新電力系統(tǒng)雷電防護(hù)章PPT課件

1、 防雷保護(hù)設(shè)備 雷電放電作為一種強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)是難以制止的，產(chǎn)生的雷電過電壓可高達(dá)數(shù)百至數(shù)千kV，如不采取防護(hù)措施，將引起電力系統(tǒng)故障，造成大面積停電。 目前人們主要是設(shè)法去躲避和限制雷電的破壞性，基本措施就是加裝避雷針、避雷線、避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等防雷保護(hù)裝置。 避雷針、避雷線用于防止直擊雷過電壓，避雷器用于防止沿輸電線路侵入變電所的感應(yīng)雷過電壓。第1頁/共98頁8.1 8.1 避雷針與避雷線避雷針與避雷線第2頁/共98頁8.2.1 避雷針防雷原理及保護(hù)范圍1.避雷針防雷原理 避雷針是明顯高出被保護(hù)物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或鋼管制成，其作用是

2、吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。避雷針需有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全可靠地引入大地。 第3頁/共98頁2. 2. 避雷針的保護(hù)范圍避雷針的保護(hù)范圍 表示避雷針的保護(hù)效能，通常采用保護(hù)范圍的概念，只具有相對(duì)意義。避雷針的保護(hù)范圍是指被保護(hù)物體在此空間范圍內(nèi)不致遭受直接雷擊。我國使用的避雷針的保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)小電流雷電沖擊模擬試驗(yàn)確定，并根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了校驗(yàn)。保護(hù)范圍是按照保護(hù)概率99.9%確定的空間范圍（即屏蔽失效率或繞擊率0.1%）。第4頁/共98頁避雷針避雷針避雷針的保護(hù)范圍受保護(hù)區(qū)域受到保護(hù)失去保護(hù)避雷針8

3、.1 避雷針與避雷線圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100安全受保護(hù)區(qū)域只是保證在該區(qū)域中雷擊概率是很小的數(shù)值第5頁/共98頁單支避雷針保護(hù)范圍單支避雷針保護(hù)范圍上圖中劃定避雷針保護(hù)范圍的方法稱為折線法，用兩段斜率不同的折線段確定保護(hù)范圍（建筑防雷中采用滾球法確定保護(hù)范圍）折線表達(dá)式中的p是修正系數(shù)，根據(jù)避雷針高度的不同進(jìn)行有關(guān)修正hxhrxh/2rx=(h-hx)prx=(1.5h-2hx)p避雷針受保護(hù)區(qū)域避雷針保護(hù)范圍折線法8.1 避雷針與避雷線第6頁/共98頁修正系數(shù)修正系數(shù)p避雷針高度避雷針高度30m時(shí)時(shí)避雷針高度h80m時(shí)修正系數(shù)p1 hx被保護(hù)物高度hxhrxh/2rx=h-hxrx=1.5

4、h-2hx避雷針受保護(hù)區(qū)域避雷針保護(hù)范圍折線法 h30m30m修正后未修正80mh120m時(shí)修正系數(shù)：hp308.1 避雷針與避雷線如圖可見，避雷針高度超過30m后其保護(hù)范圍隨高度而增大的趨勢(shì)減緩第8頁/共98頁兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍h折線的確定方法同單支避雷針避雷針1兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍避雷針2h0=h-D/7pDAA A-A展開 BB B-B展開 兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個(gè)避雷針各自保護(hù)范圍的“并集”，而是比這個(gè)并集要大一些圖中藍(lán)色虛線部分代表單支避雷針保護(hù)范圍的界限8.1 避雷針與避雷線第9頁/共98頁8.2.2 8.2.2 避雷線防雷原理及保護(hù)范圍避雷線防

5、雷原理及保護(hù)范圍 避雷線，通常又稱架空地線，簡(jiǎn)稱地線。避雷線的防雷原理與避雷針相同，主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用來保護(hù)發(fā)電廠和變電所，近年來許多國家采用避雷線保護(hù)500kV大型超高壓變電所。用于輸電線路時(shí)，避雷線除了防止雷電直擊導(dǎo)線外，同時(shí)還有分流作用，以減少流經(jīng)桿塔入地的雷電流從而降低塔頂電位，避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓。 第10頁/共98頁單根避雷線保護(hù)范圍單根避雷線保護(hù)范圍hxhrxh/2rx=0.47(h-hx)prx=(h-1.53hx)p避雷線受保護(hù)區(qū)域避雷線保護(hù)范圍8.1 避雷針與避雷線第11頁/共98頁雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍hh/2

