电气工程基础第13章电力系统防雷保护
电力系统中的防雷保护有哪些基本措施
1 电力系统中的防雷保护有哪些基本措施？并简述其原理。
答：输电线路保护：1、架设避雷线，防止雷直击导线，对雷电有分流作用。
2、降低杆塔接地电阻3、架设耦合地线，有一定分流作业和增大导、地线之间的耦合系数。
4、采用不平衡绝缘方式。
5、装设自动重合闸6、采用消弧线圈接地，能使雷电过电压所引起的相对地冲击电流变为稳定的工频电弧。
变电站保护：装设避雷针和避雷器，使所有被保护物体在保护范围内，防止直击雷。
另外变电站还要进行进线端保护，限制侵入波的陡度。
2为什么说与SiC避雷器相比，MOA具有无可比拟的优点？答：氧化锌避雷器简称MOA, 与传统的碳化硅避雷器相比，MOA具有保护特性好，通流能力大，耐污能力强，结构简单，可靠性高等特点，能对输变电设备提供最佳保护。
SiC避雷器存在着一定的缺点：一是只有雷电最大幅值限压保护功能，而无雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；二是没有连续雷电冲击保护能力；三是动作特性稳定性差可能遭受暂态过电压危害；四是动作负载重使用寿命短等。
MOA避雷器的结构为将若干片ZnO阀片压紧密封在避雷器瓷套内。
ZnO阀片具有非常优异的非线性特性，在较高电压下电阻很小，可以泄放大量雷电流，残压很低，在电网运行电压下电阻很大很大，泄漏电流只有50～150μA，电流很小可视为无工频续流，这就是作成无间隙氧化锌避雷器的原因，其突出优点是它对雷电陡波和雷电幅值同样有限压作用，防雷保护功能完全。
3答：(1)防止雷电直击导线，使作用到线路绝缘子串的过电压幅值降低。
(2)雷击带有避雷线的杆顶时，对雷电有分流作用，可减少流人杆塔的雷电流。
,(3)对导线有耦合作用，降低雷击塔头绝缘上的电压。
(4)对导线有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。
(5)直线杆塔的避雷线对杆塔有支持作用。
(6)避雷线保护范围呈带状，十分适合保护电力线路。
以雷击带有避雷线的杆塔部为例，分析避雷线在提高线路耐雷水平中的作用。
4为什么切除带负载的变压器不会产生过电压，而切除空载变压器会产生过电压？答：变压器空载时励磁电流很小，而断路器中的去游离作用很强切除空载的变压器时，，故当电流不为零时，就发生强制熄弧的截流现象，故电流极速下降为0，电感的电压、电流关系u=L (di/dt)，故而产生过电压。
电力系统防雷保护ppt
防雷保护措施的必要性
02
为了减少雷电对电力系统的影响，采取必要的防雷保护措施是
至关重要的。
防雷保护措施的分类
03
避雷针、避雷带、避雷网等被动防雷措施和浪涌保护器等主动
防雷措施可以有效地保护电力系统免受雷电侵害。
展望
加强防雷装置的维护
定期检查和维护防雷装置，确保其良好的工作状态，可以有效地提高电力系统的防雷保护 能力。
应用先进技术
随着科学技术的不断发展，可以应用更加先进的技术和设备，提高电力系统的防雷保护水 平。
增加防雷教育
加强公众对雷电知识的了解和认识，增加防雷教育力度，提高公众的防雷意识，有助于减 少雷电对电力系统的影响。
THANKS
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02
降低接地电阻可以减少雷击对设备的冲击，提高设备的耐雷水
平。
接地电阻应按照国家规范进行设计、施工和维护，确保其电阻
03
值符合要求。
设备与线路的防雷保护
对设备进行防雷保护，可以在设备外壳、内部线路、信号线 等处安装相应的防雷器或浪涌保护器。
对线路进行防雷保护，可以在线路入口处装设避雷器或浪涌 保护器，以及在线路中间和末端装设相应的防雷装置。
防腐与防水
对防雷保护装置进行防腐和防水处理，以延长 其使用寿命。
防雷保护装置的更换
定期更换
01
根据防雷保护装置的使用寿命和实际状况，定期进行装置的更
换。
故障更换
02
当防雷保护装置出现故障无法修复时，需进行更换。在更换时
，应选用与原装置性能和规格相匹配的新的装置。
升级更换
03
随着电力系统的升级和改造，有时需要对原有防雷保护装置进
输电线路情况
电力系统中的防雷保护
电力系统中的防雷保护防止雷击是电力系统运行中需要考虑的一个重要问题。
因为一旦遭受雷击，电力设施可能受损或烧毁，甚至导致停电事故。
