发电厂的防雷保护装置
发电厂和变电站的防雷保护
ud iL Rch
独立避雷针离配电构架的距离
为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙 Sk被击穿而造成反击事故；为了防止避雷针接地装置和被保 护设备接地装置之间在土壤中的间隙Sd被击穿：
iL
A SK 1
K
要求：
h
2 Sd
L
d
sk>0.3Rch+0.1h sd >0.3Rch
Rch
在一般情况下， sk不应小于5m， sd不应小于3m。
7.2、变电所内避雷器的保护作用
7.2、变电所内避雷器的保护作用
装设避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主 要措施，它的保护作用主要是限制过电压波的幅值。但 是还需要有“进线段保护”与之配合。 避雷器的保护作用基于三个前提： 它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合; 它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气 强度; 被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内。
发电厂和变电所雷电过电压来源及危害
雷直击发电厂和变电所 雷击输电线路产生的过电压沿线路侵入 发电厂和变电所 造成大面积停电。发电机、变压器等主 要电气设备的内绝缘大都没有自恢复的 能力
过电压防护的主要措施
防止直击雷过电压的主要措施是装设专门的避雷针或 悬挂避雷线。
对雷电侵入波过电压防护的主要措施是在发电厂、变 电站内装设避雷器，同时在线路进线段上采取辅助措 施。
是一幅值为避雷器残压
的斜角平顶波。幅值为 5KA时的残压Ub.5.
2.避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况
2.避雷器和保护物之间有一定的距离时的情况
斜角平顶波
避雷器动作后，由于波在1、2间
发生折、反射，使得设备绝缘上
发电厂和变电所的防雷保护
分析用图
避雷器上的电压
变压器上的电压波形
变压器承受雷电波能力
U c.5
2
l
Uj
变电所中变压器距避雷器的最大允许电气距离
lm
U j U c.5
2 /
三.变电所的进线段保护
保护目的：
为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设 备，限制流经避雷器的电流幅值不超过 5kv、限制侵入波陡度α不超过一定的允 许值
1.进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算 计算条件：
进线段1---2公里 雷电侵入波最大幅值为线路绝缘50%冲击 闪络电压
原理接线和等值电路图
3. 35kv及以上变电所的进线段保护
计算方程：
2.进入变电所的雷电波陡度α的计算
u
u
l
0.5
0.008u hd
令v=300m/us,陡度化为kv/m单位
2u
ib
ub z1
z1
ub
ub
ib
z1 2
u
用图解法求解
分析
避雷器电压有两个峰值：
uch
避雷器冲击放电电压，由于阀式避雷
器的伏的特性较平，可认为是一个定
值
uca 避雷器最高的残压，由于流经避雷器
的雷电流一般不超过5kA，因此其值取 为5kA下的残压
(2).变压器和避雷器之间有一定的电器距离 接线图
110kv及以上 可以相连，若ρ>1000Ω·m 应 加集中接地装置
35—60kv 当ρ<=500Ω·m 允许相连，但应 加集 中接地装置
当ρ>500Ω·m 不允许相连
二.变电所的侵入波保护
1.阀式避雷器的保护作用分析
(1).变压器与避雷器之间的距离为零
第七章 发电厂和变电所的防雷保护
2、35kV小容量变电站简化接线
变电站面积小，避雷器与变压器距离在10m以内。
四、旋转电机的防雷保护
（一）旋转电机防雷特点： 1）重要、昂贵、修复困难； 2）绝缘易老化（固体绝缘介质气隙多、易损伤，且运行
条件恶劣，受潮、振动、电动力作用）
3）冲击耐压低（仅为同电压等级变压器的1/2.5-1/4） 4）保护用的避雷器保护裕度低； 5）为降低纵绝缘压降需将来波陡度限制在a≤5kV/μs。 ∴不仅要把避雷器雷电流限制在3kA以下而且需将侵入波 陡度限制在5kV/μs以下。
避雷针
避雷针用于防止雷闪直接击中被 保护物，称为直击雷保护装置。 （一）保护原理 畸变电场 形成局部场强集中 影响先导发展路径 引雷作用 H: 定向高度 针： 线： h≤30m H≈20h H ≈10h h >30m H=600m H=300m
（二）避雷针结构 接闪器：Φ10－12mm长1－2m的镀锌或镀镍钢棒。 接地引下线： Φ6mm圆钢或截面积≮25mm的镀锌钢 绞线, 也可以利用钢筋或铁塔。 接地体：一组满足规定接地电阻值的管状或带状接地 电极。 注意各部分之间的连接（采用烧焊、线夹或螺栓）。 2.保护范围
故需采用避雷器作为变电站内侵入波的保护。 一、避雷器的保护动作过程 避雷器直接并在设备旁
避雷器动作前： ub=u(t) 动作后：
ub ib z1 2 u (t )
ub f (ib )
避雷器电压