6、rx=0.47(h-hx)prx=(h-1.53hx)p避雷線1受保護(hù)區(qū)域雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍D/4p避雷線2D雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛8.1 避雷針與避雷線第12頁/共98頁避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍 避雷針在變電所、發(fā)電廠等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用（集中保護(hù)場(chǎng)合）。 避雷線適用于輸電線路防雷（分布保護(hù)場(chǎng)合），在變電所里有時(shí)也在電氣主回路上空布置多條避雷線進(jìn)行雷電防護(hù)。8.1 避雷針與避雷線第13頁/共98頁避雷針是不是越高越好？避雷針是不是越高越好？ 答案： 隨著避雷針高度的增加，其保護(hù)范圍的增加越來越有限，同時(shí)其保護(hù)范圍內(nèi)免受雷擊的概率變得不確定。 在提高避雷針高度

7、上下功夫不如采用多針聯(lián)合保護(hù)。8.1 避雷針與避雷線第14頁/共98頁8.2.3 8.2.3 避雷器工作原理及常用種類避雷器工作原理及常用種類 避雷器是專門用以限制線路傳來的雷電過電壓或操作過電壓的一種防雷裝置。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過電壓限制器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)連接，當(dāng)過電壓出現(xiàn)并超過避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，從而限制了過電壓的發(fā)展，使電氣設(shè)備免遭過電壓損壞。 避雷器的常用類型有：保護(hù)間隙、排氣式避雷器（常稱管型避雷器）、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器（常稱氧化鋅避雷器）四種。第15頁/共98頁避雷器1第16頁/共98頁避雷器2第17頁/共98頁1.保護(hù)間隙 保護(hù)間隙是一種簡(jiǎn)單的避雷

8、器，按其形狀可分為：角型、棒形、環(huán)形和球型等，常用角形保護(hù)間隙如圖8-14所示 。圖8-14 角型保護(hù)間隙1角型電極 2主間隙 3支柱絕緣子 4輔助間隙 5電弧的運(yùn)動(dòng)方向第18頁/共98頁2.排氣式避雷器 排氣式避雷器實(shí)質(zhì)上是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙，其結(jié)構(gòu)如圖8-15所示，內(nèi)間隙固定裝在管內(nèi)，管子由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成，其電極一端為棒形電極2，另一端為環(huán)形電極3。外間隙裸露在大氣中，由于產(chǎn)氣材料在泄漏電流作用下會(huì)分解，因此管子不能長時(shí)間接在工作電壓上，正常運(yùn)行靠外間隙來隔離工作電壓。 第19頁/共98頁圖8-15排氣式避雷器1產(chǎn)氣管 2棒形電極 3環(huán)形電極 S1內(nèi)間隙 S2外

9、間隙4-動(dòng)作指示器第20頁/共98頁3.閥式避雷器 閥式避雷器是由裝在密封瓷套中的多組火花間隙和多組非線性電阻閥片串聯(lián)組成。它分普通型和磁吹型兩大類。 普通閥式避雷器的單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)如圖8-16所示，電極由黃銅圓盤沖壓而成，兩電極間以云母墊圈隔開形成間隙，間隙距離為0.51.0mm，間隙電場(chǎng)接近均勻電場(chǎng)，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為2.73.0kV(有效值)。閥片的伏安特性如圖8-17所示。第21頁/共98頁圖8-16 單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)1黃銅電極 2云母墊圈圖8-17 閥片的伏安特性i1工頻續(xù)流 u1工頻電壓 i2雷電流 u2避雷器殘壓第22頁/共98頁 磁吹閥式避雷器（簡(jiǎn)稱磁吹避雷器）的基本

10、結(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥式避雷器相同，主要區(qū)別在于，磁吹閥式避雷器采用了磁吹式火花間隙，它是利用磁場(chǎng)對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)并延伸，使間隙的去游離作用增強(qiáng)，從而提高了滅弧能力，磁吹式火花間隙的結(jié)構(gòu)和電弧運(yùn)動(dòng)如圖8-18所示。 第23頁/共98頁圖8-18 磁吹式火花間隙1.角形電極 2滅弧盒 3并聯(lián)電阻 4滅弧柵第24頁/共98頁 多個(gè)間隙串聯(lián)電路中，由于寄生電容存在，滅弧過程工頻電壓在各個(gè)間隙上的分布是不均勻的，將影響每個(gè)間隙作用的充分發(fā)揮，減弱了滅弧能力。通常將四個(gè)火花間隙放在一個(gè)瓷套筒里組成標(biāo)準(zhǔn)間隙組，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間隙組的側(cè)面并有兩個(gè)串聯(lián)的半環(huán)形非線性分路電阻，以便起均壓作用

