 针对不同行业、不同区域、不同设备进行定制化的防雷方案设计。
利用电感和电容的特性，限制电压的 升高，从而保护建筑物或设备免受雷 电的损坏。
接地原理
通过将防雷设备接地，将雷电引入地 下，使电流得到释放，从而保护建筑 物或设备。
防雷设备的选择与安装
根据建筑物或设备的 实际情况选择合适的 防雷设备。
定期对防雷设备进行 检查和维护，确保其 正常工作。
安装防雷设备时需要 专业人员进行施工和 安装。
雷电的产生
当积雨云的电荷积累到一定程度时 ，云层中的电场强度超过空气的绝 缘强度，就会发生放电现象，形成 雷电。
雷电的特性
01
02
03
高电压和高电流
雷电产生的电压和电流都 非常高，可以达到数百万 伏特和数千安培。
时间短暂
雷电的放电时间非常短暂 ，通常只有几十微秒到几 毫秒。
建筑设备建筑防雷设施
➢建筑防雷接地系统 ➢建筑照明系统
建筑防雷与接地
• 建筑防雷 • 接地 • 等电位连接
建筑防雷
雷电现象是自然界大气层中在特定条件下形成的。 雷云对地面泄放电荷的现象，称为雷击。雷击产生的破 坏力极大，它对地面上的建筑物、电气线路、电气设备 和人身都可能造成直接或间接的危害。因此必须采取适 当的防范措施。
每台用电设备有各自专用的配电箱，严格执行“一机一箱一闸”制。
开关箱内必须装设漏电保护器，开关箱内的漏电保护器，其额定漏电动作电 流应不大于30mA，额定漏电动作时间应不大于0.1s。
在潮湿、坑洞内作业时，使用Ⅲ类的手持电动工具，并把漏电保护器的开关 箱设在外面，工作时有专人监护。
所有的配电箱，开关箱每月进行检查和维修一次，检查、维修人员必须是专 业电工，检查时必须按规定穿戴绝缘鞋、手套，必须使用电工绝缘工具。
接地线 接地体
避雷针：用于高耸的屋面小的建筑。
球型单针避雷针
球型多针避雷针
普通避雷针
避雷网（带）：用于屋面大的建筑。
避雷带
避雷带支架
引下线 测试点
引下线
2.引下线 引下线是将雷电流引入大地的通道。引下线的材料多采用
镀锌扁钢或圆钢。图为利用柱筋作为引下线时，在柱筋上设 置的测试点做法。
3.接地装置
（7）建筑施工现场安全用电措施 1）安全用电防护措施
施工现场的临时用电采用三相五线制，电气设备的金属外壳必须与专用保护 零线连接。
电缆干线全部使用5芯专用电缆，采用埋地或架空敷设。
室内配线必须采用绝缘导线，采用瓷瓶，瓷夹时，距地面不得小于2.4m，室 外高于3m。
配电系统设置总配电箱和分配电箱、开关箱，实行分级配电。
防雷的原理和设备是什么
防雷的原理和设备是什么防雷的原理和设备概括如下:一、防雷的原理防雷的目的是保护建筑及电器设备免受雷电击中或感应而造成损坏。
主要防雷原理有两种:1. 阻尼原理:在建筑物顶部安装避雷针,当雷云靠近时,避雷针之间和大地间产生一个阻尼电场,将雷云带下的电荷逐渐中和到一个安全值,避免放电现象发生,从而保护建筑。
2. 导流原理:在建筑物上安装避雷器,当遭受雷击时,避雷器会很快将大电流导向大地,防止电流通过建筑物而对其造成损坏。
二、常见的防雷设备1. 避雷针由导电性好的铜或铝制成,一般设置在建筑物的顶部或较高处,用于接收雷击,将大电流导入地面,保护建筑及设备。
2. 避雷带在建筑边缘安装金属接地导线,与大地接触,起到抑制地面电位上升的作用,避免感应雷击的产生。
3. 避雷器安装在供电线路及电信线路上,遇到雷电induction时,迅速将感应电流导向大地,防止设备损坏。
常见的有气间隙避雷器、氧化锌避雷器等。
4. 雷电预警系统通过探测雷电活动,当雷暴接近时,提前发出预警信号,提醒采取防护措施,将损失降至最低。
三、建筑物防雷系统的配置1. 在建筑物顶部设置避雷针,并接地。
2. 在墙体外侧安装避雷带,与避雷针连接。
3. 通信线路、电力线路等都要安装避雷器。
4. 设备要正确接地,大型设备还要另做防雷保护。
5. 重要场所可考虑安装预警系统。
6. 定期检查防雷系统,确保接地良好。
四、防雷保护的注意事项1. 避雷系统要与建筑物金属结构可靠连接。
2. 接地要低阻抗,接地体要接入大地。
3. 防雷设备要定期检查维护。
4. 确保电气绝缘距离,禁止在室外使用电话。
5. 雷击警报时,应关闭用电设备,避免触碰金属体。
五、总结合理的防雷系统能够有效保护建筑及电器设备免受雷电袭击而损坏。
但防雷保护并非100%防范雷击,还需要人们提高防雷知识和防范意识,积极配合各项防护措施。
雷电的危害及防雷装置
雷电的危害及防雷装置带电积云是构成雷电的基本条件。
当带不同电荷的积云互相接近到一定程度，或带电积云与大地凸出物接近到一定程度时，发生强烈的放电，发出耀眼的闪光。
由于放电时温度高达20000C,空气受热急剧膨胀，发出爆炸的轰鸣声。
这就是闪电和雷鸣。
雷电大体可以分为直击雷、雷电感应、球雷、雷电侵人波等。
一、雷电的危害雷电有电性质、热性质、机械性质等多方面的破坏作用，可能带来极为严重的后果。
(1) 火灾和爆炸。
(2)触电。
(3)设备和设施毁坏。
(4)大规模停电。
二、防雷装置避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。
一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。
上述针、线、网、带都只是接闪器；避雷器是一种防止雷电冲击波的防雷装置。
1.接闪器避雷针、避雷线、避雷网和避雷带都可作为接闪器，建筑物的金属屋面可作为第一类工业建筑物以外其他各类建筑物的接闪器。
这些接闪器都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后，通过引下线和接地装置，把雷电流泄入大地，以此保护被保护物免受雷击。
接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还应有足够的热稳定性。
接闪器最小尺寸见表5-lo接闪器装设在烟囱上方时，由于烟气有腐蚀作用，应适当加大尺寸。
&5T1Ifff tJ《,类别规格针长1m以下硼制宜轮铜竹立径飘mm）（mm）12 20扁钢极面呼度(mm:) (mm)-避加针针氏1-2m1625：：-一।“在烟囱上方| 20一避雷网和避济带网将6mx6m-10mxIOm8AB484网格在饮囱上方12一1004避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线。
用金属屋面作接闪器时，金属板之间的搭接长度不得小于100mm;金属板下方无易燃物品时,其厚度不应小于0.5nmi;金属板下方有易燃物品时，为了防止雷击穿孔，所用铁板、铜板、铝板厚度分别不得小于4nim、5mm、7nim;金属板不得有绝缘层。
高电压技术第5章雷电及防雷设备1
1
2
： 主 电 子 崩 ； ： 二 次 电 子 崩 ； ： 流 注
3
图 负雷云下行雷的过程 (a)负下行雷的光学照片描绘图 (b)放电过程中雷电流的变化过程
5.1.3 雷电过电压的形成
1.直击雷过电压 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已
充电的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。
(a)模拟先导放电
人们对雷电现象的科学认识始于18世纪中叶， 著名科学家有富兰克林（Franklin）、M·B·罗蒙诺索 夫（Jiomohocob）、L·B·黎赫曼（Phxmah）等，如著 名的富兰克林风筝实验，第一次向人们揭示了雷电 只不过是一种火花放电的秘密，他们通过大量实验 取得卓越成就，建立了现代雷电学说，认为雷击是 云层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象。 特别是利用高速摄影、自动录波、雷电定向定位等 现代测量技术对雷电进行的观测研究，大大丰富了 人们对雷电的认识。