（二）避雷器与变压器间的距离对过电压的影响
避雷器和被保护设备并在一起时，被保护设备上的过电压 就是避雷器上的电压，但实际工程中不可能在每台被保护 设备上并一台避雷器，也就是说避雷器与被保护设备存在 一定距离，距离对过电压有影响。
第七章 发电厂和变电所的 防雷保护
第八章 雷电放电及防雷保护装置
第八章雷电放电及防雷保护装置避雷针（线）的保护范围计算避雷器：保护间隙与管型避雷器原理，优缺点，应用范围，阀型避雷器的结构、原理、主要特性、分类及应用场合，氧化锌避雷器*防雷接地：接地分类，雷电流通过接地体向土壤流散时的物理过程，冲击系数。
第一节雷电参数电力系统中的大气过电压主要由雷电放电所造成的。
为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措施，必须掌握雷电的雷电的电气参数。
雷电形成过程如下：雷电先导通道带有与雷云极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。
由于雷云及先导作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。
当先导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会被击穿，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，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。
具体情况如下图所示：从雷电过电压计算和防雷设计的角度来看，值得注意的雷电参数如下：1．雷暴日及雷暴小时：一天或一小时内听见一次雷声计为一个雷暴电日或雷暴电小时以年雷暴电日或年雷暴电小时表征不同地区雷电活动的强度2．地面落雷密度(γ)：一个雷电日中，地面每平方千米面积内落雷次数γ＝0.07（次/km2·雷电日)3．雷电通道波阻抗(Z0)：300Ώ左右4．雷电的极性：90%的雷电流为负极性，因此电气设备防雷保护及进行绝缘配合时都是以负极性的雷电冲击波进行分析研究5．雷电流幅值(I)：雷电流定义：流经被击物阻抗z＝0的电流雷电流幅值是表示雷电强度的指标,也是产生雷电过电压的根源，所以是最重要的雷电参数。
雷电流幅值概率分布公式：6．雷电流的波前时间、陡度及波长：τt=2.6μs τ=50 μs (2.6/50 μs波）7．雷电流的计算波形在防雷计算中，可按不同的要求，采用不同的计算波形。
常用的有以下几种计算波形：（1）双指数波：（2）半余弦波（3）斜角与斜角平顶波8．等值电路：（略）)(tt eeIiφα---=)()(111时时Tt IaTiTtati>==≤=)cos1(2ti Iω-=第二节 避雷针、避雷线的保护范围为了防止设备遭受到直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针，其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全的将电流引入大地，从而保护了设备。
发电厂和变电站的防雷保护
➢ 避雷针的设计计算
1. 独立避雷针
uA
Rii
L0h
di dt
uB Rii
i = 100kA，L = 1.55hμH/m，
空气击穿场强500 kV/m， 土壤击穿场强300kV/m， di / dt按斜角波头= 2.6 μs。
s1 0.2Ri 0.1h s2 0.3Ri
➢ 构架避雷针
（1）对于110kV及以上的配电装置，由于绝缘较强，不 易反击，一般可将避雷针装设在构架上。构架避雷针有造价 低廉，便于布置的优点。但因构架离电气设备较近，必须保 证不发生反击的要求。在土壤电阻率 10的00地Ω区 m，仍宜 装设独立避雷针，以免发生反击。
（2）35kV 及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或 房顶上不宜装设避雷针，而需要装设独立避雷针。
（3）60kV的配电装置，在 500的Ω地 m区宜装设独立避
雷针，在
的地区50容0Ω许采m用、阀型避雷器保护作用的分析
采用阀型避雷器是变电所对入侵波进行防护的主要措施，其保护售后服
第一节 变电所的直击雷保护
变电站防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线及良好的 接地网。
➢ 装设避雷针（线）的原则
装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避 雷线的保护范围之内。
另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后， 它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够 大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电， 或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还 会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力 设备上，有可能导致电力设备的绝缘损坏。