11、，如圖8-19所示。圖8-19 在間隙上并聯(lián)分路電阻(a)標(biāo)準(zhǔn)火花間隙組（普通閥式避雷器） (b)原理圖5間隙6分路電阻7工作電阻第25頁/共98頁 4. 金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器(MOA)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，因其性能比碳化硅避雷器更好，現(xiàn)在已在全世界得到廣泛應(yīng)用。金屬氧化物避雷器的閥片是由以氧化鋅（ZnO）為主要原料，并添加其它微量的氧化鉍（Bi2O3）、氧化鈷（Co2O3）、氧化錳（MnO2）、氧化銻（Sb2O3）、氧化鉻（Cr2O3）等金屬氧化物作添加劑。 金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅由相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅閥片密封在瓷套內(nèi)組成，所以也稱氧化鋅避雷器。第26頁/共98頁 氧

12、化鋅閥片具有極好的非線性伏安特性，如圖8-19所示，可分為小電流區(qū)、非線性區(qū)和飽和區(qū)。 圖8-20 氧化鋅閥片的伏安特性第27頁/共98頁ZnO閥片閥片 在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。 表面鍍鋁的的作用是填滿表面凹孔、防止電流在局部過于集中。上釉鍍鋁金屬氧化物避雷器第28頁/共98頁ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)避雷器的結(jié)構(gòu) ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由多片ZnO閥片堆疊而成，根據(jù)電壓等級(jí)的不同堆疊層數(shù)也不同。 圖中給出是目前最為先進(jìn)的硅橡膠復(fù)合外套避雷器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。下法蘭上法蘭下法蘭承擔(dān)機(jī)械負(fù)荷，玻璃鋼絕緣套筒承擔(dān)外絕緣，硅橡膠避雷器芯體，多片ZnO閥片堆疊而成金屬氧化物避雷器

13、第29頁/共98頁ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接避雷器在系統(tǒng)中的連接 絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連接都是星形接法。 星形接法下長期工作中的避雷器承受的是相電壓。 避雷器的接地要求絕對(duì)可靠。8.2 金屬氧化物避雷器第30頁/共98頁對(duì)避雷器性能的要求對(duì)避雷器性能的要求 良好的非線性（提高保護(hù)水平）。 大的通流容量（能夠吸收更強(qiáng)的雷電能量）。 小的工頻續(xù)流（雷擊時(shí)防止系統(tǒng)注入過大的電流）。 良好的伏秒特性（無論侵入波陡度如何都保證首先動(dòng)作）。8.2 金屬氧化物避雷器第31頁/共98頁ZnO避雷器的特性曲線避雷器的特性曲線 ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。 當(dāng)過電壓襲來時(shí)，ZnO避雷器電流劇

14、增，有效地吸收過電壓的能量并遏制住系統(tǒng)電壓的上升趨勢(shì)。系統(tǒng)相電壓U / kVI / A10-510-410-310-210-11101021031048.2 金屬氧化物避雷器第32頁/共98頁ZnO避雷器的參數(shù)避雷器的參數(shù)U / kVI / A10-510-410-310-210-1110102103104額定電壓容許最大持續(xù)運(yùn)行電壓起始動(dòng)作電壓（1mA參考電壓）殘壓 1m A電流（雷電、操作）沖擊電流幅值額定電壓和容許最大持續(xù)運(yùn)行電壓為有效值，1mA參考電壓常在直流下測(cè)得8.2 金屬氧化物避雷器第33頁/共98頁ZnO避雷器的參數(shù)避雷器的參數(shù) 壓比： 荷電率： 壓比反映了避雷器伏安特性的非線

15、性程度，壓比越小非線性程度越大、保護(hù)性能越好（1.55-1.6）。 荷電率反映了長期工作條件下避雷器承擔(dān)電壓負(fù)荷的輕重，荷電率較高時(shí)避雷器老化速度加快。參考電壓下殘壓壓比1mA10kA參考電壓（幅值）容許最大持續(xù)運(yùn)行電壓荷電率1mA8.2 金屬氧化物避雷器第34頁/共98頁ZnO避雷器的優(yōu)劣評(píng)判避雷器的優(yōu)劣評(píng)判顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B，其保護(hù)性能也優(yōu)于避雷器B8.2 金屬氧化物避雷器系統(tǒng)相電壓U / kVI / A10-510-410-310-210-1110102103104AB第35頁/共98頁ZnO避雷器的優(yōu)點(diǎn)避雷器的優(yōu)點(diǎn) 無串聯(lián)間隙 非線性程度好、保護(hù)性能優(yōu)越 通流容量大