2、波形
雷电流的幅值随各国自然条件的不同而差别较大， 而测得的雷电流波形却基本一致。第一次负放电电流波 形的波头较长，在峰值附近有明显的双峰；随后放电电 流波形的波头较短，没有双峰，电流陡度远大于第一次 放电，而电流幅值约为第一次放电的一半。
雷电冲击试验和防雷设计中常用的雷电流等值波形有双 指数波、斜角波和半余弦波三种。
主要的雷电参数有： 雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波 阻抗、雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷 电流陡度等。
1、雷电流的幅值、波头、波长和陡度 （1）.雷电流幅值
按DL/T 620—1997标准，一般我国雷暴日超过 20的地区雷电流的概率分布为
log P I 88
或
I
P 10 88
高电压技术-第七章-雷电及防雷保护装置
雷电流的等值计算波形。
标准冲击波形，斜角平顶波，等值半余弦波前
雷道波阻抗。雷电通道在主放电时如同导体， 具有等值波阻抗。一般取300R
I et et
1 I 1 cost
2
7.2 防雷保护装置
防雷保护装置
防雷保护装置（定义） ：能使被保护物体避免雷击， 引雷于自身并顺利泄入大地的装置。
优点：
结构简单、价廉。
缺点：
熄弧能力低，易使断路器跳闸； 与被保护设备伏秒特性不易配合；
不均匀电场，放电分散性大，伏秒特 性陡
动作后有截波，威胁绕组绝缘
不能保护主变和发电机等重要设备 只能用于线路保护和进线段的保护 需其它设备配合使用
带间隙的阀式避雷器——结构
阀型避雷器主要由火花间隙和阀片（非线 性电阻）组成
第七章 雷电及防雷保护装置
主要内容
雷电放电过程
雷电参数
防雷保护装置
重点是：电压能量吸收 器——避雷器
7.1 雷电过程与雷电参数
什么是雷电放电
雷电放电:一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长 间隙的火花放电。
与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。 但又具有重复雷击等特点。
放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：25~30kV/cm 放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电 “云-地”之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因
主放电和迎面流注阶段。当先导放电接地地面时，地面场强 增大，地面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下 先导放电相遇时，进入主放电阶段。
出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。 主放电时间极短，约50~100uS。发展速度50~100m/uS 电流幅值大，达数十千安到数百千安
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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具有分路电阻的火花间隙：
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为什么要在间隙两端并联电阻：
由于间隙各电极对地和对高压端有寄生 电容存在，使电压在各间隙上的分布不均匀， 从而使每个火花间隙的作用得不到充分发挥， 减弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工频放 电电压。
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作用原理：
在工频和恢复电压作用下，间隙电容的阻 抗很大，而并联分路电阻阻值较小，故间隙上 的电压分布主要由分路电阻决定，而分路电阻 组值相等，使间隙上的电压分布均匀，从而提 高了熄弧电压和工频放电电压。
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(2).磁吹型阀式避雷器
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结构原理：
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5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
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4.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
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火花间隙：
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作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
雷电及防雷设备
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c.电气参数
(1). 额定电压：避雷器两端子间允许的最大工 频电压的有效值
(2). 灭弧电压：保证能够在工频续流第一次经 过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最 高工频电压。
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灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的 最高工频电压，否则将不能保证续流灭弧而使阀 片烧坏。
当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电 压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，从 而使设备得到保护。由于阀片的非线性特性，其电 阻在流过大的冲击电流时变得很小，故阀片上产生 的残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐 压，设备得到保护；
当过电压消失后，间隙能在工频续流第一次过 零时就将电弧切断，从而保护了被保护设备。雷电及防雷设备 Nhomakorabea27
特点
其熄弧能力与工频续流大小有关， 续流太大，产气过多，易使管子炸裂； 续流太小，产气不足以熄弧，故对工频 续流有上下限的规定。
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优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒 特性较陡且放电分散性大，且会形成截 波，并受大气条件影响较大，所只用在 线路保护和变电所进线段保护