务主要是限制来波的幅值。配合进线段保护，是现代变电所防雷接线的基
本思路
发电厂、变电站防雷保护
发电厂、变电站防雷保护
变电站是电力系统的枢纽，担负着电网供电的重要任务。
在变电站内的主要设备，如变压器、断路器、互感器等价格昂贵，一旦变电站遭受雷击，发生设备损坏，就有可能造成大面积停电。
因此，对变电站的防雷保护要求更可靠。
变电站遭受雷害可来自两个方面:一是雷直击于变电站;二是雷击线路，沿线路向变电站入侵的雷电波。
对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。
对入侵波防护的主要措施是:在变电站内装设阀式避雷器以限制入侵雷电波的幅值，使设备上的过电压不超过其冲击耐压值;在变电站的进线上设置进线保护段以限制流过阀式避雷器的雷电流和降低入侵波的陡度;对直接与架空线相连的旋转电机(称直配电机)，还在电机母线上装设电容器来限制入侵波陡度，以保护电机匝间和中性点绝缘。
1、发电厂、变电站直击雷保护
发电厂、变电站内的设备和建筑物应有可靠的直击雷保护装置如避雷针、避雷线，使所有设备均处于避雷针(线)的保护范围之内。
又由于雷击于避雷针(线)后，其地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够大，则有可能在避雷针(线)与被保护设备之间发生放电，这种现象称为避雷针(线)对设备的反击或逆闪络，因此避雷针与被保护设备之间的距离应进行计算。
对于110kV及以上的配电装置，由于绝缘水平较高不易造成。
第七章 雷电放电及防雷保护装置
在先导放电阶段，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。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。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。 高电压技术 河北科技师范学院电气教研室
' 雷击点电压 U A = I 2 ⋅
Z0Z Z =I⋅ 2 2Z 0 + Z
若取 Z 0 = 300Ω, Z = 400Ω U A ≈ 120 I 若取 Z0 ≈ Z 2
U A ≈ 100 I
(三)感应雷击过电压 雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部 等，在绝缘的导线上引起感应过电压。
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第二节 防雷保护装置
避雷针和避雷线 保护间隙和避雷器 防雷接地
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现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有： 避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接 地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸 等等。
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保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围 是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击 （概）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击 中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的 保护范围对应于0.1％的绕击率。
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(一)单支避雷针
rx = ( h − hx ) P h ( hx ≥ ) 2 h (hx < ) 2
发电厂防雷措施
发电厂防雷措施1. 介绍在发电厂运营过程中，雷击是一种常见的自然灾害，可能对设备和人员造成不可逆转的损害。
为了降低雷击对发电厂的影响，需要采取有效的防雷措施。
2. 防雷策略为了保护发电厂设备和人员的安全，以下是一些常见和有效的防雷措施：2.1. 接地系统正确安装和维护接地系统是防止雷击的必要步骤。
发电厂应建立可靠的接地系统，确保设备和建筑物能够有效地释放雷击电流。
2.2. 避雷针安装避雷针是一种常见的防雷手段。
避雷针可以吸引和导向雷电，从而减少雷击对设备和建筑物的影响。
发电厂应根据实际情况，合理布置避雷针。
2.3. 雷电监测系统安装雷电监测系统可以提前预警雷电活动的发生，并采取相应的防护措施。
雷电监测系统可以监测雷电活动的频率、强度和位置，为发电厂的防雷工作提供重要参考。
2.4. 绝缘设备和保护装置使用绝缘设备和保护装置可以预防雷电对设备的直接影响。
发电厂应确保设备的绝缘良好，并安装合适的保护装置，如避雷器和过电压保护器。
