7电力系统防雷及接地

工作接地 保护接地 雷电保护接地 防静电接地 重复接地
过电压 雷电有关计算 保护装置
操作过电压 雷击次数计算 避雷针
谐振过电压 暂态过电压
避雷线 避雷器
雷电过电压
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一、闪电分类
闪电发生位置：
云闪
云内闪电 云际闪电 云空闪电
地闪（落地雷）
正地闪 负地闪（90％左右）
根据闪电形状：线状闪电、带状闪电、片状闪电、联 珠状闪电和球状闪电（地滚雷）；其中线状闪电最常 见。
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3、避雷线
避雷线：一般用截面不小于35mm2的镀锌钢铰线，架设 在架空线或建筑物的上面，以保护架空线或建筑物免遭 直击雷击。由于避雷线既是架空的又是接地的，也称为 架空地线。
避雷线的接闪原理与避雷针类似。由于其对雷云与大地 间电场畸变影响较小，又受风吹摆动，因此，其引雷空 间和保护半径都比避雷针小，但其保护范围的长度与线 路等长，两端还有其保护的半个圆锥体空间。 避雷线保护范围的确定（略）。
主放电:
❖特点：➢ 存在时间极短 （约50～ 100μs ）
➢ 电流极大 （ 数十～上百千安）
余辉放电: ❖特点：➢ 电流不大 （数百安）
➢ 持续时间较长（ 0.03～ 0.15s）
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雷电放电的发展过程
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四、雷击的易击区
大量统计资料和实验研究证明，雷击地点 和建筑物遭受雷击部位具有一定的规律性。
45º
a.折线法：
h hx ha
h/2
1.5h
rx
hx水平面上保 护范围的截面
hx为被保护物的高度，h为避雷针高度。在被保护物高度水平
面上的保护半径rx分两种情况确定：
hx≥h/2 ： rx=（h-hx）P
（9.10）
hx＜h/2 ： rx=（1.5h-2h）P （9.11）
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b. “滚球法”
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4、地面落雷密度： 为了防雷设计和采取防雷措施，必须
知道地面落雷密度，地面落雷密度“r”的 定义为：每一雷电日每平方公里地面遭受雷 击的次数，“规程”建议r为0.07次/平方公 里·雷日。
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5、保护角：
通常将避雷线与外侧导线的连线和避雷线 对地垂直线之间的夹角叫保护角。
河南等省的大部分地区和陕西、内蒙古自治区的大部分地区 雷暴日一般为20-50天，雷暴小时为50-200 h 在戈壁、沙漠地带或盆地一般雷暴日低于20天，雷暴小时 低于50 h，有的地方甚至不到10天，雷暴小时低于25 h 在青藏高原的北缘和东缘由于地势较高，地形的起伏较大， 地形的抬升使得雷暴易于形成，因此，平均年雷暴日普遍高 于同纬度的其他地区，一般可达50-80天，雷暴小时可达 50-200 h，局部地区甚至更大
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4、进线保护段
进线段保护的作用 进线段主要起两方面的作用：a. 进入变电所的雷电过电压
波将来自进线段以外的线路，它们在流过进线段时将因冲击电 晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；b.利用进线段 来限制流过避雷器的冲击电流幅值。
发电厂和变电所应采取的措施： 1）未沿全线架设避雷线的35kV－110kV架空送电 线路，应在变电所1km－2km的进线段架设避雷线。
hr为滚球半径；hx为离地高度；h 为避雷针高度；
rx为离地高度为hx时所能保护的
半径。
当避雷针高度为h 时， 如h≤hr，地面上的保护半 径r0为
r0 h(2hr h)
则高度为hx的平面xx’上的保护半 径rx为
rx r0 hx (2hr hx )
hr按防雷级别确定
一类hr=30m二类hr=45m三类hr=60m
电力系统防雷及接地
宁波大学信息学院
主要内容
一、闪电分类 二、云地闪电的主要发展过程 三、雷电放电过程 四、雷击的易击区 五、防雷的几个基本术语 六、发电厂和变电所的防雷保护 七、高压输电线路的防雷 八、电气接地
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接地保护
电力系统保护 电气安全
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
3）进线保护段上的避雷线保护角宜不超过20度， 最大不应超过30度。
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5、避雷器
避雷器是用来防止线路的感应 雷及沿线路侵入的过电压波对变电 所内的电气设备造成的损害。它一 般接于各段母线与架空线的进出口 处，装在被保护设备的电源侧，与 被保护设备并联。
避雷器与避雷针、线不同，实质上是一种放电器。当线路上 出现危及绝缘的过电压时，避雷器将优先于被保护物放电，从而 限制了过电压，使与其并联的设备得到保护。
易击区： 1. 空旷地区：雷击高的物体 2. 山区：有时山顶物体，有时迎风面 3. 与地质条件有关：地质有矿物质
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五、防雷的几个基本术语
1、雷电流波形：在雷电放电过程中， 对设备最危险的就是雷电流，它不但幅 值很高，而且有很高的上升速度。
雷电流的波头和波尾皆为随机变量
