第七章 发电厂和变电所的防雷保护(2012级)
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大气过电压防护—发电厂、变电所防雷保护(高电压技术课件)
(2)架构避雷针
60kV及以上的配电装置，因为绝缘 水平较高，可以将避雷针架设在配电 装置的构架上，以可以节约投资、便 于布置。
60kV的配电装置,土壤电阻率ρ >500Ω · m时,110kV的配电装置， 土壤电阻率ρ >1000Ω · m时需独立 架设避雷针。
在装设避雷针的构架附近埋设辅助集中 接地装置，且避雷针与主接地网的地下 连接点至变压器接地线与主接地网的地 下连接点之间，沿接地体的长度不得小 于15m。
图 独立避雷针与被保护设备间的距离
三、发电厂、变电站防止直击雷的措施
K0U
为防止避雷针对构架发生 反击，避雷针与构架间的 空气间隙距离SK≥UA/E1,， E1为空气间隙的平均冲击 击穿场强
为了防止避雷针接地装置 与被保护设备接地装置之 间因土壤击穿造成反击， Sd≥Ud/E2，E2为土壤的平 均冲击击穿电压
7.3.3发电厂、变电所防雷保护
7.3.3.4 旋转电机防雷保护
一、旋转电机防雷保护的特点
旋转电机的防雷保护比变压器困难得多，其雷害事故率也往往大于变 压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面的特殊性所造成的。
防雷保护的特点：
1、在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的绝缘水平最低； 2、电机使用运行的条件恶劣； 3、电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水平差不多、裕 度很小，因此必须加装其他器件； 4、发电机绕组的匝间电压的大小与入侵波的陡度成正比；
1、FCD：在发电机出线母线上装设一组保护旋转电机专用的ZnO避 雷器或FCD型磁吹避雷器
2、并联电容器C：母线上装设，以限制进波陡度和降低感应雷 击过电压的作用 3、电抗器L：限制工频短路电流，降低冲击电流陡度和减小流过FCD 的冲击电流，FS用来保护电抗器L和B处电缆头的绝缘。 4、插接一段长150m以上的电缆段，限制流入避雷器FCD的冲击电流不 超过3kA。 5、管型避雷器FG1、FG2：FG1的动作代替FG2的动作，使电缆发挥 其限流作用。FG1距离A点70m。
第7章 发电厂和变电所的防雷保护
独立避雷针 构架避雷针 我国规程的相关规定
独立避雷针
雷击避雷针时,雷电 流流经避雷针及其接地 装置。在避雷针高度h处 和接地装置处将出现高 电位,有可能使间隙Sk和 Sd被击穿,造成反击。 一般情况下：
S k ≥ 5m
S d ≥ 3m
构架避雷针
注意事项： a.为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器 的绝缘免受反击的威胁，要求在装设避雷针的构 架附近埋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，沿接地体的距离不得小于15米； b.由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要 的设备。在变压器的门型构架上，不允许装避 雷针。
b) 60kV及以下电压等级变压器的中性点保护 采用全绝缘,且流过雷电流较小,中性点一般不 需保护 c) 110kV及以上 中性点一般直接接地 为了继电保护的需要,其中部分变压器中性点不 接地,若其中性点采用分级绝缘,需在中性点上加 装避雷器或保护间隙
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7.5 旋转电机的防雷保护
7.5.1 旋转电机的防雷保护特点 7.5.2 直配电机的防雷保护
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7.3 变电所的进线段保护
7.3.1 变电所进线段的保护作用 7.3.2 雷电波经进线段后陡度和电流的计算
8.3.1 变电所进线段的保护作用
为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，必 须限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA（330kV500kV为10kA)、限制侵入波陡度α不超过一定的允 许值。 35-110kV无避雷线线路,雷击变电所附近导线时, 两者都有可能超过。 进线段保护是指在临近变电所1-2km的一段线路上 加强防雷保护措施，从而使避雷器雷电流的幅值和 陡度都降低到合理范围内。
b) 进入变电所的雷电波陡度α的计算 U50%将大大超过导线的临界电晕电压,导线将 发生冲击电晕,波在传播过程中将变生变形
ch4.发电厂和变电所的防雷保护