2.5. 员工培训和意识提高发电厂的员工应接受相关的防雷培训，了解防雷知识和应急处理措施。
员工的防雷意识提高可以有效减少雷击事故的发生，并及时做出正确的应对。
3. 周期性检测和维护定期对防雷设施进行检测和维护是确保其有效性的重要步骤。
发电厂应制定详细的检测计划，并及时修复或更换存在问题的设备和装置。
结论综上所述，发电厂需要采取一系列防雷措施来保护设备和人员的安全。
建立可靠的接地系统，安装避雷针，使用雷电监测系统和保护装置，以及提高员工的防雷意识，都是有效的防雷策略。
同时，定期检测和维护防雷设施也是确保其有效性的重要措施。
雷电放电及防雷保护装置课件
管式避雷器（排气式避雷器）
构造
胶木管（增大 机械强度）
作用原理
当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内 外间隙同步击穿，雷电流经间隙流入大 地；过电压消失后，在工作电压作用下， 流经间隙旳工频续流电弧旳高温使管内 产气材料（电弧高温下能产生大量气体 旳纤维、塑料或特种橡胶）分解出大量 气体，管内压力升高，气体从开口孔喷 出，造成对电弧旳强烈纵吹，从而使工 频续流在1到3个周波内熄灭。
Case 2:雷击于导线或避雷线：
U0
Z0
Z
Z
感应雷过电压计算案例
雷击点与电力线路间距离不小于65m时：
Ui
25
Ihc s
雷击于塔顶等接近导线旳接地物体时：
Ui hc
§7.2 防雷保护装置
防雷保护装置旳必要性
防雷保护装置旳种类
避雷针、避雷线、保护间隙、多种避雷器 、防雷接地
一、避雷针和避雷线
U Ci
非线性系数，最多不会 不会超出0.1，比较接近 理想阀片（相对于SiC制 成旳阀片）
SiC 电阻 U
ZnO 电阻
0
10－50 A
系统相电压
100－400 A
I
此电流很小，所以用此 种阀片制成旳避雷器能 够省去火花间隙
此电流很大，所以用此 种阀片制成旳避雷器必 须有火花间隙
金属氧化物避雷器旳特点
a.无间隙，所以构造大大简化、体积也 能够缩小诸多 b.保护性能优越 c.无续流，动作负载轻（过电压相应旳能 量）、能反复动作实现保护 d.通流容量大，能制成重载避雷器；
e.耐污性能好
避雷器旳电气参数
(1).避雷器额定电压：相当于SiC避雷器旳灭弧 电压。指避雷器能够较长器期耐受旳最大工频 电压有效值。
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
007--发电厂和变电所的防雷保护
第七章
发电厂和变电所的
防雷保护
高电压技术
概
述
一、发、变电所雷电过电压来源及危害： 发电厂、变电所是电力系统的中心环节，另外变电所是 多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 1、雷电直击发电厂和变电所 2、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所 3、雷电直击发电厂和变电所造成大面积停电，影响工 业生产和人民生活。 4、雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发、变电所电 气设备，发电机、变压器等主要电器设备的内绝缘大都没 有自恢复的能力，一旦受损，直接经济损失严重；同时修 复困难，影响时间较长，间接损失无法估量。
旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故 也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方 面的特殊性造成的。 1、旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲 击耐压值。在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低。运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时 的核定值。
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
发电厂、变电所防雷保护的措施： 按照安装方式的不同，装设独立避雷针、构架避雷针。
直击雷防护设计内容：
选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范 围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。
高电压技术
一、独立避雷针
适用范围：35kv及以下变电所 1、 避雷针的反击问题： 雷电经引下线入地时，在引下线上产生高电位，会 对被保护对象或与其有联系的物体（母线、电缆、金属 管道等）产生反击。 2、安全距离的确定： 为避免反击发生，就要求避雷针的引下线与被保护物体之 间有一定的安全距离。
设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接 点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体