因此，为了保障电力系统的正常运行，我们需要进行有效的防雷保护。
一、防雷保护的基本原理电力系统中的防雷保护主要采用两种原理：一是闪络放电原理，即通过接地使雷击电流自然分散；二是过电压保护原理，即通过引入防雷装置，将来自雷电的过电压分流或吸收，保护设施不受损害。
一个完善的防雷保护系统应该包括三个层面：一是对设施进行优化设计和布置，避免设施发生雷击；二是通过设立避雷带和接地装置等手段，使雷击电流自然分散，减小设施损害；三是通过装设避雷器等装置，吸收或分流雷电过电压，保护设施不受过电压损害。
二、防雷保护的常用设施1.避雷网和避雷针：避雷网是一种覆盖在建筑物或其他设施上的屏蔽网，避雷针是一种高耸在建筑物顶端的导体，能够在风雨雷电天气时吸收或分散雷电。
这些设施都是基于闪络放电原理来工作的。
2.接地装置：接地装置是电力系统中最基本的防雷设施之一，主要目的是将雷击电流自然分散到地下。
一般情况下，接地装置应该选取有较好导电性的地层作为接地层。
3.避雷器：避雷器是通过与雷电过电压相连接，将过电压分流或吸收的一种防雷设备。
避雷器应该选用适合电力系统工作的额定电压级别和额定雷电冲击电流。
4.绝缘子：绝缘子是一个将电极隔离开来的电气设备，可以防止电流通过器件。
在防雷保护中，绝缘子是最基本的防护措施。
优质的绝缘子能够减少设施因雷击引起的故障，提高设施的可靠性和经济效益。
三、防雷保护的实施措施1.规范设计和施工，尽量将电力设施设置在不易受雷击的位置，并合理布置防雷设施，避免设施损毁。
2.加强维护管理，定期检查设备和防雷装置是否正常运转，在必要时进行更换和修缮。
3.对于高耸物体，如高层建筑、广告牌等，应该加强监测和防范措施，减少雷击带来的损害。
4.提高人员防范意识，定期进行防雷培训，教育人员如何在雷电天气下行动，避免可能存在的危险。
电力系统接地防雷保护
8.2 电气装置接地
2.自然接地体工频电阻的计算
3.冲击接地电阻的计算
4.接地线的最小截面计算
5.接地装置的计算
6． 人工接地体的常用材料及实施如下
（1） 垂直接地体采用Φ50mm的钢管或50×50×5的角钢，长度=2.5～3m较合适，排列间距一般不宜小于5m，棒顶距地面以0.7～0.9m为合适。
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电力系统接地防雷保护
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202X
电力系统保护
接地保护
防雷保护
接地保护系统
接地类型
接地和接地装置
TT系统
TN系统
IT系统
过电压
雷电有关计算
保护装置
工作接地
保护接地
雷电保护接地
防静电接地
重复接地
操作过电压
谐振过电压
暂态过电压
图 9-16 人工接地体的结构
电气装置接地
图 9-17 加装均压带的接地网
防雷装置接地的要求
避雷针宜装设独立的接地装置，防雷的接地装置及避雷针引下线的结构尺寸，应符合GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》的规定。
接地装置的计算
1.人工接地体工频电阻的计算 (9-4) (9-5) (9-6) (9-7) (9-8)
1
在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地。
2
接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。
埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。
接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。
由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。
电力系统的安全防雷
电力系统的安全防雷是指在电力系统设计、建设、运行、维护过程中，采取一系列措施，防止雷击对电力设备和供电系统造成的破坏和故障，确保电力系统的稳定运行。
雷击是由大气中产生的雷电放电引起的一种自然灾害，具有高能量和高压力的特点，对电力设备和供电系统造成的危害性非常大。
因此，电力系统的安全防雷措施至关重要，下面就对电力系统的安全防雷进行详细介绍。
电力系统的安全防雷主要包括以下几个方面：1. 合理设计：电力系统的安全防雷首先要从设计阶段开始，合理设计电力系统的结构和布置。
