高电压技术系列ppt---雷电及防雷装置
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避雷针（线）的保护范围由模拟试验确定，它只有相对的 意义，不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击，在保 护范围外的物体就完全不受保护。
一、折线法 √单支避雷针
在高度为hx的水平面上， 其保护半径rx可按下式计算
当hx h2时，rx (hhx)p
当hx
h2时，rx
Байду номын сангаас
(1.5h 2hx ) p
★斜角波
为简化防雷计算，常采用斜角波，其波前陡度由雷电流峰 值和波前时间决定，斜角波的波尾可以是无限长或有限长。规 程建议在一般线路防雷设计中可采用斜角波。
★半余弦波
对雷电波的波前来说，较近似的波形是半余弦波，其表达
式为
iL(t)
IL 2
(1cost)
在大跨越、特殊高塔线路防雷设计时采用半余弦波。
bx按下式计算
h0
h
D 7p
bx 1.5(h0hx)
√双支不等高避雷针
两针内侧的保护范围按下法确定：先按单针作出高针1的保 护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设 点3为一假想针的顶点，作出2和3两等高避雷针的保护范围。
√多支等高避雷针
三支针的安装地点1、2、3形成的三角形的外侧保护范围分 别按两支等高针的方法确定，如果在三角形内被保护物最大高 度hx的水平面上各相邻避雷针保护范围的外侧宽度 b x 0 ，则曲 线所围的平面全部得到保护。
二、滚球法（自学）
作业4 高电压技术（赵智大） P265：6-6、6-7、6-8、6-9 P266：7-1、7-2
第八章 雷电及防雷装置
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 度来看，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（或大气过电压），它是造成电力 系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；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、使导体熔断或通 过电动力引起机械损坏。
h0
h
D 4p
★保护角
避雷线一般用于输电 线路的直击雷保护，常用 保护角的大小来表示其对 导线的保护程度。保护角 是指避雷线和边相导线的 连线与经过避雷线的垂直 线之间的夹角。
保护角越小，导线就 越处在保护范围的内部 ， 保护也越可靠。500kV线路： 10°~15°；330kV线路及 双地线的220kV线路： 20°左右；山区110kV单地 线线路： 25°左右
log P IL 44
√波前时间、半峰值时间和陡度
雷电流的波前时间在1~5μs范围内，平均为2~2.5 μs，规程 推荐取2.6 μs。
雷电流半峰值时间在20~100μs范围内，平均为50 μs，超过 50μs的概率只有18%~30%。
据统计分析，雷电流的陡度与峰值的相关系数为0.6~0.64， 说明两者密切相关，规程按下式计算雷电流的平均陡度：
雷电流i为一非周期冲击波，它与气象、地质条件和地理位 置有关，是一个随机变量。
√峰值 根据我国长期实测所累积的大量数据，并参考了国外的资
料，对一般地区，规程建议按下式计算雷电流的累积概率
log P IL 88
其中：P为峰值超过IL的雷电流出现的概率，IL为雷电流的 峰值。
陕南以外的西北地区，内蒙古自治区的部分地区（平均雷 暴日数一般在20及以下）雷电流峰值较小，所以
在先导放电自雷云向下发展的初始阶段，先导头部离地面 较高，放电的发展方向不受地面物体的影响。因避雷针（线） 较高且有良好的接地，在其顶端因静电感应而积聚了与先导通 道中电荷极性相反的电荷，使其附近空间电场显著增强。当先 导头部发展到距地面某一高度时，该电场即开始影响先导头部 附近的电场，使其向避雷针（线）定向发展。随着先导通道的 定向延伸，避雷针（线）顶端的电场将大大增强，有可能产生 自避雷针（线）向上发展的迎面先导，再增强了避雷针（线） 的引雷作用。
√雷击避雷线、杆塔、架空地线或导线的情况
在主放电过程中，正电荷形成的电流波沿先导通道向上运 动，而负电荷形成的电流波则沿主放电通道及被击物体向下运 动，对于接地物体，该电流迅速流入大地。图8-1-2
流经被击物体的电流iz为
iz
vL
z0 z0 z j