16、工頻續(xù)流極小、可忽略不計(jì)8.2 金屬氧化物避雷器第36頁/共98頁避雷針作用是吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。避雷線，又稱架空地線，簡(jiǎn)稱地線。主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用來保護(hù)發(fā)電廠和變電所。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過電壓限制器。保護(hù)間隙排氣式避雷器閥式避雷器金屬氧化物避雷器小結(jié)返回返回（本節(jié)完）第37頁/共98頁8.4 接地的基本概念及原理 8.4.1 接地概念及分類 8.4.2 接地電阻，接觸電壓和跨步電壓 8.4.3 接地和接零保護(hù)返回返回第38頁/共98頁8.4.1 接地概念及分類 接地就是指將電力系統(tǒng)中電氣裝置和設(shè)施的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線連接至接

17、地極。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地極。電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地極連接用的金屬導(dǎo)電部分稱為接地線。接地極和接地線合稱接地裝置。 接地按用途可分為：工作接地保護(hù)接地防雷接地靜電接地返回返回第39頁/共98頁8.4.2 接地電阻，接觸電壓和跨步電壓 大地具有一定的電阻率，如果有電流經(jīng)過接地極注入，電流以電流場(chǎng)的形式向大地作半球形擴(kuò)散，則大地就不再保持等電位，將沿大地產(chǎn)生電壓降。 設(shè)土壤電阻率為 ,大地內(nèi)的電流密度為 ,則大地中電場(chǎng)強(qiáng)度為 在靠近接地極處，電流密度 和電場(chǎng)強(qiáng)度 最大，離電流注入點(diǎn)愈遠(yuǎn)，地中電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度就愈小，因此可以認(rèn)為在相當(dāng)遠(yuǎn)（約2040m）處，為零電位。電

18、位分布曲線如圖8-42所示。 EE第40頁/共98頁圖8-42 接地裝置的電位分布Ut接觸電壓 Us跨步電壓第41頁/共98頁 接地裝置對(duì)地電位u與通過接地極流入地中電流i的比值稱為接地電阻。 人處于分布電位區(qū)域內(nèi)，可能有兩種方式觸及不同電位點(diǎn)而受到電壓的作用。當(dāng)人觸及漏電外殼，加于人手腳之間的電壓，稱為接觸電壓。 當(dāng)人在分布電位區(qū)域內(nèi)跨開一步，兩腳間（水平距離0.8m）的電位差，稱為跨步電位差，即跨步電壓。第42頁/共98頁8.4.3 接地和接零保護(hù)1. 發(fā)電廠、變電所的接地保護(hù)發(fā)電廠、變電所的接地保護(hù) 發(fā)電廠、變電所中的接地網(wǎng)是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的良好接地裝置。一般的作法

19、是：除利用自然接地極以外，根據(jù)保護(hù)接地和工作接地要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后再在避雷針和避雷器安裝處增加35根集中接地極以滿足防雷接地的要求。 按照工作接地要求，發(fā)電廠、變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻應(yīng)滿足： IR2000e第43頁/共98頁2. 輸電線路的接地保護(hù) 高壓線路每一桿塔都有混凝土基礎(chǔ)，它也起著接地極的作用，其接地裝置通過引線與避雷線相連，目的是使擊中避雷線的雷電流通過較低的接地電阻而進(jìn)入大地。高壓線路桿塔的自然接地極的工頻接地電阻簡(jiǎn)易計(jì)算式為 ,k為各種型式接地裝置簡(jiǎn)易計(jì)算式系數(shù)， 為土壤電阻率。 kR 第44頁/共98頁3. 計(jì)算用土壤電阻率 接地電阻除與接地極的形狀、尺寸

20、大小有關(guān)外，還跟土壤電阻率 密切相關(guān)。土壤電阻率 主要取決于其化學(xué)成分及濕度大小，計(jì)算防雷接地裝置所采用的土壤電阻率應(yīng)取雷季中最大可能的數(shù)值，一般按下式計(jì)算：0式中： 土壤電阻率，單位為m； 0雷季中無雨時(shí)所測(cè)得的土壤電阻率，單位為m； 考慮土壤干燥所取的季節(jié)系數(shù) 第45頁/共98頁接地按用途可分為：工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、靜電接地大地具有一定的電阻率，電流以電流場(chǎng)的形式向大地作半球形擴(kuò)散，將沿大地產(chǎn)生電壓降。發(fā)電廠、變電所中的接地網(wǎng)是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的良好接地裝置小結(jié)返回返回（本節(jié)完）第46頁/共98頁電力系統(tǒng)防雷保護(hù) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)包括了線路、變電所、發(fā)電廠等

