第五讲雷电及防雷保护装置
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雷电及防雷保护装置
24
氧化锌（ZnO）避雷器
ZnO避雷器又叫金属氧化物避雷器（MOA）。 ZnO避雷器由ZnO电阻片组成，具有优异的非线性伏安特性，因 此可以取消火花间隙，实现无间隙无续流，且造价低廉。 （1） ZnO晶粒，粒径为10μm左右，电 阻率为1~10Ω· cm； （2） 包围着ZnO晶粒的Bi2O3晶界层，厚 度为0.1μm左右，电阻率大于 1010Ω· cm； （3） 零散分布于晶界层中的尖晶石 Zn7Sb2O12。 ZnO电阻片的非线性特性主要取决于晶界 层，在低电场下其电阻率很高；当层间电 位梯度达到104~105V/cm时，其电阻率急 剧下降到低阻状态
10
8.9 旋转电极绕组中的波过程
旋转电机指的是经过电力变压器或直接与电网相连的发电机、同步调相 机和大型电动机等，它们的绕组在运行过程中部有可能会受到过电压波 的作用。
当波作用于旋转电机时，也可用LCK回路分析。 一般选择电机要加外部保护措施，如（在发电机前并联电容），因此 来波陡度平缓，波头时间大于10us，即du/dt很小。 无论是单匝还是多匝电机，k0du/dt都很小，因此可忽略K的影响。
20
9.2.3 地面落雷密度和 输电线路落雷次数
地面落雷密度反映了云－地之间的放电。
地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的对地落雷次数， 用表示。 e.g. 我国标准规定：对雷暴日T＝40的地区，=0.07次 /km2· 雷暴日 输电线路的存在，改变了雷云－地之间的电场分布，根 据模拟试验和运行经验，输电线路每侧的引雷宽度为2h e.g. 对每100km的输电线路，每年遭雷击的次数为：
8
一、绕组间的静电感应
由于电感中电流不能突变，因此只存在电容耦合。因此与变比无关。 在绕组2开路时，静电感应的电压为：
氧化锌（ZnO）避雷器
ZnO避雷器又叫金属氧化物避雷器（MOA）。 ZnO避雷器由ZnO电阻片组成，具有优异的非线性伏安特性，因 此可以取消火花间隙，实现无间隙无续流，且造价低廉。 （1） ZnO晶粒，粒径为10μm左右，电 阻率为1~10Ω· cm； （2） 包围着ZnO晶粒的Bi2O3晶界层，厚 度为0.1μm左右，电阻率大于 1010Ω· cm； （3） 零散分布于晶界层中的尖晶石 Zn7Sb2O12。 ZnO电阻片的非线性特性主要取决于晶界 层，在低电场下其电阻率很高；当层间电 位梯度达到104~105V/cm时，其电阻率急 剧下降到低阻状态
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8.9 旋转电极绕组中的波过程
旋转电机指的是经过电力变压器或直接与电网相连的发电机、同步调相 机和大型电动机等，它们的绕组在运行过程中部有可能会受到过电压波 的作用。
当波作用于旋转电机时，也可用LCK回路分析。 一般选择电机要加外部保护措施，如（在发电机前并联电容），因此 来波陡度平缓，波头时间大于10us，即du/dt很小。 无论是单匝还是多匝电机，k0du/dt都很小，因此可忽略K的影响。
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9.2.3 地面落雷密度和 输电线路落雷次数
地面落雷密度反映了云－地之间的放电。
地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的对地落雷次数， 用表示。 e.g. 我国标准规定：对雷暴日T＝40的地区，=0.07次 /km2· 雷暴日 输电线路的存在，改变了雷云－地之间的电场分布，根 据模拟试验和运行经验，输电线路每侧的引雷宽度为2h e.g. 对每100km的输电线路，每年遭雷击的次数为：
8
一、绕组间的静电感应
由于电感中电流不能突变，因此只存在电容耦合。因此与变比无关。 在绕组2开路时，静电感应的电压为：
第五章雷电放电特性及防雷设备
第五章 雷击放电特性及防雷装置5.1 雷电放电过程会引起破坏作用的雷云对地放电的绝大多数（80%以上）是负极性的。
雷电多重性（先导、主放电、余光放电）一、先导（梯级先导）第一次先导的梯级性是负先导本身的发展特点所决定的。
每一梯级长度平均50m ，梯级间歇时间10～100us 平均50us 。
cv 10001=先导通道具有良好的导电性，带有与雷云同极性的多余电荷 二、主放电、闪电、雷鸣、雷电的破坏性先导接近地面。
在漏道端部因出现高场强，使空气强烈电离而产生高密度的等离子区。
→自下而上，高电解的等离子体通道。
t=50～100us ，i =几十千安～几百千安201(=v ～21)c 温度 2万℃以上三、余光放电连续先导——直串先导5.2 雷电参数及雷电活动特性电流Rvi zz +=0σ，R<30Ω，雷电通道波阻抗Ω>3000z .即R 《z 0，则v i σ=雷击过电压dtdi L iR u ⋅+=我国“电力设备过电压保护设计技术规程” 1、雷电流峰值 108lg IP -= (式5-3)54lg IP -=，少雷区2、雷电流波形 波长时间2.6us 形状：斜角形usKA Idtdi a /6.2==（式5-4）半余弦波头)cos 1(2wt Ii -= （式5-5）3、雷电日 雷电小时强雷区 平均雷电日>90 多雷区 平均雷电日>40 少雷区 平均雷电日>154、落雷密度γ（每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数） 0.015 次/⋅Km 2雷电日 次数 Th N ⨯⨯=100100010γ(Th b N ⨯⨯+=10010004γ次/100km 年)若T=40，γ=0.015代入则N=0.6h 次/⋅km 100年5.3 避雷针和避雷线（直击雷保护措施）我过规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言的。
绕击：雷电绕过避雷装置而击于被保护物的现象。
（屏蔽失效引起） 反击：避雷针与被保护物之间的间隙击穿。
雷电及防雷保护装置简介
雷电及防雷保护装置简介1. 引言雷电是一种自然现象，它带来的强烈电流和电压波动可能对电子设备和人身安全造成严重威胁。
为了保护电子设备免受雷击的侵害，人们开发了各种防雷保护装置。
本文将介绍雷电的原理和一些常见的防雷保护装置。
2. 雷电原理雷电是由大气中云与地表之间的电位差引发的放电现象。
当云与地面或建筑物之间的电压达到一定程度时，将发生电流的放电现象，电流沿着路径瞬间流动，产生强大的能量释放。
这种释放可能导致设备损坏、火灾或人员伤亡。
3. 防雷保护装置的分类根据防雷装置的作用方式和工作原理，可以将防雷保护装置分为以下几类：3.1 避雷针避雷针是一种通过尖端释放电荷以减少云与地球之间电势差的装置。
它通常安装在建筑物的高处，当云层形成电荷时，避雷针会将电荷引导到地面，从而避免了雷电放电。
3.2 避雷器避雷器是一种用来吸收剩余电荷并将其分散到地面的装置。
它通常由金属氧化物构成，当电压超过设定值时，避雷器将导电，吸收过剩电流并将其释放到地面。
3.3 防雷网防雷网是一种通过导电网格将雷电压力分散到地面，从而保护设备和建筑物不受雷击的装置。
它可以在建筑物周围或设备附近安装。
3.4 接地系统接地系统是一种将电流引导到地面的装置。
通过使用导体材料和良好的接地电极，接地系统能够将电流引导到地面，从而减少设备和人员受雷击的风险。