避雷线一端经配电装臵构架接地，另一端绝缘
s k 0 .3 R ch 0 .1 6 ( h l ) s d 0 .3 R ch
避雷线两端接地
s k '[0 .3 R ch 0 .1 6 ( h l )] ' ( l 2 h ) /( l 2 l 2 h ) s 0 .3 ' R ch d
发电厂和变电所的行波保护
进线保护段的特点： 装设避雷线，避雷线的保护角不超过20°，以减少绕击和反击，其耐 雷水平要达到有关规程规定值； 流过避雷器的冲击电流 不考虑雷电波u(t)在避雷器 处反射后，反行波在某处反 射后回到避雷器处的情况。
避雷器动作后：
2U 5 0 % IZ u R uR f ( I )
安全要求： u u
j T
被保护设备上的实际电压波形
最大安全距离： l m
(u j u R ) 2 / v
(u j u R ) 2
磁吹阀式避雷器的残压比普通阀式避雷器的残压低，因此变电所中若使用磁 吹避雷器，则变压器与避雷器间的最大允许电气距离将比普通避雷器时大。
-14-
发电厂和变电所的行波保护
其中β’ 为避雷线的分流系数，其计 算可参照雷击塔顶(带避雷线的情形)
※避雷针、避雷线的sk一般不宜小于5 m，sd一般不宜小于3 m，在可能的情况 下，应适当地加大。 -7-
发电厂和变电所的直击雷保护
•是否可以装设构架避雷针的问题
直接装设在构架上的避雷针称为构架避雷针
优点：造价低廉、便于布臵 缺点：构架离电气设备较近，容易发生反击
从线路来的雷电波的幅值不超过线 路绝缘子串的50 %冲击放电电压。
s k 0 .3 R ch 0 .1 6 ( h l ) s d 0 .3 R ch
避雷线两端接地
s k '[0 .3 R ch 0 .1 6 ( h l )] ' ( l 2 h ) /( l 2 l 2 h ) s 0 .3 ' R ch d
发电厂和变电所的行波保护
进线保护段的特点： 装设避雷线，避雷线的保护角不超过20°，以减少绕击和反击，其耐 雷水平要达到有关规程规定值； 流过避雷器的冲击电流 不考虑雷电波u(t)在避雷器 处反射后，反行波在某处反 射后回到避雷器处的情况。
避雷器动作后：
2U 5 0 % IZ u R uR f ( I )
安全要求： u u
j T
被保护设备上的实际电压波形
最大安全距离： l m
(u j u R ) 2 / v
(u j u R ) 2
磁吹阀式避雷器的残压比普通阀式避雷器的残压低，因此变电所中若使用磁 吹避雷器，则变压器与避雷器间的最大允许电气距离将比普通避雷器时大。
-14-
发电厂和变电所的行波保护
其中β’ 为避雷线的分流系数，其计 算可参照雷击塔顶(带避雷线的情形)
※避雷针、避雷线的sk一般不宜小于5 m，sd一般不宜小于3 m，在可能的情况 下，应适当地加大。 -7-
发电厂和变电所的直击雷保护
•是否可以装设构架避雷针的问题
直接装设在构架上的避雷针称为构架避雷针
优点：造价低廉、便于布臵 缺点：构架离电气设备较近，容易发生反击
从线路来的雷电波的幅值不超过线 路绝缘子串的50 %冲击放电电压。
第7章发电厂和变电站的防雷保护
段杆塔接地电阻难于下降，不能达到要求的耐雷水平，
可在进线的终端杆上安装一组 1000左右的电抗线圈来
H
代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电
流又能限制入侵波陡度。
变压器的防雷保护
一、三绕组变压器的防雷保护
高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间
的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一
定过电压。在任一相低压绕组加装阀式
➢ 电缆段保护（进线段保护）：限制流经避雷器中
的雷电流小于3kA（对直配电机以3kA下的残压作
为设计标准）
➢ 电抗器保护：使F2可靠动作
电机母线上装设电容C以限制来波陡度
（a）原理接线图 （b）等值电路 Zg—电机波阻抗
有电缆段的电机进线段保护接线
L1-电缆芯线的自感；L2- 电缆外皮的自感；
L3- 电缆末端外皮接地线的自感 ；L4- 电缆末
➢110kV及以上的中性点有效接地系统
1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电
所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装
一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。
2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相
当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压
➢ 35kV及以下的中性点非有效接地系统