第十章 发电厂和变电所的防雷保护
2U 50% I b z U bm
进线段导线波阻
从P288表10-3-2可知，1~2Km的进线端已能够 满足限制避雷器中雷电流不超过5KA或10KA的要 求。 2.进入变电所的雷电流波陡度α的计算 行波电压（KV）
KV s 0.008 u 0 .5 l hd 进线段长度（m） u
入侵波幅值和陡度位于区域Ⅰ， 则变电所出现雷害事故；位于 Ⅱ区，则无雷害事故。危险波 形越偏上或偏右，则运行方式 下的防雷性能越好。
2）改变入侵波幅值，重复上 述过程。
三、变电所避雷器保护配置 1.配电装置的每组母线上应装设避雷器，但进出 线都装有避雷器的除外。 2.旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到 被保护设备的电气距离是否满足要求而定。 3.330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装设 避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。
4.220KV及以下变压器到避雷器之间的电气距离 超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 5.三绕组变压器到低压侧的一相上宜装设一台避 雷器。
6.自耦变压器必须在两个自耦合的绕组出线上装 设避雷器，避雷器装设于变压器与断路器之间。
7.下列情况变压器中性点应装设避雷器： 1）中性点直接接地系统，变压器中性点为分级 绝缘且装有隔离开关时；
动作后：
2u (t ) u b i b z1
避雷器动作前： u b u t
u
b
f i b
Ubm为避雷器残压的最大值，虽然 残压与雷电流的大小有关，但因阀 片的非线性特性，当流过的雷电流 在很大范围内变动时，其残压近乎 不变。
由图可知： 避雷器电压有 两个峰值Uch和 Ubm， Uch是避 雷器冲击放电 电压，由于阀 型避雷器的伏 秒特性uf很平， 故此值基本上 不随侵入波陡 度而变；
雷电放电及防雷保护装置
第八章 雷电放电及防雷保护装置避雷针（线）的保护范围计算避雷器：保护间隙与管型避雷器原理，优缺点，应用范围，阀型避雷器的结构、原理、主要特性、分类及应用场合，氧化锌避雷器*防雷接地：接地分类，雷电流通过接地体向土壤流散时的物理过程，冲击系数。
第一节 雷电参数电力系统中的大气过电压主要由雷电放电所造成的。
为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措施，必须掌握雷电的雷电的电气参数。
雷电形成过程如下：雷电先导通道带有与雷云极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。
由于雷云及先导作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。
当先导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会被击穿，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，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。
具体情况如下图所示：从雷电过电压计算和防雷设计的角度来看，值得注意的雷电参数如下：1．雷暴日及雷暴小时：一天或一小时内听见一次雷声计为一个雷暴电日或雷暴电小时 以年雷暴电日或年雷暴电小时表征不同地区雷电活动的强度2．地面落雷密度(γ )：一个雷电日中，地面每平方千米面积内落雷次数γ＝0.07（次/km2·雷电日)3．雷电通道波阻抗(Z0)：300Ώ左右4．雷电的极性：90%的雷电流为负极性，因此电气设备防雷保护及进行绝缘配合时都是以负极性的雷电冲击波进行分析研究5．雷电流幅值(I)：雷电流定义：流经被击物阻抗z ＝0的电流雷电流幅值是表示雷电强度的指标,也是产生雷电过电压的根源，所以是最重要的雷电参数。
雷电流幅值概率分布公式：6．雷电流的波前时间、陡度及波长：τt=2.6μs τ=50 μs (2.6/50 μs 波）7．雷电流的计算波形在防雷计算中，可按不同的要求，采用不同的计算波形。
常用的有以下几种计算波形：（1）双指数波： （2）半余弦波（3）斜角与斜角平顶波8．等值电路：（略）第二节 避雷针、避雷线的保护范围为了防止设备遭受到直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针，其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全的将电流引入大地，从而保护了设备。
现代防雷技术PPT课件第三章防雷保护装置
保护间隙是最简单的一种避雷器。它由两个间隙组成，如图3－8所示为3、6及10kV电网常用的角型保护间隙。为使被保护设备得到可靠保护，间隙的伏秒特性的上限应低于被保护设备的绝缘的冲击放电伏秒特性的下限，并有一定的安全裕度。当雷电波侵入时，间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高。 过电压消失后，间隙中仍有工频续流。保护间隙中的电极做成角形，是为了使工频电弧在自身电动力和热气流作用下易于上升被拉长而自行熄灭。但保护间隙的灭弧能力很差，只能熄灭中性不接地系统不大的单相接地短路电流，一般难以使相间短路电弧熄灭，需要配以自动重合闸装置才能保证安全供电。 除了灭弧能力差以外，保护间隙还具有以下缺点：