流经被击物体的电流iz与被击物体的阻抗zj有关，zj越大则iz 越小，反之则iz越大。当zj=0时，流经被击物体的电流被定义为 “雷电流”，以iL表示。所以
√避雷线（架空地线）的保护范围 ★单根避雷线的保护范围
h hx ha h/2
rx
h
h
rx
hx
h 2
, rx
0.47(h
hx )
p
hx
h 2
, rx
(h
1.53hx )
p
rx
★两根等高平行避雷线的联合保护范围
R0
1
2
O
h hx ha h/ 2
h D/ 2
0
h
D
rx
O点的高度按下式计算
式中：h为避雷针高度； hx为被保护物体的高度；p为 高度影响系数：
h 30m时，p 1
30
h
120m时，p
5.5 h
√双支等高避雷针
在o-o’截
面上，高度为
两针间的保护范围可通过两针顶点及保护范围
hx的平面保护 范围一侧宽度
上部边缘的最低点o的圆弧来确定，o点的高度h0按 下式计算
0.023Td0.3
为了评价不同地区防雷系统的防雷性能，须将它们换算到 同样的雷电频度条件下进行比较。规程取40个雷暴日作为基准。
√输电线路落雷次数 对于输电线路，由于高出地面，有引雷作用，其吸引范围
与最容易受雷击的导线高度有关，根据模拟试验和运行经验， 一般高度线路的等值受雷面的宽度为4h+b。设N为每100km线路 每年遭受雷击的次数，则N可按下式计算
iL vL
所以电流iz为
iz
iL
z0 z0 z j
从地面的实际效果出发，可以将雷击物体看作是一个入 射波为i L 2 的电流波沿一条波阻抗为z0的通道向被击物体传播 的过程。规程DL/T620-2019将雷电通道波阻抗z0取为300Ω。 图8-1-4。
二、雷电流
负极性雷电所形成的各次雷击电流和正极性雷电流都具有 脉冲波形。描述脉冲波形的主要参数有三个：峰值、波前时间 和半峰值时间。雷电流的陡度是指其波前随是上升的变化率， 峰值和陡度都是影响雷电过电压的直接因素。
§8-1 雷电参数
一、雷电放电的等值电路
√雷击大地的情况
对地放电的雷云大多数是负极性的，在雷云向大地发展的 先导通道中分布的电荷与雷云的极性相同。随着带负电荷的先 导通道向大地发展，在附近地面上感应产生的正电荷也在增加。 当先导通道发展到离地面某一高度时，先导头部与地面之间的 空气被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，沿着先导通道向 上继续发展。
N 4 1 h 0 0 0 b 1 0 0 T d[次 （ /1 0 0 k m年 ） ]
对于Td=40，得γ =0.07，上式可简化为
N 0 .2 8 ( b 4 h ) [ 次 （ /1 0 0 k m 年 ） ]
§8-2 避雷针、避雷线的保护范围
对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。避雷针 （线）高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并将 雷电流迅速泄如大地，从而使避雷针（线）附近的物体得到保 护。
在电力系统中，高压架空输电线路纵横交错，广泛分布在 广阔的地面上，更容易遭受雷击，以致破坏电气设备引起停电 事故，给国民经济和人民生活带来严重损失。为了计算研究雷 电过电压和采取合理的防雷措施，必须掌握雷电参数。人们对 雷电进行了长期的观测，积累了不少有关雷电的资料，将获得 的数据进行统计分析，供防雷工程应用。
IL (kA/ s)
2.6
√雷电流波形 电气设备的雷电冲击试验和防雷设计要求将雷电波的波形
等值为可用公式表示的典型波形。常用的雷电流等值波形有双 指数波、斜角波和半余弦波。 ★双指数波
双指数波为雷电流的标准波形，是与实际雷电流波形最接 近的等值波形，其表达式为
iL(t)AIL(etet)
主放电产生大量正、负电荷，正电荷与先导通道中的负电 荷中和，而新产生的负电荷则沿主放电通道流入大地。以上相 向运动的正、负电荷形成强大的主放电电流。若大地为一理想 导体，则流经主放电通道的电流为 v L ，其极性与雷云的极性 相同。
研究表明，先导通道具有分布参数特征。先导放电的发展
可看作是一根均匀分布电荷的长导线自雷云向大地延伸，而将 先导头部邻近地面时气隙被击穿看作是开关突然合闸。图8-1-1
三、雷暴日与雷暴小时
一个地区雷电活动的频繁程度通常以该地区多年统计得到 的年平均雷暴日数或雷暴小时数来表示。雷暴日是一年中有雷 电的日数。雷暴小时是一年中有雷电的小时数。
四、地面落雷密度和输电线路落雷次数 √地面落雷密度