21、各個(gè)環(huán)節(jié)。第47頁/共98頁輸電線路雷電防護(hù)輸電線路雷電防護(hù)第48頁/共98頁8.3.1 輸電線路的防雷保護(hù) 在整個(gè)電力系統(tǒng)的防雷中，輸電線路的防雷問題最為突出。這是因?yàn)檩旊娋€路綿延數(shù)千里、地處曠野、又往往是周邊地面上最為高聳的物體，因此極易遭受雷擊。 輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，工程中主要用耐雷水平和雷擊跳閘率兩個(gè)指標(biāo)來衡量。所謂耐雷水平，是指雷擊線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值（單位為kA）。 第49頁/共98頁1. 輸電線路上的感應(yīng)雷過電壓 雷擊線路附近地面時(shí)，在線路的導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓，由于雷擊地面時(shí)雷擊點(diǎn)的自然接地電阻較大，雷電流幅值I一般不超過100kA。實(shí)測(cè)證明，感應(yīng)過電壓一

22、般不超過300-400kV，對(duì)35kV及以下水泥桿線路會(huì)引起一定的閃絡(luò)事故；對(duì)110kV及以上的線路，由于絕緣水平較高，所以一般不會(huì)引起閃絡(luò)事故。 感應(yīng)雷過電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線，故相間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)，如果二相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)即形成相間閃絡(luò)事故。 第50頁/共98頁 設(shè)避雷線和導(dǎo)線懸掛的對(duì)地平均高度分別為hg和hc,若避雷線不接地，則根據(jù)教材公式(8-18)可求得避雷線和導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓分別為 和 。igUicUSIhUggi25SIhUcci25于是于是 cgcigihhUU第51頁/共98頁2. 輸電線路的耐雷水平 我國110kV及以上線路一般全線都裝設(shè)避雷線，而35k

23、V及以下線路一般不裝設(shè)避雷線，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有避雷線的線路遭受直擊雷一般有三種情況：雷擊桿塔塔頂；雷擊避雷線檔距中央；雷電繞過避雷線擊于導(dǎo)線，如圖8-21所示。圖8-21 有避雷線線路直擊雷的三種情況第52頁/共98頁（1） 雷擊桿塔塔頂時(shí)的耐雷水平 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雷擊桿塔的次數(shù)與避雷線的根數(shù)和經(jīng)過地區(qū)的地形有關(guān)，雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總次數(shù)的比值稱為擊桿率g，DL/T 6201997標(biāo)準(zhǔn)，擊桿率g可采用表8-5所列數(shù)據(jù)。表8-5 桿率g避雷線根數(shù)避雷線根數(shù)12平原平原1/41/6山丘山丘1/31/4第53頁/共98頁 雷擊塔頂前，雷電通道的負(fù)電荷在桿塔及架空地線上產(chǎn)生感應(yīng)正電荷；當(dāng)雷擊塔

24、頂時(shí)，雷通道中的負(fù)電荷與桿塔及架空地線上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流，如圖8-22（a）所示 。圖8-22 （a）雷擊塔頂時(shí)雷電流的分布(b)雷擊塔頂時(shí)等值電路第54頁/共98頁 對(duì)于一般高度(40m以下)的桿塔，在工程近似計(jì)算中采用圖8-22（b）的集中參數(shù)等值電路進(jìn)行分析計(jì)算，考慮到雷擊點(diǎn)的阻抗較低，故略去雷電通道波阻的影響。 圖8-22 （a）雷擊塔頂時(shí)雷電流的分布(b)雷擊塔頂時(shí)等值電路第55頁/共98頁（2）雷擊避雷線檔距中央 雷擊避雷線檔距中央時(shí)，雷擊點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的過電壓，如圖8-23所示，根據(jù)彼德遜法則，由教材中公式（8-15），雷擊點(diǎn)A的電壓為： ggZZZZiU00A2式中

25、 避雷線的波阻抗 gZ圖8-23 雷擊避雷線檔距中央1避雷線 2導(dǎo)線第56頁/共98頁（3）雷電繞擊于導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平 裝設(shè)避雷線的線路仍然有雷繞過避雷線而擊于導(dǎo)線的可能性，雖然繞擊的概率很小，但一旦出現(xiàn)此情況，則往往會(huì)引起線路絕緣子的閃絡(luò)。第57頁/共98頁3. 輸電線路的雷擊跳閘率 雷電流超過線路的耐雷水平，會(huì)引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)。這時(shí)，雷電流沿閃絡(luò)通道入地，但持續(xù)時(shí)間只有幾十 ，線路斷路器來不及動(dòng)作。閃絡(luò)后是否會(huì)引起線路跳閘，還要看閃絡(luò)能不能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧。其概率稱為建弧率以 表示，與沿絕緣子串和空氣間隙的平均運(yùn)行電壓梯度有關(guān)?？捎孟率奖硎荆?75. 010)145 . 4(E

