电气工程基础第13章电力系统防雷保护
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＝I /2.6 (kA/s)
5．雷电流的极性和等值计算波形
国内外实测结果表明，75～90％的雷电流是负极性，加之 负极性的冲击过电压波沿线路传播时衰减小，因此，电气设备 的防雷保护中一般均按负极性进行分析研究。
在电力系统的防雷保护计算中，要求将雷电流波形用公式 描述以便处理，经过简化和典型化后，可得以下三种常用的计 算波形，如图13-3所示。
lg P＝－I/88 在年平均雷暴日数只有20或 更少的地区：
lg P＝－I/44
图13-2 我国雷电流幅值概率曲线
第一节 雷电的放电过程和雷电参数
4．雷电流的波前时间、陡度和波长
据统计，雷电流的波前时间T1多在1~4s内，平均为2.6s 左右，波长T2在20~100s内。雷电流波前的平均陡度为：
第一节 雷电的放电过程和雷电参数
1．先导阶段
雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面的发展是分级推进的， 每一级的长度为25~50m，停歇时间为30~90s，下行的平均速度约 为0.1~0.8m/s，此过程称为先导放电过程。
2．主放电和迎面流注阶段
当雷电先导接近地面时，会从地面较突起的部分发出向上的迎 面先导（也称迎面流注），当不同极性的下行先导和迎面先导相 遇时，就产生强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪电，出现极大 的电流（数十至数百kA），这就是主放电阶段。
3．余辉阶段
在主放电过程结束 后，云中残余电荷经过 主放电通道流向大地， 这一阶段称为余辉（余 光）阶段。
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
雷电主放电的瞬间，虽然功率很大，但是雷电产生的能量 却很小，即其破坏力虽然大，但是实际利用价值很小。以一 次中等雷电为例，取雷云电位U为50MV，电荷Q为8C，则其 能量为：
图13-3(c)为等值半余弦波，雷电流波形的波前部分接近半余弦波，可
用下式表示：
i＝I (1－cosωt)/2
式中，角频率ω＝π/T1。 等值半余弦波多用于分析雷电流波前的作用。在设计特高杆塔时，
采用等值半余弦波将使计算更加接近于实际且偏于从严。
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图13-3 雷电流的等值波形（I-雷电流幅值） (a) 标准冲击波形；(b) 等值斜角波前；(c) 等值半余弦波前
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
图13-3(a)为标准雷电流冲击波形，其波头部分可用双指数函数表示：
i＝I ( e－t－e－βt)
图13-3(b)为斜角平顶波，其陡度可由给定的雷电流幅值I和波前时 间T1确定。斜角波的数学表达式最简单，便于分析与雷电流波前有关的 波过程。并且斜角平顶波用于分析发生在10s以内的各种波过程，有很 好的等值性。
P＝50×6×1000＝300,000 MW
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
二、雷电参数
雷电参数是雷电过电压计算和防雷设计的基础，目前常采用的参 数是建立在现有雷电观测数据的基础上总结出来的。
1．雷暴日(Td)和雷暴小时(Th)
雷暴日是指该地区一年四季中有雷电放电的天数。由于不同年份 的雷暴日数变化较大，一般采用多年平均值——年平均雷暴日。一个 小时以内听到一次及以上雷声就算一个雷暴小时。据统计，每一个雷 暴日折合为3个雷暴小时。 (2005名)
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第二节 电力系统的防雷保护装置
防雷保护装置是指能使被保护物体 避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄 入大地的装置。最基本的有：
线路年平均受雷击的次数：
N＝γ ×10h/1000×100×Td (次/100km·年) 若取Td＝40，γ ＝0.07，则N＝2.8次/100km·年。
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
3．雷电流幅值