4. 防雷保护装置的安装与维护为了确保防雷保护装置的有效性，正确的安装和维护是必不可少的。
以下是一些常见的安装和维护注意事项：•安装防雷装置时，应根据建筑物的结构和特点选择合适的防雷装置类型。
•根据设备和建筑物的需求，合理安排防雷装置的数量和布局。
•定期检查和测试防雷装置，确保其正常工作。
•在雷电活动频繁的地区，应定期进行维护和更新，确保防雷装置的可靠性。
5. 结论雷电是一种具有潜在危险的自然现象，对设备和人员的损害可能造成严重后果。
防雷保护装置的使用可以有效地减少雷电对电子设备和人身安全的威胁。
高电压技术第5章雷电及防雷设备1
由于发电厂或变电所的面积较大，实际上都采用多 支等高避雷针保护。三支等高避雷针所形成的三角形的 外侧保护范围分别按两支等高避雷针的计算方法确定。 四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先 将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷 针的方法计算。
三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围如左图所示，
5.1.1 雷云的形成
能产生雷电的带电云层称为雷云。
雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效 应。太阳的热辐射使地面部分水分化为蒸汽，含 水蒸汽的空气受到炽热的地面烘烤而上升，会产 生向上的热气流。热气流每上升10km，温度下降 约10℃，热气流与高空冷空气相遇形成雨滴、冰 雹等水成物，水成物在地球静电场的作用下被极 化，形成热雷云。
图8-2 雷电流的等值波形
(a)双指数波 (b)斜角平顶波 (c)半余弦波
f 1.2s t 50s
i I0 (et et )
f 2.6s I I / 2.6kA / s
f
i I (1 cost) 2
/ f
max
di dt
max
I 2
3、雷暴日及雷暴小时
雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的 平均天数，单位d/a 。 雷暴小时Th 雷暴小时是指平均一年内的有雷电 的小时数，单位h/a。
2. 避雷针的保护范围
表示避雷针的保护效能，通常采用保护范围的 概念，只具有相对意义。避雷针的保护范围是指被 保护物体在此空间范围内不致遭受直接雷击。我国 使用的避雷针的保护范围的计算方法，是根据小电 流雷电冲击模拟试验确定，并根据多年运行经验进 行了校验。保护范围是按照保护概率99.9%确定的 空间范围（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）。
第5章 雷电及防雷设备
三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围如左图所示，
5.1.1 雷云的形成
能产生雷电的带电云层称为雷云。
雷云的形成主要是含水汽的空气的热对流效 应。太阳的热辐射使地面部分水分化为蒸汽，含 水蒸汽的空气受到炽热的地面烘烤而上升，会产 生向上的热气流。热气流每上升10km，温度下降 约10℃，热气流与高空冷空气相遇形成雨滴、冰 雹等水成物，水成物在地球静电场的作用下被极 化，形成热雷云。
图8-2 雷电流的等值波形
(a)双指数波 (b)斜角平顶波 (c)半余弦波
f 1.2s t 50s
i I0 (et et )
f 2.6s I I / 2.6kA / s
f
i I (1 cost) 2
/ f
max
di dt
max
I 2
3、雷暴日及雷暴小时
雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的 平均天数，单位d/a 。 雷暴小时Th 雷暴小时是指平均一年内的有雷电 的小时数，单位h/a。
2. 避雷针的保护范围
表示避雷针的保护效能，通常采用保护范围的 概念，只具有相对意义。避雷针的保护范围是指被 保护物体在此空间范围内不致遭受直接雷击。我国 使用的避雷针的保护范围的计算方法，是根据小电 流雷电冲击模拟试验确定，并根据多年运行经验进 行了校验。保护范围是按照保护概率99.9%确定的 空间范围（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）。
第5章 雷电及防雷设备
《雷电及防雷装置》课件
如发现有严重雷电灾害事故或造 成重大损失，应及时向相关部门 报告，以便及时采取措施进行救
援和恢复工作。
谢谢观看
提高防雷意识的方法
开展防雷宣传活动
通过各种渠道和媒体开展防雷宣传活动，提 高公众对雷电危害的认识和防范意识。
推广防雷科技产品
推广先进的防雷科技产品，提高防雷工作的 效率和安全性。
加强学校防雷教育
将防雷教育纳入学校课程，从小培养孩子的 安全意识和应对能力。
建立防雷应急预案
建立完善的防雷应急预案，提高应对雷电灾 害的能力和效率。
定期检测接地电阻值，确保其符合规范要 求，并对接地系统进行维护保养。
04
防雷安全与教育
防雷安全知识
雷电的形成与放电机制
雷电的危害与后果
解释雷电的形成过程和放电机制，帮 助人们理解雷电的危害。
详细说明雷电对人类、建筑物、电子 设备和自然界等造成的危害和后果。
雷电的分类与分级
介绍不同类型和级别的雷电，以及它 们可能带来的影响和危害。
03
防雷措施与实施
建筑物防雷
防雷系统设计
根据建筑物的重要性、使用性 质和雷电灾害风险评估结果， 确定防雷等级，设计合理的防
雷系统。
接闪器安装
在建筑物顶部安装接闪器，包 括避雷针、避雷带或避雷网， 以吸引雷电并引导电流入地。
引下线设置
在建筑物四角或每隔一定距离 设置引下线，将接闪器与接地 装置连接，确保电流顺畅入地 。
《雷电及防雷装置》PPT课件
目录
• 雷电的形成与特性 • 防雷装置的种类与作用 • 防雷措施与实施 • 防雷安全与教育 • 雷电灾害的预防与应对
01
雷电的形成与特性
雷电的形成过程
大气电场形成
援和恢复工作。
谢谢观看
提高防雷意识的方法
开展防雷宣传活动
通过各种渠道和媒体开展防雷宣传活动，提 高公众对雷电危害的认识和防范意识。
推广防雷科技产品
推广先进的防雷科技产品，提高防雷工作的 效率和安全性。
加强学校防雷教育
将防雷教育纳入学校课程，从小培养孩子的 安全意识和应对能力。
建立防雷应急预案
建立完善的防雷应急预案，提高应对雷电灾 害的能力和效率。
定期检测接地电阻值，确保其符合规范要 求，并对接地系统进行维护保养。
04
防雷安全与教育
防雷安全知识
雷电的形成与放电机制
雷电的危害与后果
解释雷电的形成过程和放电机制，帮 助人们理解雷电的危害。
详细说明雷电对人类、建筑物、电子 设备和自然界等造成的危害和后果。
雷电的分类与分级
介绍不同类型和级别的雷电，以及它 们可能带来的影响和危害。
03
防雷措施与实施
建筑物防雷
防雷系统设计
根据建筑物的重要性、使用性 质和雷电灾害风险评估结果， 确定防雷等级，设计合理的防
雷系统。
接闪器安装
在建筑物顶部安装接闪器，包 括避雷针、避雷带或避雷网， 以吸引雷电并引导电流入地。
引下线设置
在建筑物四角或每隔一定距离 设置引下线，将接闪器与接地 装置连接，确保电流顺畅入地 。
《雷电及防雷装置》PPT课件
目录
• 雷电的形成与特性 • 防雷装置的种类与作用 • 防雷措施与实施 • 防雷安全与教育 • 雷电灾害的预防与应对
01
雷电的形成与特性
雷电的形成过程
大气电场形成
雷电及防雷保护设备
高效化