地面落雷密度是指每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的 次数，以γ 表示。与雷暴日有关，用下式表示
一、折线法 √单支避雷针
在高度为hx的水平面上， 其保护半径rx可按下式计算
当hx h2时，rx (hhx)p
当hx
h2时，rx
Байду номын сангаас
(1.5h 2hx ) p
★斜角波
为简化防雷计算，常采用斜角波，其波前陡度由雷电流峰 值和波前时间决定，斜角波的波尾可以是无限长或有限长。规 程建议在一般线路防雷设计中可采用斜角波。
★半余弦波
对雷电波的波前来说，较近似的波形是半余弦波，其表达
式为
iL(t)
IL 2
(1cost)
在大跨越、特殊高塔线路防雷设计时采用半余弦波。
bx按下式计算
h0
h
D 7p
bx 1.5(h0hx)
√双支不等高避雷针
两针内侧的保护范围按下法确定：先按单针作出高针1的保 护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设 点3为一假想针的顶点，作出2和3两等高避雷针的保护范围。
√多支等高避雷针
三支针的安装地点1、2、3形成的三角形的外侧保护范围分 别按两支等高针的方法确定，如果在三角形内被保护物最大高 度hx的水平面上各相邻避雷针保护范围的外侧宽度 b x 0 ，则曲 线所围的平面全部得到保护。
二、滚球法（自学）
作业4 高电压技术（赵智大） P265：6-6、6-7、6-8、6-9 P266：7-1、7-2
第八章 雷电及防雷装置
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 度来看，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（或大气过电压），它是造成电力 系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；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、使导体熔断或通 过电动力引起机械损坏。
h0
h
D 4p
★保护角
避雷线一般用于输电 线路的直击雷保护，常用 保护角的大小来表示其对 导线的保护程度。保护角 是指避雷线和边相导线的 连线与经过避雷线的垂直 线之间的夹角。
保护角越小，导线就 越处在保护范围的内部 ， 保护也越可靠。500kV线路： 10°~15°；330kV线路及 双地线的220kV线路： 20°左右；山区110kV单地 线线路： 25°左右
log P IL 44
√波前时间、半峰值时间和陡度
雷电流的波前时间在1~5μs范围内，平均为2~2.5 μs，规程 推荐取2.6 μs。
雷电流半峰值时间在20~100μs范围内，平均为50 μs，超过 50μs的概率只有18%~30%。
据统计分析，雷电流的陡度与峰值的相关系数为0.6~0.64， 说明两者密切相关，规程按下式计算雷电流的平均陡度：
雷电流i为一非周期冲击波，它与气象、地质条件和地理位 置有关，是一个随机变量。
√峰值 根据我国长期实测所累积的大量数据，并参考了国外的资
料，对一般地区，规程建议按下式计算雷电流的累积概率
log P IL 88
其中：P为峰值超过IL的雷电流出现的概率，IL为雷电流的 峰值。
陕南以外的西北地区，内蒙古自治区的部分地区（平均雷 暴日数一般在20及以下）雷电流峰值较小，所以
在先导放电自雷云向下发展的初始阶段，先导头部离地面 较高，放电的发展方向不受地面物体的影响。因避雷针（线） 较高且有良好的接地，在其顶端因静电感应而积聚了与先导通 道中电荷极性相反的电荷，使其附近空间电场显著增强。当先 导头部发展到距地面某一高度时，该电场即开始影响先导头部 附近的电场，使其向避雷针（线）定向发展。随着先导通道的 定向延伸，避雷针（线）顶端的电场将大大增强，有可能产生 自避雷针（线）向上发展的迎面先导，再增强了避雷针（线） 的引雷作用。
√雷击避雷线、杆塔、架空地线或导线的情况
在主放电过程中，正电荷形成的电流波沿先导通道向上运 动，而负电荷形成的电流波则沿主放电通道及被击物体向下运 动，对于接地物体，该电流迅速流入大地。图8-1-2
流经被击物体的电流iz为
iz
vL
z0 z0 z j
流经被击物体的电流iz与被击物体的阻抗zj有关，zj越大则iz 越小，反之则iz越大。当zj=0时，流经被击物体的电流被定义为 “雷电流”，以iL表示。所以