3.2.1 放电间隙与避雷器的分类
具有良好的伏秒特性 避雷器与被保护设备之间应有合理的伏秒特性的配合，要求避雷器的伏秒特性比较平直、分散性小，避雷器伏秒特性的上限应不高于被保护设备伏秒特性的下限。工程上常用冲击系数来反映伏秒特性的形状。冲击系数是指冲击放电电压与工频放电电压之比值，其比值越小，则伏秒特性越平缓。因此，避雷器的冲击系数越小，保护性能越好。 具有较强的绝缘自恢复能力 避雷器一旦在冲击电压作用下放电，就会导致电压的突变。当冲击电压的作用结束后，工频电压继续作用在避雷器上，在避雷器中继续通过工频短路电流（称为工频续流），它以电弧放电的形式出现。当工频短路电流第一次过零时，避雷器应具有能自行截断工频续流、恢复绝缘强度的能力，使电力系统能继续正常运行。
强电防雷与弱电防雷对避雷器所要求的性能有较大差异，需要多说几句，电力系统防雷与电信系统防雷可作为强电防雷与弱电防雷的代表，前者主要考虑高电压大电流，所以对避雷器的容量要求较高，要耐得了大电流续流。而后者则因设备灵敏、耐压耐流能力低，对避雷器的容量要求降低，因此，对避雷器的参数增加一些限制，前面提出的陶瓷管气体放电管的极间电容较小而稳定，这方面设备的防雷应属于电信设备防雷而不是强电防雷了。
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10.1 雷电的基本概念 当雷云临近大地时，由于雷云电荷所形成的强大 电磁场的作用，使云块下的大地感应出与雷云电 荷不同极性的电荷，雷云与大地组成一个以空气 为绝缘体的电容器，如果雷云与大地间的电场强 度高到使其空间气体被击穿而形成雷击通道，雷 云即向大地放电。这种雷云向大地放电的过程叫 做雷击，其所形成的放电电流叫雷电流。
发电厂及变电站电气设备
FADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEI
10 防雷与接地
目录 10 防雷与接地
1 10.1 雷电的基本概念
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10.2 发电厂的防雷保护装置
3 10.3 接地技术与接地装置
4 10.4 接地装置的要求及敷设
2
10 防雷与接地 【知识目标】 1．了解雷电的形成过程及雷电参数； 2．了解避雷针、避雷线的原理； 3．掌握管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷
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10.1 雷电的基本概念 10.1.2 雷电参数 雷电放电涉及气象、地貌等自然条件，随机性很 大，关于雷电特性的诸参数因此具有统计性的性 质，需要通过大量的实测才能确定，防雷保护设 计的依据来源于这些实测数据。在防雷设计中， 最关心的是雷电流幅值、雷电流波形及地面落雷 密度等参数。
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10.1 雷电的基本概念
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10.1 雷电的基本概念
图10.2 感应雷的形成过程
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10.1 雷电的基本概念 （3）雷电侵入波 当输电线路遭受到直击雷、感应雷或避雷线的反 击，泄泻到输电线上的雷电荷或失去了束缚的感 应电荷，都会沿着输电线路向发电厂或变电站方 向流动，形成巨大的前沿很陡的电流，叫做雷电 侵入波，如图10.3所示。其所感应的高电压叫侵 入波过电压，会造成电气设备绝缘的损坏，形成 故障。
云对地放电频繁程度，其定义为每平方千米每雷 暴日的对地落雷次数，用λ表示。根据各国的具 体情况，λ的取值不同。我国标准规定，对雷暴 日T=40的地区，λ=0.07次/平方公里·雷暴日。
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10.1 雷电的基本概念 10.1.3 雷电的危害 雷电对发电厂及变电站的危害主要来自以下三种 情况： （1）直击雷 直击雷即雷云向发电厂和变电站的电气设备或建 筑物直接放电。雷云层中的大量电荷在极短时间 通过被击物，产生很大的雷电流。
器的工作原理； 4．了解人体触电的概念，掌握保护接地、保护
接零的工作原理及实际应用； 5．掌握接地装置敷设的要求、接地工程的分类
和特点； 6．掌握水电站和变电所接地网的敷设方法。
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10 防雷与接地 【能力目标】 1．能够解释雷电的产生过程； 2．能够说明阀型避雷器、管型避雷器、氧化锌