通过改进防雷保护设备的材料、结构和工艺，提高设备的防雷效果 和可靠性，减少维护成本。
集成化
将防雷保护设备与其他安全防护系统集成在一起，形成综合性的雷 电防护体系，提高整体防护效果。
防雷保护设备的应用拓展
新能源领域
随着新能源产业的快速发展，风力发电、太阳能 发电等设施对防雷保护设备的需求将不断增加。
在电力领域，雷电预警系统可以预测 电网雷击风险，指导电力部门采取措 施降低雷击对电网的影响。
在气象领域，雷电预警系统可以提供 准确的雷电预警信息，帮助公众提前 采取防雷措施，减少雷击灾害损失。
在航空领域，雷电预警系统可以为航 班提供准确的雷电活动信息，避免航 班因雷暴天气延误或取消。
雷电预警系统的局限性
防雷保护设备可以减少这些影响，维护正常生产和生活秩序。
防雷保护设备的种类
避雷针
避雷带
避雷针是最常见的防雷保护设备之一，通 过吸引雷电先导，将雷电引入地下，从而 保护建筑物和设备免受雷击。
避雷带是安装在建筑物屋顶的金属带，通 过与避雷网连接，将雷电引入地下，保护 建筑物免受雷击。
避雷网
电涌保护器
避雷网是一种大面积的防雷保护设备，通 常安装在大型建筑物或设施上，通过网状 结构将雷电引入地下。
雷电预警系统通常由传感器网络、数据处理中心和预警信息 发布平台组成，传感器网络负责采集各种气象数据，数据处 理中心对采集的数据进行分析处理，预警信息发布平台则将 预警信息及时传递给用户。
雷电预警系统的应用
雷电预警系统广泛应用于气象、电力 、航空、军事等领域，为相关行业提 供雷电预警服务，保障人员和设备安 全。
雷电及防雷保护设备
目录
CONTENTS
• 雷电的形成与特性 • 防雷保护设备的重要性 • 防雷保护设备的安装与维护 • 雷电预警系统 • 防雷保护设备的未来发展
通过改进防雷保护设备的材料、结构和工艺，提高设备的防雷效果 和可靠性，减少维护成本。
集成化
将防雷保护设备与其他安全防护系统集成在一起，形成综合性的雷 电防护体系，提高整体防护效果。
防雷保护设备的应用拓展
新能源领域
随着新能源产业的快速发展，风力发电、太阳能 发电等设施对防雷保护设备的需求将不断增加。
在电力领域，雷电预警系统可以预测 电网雷击风险，指导电力部门采取措 施降低雷击对电网的影响。
在气象领域，雷电预警系统可以提供 准确的雷电预警信息，帮助公众提前 采取防雷措施，减少雷击灾害损失。
在航空领域，雷电预警系统可以为航 班提供准确的雷电活动信息，避免航 班因雷暴天气延误或取消。
雷电预警系统的局限性
防雷保护设备可以减少这些影响，维护正常生产和生活秩序。
防雷保护设备的种类
避雷针
避雷带
避雷针是最常见的防雷保护设备之一，通 过吸引雷电先导，将雷电引入地下，从而 保护建筑物和设备免受雷击。
避雷带是安装在建筑物屋顶的金属带，通 过与避雷网连接，将雷电引入地下，保护 建筑物免受雷击。
避雷网
电涌保护器
避雷网是一种大面积的防雷保护设备，通 常安装在大型建筑物或设施上，通过网状 结构将雷电引入地下。
雷电预警系统通常由传感器网络、数据处理中心和预警信息 发布平台组成，传感器网络负责采集各种气象数据，数据处 理中心对采集的数据进行分析处理，预警信息发布平台则将 预警信息及时传递给用户。
雷电预警系统的应用
雷电预警系统广泛应用于气象、电力 、航空、军事等领域，为相关行业提 供雷电预警服务，保障人员和设备安 全。
雷电及防雷保护设备
目录
CONTENTS
• 雷电的形成与特性 • 防雷保护设备的重要性 • 防雷保护设备的安装与维护 • 雷电预警系统 • 防雷保护设备的未来发展
雷电的危害及防雷装置
雷电的危害及防雷装置带电积云是构成雷电的基本条件。
当带不同电荷的积云互相接近到一定程度，或带电积云与大地凸出物接近到一定程度时，发生强烈的放电，发出耀眼的闪光。
由于放电时温度高达20000C,空气受热急剧膨胀，发出爆炸的轰鸣声。
这就是闪电和雷鸣。
雷电大体可以分为直击雷、雷电感应、球雷、雷电侵人波等。
一、雷电的危害雷电有电性质、热性质、机械性质等多方面的破坏作用，可能带来极为严重的后果。
(1) 火灾和爆炸。
(2)触电。
(3)设备和设施毁坏。
(4)大规模停电。
二、防雷装置避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。
一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。
上述针、线、网、带都只是接闪器；避雷器是一种防止雷电冲击波的防雷装置。
1.接闪器避雷针、避雷线、避雷网和避雷带都可作为接闪器，建筑物的金属屋面可作为第一类工业建筑物以外其他各类建筑物的接闪器。
这些接闪器都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后，通过引下线和接地装置，把雷电流泄入大地，以此保护被保护物免受雷击。
接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还应有足够的热稳定性。
接闪器最小尺寸见表5-lo接闪器装设在烟囱上方时，由于烟气有腐蚀作用，应适当加大尺寸。
&5T1Ifff tJ《,类别规格针长1m以下硼制宜轮铜竹立径飘mm）（mm）12 20扁钢极面呼度(mm:) (mm)-避加针针氏1-2m1625：：-一।“在烟囱上方| 20一避雷网和避济带网将6mx6m-10mxIOm8AB484网格在饮囱上方12一1004避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线。
用金属屋面作接闪器时，金属板之间的搭接长度不得小于100mm;金属板下方无易燃物品时,其厚度不应小于0.5nmi;金属板下方有易燃物品时，为了防止雷击穿孔，所用铁板、铜板、铝板厚度分别不得小于4nim、5mm、7nim;金属板不得有绝缘层。
第五章防雷装置ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第五章 防雷装置
旧规范“防雷装置”这一章只规定了接闪 器、引下线和接地装置的内容，没有等电 位连接部件的内容，实际上只规定了外部 防雷装置的内容，而没有涉及内部防雷装 置，显然与该规范有关“防雷装置”的规 定有偏差。新规范包含了上述两部分内容， 就显得完整一些。
防雷等电位连接各连接部件的最小截面
等电位连接部件 等电位连接带（铜、外表面镀铜的钢或热镀锌钢）
从等电位连接带至接地装置或 各等电位连接带之间的连接导体
从屋内金属装置至等电位连接带的连接导体
连接电涌
保护器的 导体
电气系 统
电子系 统
Ⅰ级试验的电涌保护器 Ⅱ级试验的电涌保护器 Ⅲ级试验的电涌保护器
D1类电涌保护器 其他类的电涌保护器（连
L 2l ln2rl 0.75 0
0
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第五章 防雷装置
防雷装置使用的材料
对电涌保护器连接导体变小的原因，我个人理解如下：
从公式Smin≥Iimp/8 可以计算，
做成针尖状的形态，原来“避雷针”的叫 法彻底改变了。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第五章 防雷装置
接闪器
作接闪器用材料规格变化很大：
• 扁形金属材料的最小厚度变薄了，旧规范中只规定了 扁钢一种材料的规格，最小厚度规定为4mm；新规范 中对多种金属材料进行了规定，铜和不锈钢最小厚度 规定为2mm，热镀锌钢和铝合金最小厚度规定为 2.5mm，铝最小厚度规定为3mm。