26、式中：E絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，kV(有效值)/m。s第58頁/共98頁 雷擊桿塔頂部發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧引起跳閘的次數(shù) ,雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧引起跳閘的次數(shù) 。有避雷線線路的雷擊跳閘率n可按下式計(jì)算：11PgNn22PPNn)(212121PPPgNPPNPgNnnn式中：N 落雷次數(shù)，次/(100kma)； 建弧率； g 擊桿率； 超過雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平的雷電流概率；超過雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平的雷電流概率； 超過雷繞擊導(dǎo)線時(shí)耐雷水平的雷電流概率；超過雷繞擊導(dǎo)線時(shí)耐雷水平的雷電流概率； 繞擊率繞擊率(包括平原和山區(qū)包括平原和山區(qū))。P1P2P第59頁/共98頁輸電線路

27、輸電線路雷擊分類雷擊分類感應(yīng)雷擊中桿塔雷繞過避雷線擊中導(dǎo)線雷擊中避雷線8.3 輸電線路雷電防護(hù)第60頁/共98頁輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果 導(dǎo)線避雷線、導(dǎo)線桿塔、導(dǎo)線大地閃絡(luò)。 侵入波沿線路侵入變電所、配電所、發(fā)電廠。8.3 輸電線路雷電防護(hù)第61頁/共98頁輸電線路防雷四道防線輸電線路防雷四道防線1.防止雷電直接擊中導(dǎo)線解決：架設(shè)避雷線2.防止雷電擊中桿塔或避雷線后反擊引起絕緣閃絡(luò)解決：降低桿塔接地電阻3.防止雷擊后的絕緣閃絡(luò)發(fā)展為穩(wěn)定燃燒的工頻電弧解決：增大絕緣子片數(shù)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地4.防止因雷擊導(dǎo)致的線路供電中斷解決：自動(dòng)重合閘、環(huán)網(wǎng)供電8.3 輸電線

28、路雷電防護(hù)第62頁/共98頁衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo)衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo) 耐雷水平雷擊線路不至使絕緣發(fā)生閃絡(luò)的最小雷電流幅值（注意耐雷水平指的是雷電流而不是雷電壓）。 雷擊跳閘率標(biāo)準(zhǔn)條件下（雷暴日數(shù)40、線路長度100km）每年雷擊引起的跳閘次數(shù)。8.3 輸電線路雷電防護(hù)第63頁/共98頁雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計(jì)算雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計(jì)算 圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約為300，Z2為輸電導(dǎo)線的波阻抗，其數(shù)值為300400。 從彼德遜等效電路中可以求出： 將Z1、Z2帶入可得 u100i，這也是有關(guān)規(guī)程中推薦的公式。Z2Z2uAuiZ1Z1Z2/22i+-uiZZZZiZZZZu2

29、121212122228.3 輸電線路雷電防護(hù)第64頁/共98頁雷擊情況分析雷擊情況分析繞擊繞擊 在懸掛有避雷線的情況下，雷電還有可能繞過避雷線擊中導(dǎo)線，這種情況稱作繞擊。 圖中稱為保護(hù)角，越小則繞擊概率越低、保護(hù)越完善，在必要的情況下甚至需要負(fù)的保護(hù)角。 注意參考“避雷線保護(hù)范圍”部分的內(nèi)容。8.3 輸電線路雷電防護(hù)第65頁/共98頁 桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來代表。 當(dāng)雷擊中桿塔時(shí)，雷電流在L、R上產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個(gè)壓降足夠高時(shí)將使絕緣子與桿塔之間發(fā)生閃絡(luò)。 因而，降低桿塔接地電阻具有極其重要的意義。 當(dāng)雷擊中避雷線時(shí)也可能造成反擊。LR反擊引起的閃絡(luò)雷擊情況分析雷

30、擊情況分析反擊反擊8.3 輸電線路雷電防護(hù)第66頁/共98頁雷擊情況分雷擊情況分析析感應(yīng)雷感應(yīng)雷過電壓過電壓1 18.3 輸電線路雷電防護(hù)雷 云+雷云發(fā)出的下行先導(dǎo)，其中有大量負(fù)電荷下行先導(dǎo)負(fù)電荷在導(dǎo)線上感應(yīng)出束縛電荷，極性為正第67頁/共98頁雷擊情況分雷擊情況分析析感應(yīng)雷感應(yīng)雷過電壓過電壓2 28.3 輸電線路雷電防護(hù)雷 云+導(dǎo)線上束縛電荷失去束縛開始向兩側(cè)自由流動(dòng)，其電流在導(dǎo)線波阻抗上形成過電壓主放電發(fā)生后下行先導(dǎo)中負(fù)電荷全部被中和感應(yīng)雷過電壓主要威脅到35kV及以下輸電線路第68頁/共98頁輸電線路避雷器輸電線路避雷器對(duì)于雷擊頻繁的線路常使用線路避雷器加強(qiáng)保護(hù)8.3 輸電線路雷電防護(hù)第