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
可在进线的终端杆上安装一组 1000左右的电抗线圈来
H
代替进线段，此电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电
流又能限制入侵波陡度。
变压器的防雷保护
一、三绕组变压器的防雷保护
高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间
的静电耦合和电磁耦合，低压侧出现一
定过电压。在任一相低压绕组加装阀式
➢ 电缆段保护（进线段保护）：限制流经避雷器中
的雷电流小于3kA（对直配电机以3kA下的残压作
为设计标准）
➢ 电抗器保护：使F2可靠动作
电机母线上装设电容C以限制来波陡度
（a）原理接线图 （b）等值电路 Zg—电机波阻抗
有电缆段的电机进线段保护接线
L1-电缆芯线的自感；L2- 电缆外皮的自感；
L3- 电缆末端外皮接地线的自感 ；L4- 电缆末
➢110kV及以上的中性点有效接地系统
1、中性点为全绝缘时，一般不需采用专门的保护。但在变电
所只有一台变压器且为单路进线的情况下，仍需在中性点加装
一台与绕组首端同样电压等级的避雷器。
2、当中性点为降级绝缘时，则必须选用与中性点绝缘等级相
当的避雷器加以保护，同时注意校核避雷器的灭弧电压
➢ 35kV及以下的中性点非有效接地系统
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
发电厂和变电所的防雷保护
35kV及以下变电所需独立加设避雷针，并达到不反 击的要求。
(1) 配电构架辅助接地装置与地网连接点
（1） （2）
(2) 变压器接地与地网的连接点
7
二、变电所内避雷器的保护作用
8
装设避雷器
正确选择避雷器的形式、参数 合理确定保护接线方式，如台数、装设位置 尽量少的避雷器保护所有设备
9
1、避雷器与被保护设备距离为零时的过电压
di L 38.5kA / s dt
避雷针的接地装置上
A SK 1 h
L0=1.55μH/m; h高处L=1.55hμH 空气与土壤的平均击穿场强：
2 Sd
E＝500kV/m
K
L d
Rch
5
1、避雷针的反击
发生反击时: 500Sk=100Rch+60h
500Sd=100Rch
防止反击: Sk>0.2Rch+0.1h 一般5m
19
2、35kV小容量变电所进线段的保护
避雷器距变压器距离小于10m，a允许大一些 进线段可缩短到500～600m 为了限流，FE1、FE2的接地电阻 R 5
<10m
20
旋转电机的防雷保护
一、 旋转电机防雷保护的特点 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. 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。 2. 电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护 水平相差不多、裕度很小。 3. 发电机绕组的匝间电容很小和不连续，迫使过电压 进入电机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它的每 匝绕组的长度又远较变压器绕组为大。
发电厂和变电所的防雷保护
2U 50% IZ u R uR f (I )
用图解法或解析法求解，可得流过避雷器的最大冲 击电流：
2U 50% u R I Z
如为220kV线路，取U50%＝1200kV，Z＝400Ω，uR＝ 664kV，则
2 1200 664 I kA 4.34 kA 400
如果低压绕组连接有25m及以上的金属铠装电缆段， 则相应地增加了低压侧的对地电容，限制了过电压， 此时低压侧可不装避雷器。 中压绕组不必加装避雷器 双绕组变压器在正常运行时，高压与低压侧断路器都 是闭合的，两侧都有避雷器保护。
2. 自耦变压器的保护 当雷电侵入波从高压端线路袭来： 在中压侧与断路器之间应装设一组避雷器，以便在中 压侧断路器开路时，保护中压侧绕组的绝缘。
2．避雷线 ①110kV及以上的配电装置 可将线路的避雷线引接到 出线门型构架上，但土壤电阻率大于1000Ω·m的地区， 应加装3—5根接地极。 ②35-60kV配电装置 在ρ不大于500Ω·m的地区，允许 将线路的避雷线引接到出线门型构架上，但应装设3—5 根接地极；当ρ ＞500Ω·m时，避雷线应终止于线路终 端杆塔，进变电所一档线路可装设避雷针保护。
不计变压器的入口电容、波到达变压器端部时，将 发生全反射； 避雷器放电后限制电压的效果需经过时间τ才能到达 变压器。在这段时间内，变压器上的电压仍以2α的陡 度继续上升。变压器上最大电压将比避雷器上的电压 l 高出△u： u 2 2
变压器上的电压应为:
U T u u u 2 l
5.2 发电厂和变电所的行波保护