避雷器的结构特点； 3．能够解释保护接地、保护接零的工作原理； 4．能够测量接地电阻。
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10.1 雷电的基本概念
雷云对大地的放电通常分为先导放电和主放电两 个阶段。
云-地之间的线状雷电在开始时往往从雷云的边 缘向地面发展，并逐级推进向下发展，这种放电 称之为先导放电。当先导接近地面时，地面上的 一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强 度达到了能使空气电离的程度，会发出迎面向上 的先导。当它与下行先导相遇时，就出现了强烈 的电荷中和现象，出现极大的电流（数十到数百 千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放 电阶段。主放电的过程极短，只有几十微秒，它 是沿着负的下行先导通道，由下而上发展，故又 称“回击”。
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10.1 雷电的基本概念 因为被击物和它接触的土壤有一定的电阻，所以 当雷电流通过被击物而流入大地时，必然在被击 物上产生极大的电压降，其值可达几百万伏，这 种电压称之为直击雷过电压。由于此电压超过一 般电气设备的正常运行电压许多倍，将使电气设 备的绝缘被击穿。同时，巨大的雷电流会造成建 筑物的劈裂、倒塌及引发火灾。
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10.1 雷电的基本概念
10.1 雷电的 基本概念
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10.1 雷电的基本概念 10.1.1 雷电的产生及放电过程 雷电是大自然中最宏伟和恐怖的气体放电现象。 雷雨季节经常发生的打雷和闪电，实际上是带电 荷的雷云在空气中的放电过程。两块带异性电荷 的雷云或雷云与大地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空气击穿，即形成雷电。 在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电。
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10.1 雷电的基本概念
（2）感应雷
感应雷是由静电感应所致。在雷云临近发电厂及 变电站上空时，发电厂建筑物和附近地面上将感 应产生大量的电荷，如图10.2所示。这种与雷云 电荷相互吸引、极性不同的感应电荷，叫做束缚 电荷。与雷云电荷同极性的电荷，则被排斥到地 表深处。当此雷云对另一雷云或地面放电后，地 面感应电荷或由于失去了雷电荷电场的束缚力而 迅速流散，或由于与雷电流中和而立即消失。如 果此时建筑物接地不良，则积聚在它上面的感应 电荷不能立即流散，将与大地间形成电位差，这 个电位差称之为感应雷过电压。
度为
kA/μsI。
2.6
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10.1 雷电的基本概念
图10.1 雷电流波形
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10.1 雷电的基本概念 （3）地面落雷密度 常用平均雷暴日作为计量单位来表征不同地区的 雷电活动频繁程度。雷暴日是一年中有雷电的天 数，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。雷 暴日包含了雷云之间的放电，而防雷实际中关心
（1）雷电流幅值
雷电流具有冲击特性，即在几微秒内上升到幅值，
再经过几微秒又由幅值降到很小的数值。雷电流
的幅值与气象条件有关，根据我国的实测结果，
年平均雷暴日大于20的一般地区，雷电流幅值超
过I的概率可按下式计算：
lg P I 108
（10.1）
式中I——雷电流幅值，kA；
P——雷电流幅值大于I的概率。
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10.1 雷电的基本概念 在雷云带电的过程中，在云中形成若干个密度较 高的电荷中心，因而大多数云对地的放电是重复 的，即在第一次雷击形成的放电通道中，会有多 次放电尾随。在第一次放电完成之后，主放电通 道暂时还保持高于周围大气的电导率，其他电荷 中心将沿已有的主放电通道对地放电，从而形成 多重雷击。通常第一次冲击放电的电流最大，以 后的电流幅值都比较小。
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10.1 雷电的基本概念
（2）雷电流波形
虽然雷电流的幅值随各地区的气象条件相差很大，
但所测的雷电流波形却基本相同。其主放电时的
电流波前部分接近半余弦波，如图10.1所示。根
据实测统计，雷电流的波头时间τ1大多为1~5μs， 平均为2~2.5μs。我国的防雷规程建议雷电流的
波头时间取2.6μs，即认为雷电流的平均上升陡