√避雷线（架空地线）的保护范围 ★单根避雷线的保护范围
h hx ha h/2
rx
h
h
rx
hx
h 2
, rx
0.47(h
hx )
p
hx
h 2
, rx
(h
1.53hx )
p
rx
★两根等高平行避雷线的联合保护范围
R0
1
2
O
h hx ha h/ 2
h D/ 2
0
h
D
rx
O点的高度按下式计算
式中：h为避雷针高度； hx为被保护物体的高度；p为 高度影响系数：
h 30m时，p 1
30
h
120m时，p
5.5 h
√双支等高避雷针
在o-o’截
面上，高度为
两针间的保护范围可通过两针顶点及保护范围
hx的平面保护 范围一侧宽度
上部边缘的最低点o的圆弧来确定，o点的高度h0按 下式计算
0.023Td0.3
为了评价不同地区防雷系统的防雷性能，须将它们换算到 同样的雷电频度条件下进行比较。规程取40个雷暴日作为基准。
√输电线路落雷次数 对于输电线路，由于高出地面，有引雷作用，其吸引范围
与最容易受雷击的导线高度有关，根据模拟试验和运行经验， 一般高度线路的等值受雷面的宽度为4h+b。设N为每100km线路 每年遭受雷击的次数，则N可按下式计算
iL vL
所以电流iz为
iz
iL
z0 z0 z j
从地面的实际效果出发，可以将雷击物体看作是一个入 射波为i L 2 的电流波沿一条波阻抗为z0的通道向被击物体传播 的过程。规程DL/T620-2019将雷电通道波阻抗z0取为300Ω。 图8-1-4。
二、雷电流
负极性雷电所形成的各次雷击电流和正极性雷电流都具有 脉冲波形。描述脉冲波形的主要参数有三个：峰值、波前时间 和半峰值时间。雷电流的陡度是指其波前随是上升的变化率， 峰值和陡度都是影响雷电过电压的直接因素。
§8-1 雷电参数
一、雷电放电的等值电路
√雷击大地的情况
对地放电的雷云大多数是负极性的，在雷云向大地发展的 先导通道中分布的电荷与雷云的极性相同。随着带负电荷的先 导通道向大地发展，在附近地面上感应产生的正电荷也在增加。 当先导通道发展到离地面某一高度时，先导头部与地面之间的 空气被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，沿着先导通道向 上继续发展。
N 4 1 h 0 0 0 b 1 0 0 T d[次 （ /1 0 0 k m年 ） ]
对于Td=40，得γ =0.07，上式可简化为
N 0 .2 8 ( b 4 h ) [ 次 （ /1 0 0 k m 年 ） ]
§8-2 避雷针、避雷线的保护范围
对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。避雷针 （线）高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并将 雷电流迅速泄如大地，从而使避雷针（线）附近的物体得到保 护。
在电力系统中，高压架空输电线路纵横交错，广泛分布在 广阔的地面上，更容易遭受雷击，以致破坏电气设备引起停电 事故，给国民经济和人民生活带来严重损失。为了计算研究雷 电过电压和采取合理的防雷措施，必须掌握雷电参数。人们对 雷电进行了长期的观测，积累了不少有关雷电的资料，将获得 的数据进行统计分析，供防雷工程应用。
IL (kA/ s)
2.6
√雷电流波形 电气设备的雷电冲击试验和防雷设计要求将雷电波的波形
等值为可用公式表示的典型波形。常用的雷电流等值波形有双 指数波、斜角波和半余弦波。 ★双指数波
双指数波为雷电流的标准波形，是与实际雷电流波形最接 近的等值波形，其表达式为
iL(t)AIL(etet)
主放电产生大量正、负电荷，正电荷与先导通道中的负电 荷中和，而新产生的负电荷则沿主放电通道流入大地。以上相 向运动的正、负电荷形成强大的主放电电流。若大地为一理想 导体，则流经主放电通道的电流为 v L ，其极性与雷云的极性 相同。
研究表明，先导通道具有分布参数特征。先导放电的发展
可看作是一根均匀分布电荷的长导线自雷云向大地延伸，而将 先导头部邻近地面时气隙被击穿看作是开关突然合闸。图8-1-1
三、雷暴日与雷暴小时
一个地区雷电活动的频繁程度通常以该地区多年统计得到 的年平均雷暴日数或雷暴小时数来表示。雷暴日是一年中有雷 电的日数。雷暴小时是一年中有雷电的小时数。
四、地面落雷密度和输电线路落雷次数 √地面落雷密度
地面落雷密度是指每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的 次数，以γ 表示。与雷暴日有关，用下式表示