防止雷电波侵入变电所的保护措施： 使用阀型避雷器，限制来波的幅值； 在距变电所适当的距离内，装设可靠的进线保护段， 利用高幅值入侵波在导线上产生的冲击电晕，降低入 侵波的陡度和幅值; 利用导线自身的波阻抗限制流过阀型避雷器的冲击电 流幅值。
第七章 发电厂和变电所的防雷保护(2012级)
此外，还须注意的情况：
当中压侧接有出线时（相当于 A点经线路波阻抗 接地），如高压侧有过电压波入侵， A点的电位接近 于零，大部分过电压将作用在 AA 一段绕组上，这显然 是危险的，同样地，高压侧接有出线时，中压侧进波 也会造成类似的结果。
显然， AA 绕组越短（变比k越小），危险性越大。 一般在 k 1.25 时，还应在AA 之间再跨接一组避雷器 （FV3）。
下的残压，所以还需配合进线保护措施以限制 流经FCD型避雷器中的雷电流小于3KA。
UC G
Z
FCD
（2）电容器保护
它主要功能是限制侵入波陡度a和降低感应过电压。通 常在发电机母线上 装设电容器来降低侵入波陡度。若侵入 波幅值为U0 的直角波，则发电机母线上电压（即电容C上 电压 UC ）可按等值电路计算，计算结果表明，每相电容 为 0.25 ~ 0.5F 时，能够满足 a 2kV / s 的要求。同时也满 足限制感应过电压使之低于电机冲击耐压的要求。
在芯线中就不会有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电
感 L3存在，则 iR1 与 L2di2 / dt 之间就有差值，差值越大则流经芯线的雷
电流就愈大。
A
G
L4
L2
L3
C
FCD
i2
FE2
i R1
G L4
C
FCD
L2 L3
70m
i2
FE2
i R1
FE1
（4）电抗器
主要功能是在雷电波侵入时抬高电缆首端冲击电压， 从而使管型避雷器放电。例： 在电缆首端与FE2之间加装 100 ~ 300H 电感； 将FE2沿架空线前移70m。
最大允许电气距离
对于一般变电所的入侵雷电波防护设计 主要是选择避雷器的安装位置，其原则是在 任何可能的运行方式下，变电所的变压器和 各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允 许电气距离 lmax 。
发电厂和变电所防雷保护共55页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
发电厂和变电所防雷保护
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Thank you
发电厂和变电所的防雷保护措施
雷电是一种壮观的自然现象。
但是目前人类尚未掌握它和利用它，处于防范它所造成危害的阶段。
变电所（tansformer substation）担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。
1. 雷电的形成和特点雷电是带有电荷的雷云之间或雷云对大地（或物体）之间产生急剧放电的一种自然现象。
当雷电发生时，放电电流使空气燃烧出一道强烈的火花，并使空气迅速猛烈膨胀，发出巨大响声。
雷电的特点是：时间短，电流强，频率高，感应或冲击电压大。
雷电出现的地方，可能对电气设备、建筑物、构筑物造成破坏，对人畜造成伤害，甚至可能造成爆炸、火灾等事故。
2. 雷电的主要危害2.1雷电放电时产生高温损坏设备带电云对地面物体发生放电时，雷电流可达几十千安，甚至几百千安。
这样大的电流，即使持续时间非常短，也能在通道上产生大量的热，温度最高可达几万度。
显然，这样强烈的弧光若与易燃易爆物质相接触，必然会引起燃烧、爆炸或造成火灾。
如果厂房的屋顶是可燃的，雷击时就可能引起火灾。
3. 雷电的特性3.1直击雷大气中带有电荷的雷云对地电压可高达几十万KV。
当雷云同地面凸起物之间的电场强度达到该空间的击穿强度时所产生的放电现象，就是通常所说的雷击。
此时，雷电直接对建筑物或其他物体放电，产生具有很大破坏性的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。
线路或设备直接受到雷击，对电气设备危害极大。
架空线路遭雷击，不仅危害线路本身，而且雷电还会沿导线传播到发、变、配电所，从而危害发、变、配电所的正常运行，严重时还会引起火灾、房屋倒塌或损坏电气设备。
3.2感应雷落雷处邻近物体因静电感应或电磁感应产生高电位所引起的放电称为感应雷。
当建筑物、构筑物或架空线路上空有雷云时，在建筑物、构筑物或架空线路上便会感应出与雷云所带电荷性质相反的电荷。
雷云向其他地方放电之后，云与大地之间的电场消失了，但聚集在建筑物、构筑物顶部上或线路上的电荷并不能立刻散去，而是向地面流散或向线路两端流动，此时建筑物、构筑物的顶部上或线路对地面便有很高的电位，形成感应过电压。
发电厂和变电站的防雷保护
要将变电站电气设备上的过电压水平限制 在其冲击耐压值以下，必须限制从线路传来的 侵入波陡度，以限制由于避雷器与电气设备之 间的距离引起的电位升高；限制流过避雷器的 雷电流不超过5kA以降低残压。