雷电及防雷保护装置
第九章 雷电及防雷保护装置
（2学时）
电力系统在运行时，由于各种原因，系统中某些部分的电压可能 升高，甚至大大超过正常工作电压，危及设备的绝缘。这种危及设备 绝缘的过电压可能是大气过电压或内部过电压。其中，大气过电压是 由于雷电而形成的，它是造成电力系统故障的主要原因之一。
9.1 雷云放电及雷电过电压
h0 h D 7p
（9－7）
其中D为两针间的距离（m），系数p与式（9－6）中相同。 两针间高度为hx的水平面上的保护范围的截面如图9－4（c）所示， 其最小宽度bx为
bx 1.5(h0 hx )
（9－8）
为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
图9-4
两支等高避雷针的联合保护范围
I i (1 cos t ) 2
（9－4）
其中，I为雷电流幅值；ω为角频率，ω=π/τf=1.2106s-1 ，τf — —为波头时间（2.6s）。 对半余弦波头，其最大陡度出现在t=τf/2时，其值为平均陡度 的π/2倍。 根据国内外的实测统计，75~90%的雷电流是负极性的。因此电 气设备的防雷保护和绝缘配合一般都按负极性雷进行研究。
(b)
(c)
(a) 先导放电；（b）主放电；（c）计算模型；（d）电压源等值电路；（e）电流源等值电路
图9－2
雷电放电模型和等值电路
在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗，它可以代表 被击中物体的接地电阻R，也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图9 －2（e）中可以看出，当Z=0时，i=2i0；若Z<<Z0（如Z≤30Ω）， 仍然可得i≈2i0。所以国际上习惯于把流经波阻抗为零（或接近于 零）的被击物体的电流称为“雷电流”。从其定义可以看出，雷电 流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅值的两倍。
（2学时）
电力系统在运行时，由于各种原因，系统中某些部分的电压可能 升高，甚至大大超过正常工作电压，危及设备的绝缘。这种危及设备 绝缘的过电压可能是大气过电压或内部过电压。其中，大气过电压是 由于雷电而形成的，它是造成电力系统故障的主要原因之一。
9.1 雷云放电及雷电过电压
h0 h D 7p
（9－7）
其中D为两针间的距离（m），系数p与式（9－6）中相同。 两针间高度为hx的水平面上的保护范围的截面如图9－4（c）所示， 其最小宽度bx为
bx 1.5(h0 hx )
（9－8）
为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。
图9-4
两支等高避雷针的联合保护范围
I i (1 cos t ) 2
（9－4）
其中，I为雷电流幅值；ω为角频率，ω=π/τf=1.2106s-1 ，τf — —为波头时间（2.6s）。 对半余弦波头，其最大陡度出现在t=τf/2时，其值为平均陡度 的π/2倍。 根据国内外的实测统计，75~90%的雷电流是负极性的。因此电 气设备的防雷保护和绝缘配合一般都按负极性雷进行研究。
(b)
(c)
(a) 先导放电；（b）主放电；（c）计算模型；（d）电压源等值电路；（e）电流源等值电路
图9－2
雷电放电模型和等值电路
在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗，它可以代表 被击中物体的接地电阻R，也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图9 －2（e）中可以看出，当Z=0时，i=2i0；若Z<<Z0（如Z≤30Ω）， 仍然可得i≈2i0。所以国际上习惯于把流经波阻抗为零（或接近于 零）的被击物体的电流称为“雷电流”。从其定义可以看出，雷电 流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅值的两倍。
7.雷电放电及防雷保护装置
•
探测气球所测得的云中电荷分布表明，在雷 云的顶部往往充斥着正电荷。（另外一种起电机 理解释）在离地面4~5km的高空，大气温度经常 处于-10~-20℃，因而此处的水分已变成冰晶，它 们与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电、空气带 正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细 微碎片向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而 带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气 温已在0℃以上，冰晶融化为带负电的水滴。 • 整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位 于雷云的下部、距地面500~10000m的范围内。 直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。
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
• 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。
• 一、避雷针和避雷线
• 电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为 避雷针和避雷线（又称架空地线）。 • 避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的保护对象； 避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。 • 保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端 形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向， 使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地 从而使被保护物体免遭雷击。 • 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。
图 感应雷过电压的形成 (a)先导放电阶段 （b）主放电阶段
• 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-第七章-雷电及防雷保护装置
负极性雷电过电压波沿线路传播时衰减小
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
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
防雷技术与防雷装置PPT课件
➢ 以下图的线路为例，2009年此线路走廊半径5km范围内，共落雷15354次，走廊面积 为1747.3km2，地闪密度为8.78727次/ km2。
2020/3/28
12
2 输电线路防雷保护的基本术语
❖ 2.3 输电线路落雷次数