，其平均波尾为40μs；对于中等强度 以上的雷电流，波头大致在1-4μs内， 实测表明，雷电流幅值IL与陡度的线性 相关系数为0.6左右，这说明雷电流幅 值增加时雷电流陡度也随之增加，因此 波头变化不大，根据实测的统计结果， “规程”建议计算用波头取2.6μs。
避雷器主要有阀式避雷器、排气式避雷器、角型避雷器和金属 氧化物避雷器等几种。
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✓避雷器（MOA）的作用：限制由线路传来的雷电 过电压，或由操作、故障等引起的内部过电压。
1、三道防线 （1）防止雷击于发电厂、变电所电力设备上（避雷
针或避雷线） （2）进线保护段 （3）将侵入变电所雷电波降低到电气装置绝缘强度
允许值（如采用MOA避雷器） 2针来防止直击雷。
② 3~10kV配电线路的进线防雷保护，可以在每路进线终 端，装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及 隔离开关。如果进线是电缆引入的架空线路，则在架空线 路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳 相连后接地。
少雷区
T<15
中雷区
15T<40
多雷区
40T<90
强雷区
T 90
•雷暴小时：指该小时内发生过雷暴
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我国雷暴活动的地理分布
雷暴活动随地理位置的不同有很大的差别 在我国的东南地区，如广东省和广西壮族自治区，平均年雷
暴日可达90-120天，雷暴小时可达400-600 h 长江两岸雷暴日为40-50天左右，雷暴小时可达150-200 h 在我国北方地区如黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、山西、
（2）避雷针（线）的保护范围
电力行业标准DL/T 620-1997规 定的保护范围内可能遭受雷击概率为 0.1%
引下线Φ6mm 接地体
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避雷针常用于保护发电厂、变电站及其它独立的建筑物；避雷线主要用来
保护输电线路，也可用来保护发电厂和变电所室外的配电装置。
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1）、单支避雷针的保护范围
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35kV及以上变电站的进线段保护典型接线如图所示。
1~ 2
k m
A
FZ
G B2
G
B1
FZ
GB
(a) 线 未路 沿的 全变 线电 架 的站 设的 避进 雷线保护 35 ～接110kV
站
线
(b)全线有避雷线的变电站的进站保护接线
35kV及以上变电站的进线段保护接线
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2）220kV－500kV架空线路，在2km进线保 护段范围内以及35kV-110kV线路在1km-2km进 线保护段范围内的杆塔耐雷水平应符合以下要 求：
图 3～10kV系统变压器的防雷保护
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2、避雷针（线）
（1）避雷针（线）的防雷保护原理
在雷电先导阶段，避雷针顶部聚 积电荷，在发展先导和避雷针顶端之 接闪器 间通道建立了很大电场强度，避雷针 Φ10～12mm 迎面先导的产生和发展大大加强这通 道中的场强，最后选定击中避雷针。
避雷针的作用:引雷 、泄雷
图 3～10kV配电线路的进线防雷保护
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③为防止雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，对所内设 备造成危害，特别是价值最高但绝缘相对薄弱的电力变压 器，在变配电所每段母线上装设一组阀型避雷器，并应尽 量靠近变压器，距离一般不应大于5m。如 左 图中的F3。 避雷器的接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳 连在一起接地，如图。
τt—波头；τw—波尾；τ—波 长
雷电流的幅值与波头，决定了雷电流的上升陡度a，a越大
，对有绕组的电气设备破坏越严重，在变电站中会大大降低避
雷器的保护距离。因此，研究雷电过电压的保护措施时，应设
法降低其陡度。
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2、雷电流幅值：雷电流iL为一非周期冲击波，其 幅值与气象、自然条件等有关，是一个随机变量， 只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。 雷电流幅值概率分布可用下式表示
rx h(2hr h) hx (2hr hx ) 16.1m 15
能保护该建筑物。
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2）、两支等高避雷针的联合保护范围
比两单根避雷针保护范围的和要大。确定方法为：两针外侧
的范围按单针方法确定；内侧的范围按下式确定:
h0=h-D/7P
（9.12）
bx=1.5（h0-hx）
（9.13）
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8、雷电过电压（外部过电压、大气过电压）：
由大气中的雷云放电引起
（1）直击雷过电压：
当电力系统的导线或电气设备受到雷电直击时，被击物将 有很大的雷电流流过，造成直击雷过电压。
对任何电压等级（含百万伏等级）的线路和设备 都可能产生危险。 （2）感应雷过电压：雷电没有直接击中导线或设备，而
是由于雷云放电时，电磁场剧烈变化，在导线或设备上感 应出过电压。