U Bm
Ur.5
2a
Ur.5
Байду номын сангаас 2a
l v
要求在靠近变电站1km~2km的一段进线上 加强防雷保护措施，即进线段保护。当线路全线 无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当线路 全线有避雷线时，也将变电站附近2km长的一段 进线列为进线保护段，进线保护段应具有较高的 耐雷水平。
对两端接地的避雷线
（8—10） （8—11）
Sa 0.2Ri 0.1(h l) （8—12）
Se 0.3 Ri
（8—13）
一般情况下，避雷针、避雷线的Sa不宜小于5m， Se不宜小于3m。
• 避雷线一端绝缘时绝缘子串的片数，按雷击绝缘子串附 近避雷线不致使绝缘子串闪络的条件选择。
• 关于线路终端杆塔上的避雷线能否与变电站架构相连， 按是否发生反击的原则处理。当线路电压等级在110kV 及以上时，允许引至出线的门型架构上，土壤电阻率大 于1000Ω·m时，应装设集中接地装置。土壤电阻率ρ＜ 500Ω·m时，35kV~60kV线路的避雷线允许连接到出线 门型架构上，但应设集中接地装置。当ρ＞500Ω·m时， 避雷线应终止于线路终端杆塔，从线路终端杆塔到屋外 配电装置架构之间的一档线路由避雷针保护。
当土壤电阻率ρ＜500Ω·m时，35kV~60kV 线路的避雷线允许连接到出线门型架构上， 但应设集中接地装置。在ρ＞500Ω·m的地区 ，避雷线应终止于线路终端杆塔，从线路终 端杆塔到配电装置架构之间的一档线路由独 立避雷针保护，也可在线路终端杆塔上装设 避雷针。
发电厂和变电所的防雷保护
① 入侵波u＝αt ，
② 避雷器动作后， 从地面反射波uB＝ – α( t – tp ) 是一负的电压波，使
ub＝ u+uB＝ αt – α( t – tp )
⑵ 在变压器的门型构架上，不允许装避雷针
高电压技术
⑶ 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：
A、110kV及以上，一般可以将避雷针架设在配电装 置的构架上。但若ρ>1000Ω·m， 应加集中接地装置。
B、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。
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。
避雷针支座上高度为 h 处的对地电压
uk
L
diL dt
iL Rch
接地装置出现的电位：
ud RchiL
L L0 h LO＝ 1.3 （uh/m）——引下线的分布电感
Sk
Uk Ea
而：对应电阻分量的 E a E a R 500 (KV/m)
对应电感分量的 E a E aL 700 (KV/m)
Sk
150 Rch 500
75 h 700
即Sk 0.3 Rch 0.1h ( m )
最低要求 Sk 5(m)
对于接地体，如果地中的冲击击穿
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。
② 避雷器动作后， 从地面反射波uB＝ – α( t – tp ) 是一负的电压波，使
ub＝ u+uB＝ αt – α( t – tp )
⑵ 在变压器的门型构架上，不允许装避雷针
高电压技术
⑶ 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：
A、110kV及以上，一般可以将避雷针架设在配电装 置的构架上。但若ρ>1000Ω·m， 应加集中接地装置。
B、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。
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。
避雷针支座上高度为 h 处的对地电压
uk
L
diL dt
iL Rch
接地装置出现的电位：
ud RchiL
L L0 h LO＝ 1.3 （uh/m）——引下线的分布电感
Sk
Uk Ea
而：对应电阻分量的 E a E a R 500 (KV/m)
对应电感分量的 E a E aL 700 (KV/m)
Sk
150 Rch 500
75 h 700
即Sk 0.3 Rch 0.1h ( m )
最低要求 Sk 5(m)
对于接地体，如果地中的冲击击穿
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。
七章雷电放电及防雷保护装置-
(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。（具有上限值和下限值（必须 要高于内部过电压））
(4).冲击放电电压：对220kV及以下的避雷器， 指的是标准雷电冲击波下的放电电压（幅值） 的上限；对330kV及以上的超高压避雷器，除 了雷电冲击放电电压外，还包括在标准操作冲 击波下的放电电压（幅值）的上限。