在选址时要避免选择雷电频繁发生的区域，特别是沿海地区和山区；在设计输电线路时要合理选择导线类型和高度，减少雷击可能性；在变电站和配电箱等设备的布置上要考虑雷电传递路径，避免强电磁场的存在。
2. 防雷装置的设置：安全防雷的关键是设置合理的防雷装置。
防雷装置主要包括避雷针、避雷带、避雷网等，它们能够将雷电放电引导到地下或地面，减少对建筑物和设备的损害。
在电力系统中，应根据具体情况设置不同类型的防雷装置，如在变电站和配电箱等设备上设置避雷带，以提高设备的防雷能力；在输电线路上设置避雷针，以增加线路的耐雷能力。
3. 接地系统的建设：接地是电力系统安全防雷的重要环节。
合理建设接地系统能够使电力系统与地之间形成良好的导电通道，将雷电放电引导到地下。
接地系统主要包括接地网、接地体和接地线，它们应具备良好的导电能力和抗雷击能力。
在接地系统的建设过程中，应严格按照相关规范和要求进行设计和施工，确保接地系统的可靠性和安全性。
4. 设备维护和巡检：定期进行设备维护和巡检对于电力系统的安全防雷至关重要。
设备维护包括设备的清洁、绝缘性能测试、连接螺丝的紧固等，以确保设备正常工作；巡检包括定期巡视设备、检查接地体的状态、观察设备周围是否有雷击痕迹等，以及时发现问题并进行处理。
设备维护和巡检的频率和方式应根据设备的重要程度和环境条件确定。
5. 人员培训和宣传教育：电力系统的安全防雷还需要加强人员培训和宣传教育。
电力系统的防雷保护
电力系统的防雷保护摘要从发展的角度来看，电力系统的雷电灾害普遍存在，防雷工作既是传统的行业又是具有发展前景的新兴行业，因此，对于电力系统的防雷研究具有十分重要的意义。
在防雷技术规范上也只讲如何实施，而未讲为什么，面对电力、电信方面雷电防护工程，往往不敢动手。
本文通过对电力系统中发电厂、变电所和输电线路的防雷措施的应用加以介绍。
关键词电力；防雷；接地变电所是电力转换站，用以提高或降低电压，并分配用电量。
从发电厂送电到用户家中的过程中，变电所扮演的角色，可比喻为高速公路的交流道。
车辆在上高速公路前须在交流道先行加速；同理，电厂发出的电要先经过变电所升高电压才可大量快速的输送。
车辆要进入市区，必须下交流道减速慢行，再驶向大街小巷，同样的，高压电须经过变电所降低电压才可依序分送各地，并逐段降低到用户可使用的电压。
电力系统防雷主要是发电厂和输电线路的防雷保护，以下具体就从这两方面来叙述。
1 发电厂、变电所的防雷保护发电厂、变电所的建筑物、输电线路和其他设备的直击雷防护，根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994，按照滚球法计算保护范围，将发电厂、变电所的被保护设备（如：建筑物、电气设备、烟囱、冷却塔、机房等）均处于避雷针（带、线）的保护范围之内。
在变电所进线处，按照《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16-92，采用进线穿金属管保护，保护距离1 km～2 km。
雷电击中接闪器时，在引下线和接地体上产生的高电位，在防雷装置附近的金属体感应过电压的防护，发电厂、变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备的防雷，因此首先必须重视建筑物本体的防雷。
雷电击中发电厂外避雷针后，它引起对地电位升高，如果与被保护设备之间的有效绝缘距离不够，极容易造成高电位反击和感应过电压事故。
在一般情况下，接地电阻不宜大于10 Ω。
电力系统防雷保护
中图分类号 ：Ｔ Ｍ８ ６ ３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ ４ － ７ ７ １ ２（ ２ ｏ １ ３ ）１ ０ － ０ ２ ２ ６ － ０ １