对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根据模拟试验和运行经验，一 般高度的线路的等值受雷面的宽度为（4h+b）(h为线路的平均高度，b为两根 避雷线间的距离)，也即等值于受雷面积为线路两侧的地带，线路愈高，则等值 受雷面积愈大。 输电线路落雷次数是指每100km每年线路等值受雷面遭雷击的次数，即：
其他地区运行实际值
0.525
0.229
0.48（平原）（湖北） 0.94（山区）（福建）
0.315
0.285
0.28（双避雷线） 0.36（单避雷线，平原） 1.16（单避雷线，山区）
0.14
0.213
0.11（华中电网） 0.377（天平Ⅰ/Ⅱ回）
2020/3/28
26
2 输电线路防雷保护的基本概念
上式中IL为雷电流幅值（kA），P为雷电 流幅值超过IL的概率，P是累计概率。
2020/3/28
19
2 输电线路防雷保护的基本概念
❖ 2.7 雷电流幅值及其分布
例如IL等于120kA，可求得P为4.3%，表明雷电流大于120kA 的概率为4.3%。
log P Il 88
电压等级kV 绝缘子片数片
❖ 2.8 耐雷水平
➢雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平。
✓ 雷击杆塔(反击)时的耐雷水平 ✓ 绕击导线时的耐雷水平
均与绝缘子50%闪络电压有关
电压等级kV 绝缘子片数片
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2 输电线路防雷保护的基本术语
❖ 2.3 输电线路落雷次数
对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根据模拟试验和运行经验，一 般高度的线路的等值受雷面的宽度为（4h+b）(h为线路的平均高度，b为两根 避雷线间的距离)，也即等值于受雷面积为线路两侧的地带，线路愈高，则等值 受雷面积愈大。 输电线路落雷次数是指每100km每年线路等值受雷面遭雷击的次数，即：
其他地区运行实际值
0.525
0.229
0.48（平原）（湖北） 0.94（山区）（福建）
0.315
0.285
0.28（双避雷线） 0.36（单避雷线，平原） 1.16（单避雷线，山区）
0.14
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0.11（华中电网） 0.377（天平Ⅰ/Ⅱ回）
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2 输电线路防雷保护的基本概念
上式中IL为雷电流幅值（kA），P为雷电 流幅值超过IL的概率，P是累计概率。
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2 输电线路防雷保护的基本概念
❖ 2.7 雷电流幅值及其分布
例如IL等于120kA，可求得P为4.3%，表明雷电流大于120kA 的概率为4.3%。
log P Il 88
电压等级kV 绝缘子片数片
❖ 2.8 耐雷水平
➢雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平。
✓ 雷击杆塔(反击)时的耐雷水平 ✓ 绕击导线时的耐雷水平
均与绝缘子50%闪络电压有关
电压等级kV 绝缘子片数片
雷电放电及防雷保护装置优秀课件.ppt
构 架 避 雷 针
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
消雷器 雷电放电及防雷保护装置优秀课件
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
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
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
作用原理：当雷电侵 入波要危及它所保护 的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作 母线接地，避免了被 保护设备上的电压升 高，从而保护了设备。
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
保护间隙的特点
优点:结构简单、制造方便
缺点：
1.伏秒特性曲线比较陡（ ）绝缘
配合不理想；
2.间隙动作后会形成截波；
3.熄弧能力低(电弧不即使熄灭有什
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
单支避雷针保护范围
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
hx
h 2
hx
h 2
rx (hhx)P rx (1.5h2hx)P
h:避雷针高度（m） h x 被保护物高度（m）
P:高度影响系数
h 30m,P1
30mh 120m,P5.5
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
h
一味地增加避雷针的高度是 否是增大保护范围的“良策 ”
阀片直径 压器，电缆
55mm
头等设备
变电所型
FZ
3－220 有分路电阻， 变电所电气
阀片直径
设备
100mm
雷电放电及防雷保护装置优秀课件
电气参数
(1).额定电压：避雷器两端子间允许的最大工 频电压的有效值
(2).灭弧电压：保证能够在工频续流第一次经过 零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工 频电压。（避雷器的设计依据）灭弧电压应当大 于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压， 否则将不能保证续流灭弧而使阀片烧坏。
雷电及防雷保护装置
云之间、云－空之间，
整理课件
3
雷电图景－地闪
放电路径在云－大地之间，危 害最为直接、严重
整理本课件课程中主要讨论地闪 4
雷电放电发展过程
整理课件
5
1.雷云下行先导、地面上行先导
雷云
雷云
下行 先导
云内放电， 为下行先导 输送电荷
上行先导，亦 称迎面先导
大
大地表面感 应出正电荷
地
大地
临近下行先导的地面感
15
8.2.2 雷暴日和雷暴小时
年平均雷暴日和年平均雷暴小时是表征雷电活 动频繁程度的指标。
雷暴日：一年中有雷电的天数。在一天之内， 只要听到雷声就算一个雷暴日。
雷暴小时：一年中有雷电的小时数。在一小时 之内，只要听到雷声就算一个雷暴小时。
我国大部分地区的雷暴小时与雷暴日之比为3。 我国规程建议采用雷暴日作为计算单位。
的设备
1 2
接母线
3
5
u
1
4
2
u
1 23
0
i
0
i
整理课件
31
排气式避雷器
➢灭弧能力与工频续流的大小有关，续流太大产气过多，管内气压太高将 使管子炸裂；续流太小产气过少，管内气压太小不足以灭弧 ; ➢熄灭续流存在上下限
伏秒特性难以配合、动作后出现大幅值截波
4
S2
1
3
2
S1
1——产气管；2——棒形电极；3——环形电极；4——工作母线；
8.2.1 雷电流幅值和波形
对于雷暴日数≥20的地区，我国现行推荐雷电流幅值概率为：
lg P I 88
对于雷暴日数<20的地区(除陕南以外的西边地区、内蒙古部分地区） ，我国现行推荐雷电流幅值概率为：
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T2 : 20 ~ 100 s
我国在防雷设计中取 2.6 / 40s