一、避雷针和避雷线
独 立 避 雷 针
构 架 避 雷 针
消雷器
保护原理
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
保护范围
是否处于避雷针（线）保护范围内的物 体一定不会遭受雷击
单支避雷针保护范围
雷电过电压： U A IRi
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大于65m时：
Ui
25
Ihc s
雷击于塔顶等靠近导线的接地物体时：
Ui hc
§7.2 防雷保护装置
防雷保护装置的必要性
防雷保护装置的种类
避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器 、防雷接地
“地面落雷密度”和“雷暴日”的联系
雷道波阻抗
雷电通道的长度可达数千米，而半径仅为数 厘米，类似于一条具有分布参数的电力线路， 从而具有某一等值的波阻抗，称为雷道波阻 抗（Z0，我国有关规程建议取波阻抗为300 欧）
雷道的极性
为什么防雷计算中一般按负极性雷考虑
雷电流i
幅值（I）：表示
雷电强度的指标，是 产生雷电过电压的根 源
为什么要在间隙两端并联电阻
007发电厂和变电所的防雷保护
⑵ 在变压器的门型构架上，不允许装避雷针
高电压技术
⑶ 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：
A、110kV及以上，一般可以将避雷针架设在配电装 置的构架上。但若ρ>1000Ω·m， 应加集中接地装置。
B、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。
2u
?
????ib
?
ub z1
????z1
?
ub
ub
?
ib
z1 2
?
u
高电压技术
⑷ 图解分析 分析前提（假定条件）：
高电压技术
①不考虑远处传来的反射波（线路无限长）
② 避雷器已经选定，其伏安特性和伏秒特性已经确定。
A、图解过程：
ub
?
ia 2
z
① 按假定的条件，画
出伏安特性ub =f(ib )和伏
高电压技术
(m )
高电压技术
二、构架避雷针 1、适用范围：110kv及以上变电所 2、设计注意事项：具体按规程 ⑴ 为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的 绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋 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 的距离不得小于15米；
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
高电压技术
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
⑶ 线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题：
A、110kV及以上，一般可以将避雷针架设在配电装 置的构架上。但若ρ>1000Ω·m， 应加集中接地装置。
B、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。
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高电压技术
⑷ 图解分析 分析前提（假定条件）：
高电压技术
①不考虑远处传来的反射波（线路无限长）
② 避雷器已经选定，其伏安特性和伏秒特性已经确定。
A、图解过程：
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① 按假定的条件，画
出伏安特性ub =f(ib )和伏
高电压技术
(m )
高电压技术
二、构架避雷针 1、适用范围：110kv及以上变电所 2、设计注意事项：具体按规程 ⑴ 为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的 绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋 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 的距离不得小于15米；
高电压技术
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
第一节 发电厂、变电所的直击雷保护
高电压技术
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。
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发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反 击事故和引起继电保护误动作。