混凝土结构 的电线杆 电阻不超过 ３ ０ Ｑ的可 以不用 。 三 、电力系统 中的配 电变压器防雷保护措施 在 以前当配 电变压器遭受雷击后 ， 当时的结论是 高压绕组 出现 了问题 ， 这种认识在某种程度上是片面性的， 在 以事实为 依据下 ： 配 电变压器在遭受雷击后产生损害的主要原因是 “ 正 反变换 ” 的超 电压引发的，而 由反变 超电压引起 的事故 非常 巨 大。 电压在正变换过当低侧线路遭遇 电击时， 雷电所产生 的电 流渗透进低压绕组 由中性处防雷保护接地极引流 大地 ， 进入大 地的 电流 Ｉ ｊ ｄ在接地极 电阻 Ｒ ｉ ｄ上产生压降。 这个压 降使得低 压侧中性处 电位增大。增加在低 压绕组产 生过电压 ， 对低压绕 组产生危害 。 这 时 电压通过 高低压绕 组的电磁感应 电流升 高到 高压侧，高压绕组的电压增强，导致 高压绕组产生危 险的过 电 压。 被 雷电攻击 后的低压绕 组，由于经过 电磁感应从而转换到 高压侧 ，所产生的超 电压高压绕组现 象叫做 正变换过 电压 。 电压在 反变 换过当高压侧 线路遭遇 电击 时， 雷 电所产生 的 电流通过 高压侧 防雷保护器接地极 引流到大地 ， 接地 极电流 Ｉ ｊ ｄ在接 地极 电阻 Ｒ ｉ ｄ出现压 降。这个压 降的功效在低压侧 中 性处上 ， 使得低压侧 出线好 比经 电阻接地 ，电压很多部分加载 低压绕组上 。 经过 电磁 感应后 的压 降变 比升至高压侧 ， 并且累 计在 高压绕组相 电压之上 ， 以此高压绕组过 电压 出现雷 电击穿 的灾害 ，由于高压侧被雷 电攻击后，功效相 当低压侧 ，经过 电 磁感应又转换到高压侧 ， 导致超 电压的高压绕组叫反变换过 电
电气工程基础第13章电力系统防雷保护
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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：
一、避雷针 二、避雷线 三、避雷器 四、防雷接地
避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中 被保护物体，称作直击雷保护；
避雷器可以防止沿输电线侵入变电站的 雷电过电压波，称作侵入波保护；
当h≤30m时，H=20h； 当h>30m时，H≈600h。 避雷针的保护范围(2006单)是由模拟试验确定的，只具有相对的意 义。我国有关规程所推荐的保护范围是对应 0.1％的绕击率而言的。 所谓绕击系指雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象。
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第二节 电力系统的防雷保护装置
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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。
式中，h为避雷针的高度；p为高度 修正系数，当h≤30m，p＝1；当30 ＜h≤120m时，p 5.5 / h 。
图13-4 单支避雷针的保护范围
第二节 电力系统的防雷保护装置
两支等高避雷针的保护范围如图 13-5所示。两避雷针外侧的 保护范围按单支避雷针的计算方法确定。
两避雷针间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护范围上
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：
8 电力系统防雷保护
hg hc
) ≈ kU top − ahc (1 − k )
注：k为耦合系数 为耦合系数 绝缘子串两端电压的计算u （3）绝缘子串两端电压的计算 li 绝缘子串两端电压为塔顶电压和导线电位电压之差
uli = utop − uc = utop − kutop + ahc (1 − k ) Lt hc = (utop + ahc )(1 − k ) = I ( βRi + β + )(1 − k ) 2.6 2.6
2.无避雷线时的感应雷过电压 无避雷线时的感应雷过电压 （1）d>65m时 ） 时 可用I≤100kA进行估算。一般认为Ui≤300～400kV。 进行估算。一般认为 可用 进行估算 ～ 。 （2）d<50m ） 易击中线路本身。 易击中线路本身。 U i ( c ) = ahc a ：感应过电压系数（陡度） a ≈ I / 2.6 感应过电压系数（陡度） 3.感应过电压的特点 感应过电压的特点 感应雷过电压的极性与雷云的极性相反； 感应雷过电压的极性与雷云的极性相反； 相邻线路产生相同极性的感应雷过电压， 相邻线路产生相同极性的感应雷过电压，相间不存在电位 只会发生对地闪络，但也会转化为相间闪络事故； 差，只会发生对地闪络，但也会转化为相间闪络事故； 感应过电压幅值一般不超过300～400kV，35kV及以下水 感应过电压幅值一般不超过 ～ ， 及以下水 泥杆塔出现闪络事故，110kV及以上线路一般不会出现威胁。 泥杆塔出现闪络事故， 及以上线路一般不会出现威胁。 及以上线路一般不会出现威胁 6