I ( kA / s ) 波前的平均陡度： 2 .6
5. 雷电流极性及计算波形 75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计 中一般按负极性考虑 常用计算波形：
(1). 双指数波
i
I 0.5I 0
i I 0 (e
t
二. 雷电参数
1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数。
雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数。
地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日
中受到的平均雷击次数。 2. 雷道波阻抗 Z 0
Z 0 300
先导
A
主放电
A
s
i0
A
Z0
s
Zj
Zj
A
Zj
Z j 很小
2i0
Z0
F
基本分类：
保护间隙
管式避雷器
避雷器 阀式避雷器 金属氧化物避雷器
对避雷器的基本技术要求：
●过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由
两者的全伏秒特性的配合来保证；
●避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次
过零时的工频续流，使系统恢复正常；
u
2 1 3 0 P 1－被保护绝缘 2－保护间隙或管式避雷器 3－阀式避雷器
e
t
)
T1
T2
t
(2).等值斜角平顶波前
i
I
i t (t≤T1)
i T1 I(t>T1)
0
T1
t
(3).等值半余弦波前
i
I
0.5I 0
T1
t
I i (1 cos t ) 2
T1
§6.2 防雷保护装置
防雷保护装置：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。 一. 避雷针和避雷线(lightning-conductor,lightning-rod) 1 . 保护原理：当雷云放电时使空间电场畸变，在避
▼工频放电电压：工频放电电压除了有上限值外，还有
一个下限值，以保证避雷器不至于在内部过电压作用下误 动作。
▼灭弧电压：指避雷器能可靠地熄灭续流电弧时的最
大工频作用电压，换言之，如果作用在避雷器上的工频电压超过
了灭弧电压，避雷器将因为不能熄灭续流电弧而损坏。灭弧电压 是一只避雷器最重要的设计依据。
▼冲击系数：等于避雷器的冲击放电电压与工频放电电压幅
hx
≥
h/ 2
＜
hx
h/ 2
h —避雷针高度，m p —高度修正系数 h ≤30m p 1
30＜
h ≤120m p
5.5 h
5 . 等高双避雷针的保护范围
1 2
h
hx
h0
1.5h
xh 水平面上
D
rx
bx
的保护范围
两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，
两针中间的保护范围用下式求得：
第五讲.雷电及防雷保护装置
雷电是大自然中最宏伟壮观的气体放电现象，雷电放电所产生的 雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效 应、机械效应和热效应。从电力工程的角度看，最值得我们 注意的两个方面是： 1. 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压；
2. 雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧，
D h0 h 7p
bx 1.5(h0 hx )
h0 — 两针联合保护范围上部边缘的最低点高度
2bx — 在高度 hx 的水平面上，保护范围的最小宽度
一般情况下取 D 5h
Байду номын сангаас
6 . 单根避雷线的保护范围
h
hx
rx
h
rx rx
h
h 30m : 25
避雷线保护范围的长度与其本身的长度相同，两端各
●通流容量：包括冲击通流容量和工频通流容量。冲击
通流容量是用具有一定波形和幅值的电流所允许通过的次
数来表示，工频通流容量以一定幅值的半波电流所允许通
过的次数来表示。
●保护水平U p (l )：它表示避雷器上可能出现的最大冲击电
压的峰值。IEC和我国标准都规定以残压、标准雷电冲击放电 电压及陡波放电电压除以1.15后所得电压值三者之中的最大值 作为避雷器的保护水平。阀式避雷器的保护水平越低越好。
雷针的顶端形成局部强场区，影响雷电先导放电的发
展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷
电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，
才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称
为定向高度。
当h≤30m时，H=20h; 当h＞30m时，H≈600m 2 . 保护范围、绕击率
磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)
FS：配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护
FZ：变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护
FCZ：变电所型，适用330～500kV变电所电气设备的保护
FCD：旋转电机型，适用旋转电机的保护
1. 原理结构图
Z F T R
瓷套
i
Ri
F—火花间隙 R—工作电阻（阀片）
U p(l ) max[U R ,Ub(l ) ,U st / 1.15]
●保护比 =
残压 灭弧电压
越小保护 性能越好
4. 结构特征
●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙
单个平板火花间隙：1－黄铜电极； 2－云母垫圈；3－间隙放电区 普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成
旋弧型磁吹间隙： 主要用于FCD系列中 1－永磁铁 2－内电极 3－外电极 4－电弧
使导体熔断等，在本课程中着重讨论前一类问题。
雷电放电起源于雷云的形成，也就是云的起电，这基本上是 一个气象物理问题，我们在这里不作深入探讨。
§6.1 雷电过程与雷电参数
一.雷电放电过程 （lightning) 1.先导阶段 2.主放电阶段 3. 余辉阶段
7 6
H(km)
5
4 3 2 1
箭状先导
箭状先导
值之比，一般希望它接近1，这样间隙的伏秒特性比较平坦，
容易与绝缘配合。 越小灭弧 性能越好
▼切断比 =
工频放电电压下限 灭弧电压
●残压 U R ：指波形为 8 / 20s 的一定幅值的冲击电流流
过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值。我国标准规定，220kV 及以下的避雷器冲击电流幅值为5kA，330kV及以上的避雷器相 应幅值为10kA。
管式避雷器：
实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭、 动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比 较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。