7.2变电所内阀型避雷器的保护作用
变电所内装设阀型避雷器是对入侵雷电过电 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。
u
z1
ub
避 雷 器
变 压 器
ub
2u
Z1
2u
Z1
ub ib
动作前的等值电路
动作后的等值电路
L G
L4
700 m 700 m
FCD （FZ）
C
FCD
FS
FE2
FE1
7.5.4非直配电机的保护
根据我国运行经验，在一般情况下，无架空 线的直配电机不需要装设电容器和避雷器。 在多雷区，对特别重要的发电机，则宜在发 电机出线上装设一组FCD型避雷器，如变压器侧 装设有FCZ型磁吹避雷器，对电机侧是否要装避 雷器，可视情况而定。 若发电机与变压器间有长于50m的架空母线 或软连接线时，对此段母线除应对直击雷进行保 护外，还应防止雷击附近大地而产生的感应过电 0.15F 压，此时应在电机每相出线上装设不小于 的电容器或磁吹避雷器。
第七章 发电厂和变电所的防雷保护
发电厂、变电所遭受雷害可能来自两方面：
雷直击于发电厂、变电所； 雷击线路，沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。
变电构架
变电构架
变 压 器 构 架
按照安装方式的不同，将避雷针分为：
独立避雷针
装在配电装置构架上的避雷针
（简称构架避雷针）
独立避雷针
构架避雷针
未沿全线架设避雷线的35～110KV 线路变电所的进线段保护
FZ
GB
全线架设避雷线的变电所的进线段 保护
安装GB2的原因
这是因为线路断路器隔离开关在雷雨季节可能经常开断而线路侧又 带有工频电压（热备用状态），
沿线袭来的雷电波（其幅值U 50% ）传到开路端，由于开路反射电压 要上升到 2U50% ， 这时可能使开关绝缘对地放电并引起工频短路，将断路器或隔离开 关的绝缘支座烧毁， 为此在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。
7.5旋转电机的防雷保护
7.5.1旋转电机的防雷保护特点
旋转电机——包括发电机、调相机、大型电 动机等。 旋转电机的防雷保护——指直配电机的防雷 保护，即指与架空线路直接相连的旋转电机。
旋转电机防雷保护的特点： 由于结构和工艺上的特点，在相同电压等级的电气设 备中，旋转电机的绝缘水平是最低的。 电机在运行中受到发热、机械振动、臭氧、空气中的 潮气、污秽、电气应力等因素的联合作用，使绝缘容易 老化。 保护旋转电机用的是磁吹避雷器，其保护性能与电机 的绝缘水平配合裕度很小。采用现代氧化锌避雷器后， 情况有所改善，但仍不够可靠，还必须与电容器组、电 抗器、电缆段等配合使用，以提高保护效果。 电机绕组中性点一般不接地，三相进波时在直角波头 情况下，中性点电压可达进波电压的两倍，因此必须对 中性点采取保护措施。
在断路器闭合运行时雷电侵入波不应使GB2动作，如GB2在断路器闭 合运行时侵入波使之放电，则将造成截波，可能危及变压器纵绝缘与 相间绝缘。
若缺乏适当参数的管型避雷器，则GB2可用阀型避雷器代替。
1~2km
FZ
GB2
GB1
安装GB1的原因
为了限制流入变电所阀型避雷器的雷电流，在进 线首端可装设一组管型避雷器或保护间隙。
电压等级的阀型避雷器，就能保护好三相低压 绕组。
中压绕组、高压绕组虽也有开路运行的可能，但其 绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。
7.4.2自耦变压器的防雷保护
自耦变压器一般除了高、中压自耦绕组上，还有三角形接线的 低压非自耦绕组。在运行中，可能出现高、低压绕组运行、中压 绕组开路和中、低压绕组运行、高压绕组开路的情况。由于高、 中压自耦绕组的中性点均直接接地，因而在高压侧进波时，自耦 绕组各点的电压初始分布、稳态分布和各点最大电压包络线均与 中性点接地的单绕组相同，在开路的中压侧端子 A上可能出现的 最大电压为高压侧电压 U 0 的 2 / k倍，因而有可能引起处于开路状 态的中压侧套管的闪络，为此应在中压断路器QF2的内侧装设一 组阀型避雷器，进行保护。
UC
Z
G
UC
Z
Zg
FCD
C
2U0
电机母线上装设电容以限制来波陡度 原理接线图 先值电路
（3）电缆段保护（进线段保护）
它主要功能是限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3KA。可 采用电缆与管型避雷器联合作用的典型进线保护段。雷电波侵入时管 型避雷器FE2动作，电缆芯线与外皮经FE2短接在一起，雷电流流过 FE2和接地电阻 R1 所形成的电压 iR1 同时作用在外皮与芯线上，沿外 皮将有电流 i2流向电机侧，于是在电缆外皮本身的电感 L2上将出现压 降L2 di2 / dt，此压降是由环绕外皮的磁力线变化所造成的，这些磁力线 也必然全部与芯线相匝链，结果在芯线上也感应出一个大小相等其值 为 L2 di2 / dt的反电动势来，此电动势阻止雷电流从A点沿芯线向电机侧 流动，也限制了流经FCD的雷电流，如果 iR1 与 L2 di2 / dt 完全相等，则 在芯线中就不会有电流流过，但因电缆外皮末端的接地引下线总有电 感 L3存在，则 iR1 与 L2 di2 / dt 之间就有差值，差值越大则流经芯线的雷 A 电流就愈大。