/ f
max
di dt max
I 2
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7
2.雷暴日与雷暴小时 雷暴日：每年中有雷电的日数 雷暴小时：每年中有雷电的小时数
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8
3.地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里
地面遭受雷击的次数，以 表示
输电线路落雷次数：
N=0.28(b+4h)
h：避雷线或导线对地平均高度 b:两根避雷线之间的距离
雷电及雷防暴雷设日备 为40
9
二.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
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10
独立避雷针
在冲击电压作用下，由于其等值频率很高， 电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布 取决于电容分布，由于间隙对地和瓷套寄生电 容存在，使电压分布不均匀，其冲击放电电压 较低，改善了避雷器的性能。
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非线性电阻
UCi
α:非线性系数
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b.工作原理
系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线 隔离，以免由工作电压在阀片电阻中产生电流使阀 片烧坏。
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构架避雷针雷电及防雷设备
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消雷器 (引雷器）
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13
2.保护范围
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(1).单支避雷针
h
hx 2
rx (hhx)P
hx
h 2
rx (1.5h2hx)P
h:避雷针高度,m h x 被保护物高度,m
P:高度影响系数 h 30m,P1
30mh 120m,P 5.5
(3). 工频放电电压：在工频电压下，避雷器将发 生放电的电压值
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(4). 冲击放电电压：指预放电时间为1.5-20微秒 的冲击放电电压
(5). 残压：指雷电流通过避雷器时在阀片电阻 上产生的压降
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(6). 保护比：指避雷器残压与灭弧电压之比
保护比愈小，说明残压愈低或灭弧电压愈高， 显示保护性能愈好。
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h
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(2).两支等高避雷针
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a.定出保护范围上部边缘最低点o
D h0 h 7P
b.二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
bx1.5(h0hx)
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(3).两支不等高避雷针
f D' 7P
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18
(4).多支等高避雷针
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1
雷电现象
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2
雷电 现象
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3
雷电现象
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4
雷电现象
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5
一.雷电的电气参数
波头、陡度及波长
标准冲击波：
f 1.2s t 50 s
i I0 (et et )
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6
等值余弦波：
i I (1 cos t ) 2
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3.排气式避雷器 结构
动画
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作用原理
当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内 外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地； 过电压消失后，在工作电压作用下，流经间 隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料分 解出大量气体，管内压力升高，气体从开口 孔喷出，从而使工频续流在第一次经过零值 时就熄灭。
19
三.避雷器
爆炸
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三.避雷器
1.基本要求 (1).能瞬时动作
(2).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
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(3).具有平直的伏秒特性曲线
(4).具有一定的通流容量，其残压 应低于被保护物的冲击耐用电压。
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2.保护间隙
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作用原理： 当雷电侵入波要危及它
所保护的电气设备的绝缘 时，间隙首先击穿，工作 母线接地，避免了被保护 设备上的电压升高，从而 保护了设备。
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优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想；
间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
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