31、69頁/共98頁避雷線有關(guān)問避雷線有關(guān)問題題避雷線損避雷線損耗耗ZLUtsin(314 )輸電導(dǎo)線避雷線電磁耦合如圖可知，兩端接地的避雷線相當(dāng)于在輸電導(dǎo)線上加裝了一個(gè)“短路環(huán)”，而這個(gè)“短路環(huán)”與輸電線路存在電磁耦合，并通過這個(gè)電磁耦合消耗一部分輸電線路輸送的電能8.3 輸電線路雷電防護(hù)第70頁/共98頁避雷線有關(guān)問題避雷線有關(guān)問題采用架空絕緣地線采用架空絕緣地線 通過在避雷線和桿塔之間加裝一片絕緣子就可以解決上述損耗問題。 一片絕緣子的閃絡(luò)電壓相對(duì)來說很低，故不影響避雷線的防雷保護(hù)效果。8.3 輸電線路雷電防護(hù)第71頁/共98頁避雷線有關(guān)問題避雷線有關(guān)問題光纖復(fù)合架空地線光纖復(fù)合架空地線OP

32、GWOPGW 常規(guī)避雷線為鋼芯鋁絞線，在鋼芯鋁絞線中央安裝一根或數(shù)根光纖就構(gòu)成了光纖復(fù)合架空地線（OPGW）。 OPGW既可以完成避雷線所需完成的任務(wù)，其中的光纖又可以組建一個(gè)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。8.3 輸電線路雷電防護(hù)第72頁/共98頁8.4 8.4 發(fā)電廠和發(fā)電廠和變電所雷電防護(hù)變電所雷電防護(hù)第73頁/共98頁8.3.2 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 發(fā)電廠和變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，設(shè)備相對(duì)集中，一旦發(fā)生雷害事故，往往導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、變壓器等重要電氣設(shè)備的損壞，更換和修復(fù)困難，并造成大面積停電，嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活。因此，發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)要求十分可靠。 變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)來源

33、：雷電直擊變電所；沿輸電線入侵的雷電過電壓波。第74頁/共98頁1. 直擊雷過電壓的防護(hù) 直擊雷防護(hù)的措施主要是裝設(shè)避雷針或避雷線，使被保護(hù)設(shè)備處于避雷針或避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)，同時(shí)還必須防止雷擊避雷針或避雷線時(shí)引起與被保護(hù)物的反擊事故。 當(dāng)雷擊獨(dú)立避雷針時(shí)，如圖8-27所示。圖8-27雷擊獨(dú)立避雷針1母線 2變壓器第75頁/共98頁 雷電流經(jīng)避雷針及其接地裝置在避雷針h高度處和避雷針的接地裝置上將出現(xiàn)高電位UA(kV)和UG(kV)。tiLiRuddi Ai GiRu 圖8-27雷擊獨(dú)立避雷針1母線 2變壓器式中:i流過避雷針的雷電流，kA； Ri避雷針的沖擊接地電阻，單位為； L避雷針的等

34、值電感 ； 雷電流的上升陡度，kA 。tiddH第76頁/共98頁 為了防止避雷針與被保護(hù)的配電構(gòu)架或設(shè)備之間的空氣間隙Sa被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sa大于一定距離，取空氣的平均耐壓強(qiáng)度為500kVm；為了防止避雷針接地裝置和被保護(hù)設(shè)備接地裝置之間在土壤中的間隙Se被擊穿，必須要求Se大于一定距離，取土壤的平均耐電強(qiáng)度為300kVm，Sa和Se應(yīng)滿足下式要求: Sa0.2Ri0.1h Se0.3Ri第77頁/共98頁2. 侵入波過電壓的防護(hù) 變電所中限制雷電侵入波過電壓的主要措施是裝設(shè)避雷器。如果三臺(tái)避雷器分別直接連接在變壓器的三個(gè)出線套管端部，只要避雷器的沖擊放電電壓和殘壓低于變壓器的

35、沖擊絕緣水平，變壓器就得到可靠的保護(hù)。 但在實(shí)際中，變電所有許多電氣設(shè)備需要防護(hù)，而電氣設(shè)備總是分散布置在變電所內(nèi)，常常要求盡可能減少避雷器的組數(shù)，又要保護(hù)全部電氣設(shè)備的安全，加上布線上的原因，避雷器與電氣設(shè)備之間總有一段長度不等的距離。第78頁/共98頁3. 變電所的進(jìn)線段保護(hù) 變電所的進(jìn)線段保護(hù)是對(duì)雷電侵入波保護(hù)的一個(gè)重要輔助措施，就是在臨近變電所12km的一段線路上加強(qiáng)防護(hù)。進(jìn)線段保護(hù)的作用在于限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值和侵入波的陡度。35kV110kV變電所的進(jìn)線段保護(hù)接線如圖8-32所示。 圖8-32 35kV110kV變電所進(jìn)線保護(hù)接線第79頁/共98頁4. 變壓器防雷保護(hù)的幾個(gè)具