雷电流是指雷击于低接地阻抗（≤30Ω）的物体时流过该物体的电 流，近似等于传播下来的电流入射波的2倍，计算公式如下：
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第十三章 电力系统防雷保护
第一节 雷电的放电过程和雷电参 数 第二节 电力系统的防雷保护装置 第三节 架空输电线路的防雷保护 第四节 发电厂和变电站的防雷保 护
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
一、雷wk.baidu.com放电过程
雷云的带电过程：在5～12km高度的雷云主要是带正电荷，在1～ 5km高度的雷云主要是负电荷。当云中电荷密集中心的场强达到25～ 30kV/cm时，就可能引发雷电放电。
雷云放电主要是在云间或云内进行，只有小部分是对地发生的， 而且往往对地放电危害最大。75～90％左右的雷电流是负极性的。雷 电放电方式：线状、片状和球状。
根据云－地之间线 状雷电的光学照片， 如图13-1所示，由此可 了解雷电放电的一般 过程。一般一次雷击 包括先导、主放电和 余辉三个阶段。
图13-1 雷电放电的光学照片和电流变化 (a) 负雷云下行雷的放电光学照片；(b) 放电过程中雷电流的变化
i 2u0 2Z0i0 Z0 Z j Z0 Z j
雷电流幅值I是表示雷电强度的指标，是最重要的雷电参数。雷电 流幅值I是根据实测数据经整理得出的结果，图13-2所示曲线为我国 目前在一般地区使用的雷电流幅值超过I的概率曲线。
在 年 平 均 雷 暴 日 大 于 20 的 地 区，测得的雷电流幅值I的概率 曲线可用下式表示：
W＝UQ/2＝55 kW·h 每平方km每年（雷暴日为40）的落雷次数可取2.8次，所 以每平方km每年获得的雷电总能量为：
W＝55×2.8＝154 kW·h 其平均功率仅为：
P＝154×103/365/24＝17.58W 但是，雷电主放电的瞬时功率P却很大，例如若雷电流I以 50kA计算，压降以6kV/m计，雷云高度以1000m计，则主放 电功率P可达到
2．地面落雷密度
地面落雷密度γ 表示每平方公里每雷暴日的地面受到的平均落雷 次数。γ 值与年平均雷暴日数Td有关。一般Td较大的地区，其γ 值也 较大。我国标准推荐采用CIGRE 1980年提出关系式：
Ng＝0.023 Td1.3 和 γ ＝0.023 Td0.3 式中，Ng为每年每平方km地面落雷数；Td为雷暴日数。
5．雷电流的极性和等值计算波形
国内外实测结果表明，75～90％的雷电流是负极性，加之 负极性的冲击过电压波沿线路传播时衰减小，因此，电气设备 的防雷保护中一般均按负极性进行分析研究。
在电力系统的防雷保护计算中，要求将雷电流波形用公式 描述以便处理，经过简化和典型化后，可得以下三种常用的计 算波形，如图13-3所示。
lg P＝－I/88 在年平均雷暴日数只有20或 更少的地区：
lg P＝－I/44
图13-2 我国雷电流幅值概率曲线
第一节 雷电的放电过程和雷电参数
4．雷电流的波前时间、陡度和波长
据统计，雷电流的波前时间T1多在1~4s内，平均为2.6s 左右，波长T2在20~100s内。雷电流波前的平均陡度为：
第一节 雷电的放电过程和雷电参数
1．先导阶段
雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面的发展是分级推进的， 每一级的长度为25~50m，停歇时间为30~90s，下行的平均速度约 为0.1~0.8m/s，此过程称为先导放电过程。
2．主放电和迎面流注阶段
当雷电先导接近地面时，会从地面较突起的部分发出向上的迎 面先导（也称迎面流注），当不同极性的下行先导和迎面先导相 遇时，就产生强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪电，出现极大 的电流（数十至数百kA），这就是主放电阶段。
3．余辉阶段
在主放电过程结束 后，云中残余电荷经过 主放电通道流向大地， 这一阶段称为余辉（余 光）阶段。
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
雷电主放电的瞬间，虽然功率很大，但是雷电产生的能量 却很小，即其破坏力虽然大，但是实际利用价值很小。以一 次中等雷电为例，取雷云电位U为50MV，电荷Q为8C，则其 能量为：
图13-3(c)为等值半余弦波，雷电流波形的波前部分接近半余弦波，可
用下式表示：
i＝I (1－cosωt)/2