1－产气管；2－棒电极 3－环电极 4－导线 S1－灭弧间隙 S2－外间隙
（二）. 阀式避雷器
阀式避雷器 普通阀式避雷器（FS/FZ)
绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。
我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。
3 . 适用范围
避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集
中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸 展很广的保护对象。
4 . 单支避雷针的保护范围
h
hx
1.5h
xh 水平面上
rx
h 30m : 45
有一个受到保护的半个圆锥体空间。单根避雷线的保
护范围一侧宽度为：
rx 0.47(h hx ) p rx (h 1.53hx ) p
hx hx
≥
h/ 2 h/ 2
＜
保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角
D
h
二. 避雷器(lightning arrester)
避雷器是一种过电压限制器，它与被保护 设备并联运行，当作用电压超过一定幅值 以后避雷器总是先动作，泄放大量能量， T 限制过电压，保护电气设备。
2 MCOV ▼荷电率（Applied Voltage Ratio） AVR U1mA 荷电率是影响MOA老化性能和保护水平的一项重要指标。 AVR越高，保护性能较好，但老化快，寿命降低；AVR越 小，寿命延长，工作可靠，但保护性能变坏。
▼保护比:是标称放电电流下的残压UR(I)与参考电压之比。
Zj
U A 2I 0 Z j
3. 雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻
（≤
30 ）的物体时流过雷击点的电流。
I 2I 0
经验公式：
I 一般地区： lg P 88 I 少雷地区： lg P 44 I—雷电流幅值（kA)
P—幅值大于I的雷电流出现的概率
4. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T2 、陡度 实测表明： T1 : 1 ~ 4s
有效值。即系统发生短时工频电压升高时，避雷器能正
常可靠工作一段时间
▼容许最大持续运行电压(MCOV)：指避雷器能长期持
续运行的最大工频电压有效值，一般等于系统的最高工作相
电压
▼起始动作电压 U1mA :大致位于MOV伏安特性曲线由小
电流区上升部分进入大电流区平坦部分的转折处，可以认为 避雷器此时开始进入动作状态以限制过电压。通常以通过 1mA电流时的电压作为起始动作电压。
2. 动作过程
在系统正常工作时，间隙将阀片与工作导线隔开，以免由于工作电压在 阀片中产生的电流使阀片长期受热而烧坏。 2. 当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电 流通过阀片流入大地，由于阀片的非线性特性，其电阻在流经冲击电流 时变得很小，故在阀片上产生的压降（即残压）得到限制，使其低于被 保护设备的冲击耐压。 3.当过电压消失后，间隙中的电弧并不随之熄灭，由工频电压产生的电弧电 流（工频续流）仍将继续存在，工频续流比冲击电流小得多，故阀片电 阻变大，进一步限制了工频续流的数值，使间隙能在工频续流第一次经 过零点时就将电弧熄灭。以后，间隙的绝缘能够耐受电网恢复电压的作 用而不会发生重燃。 避雷器从间隙击穿到工频续流切断不超过半个周期，而且工频续流数值不大， 因此继电保护来不及反应，系统就已经恢复正常了。 1.
我国在防雷设计中取 2.6 / 40s
I ( kA / s ) 波前的平均陡度： 2 .6
5. 雷电流极性及计算波形 75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计 中一般按负极性考虑 常用计算波形：
(1). 双指数波
i
I 0.5I 0
i I 0 (e
t
二. 雷电参数
1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数。
雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数。
地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日
中受到的平均雷击次数。 2. 雷道波阻抗 Z 0
Z 0 300
先导
A
主放电
A
s
i0
A
Z0
s
Zj
Zj
A
Zj
Z j 很小
2i0
Z0
F
基本分类：
保护间隙
管式避雷器
避雷器 阀式避雷器 金属氧化物避雷器
对避雷器的基本技术要求：
●过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由
两者的全伏秒特性的配合来保证；
●避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次
过零时的工频续流，使系统恢复正常；
u
2 1 3 0 P 1－被保护绝缘 2－保护间隙或管式避雷器 3－阀式避雷器
e
t
)
T1
T2
t
(2).等值斜角平顶波前
i
I
i t (t≤T1)
i T1 I(t>T1)
0
T1
t
(3).等值半余弦波前
i
I
0.5I 0
T1
t
I i (1 cos t ) 2
T1
§6.2 防雷保护装置
防雷保护装置：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。 一. 避雷针和避雷线(lightning-conductor,lightning-rod) 1 . 保护原理：当雷云放电时使空间电场畸变，在避
▼工频放电电压：工频放电电压除了有上限值外，还有
一个下限值，以保证避雷器不至于在内部过电压作用下误 动作。
▼灭弧电压：指避雷器能可靠地熄灭续流电弧时的最
大工频作用电压，换言之，如果作用在避雷器上的工频电压超过
了灭弧电压，避雷器将因为不能熄灭续流电弧而损坏。灭弧电压 是一只避雷器最重要的设计依据。
▼冲击系数：等于避雷器的冲击放电电压与工频放电电压幅
hx
≥
h/ 2
＜
hx
h/ 2
h —避雷针高度，m p —高度修正系数 h ≤30m p 1
30＜
h ≤120m p
5.5 h
5 . 等高双避雷针的保护范围
1 2
h
hx
h0
1.5h
xh 水平面上
D
rx
bx
的保护范围
两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，
两针中间的保护范围用下式求得：
第五讲.雷电及防雷保护装置
雷电是大自然中最宏伟壮观的气体放电现象，雷电放电所产生的 雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效 应、机械效应和热效应。从电力工程的角度看，最值得我们 注意的两个方面是： 1. 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压；
2. 雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧，
D h0 h 7p
bx 1.5(h0 hx )
h0 — 两针联合保护范围上部边缘的最低点高度
2bx — 在高度 hx 的水平面上，保护范围的最小宽度