此外，还须注意的情况： 当中压侧接有出线时（相当于 A点经线路波阻抗 接地），如高压侧有过电压波入侵， A点的电位接近 于零，大部分过电压将作用在 AA 一段绕组上，这显然 是危险的，同样地，高压侧接有出线时，中压侧进波 也会造成类似的结果。
显然， AA 绕组越短（变比k越小），危险性越大。 一般在 k 1.25 时，还应在AA 之间再跨接一组避雷器 （FV3）。
大容量直配电机
150 m
L G
L4
150 m
FS2
FS1
FCD （FZ）
C
FCD
FS
R
R
R 3
25000~60000KW直配电机的保护接线
（b）使用FS型避雷器
对于大容量（25,000~60,000KW）直配电机的典型防雷接 线如下图。 L为限制工频短路电流用的电抗器，对电机防雷有利； L前加设一组FS型避雷器以保护电抗器前的电缆终端。由于 L的存在，当侵入波到达L时将发生全反射，电压增加一倍， FS动作，一方面保护电缆头，另外也进一步限制了流经FCD 的雷电流。 为了保护中性点绝缘，除了限制侵入波陡度不超过限定值外， 尚需在中性点加装避雷器。
7.4变压器的防雷保护
7.4.1三绕组变压器的防雷保护 当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波 袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，其低压 绕组上会出现一定的过电压；
最不利的情况是低压绕组处于开路状态，这时静电 感应分量可能很大而危及绝缘。
考虑到这一分量将使低压绕组的三相导线电位同时 升高，所以只要在低压绕组出线端加装一只该
u
~ 2kU0
u
U0 ~ kU 0
0
x
U0
0
x
U0
A
N
A
A
U0
A
N
A
QF1
FV3 A’ QF2 FV2 FV1
N
当中压侧进波时（由值为 U0 U0 ），自耦绕组各 点的电压分布如下图，由中压端 A 到开路的高压端 A 之间的电压稳态分布是由中压端 A 到中性点 N 之间的 电压稳态分布的电磁感应所产生的，高压端 A 的稳态 电压为kU0 。在振荡过程中， A 点的最大电压可达2kU 0 。 因而将危及高压侧绝缘，为此在高压断路器QF1的内侧 也应装设一组避雷器（FV1）进行保护。
G
L4
C
L2
L3
i2
FCD
i
FE2
R1
70m G
L4
C
L2
L3
i2
FCD
i
FE2
FE1
R1
（4）电抗器
主要功能是在雷电波侵入时抬高电缆首端冲击电压， 从而使管型避雷器放电。例： 在电缆首端与FE2之间加装
100 ~ 300H 电感；
将FE2沿架空线前移70m。
7.5.3直配电机的防雷保护接线
变压器何以得到保护？
由于避雷器直接接在变压器旁，故变压器上 的过电压波形与避雷器上电压相同，若变压器的 冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压和5KA下的残 压（流经避雷器的雷电流一般不超过5KA，故残压 的最大值取5KA下的数值），则变压器将得到可靠 的保护。
变电所中有很多设备，不可能在每个设备旁都 装设一组避雷器， 一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压 器是最重要的设备，因此避雷器应尽可能靠近变 压器。
避雷器离开变压器和各电气设备都有一段长度 不等的距离，当雷电波入侵时，变压器和各电气 设备上的电压将与避雷器上电压不相同。 被保护绝缘与避雷器间的电气距离（沿母线和 连接线计算的距离）越大，来波陡度越大，电压 差值也就越大。
最大允许电气距离
对于一般变电所的入侵雷电波防护设计 主要是选择避雷器的安装位置，其原则是在 任何可能的运行方式下，变电所的变压器和 各设备距避雷器的电气距离皆应小于最大允 许电气距离 lmax 。
例如：当线路全线无避雷线时，在1~2km线 路上架设避雷线，保护角取20°，使此段线路 有较高耐雷水平，并减少由于绕击和反击的概 率。
变电所内设备距避雷器的最大允许距离 lmax 就是根据进线段以外落雷的条件下求得的， 这样就可以保证进线段以后落雷时变电所不 会发生事故。
1~2km
FZ
GB2
GB1
7.3变电所进线段保护
7.3.1变电所的进线段保护作用 进线段保护的必要性
如果当雷击于变电所附近的导线时，流过 导线的电流将超过一定值，而且陡度也会超过 允许值。因此，必须在靠近变电所的一段进线 上采取可靠的防直击雷保护措施。