式中，角频率ω＝π/T1。 等值半余弦波多用于分析雷电流波前的作用。在设计特高杆塔时，
采用等值半余弦波将使计算更加接近于实际且偏于从严。
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图13-3 雷电流的等值波形（I-雷电流幅值） (a) 标准冲击波形；(b) 等值斜角波前；(c) 等值半余弦波前
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
图13-3(a)为标准雷电流冲击波形，其波头部分可用双指数函数表示：
i＝I ( e－t－e－βt)
图13-3(b)为斜角平顶波，其陡度可由给定的雷电流幅值I和波前时 间T1确定。斜角波的数学表达式最简单，便于分析与雷电流波前有关的 波过程。并且斜角平顶波用于分析发生在10s以内的各种波过程，有很 好的等值性。
P＝50×6×1000＝300,000 MW
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
二、雷电参数
雷电参数是雷电过电压计算和防雷设计的基础，目前常采用的参 数是建立在现有雷电观测数据的基础上总结出来的。
1．雷暴日(Td)和雷暴小时(Th)
雷暴日是指该地区一年四季中有雷电放电的天数。由于不同年份 的雷暴日数变化较大，一般采用多年平均值——年平均雷暴日。一个 小时以内听到一次及以上雷声就算一个雷暴小时。据统计，每一个雷 暴日折合为3个雷暴小时。 (2005名)
HUST_CEEE
第二节 电力系统的防雷保护装置
防雷保护装置是指能使被保护物体 避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄 入大地的装置。最基本的有：
线路年平均受雷击的次数：
N＝γ ×10h/1000×100×Td (次/100km·年) 若取Td＝40，γ ＝0.07，则N＝2.8次/100km·年。
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
3．雷电流幅值
雷电流是指雷击于低接地阻抗（≤30Ω）的物体时流过该物体的电 流，近似等于传播下来的电流入射波的2倍，计算公式如下：
HUST_CEEE
第十三章 电力系统防雷保护
第一节 雷电的放电过程和雷电参 数 第二节 电力系统的防雷保护装置 第三节 架空输电线路的防雷保护 第四节 发电厂和变电站的防雷保 护
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第一节 雷电的放电过程和雷电参数
一、雷wk.baidu.com放电过程
雷云的带电过程：在5～12km高度的雷云主要是带正电荷，在1～ 5km高度的雷云主要是负电荷。当云中电荷密集中心的场强达到25～ 30kV/cm时，就可能引发雷电放电。
雷云放电主要是在云间或云内进行，只有小部分是对地发生的， 而且往往对地放电危害最大。75～90％左右的雷电流是负极性的。雷 电放电方式：线状、片状和球状。
根据云－地之间线 状雷电的光学照片， 如图13-1所示，由此可 了解雷电放电的一般 过程。一般一次雷击 包括先导、主放电和 余辉三个阶段。
图13-1 雷电放电的光学照片和电流变化 (a) 负雷云下行雷的放电光学照片；(b) 放电过程中雷电流的变化
i 2u0 2Z0i0 Z0 Z j Z0 Z j
雷电流幅值I是表示雷电强度的指标，是最重要的雷电参数。雷电 流幅值I是根据实测数据经整理得出的结果，图13-2所示曲线为我国 目前在一般地区使用的雷电流幅值超过I的概率曲线。
在 年 平 均 雷 暴 日 大 于 20 的 地 区，测得的雷电流幅值I的概率 曲线可用下式表示：
W＝UQ/2＝55 kW·h 每平方km每年（雷暴日为40）的落雷次数可取2.8次，所 以每平方km每年获得的雷电总能量为：
W＝55×2.8＝154 kW·h 其平均功率仅为：
P＝154×103/365/24＝17.58W 但是，雷电主放电的瞬时功率P却很大，例如若雷电流I以 50kA计算，压降以6kV/m计，雷云高度以1000m计，则主放 电功率P可达到
2．地面落雷密度
地面落雷密度γ 表示每平方公里每雷暴日的地面受到的平均落雷 次数。γ 值与年平均雷暴日数Td有关。一般Td较大的地区，其γ 值也 较大。我国标准推荐采用CIGRE 1980年提出关系式：
Ng＝0.023 Td1.3 和 γ ＝0.023 Td0.3 式中，Ng为每年每平方km地面落雷数；Td为雷暴日数。