11
Lt hc uli = I ( βRi + β + )(1 − k ) 2.6 2.6 对于以上公式的说明： 对于以上公式的说明： 各电压分量的幅值均在同一时刻出现； 各电压分量的幅值均在同一时刻出现； 没有计入系统工作电压； 没有计入系统工作电压； 绝缘子上端电压用杆塔顶端电位代替， 绝缘子上端电压用杆塔顶端电位代替，忽略塔顶和横担 间的电位差； 间的电位差； 将utop电压波沿避雷线传播而在导线上产生的耦合电压 波的耦合作用系数与避雷线对电压波的屏蔽作用而在导线 上产生的感应过电压的耦合作用系数视为同一个k值处理 值处理。 上产生的感应过电压的耦合作用系数视为同一个 值处理。
电力系统中的电气设备防雷保护设计
电力系统中的电气设备防雷保护设计随着科技的不断进步和社会的快速发展，电力系统已经成为现代社会不可或缺的基础设施之一。
然而，雷电活动作为大自然的力量之一，也给电力系统带来了巨大的安全隐患。
电气设备作为电力系统的核心组成部分，如何进行有效的防雷保护设计，成为了电力系统工程师们亟待解决的问题。
一、雷电的危害与原理雷电活动主要包括云地闪电、云云闪电和地云闪电。
雷电的危害主要体现在以下几个方面：1. 直接打击：雷电直接击中电气设备，造成设备损坏、烧毁甚至引发火灾。
2. 过电压：由于雷电击中附近的地面或电力线路，会引起一系列过电压冲击，使电气设备过载，从而烧毁设备。
3. 电磁辐射：雷电产生的电磁场辐射会对电气设备产生干扰，导致设备故障或工作不稳定。
为了有效应对这些雷电的危害，电气设备防雷保护设计必不可少。
在进行防雷保护设计之前，我们需要了解雷电产生的原理。
雷电是由于大气中水气和粒子的摩擦和碰撞产生的静电荷的积累而形成的。
在日常生活中，我们经常会遇到云对地雷电，其形成具有以下几个步骤：1. 云内电荷分离：由于云内水气和冰粒子的互相摩擦和碰撞，云内产生正负电荷的分离。
2. 云间放电：当云内的电荷到达一定程度时，云间将形成较强的电场，电场作用下，云与云之间产生电流放电，形成云间闪电。
3. 云对地放电：云间闪电产生的电磁场作用下，地面的物体将诱导出与云间电荷相反的电荷，当电荷积累到一定程度时，地对云将发生雷电放电。
了解雷电形成的原理，有助于我们更好地进行电气设备防雷保护设计。
二、电气设备的防雷保护设计电气设备防雷保护设计是指通过合理的设计措施，以减小雷电对电气设备产生的影响和危害。
下面将从接地系统、防雷装置和避雷设备三个方面进行介绍。
1. 接地系统接地系统是电气设备防雷保护设计中的重要组成部分。
一个良好的接地系统可以降低雷电对设备的危害。
首先是设备接地。
设备接地是指将设备的金属外壳和零件通过导线连接到地下埋设的大地中，以达到保护设备的目的。
电力系统防雷保护
➢ 雷害事故在系统跳闸停电事故中占很大比重。 ➢ 电力系统防雷包含线路、变电站、发电厂等环节。
10.1 输电线路的防雷保护
➢ 占电网总事故的60%以上。 ➢ 雷击跳闸事故过程：
（1）线路绝缘闪络； （2）形成工频电弧，跳闸； （3）跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。
耐雷水平：雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流
➢U电g 磁2分5 量IL：S 相hd互垂k直V，(较S 小 65m)
雷云
++++++++++
导线上束缚电荷失 去束缚开始向两侧 自由流动，其电流 在导线波阻抗上形 成过电压
主放电发生 后下行先导 中负电荷全 部被中和
5
避雷线的影响
（1）若避雷线不接地
U gd
25 I L hd S
U gb
25 I L
峰值(kA)。
1
表1 1984～1995年十年间俄罗斯500kV～1150kV线路 按照跳闸率原因分类运行数据（节选）
跳闸原因
500kV线路
稳定 跳闸数
合计
雷电引起 的跳闸
17 (12.23%)
67(17.49%)
750kV线路
稳定 跳闸数
合计
1 (5.26%)
9 (23.07%)
其它原因 引起的 跳闸