36、體問題（1）變壓器中性點(diǎn)防雷保護(hù)。當(dāng)三相來波時(shí)，在變壓器中性點(diǎn)的電位理論上會(huì)達(dá)到繞組首端電壓的兩倍，因此需要考慮變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)問題。（2）三繞組變壓器的防雷保護(hù)。高壓側(cè)有雷電過電壓波時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)出現(xiàn)一定過電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。第80頁/共98頁圖8-35 自耦變壓器的防雷保護(hù)接線（3）自耦變壓器的防雷保護(hù) 自耦變壓器除高、中壓自耦繞組之外，還有三角形接線的低壓非自耦繞組。高低壓繞組運(yùn)行而中壓開路時(shí)，若有侵入波從高壓端線路襲來，繞組中電位的起始與穩(wěn)態(tài)分布以及最大電位包絡(luò)線都和中性點(diǎn)接地的繞組相同。自耦變壓器的防雷保護(hù)接線如圖8-35所示。 第81

37、頁/共98頁 配電變壓器的防雷保護(hù)接線如圖8-36所示，其310kV側(cè)應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器FS-310或保護(hù)間隙來保護(hù)，構(gòu)成變壓器高壓側(cè)FS的接地端點(diǎn)、低壓繞組的中性點(diǎn)和變壓器金屬外殼三點(diǎn)聯(lián)合接地。（4）配電變壓器的防雷保護(hù)圖8-36 配電變壓器的保護(hù)接線第82頁/共98頁變電站雷擊來源變電站雷擊來源8.4 變電站雷電防護(hù)u雷電直擊變電所雷電沖擊波沿線路入侵第83頁/共98頁變電所直擊雷防護(hù)變電所直擊雷防護(hù) 避雷針在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。 避雷線在變電所內(nèi)主接線上方安裝數(shù)根避雷線聯(lián)合保護(hù)。8.4 變電站雷電防護(hù)第84頁/共98頁變電所直擊雷防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)獨(dú)立避雷針獨(dú)立避雷針 為防止

38、雷擊避雷針后引起的反擊，獨(dú)立避雷針與變電所構(gòu)架的空氣距離s1和接地體距離s2不應(yīng)小于規(guī)程的要求。 35kV及以下等級(jí)變電所必須安裝獨(dú)立避雷針。電氣主接線s1s2避雷針支座變電所構(gòu)架8.4 變電站雷電防護(hù)第85頁/共98頁變電所直擊雷防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)構(gòu)架避雷針構(gòu)架避雷針 對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)系統(tǒng)，由于外絕緣水平相對(duì)較高不易發(fā)生反擊，可以考慮將避雷針安裝在構(gòu)架上。電氣主接線避雷針變電所構(gòu)架8.4 變電站雷電防護(hù)第86頁/共98頁變電所侵入波防護(hù)變電所侵入波防護(hù) 對(duì)雷電侵入波的防護(hù)通過以下兩種方法進(jìn)行：避雷器吸收雷電侵入波的能量限制電壓升高進(jìn)線段將靠近變電所1km2km的輸電線路劃為進(jìn)線

39、段，對(duì)進(jìn)線段加強(qiáng)防雷保護(hù)（采用小的避雷線保護(hù)角、降低桿塔接地電阻、必要時(shí)安裝線路避雷器）以保證進(jìn)線段（幾乎）不發(fā)生雷擊；當(dāng)進(jìn)線段以外線路發(fā)生雷擊后，侵入波在進(jìn)入變電站之前通過進(jìn)線段后其波前陡度和幅值會(huì)進(jìn)一步降低 這兩種方法往往結(jié)合進(jìn)行。8.4 變電站雷電防護(hù)第87頁/共98頁變電所侵入波防護(hù)變電所侵入波防護(hù)避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響 首先對(duì)有關(guān)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化：假設(shè)侵入波為斜角波假設(shè)分析過程中變壓器處于開路狀態(tài)假設(shè)避雷的殘壓等于動(dòng)作電壓假設(shè)變壓器開路 由右圖可見，避雷器將通過的波頭進(jìn)行了限壓。斜角入射波避雷器動(dòng)作電壓8.4 變電站雷電防護(hù)第88頁/共98頁變電所侵入波防護(hù)變電所侵入波防護(hù)避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響 由于假設(shè)變壓器開路，波頭到達(dá)變壓器后折射波是入射波的2倍。 圖中給出的是最壞的情況，變壓器