一般情况下取 D 5h
Байду номын сангаас
6 . 单根避雷线的保护范围
h
hx
rx
h
rx rx
h
h 30m : 25
避雷线保护范围的长度与其本身的长度相同，两端各
●通流容量：包括冲击通流容量和工频通流容量。冲击
通流容量是用具有一定波形和幅值的电流所允许通过的次
数来表示，工频通流容量以一定幅值的半波电流所允许通
过的次数来表示。
●保护水平U p (l )：它表示避雷器上可能出现的最大冲击电
压的峰值。IEC和我国标准都规定以残压、标准雷电冲击放电 电压及陡波放电电压除以1.15后所得电压值三者之中的最大值 作为避雷器的保护水平。阀式避雷器的保护水平越低越好。
雷针的顶端形成局部强场区，影响雷电先导放电的发
展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷
电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，
才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称
为定向高度。
当h≤30m时，H=20h; 当h＞30m时，H≈600m 2 . 保护范围、绕击率
磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)
FS：配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护
FZ：变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护
FCZ：变电所型，适用330～500kV变电所电气设备的保护
FCD：旋转电机型，适用旋转电机的保护
1. 原理结构图
Z F T R
瓷套
i
Ri
F—火花间隙 R—工作电阻（阀片）
U p(l ) max[U R ,Ub(l ) ,U st / 1.15]
●保护比 =
残压 灭弧电压
越小保护 性能越好
4. 结构特征
●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙
单个平板火花间隙：1－黄铜电极； 2－云母垫圈；3－间隙放电区 普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成
旋弧型磁吹间隙： 主要用于FCD系列中 1－永磁铁 2－内电极 3－外电极 4－电弧
使导体熔断等，在本课程中着重讨论前一类问题。
雷电放电起源于雷云的形成，也就是云的起电，这基本上是 一个气象物理问题，我们在这里不作深入探讨。
§6.1 雷电过程与雷电参数
一.雷电放电过程 （lightning) 1.先导阶段 2.主放电阶段 3. 余辉阶段
7 6
H(km)
5
4 3 2 1
箭状先导
箭状先导
值之比，一般希望它接近1，这样间隙的伏秒特性比较平坦，
容易与绝缘配合。 越小灭弧 性能越好
▼切断比 =
工频放电电压下限 灭弧电压
●残压 U R ：指波形为 8 / 20s 的一定幅值的冲击电流流
过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值。我国标准规定，220kV 及以下的避雷器冲击电流幅值为5kA，330kV及以上的避雷器相 应幅值为10kA。
管式避雷器：
实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭、 动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比 较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。
1－产气管；2－棒电极 3－环电极 4－导线 S1－灭弧间隙 S2－外间隙
（二）. 阀式避雷器
阀式避雷器 普通阀式避雷器（FS/FZ)
绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。
我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。
3 . 适用范围
避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集
中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸 展很广的保护对象。
4 . 单支避雷针的保护范围
h
hx
1.5h
xh 水平面上
rx
h 30m : 45
有一个受到保护的半个圆锥体空间。单根避雷线的保
护范围一侧宽度为：
rx 0.47(h hx ) p rx (h 1.53hx ) p
hx hx
≥
h/ 2 h/ 2
＜
保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角
D
h
二. 避雷器(lightning arrester)
避雷器是一种过电压限制器，它与被保护 设备并联运行，当作用电压超过一定幅值 以后避雷器总是先动作，泄放大量能量， T 限制过电压，保护电气设备。
2 MCOV ▼荷电率（Applied Voltage Ratio） AVR U1mA 荷电率是影响MOA老化性能和保护水平的一项重要指标。 AVR越高，保护性能较好，但老化快，寿命降低；AVR越 小，寿命延长，工作可靠，但保护性能变坏。
▼保护比:是标称放电电流下的残压UR(I)与参考电压之比。
Zj
U A 2I 0 Z j
3. 雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻
（≤
30 ）的物体时流过雷击点的电流。
I 2I 0
经验公式：
I 一般地区： lg P 88 I 少雷地区： lg P 44 I—雷电流幅值（kA)
P—幅值大于I的雷电流出现的概率
4. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T2 、陡度 实测表明： T1 : 1 ~ 4s
有效值。即系统发生短时工频电压升高时，避雷器能正
常可靠工作一段时间
▼容许最大持续运行电压(MCOV)：指避雷器能长期持
续运行的最大工频电压有效值，一般等于系统的最高工作相
电压
▼起始动作电压 U1mA :大致位于MOV伏安特性曲线由小
电流区上升部分进入大电流区平坦部分的转折处，可以认为 避雷器此时开始进入动作状态以限制过电压。通常以通过 1mA电流时的电压作为起始动作电压。
2. 动作过程
在系统正常工作时，间隙将阀片与工作导线隔开，以免由于工作电压在 阀片中产生的电流使阀片长期受热而烧坏。 2. 当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电 流通过阀片流入大地，由于阀片的非线性特性，其电阻在流经冲击电流 时变得很小，故在阀片上产生的压降（即残压）得到限制，使其低于被 保护设备的冲击耐压。 3.当过电压消失后，间隙中的电弧并不随之熄灭，由工频电压产生的电弧电 流（工频续流）仍将继续存在，工频续流比冲击电流小得多，故阀片电 阻变大，进一步限制了工频续流的数值，使间隙能在工频续流第一次经 过零点时就将电弧熄灭。以后，间隙的绝缘能够耐受电网恢复电压的作 用而不会发生重燃。 避雷器从间隙击穿到工频续流切断不超过半个周期，而且工频续流数值不大， 因此继电保护来不及反应，系统就已经恢复正常了。 1.