122 (87.77%) 316 (82.51%) 18 (94.74%)
30 (76.93%)
合计
139 (100%)
383 (100%)
19 (100%)
39 (100%)
1150kV
稳定 跳闸数
合计
电力系统防雷保护
接地系统应按照相关规范进行 设计和施工，以确保其防雷效 果。
接地系统应定期进行检查和维 护，确保其正常工作。
配置避雷器
避雷器是一种用于限制雷电过 电压的装置，可以保护电力系
统的设备和线路。
避雷器应按照相关规范进行配 置和安装，以确保其正常工作
。
避雷器应定期进行检查和维护 ，确保其正常工作。
采用高科技防雷设备
雷电放电过程中产生的冲击电流和电磁辐射会对电力系统的稳定性产生影响。
电力设备的损坏
雷电冲击电流可能对电力设备造成损坏，影响电力系统的正常运行。
雷电对电力设备的损害
输电线路的损坏
雷电放电过程中产生的电磁辐射和高电压可能对输电线路造成损坏。
变电所的损害
雷电冲击电流可能对变电所的设备造成损坏，导致停电或设备故障。
雷电对电力系统的危害主要表现在以下几个方面：直接雷击、感应雷击和雷电反 击等。
02
雷电对电力系统的影响
雷电的产生与危害
雷电的产生
雷电是雷云之间或雷云与大地之间的一种放电现象。
雷电的危害
雷电放电过程中产生的高温、强电流和电磁辐射等会对建筑物、设备和人体 造成严重危害。
雷电对电力系统的冲击
电力系统的稳定性
防雷设计
采用多级防雷保护措施， 包括避雷针、避雷带、避 雷器等，有效降低雷电对 电力系统的影响。
实施效果
经过实施该方案，该地区 电力系统的设备损坏率显 著降低，提高了电力系统 的稳定性和可靠性。
某大型电力系统的防雷改造工程
背景介绍
某大型电力系统由于设备老化 、设计缺陷等原因，防雷效果 不佳，需要进行防雷改造工程
。
改造内容
对电力系统的防雷设计进行全面 排查，更换老化设备，完善防雷 设施，优化接地系统等。
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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。
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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：
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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第十三章 电力系统防雷保护
第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、雷电放电过程
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。
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：
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：
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
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)
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：
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。
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。
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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。
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
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：