重慶大學(xué)高電壓5電力系統(tǒng)大氣過電壓及保護(hù)

1、第二篇第二篇電力系統(tǒng)過電壓及其防護(hù)電力系統(tǒng)過電壓及其防護(hù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.6 5.1 雷電放電過程及雷電參數(shù)雷電放電過程及雷電參數(shù)雷電雷電是自然中最宏偉壯觀的現(xiàn)象也是自然中最宏偉壯觀的現(xiàn)象也是最普遍的現(xiàn)象之一，它對(duì)人類的是最普遍的現(xiàn)象之一，它對(duì)人類的生活環(huán)境、工作條件等都造成了很生活環(huán)境、工作條件等都造成了很大的影響，因此對(duì)雷電的研究和防大的影響，因此對(duì)雷電的研究和防護(hù)意義重大。護(hù)意義重大。早在早在18世紀(jì)初，世紀(jì)初，富蘭克林富蘭克林等物理學(xué)等物理學(xué)家已經(jīng)揭示了閃電就是電的本質(zhì)。家已經(jīng)揭示了閃電就是電的本質(zhì)。例如著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，第一次向人例如著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，第一次向人們揭示了雷電只不過是一種

2、大氣火們揭示了雷電只不過是一種大氣火花放電現(xiàn)象的秘密。花放電現(xiàn)象的秘密。隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)。識(shí)。雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電火花放電，它所，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引起巨大的起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。從從電力工程電力工程的角度來看，最值得我們注意的兩個(gè)方面是：的角度來看，最值得我們注意的兩個(gè)方面是： 雷電放電在電力系統(tǒng)中引起雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很

3、高的雷電過電壓很高的雷電過電壓，它是造，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一 產(chǎn)生巨大電流產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。通過電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。 本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：5.1.1、雷電放電的過程、雷電放電的過程5.1.2、雷電參數(shù)、雷電參數(shù) 5.1.3、雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路、雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路5.1.1 雷電放電的過程雷電放電的過程水滴分裂起電理論水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)

4、象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。雷云的底部大多是帶氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。雷云的底部大多是帶負(fù)電荷，在地面上感應(yīng)出大量的正電荷。負(fù)電荷，在地面上感應(yīng)出大量的正電荷。帶有大量不同極性的雷云之間、雷云對(duì)地之間就形成了帶有大量不同極性的雷云之間、雷云對(duì)地之間就形成了強(qiáng)大的強(qiáng)大的電場(chǎng)電場(chǎng)。雷云中的雷云中的電荷分布電荷分布當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過大氣電離的放電的臨大氣電離的放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐脑崎g或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹娀鸹ǚ烹?。放電通?/p>

5、的電流可達(dá)放電通道的電流可達(dá)幾十或幾百千安。幾十或幾百千安。雷電放電就其本質(zhì)而言是雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電雷電放電的基本過程雷電放電的基本過程1先導(dǎo)放電通道；先導(dǎo)放電通道；2強(qiáng)電離區(qū)；強(qiáng)電離區(qū)；3主放電通道主放電通道l先導(dǎo)；先導(dǎo)；r主放電；主放電；v發(fā)展方向發(fā)展方向雷電放電類型雷電放電類型v流經(jīng)物體的電流波與被擊流經(jīng)物體的電流波與被擊 物體的波阻抗有關(guān)物體的波阻抗有關(guān)v當(dāng)當(dāng)Zj=0時(shí)，流經(jīng)被擊物體時(shí)，流經(jīng)被擊物體 的電流定義為的電流定義為雷電流雷電流jLZZZZi00.22流經(jīng)被擊物體的電流：流經(jīng)被擊物體的電流：022iiLL彼德遜法則彼德遜法則研究表

6、明研究表明：雷電放電的：雷電放電的先導(dǎo)通道具有先導(dǎo)通道具有分布參數(shù)分布參數(shù)的特性的特性，可認(rèn)為它是一，可認(rèn)為它是一個(gè)具有電感、電容等均個(gè)具有電感、電容等均勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，稱為稱為雷電通道雷電通道，其波阻，其波阻抗為抗為Z0 雷電流波：雷電流波：Li.0雷電流通道的雷電流通道的波阻抗波阻抗Z0的數(shù)的數(shù)值通常取為值通常取為300歐歐5.1.2 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路jLZZZZii00n雷云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放；從電雷云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放；從電源性質(zhì)來看，這相當(dāng)于一個(gè)源性質(zhì)來看，這相當(dāng)于一個(gè)電流源電

7、流源的作用過程；的作用過程；n雷電放電的物理過程雖然很復(fù)雜，但從地面感受到的實(shí)際雷電放電的物理過程雖然很復(fù)雜，但從地面感受到的實(shí)際效果和防雷保護(hù)實(shí)際工程角度，可以把它看成是效果和防雷保護(hù)實(shí)際工程角度，可以把它看成是一個(gè)沿者一個(gè)沿者固定波阻抗的雷電通道向地面?zhèn)鞑ル姶挪ǖ倪^程固定波阻抗的雷電通道向地面?zhèn)鞑ル姶挪ǖ倪^程。可依據(jù)?？梢罁?jù)此建立計(jì)算模型。此建立計(jì)算模型。n在雷電放電的過程中，人們能夠測(cè)知的電量，是雷擊地面在雷電放電的過程中，人們能夠測(cè)知的電量，是雷擊地面時(shí)流過被擊物體的電流時(shí)流過被擊物體的電流i，然后再根據(jù)計(jì)算模型反推雷電波，然后再根據(jù)計(jì)算模型反推雷電波的電流。的電流。注意理解：注意理解

8、：若：若：Z ZZ Z0 0時(shí)，時(shí)，i iZ Zi iL L國際上都習(xí)慣把雷擊于低接地阻抗國際上都習(xí)慣把雷擊于低接地阻抗（Z0或或30歐姆）歐姆）物體時(shí)，流過該物體的電流稱為雷電流。物體時(shí)，流過該物體的電流稱為雷電流。應(yīng)特別注意應(yīng)特別注意：定義中的雷電流：定義中的雷電流iZ恰好等于沿雷電通道恰好等于沿雷電通道傳播而來的雷電流波傳播而來的雷電流波 的的兩倍兩倍。因此，在防雷保護(hù)計(jì)算的彼德遜等值電路中，因此，在防雷保護(hù)計(jì)算的彼德遜等值電路中，等值等值電流源通常直接用電流源電流源通常直接用電流源來表示，如圖來表示，如圖5.3。Li.0研究表明研究表明：雷電放電的：雷電放電的先導(dǎo)通道具有先導(dǎo)通道具有分

9、布參數(shù)分布參數(shù)的特性的特性，可認(rèn)為它是一，可認(rèn)為它是一個(gè)具有電感、電容等均個(gè)具有電感、電容等均勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，稱為稱為雷電通道雷電通道，其波阻，其波阻抗為抗為Z0 雷電流波：雷電流波：2Li.0彼德遜法則彼德遜法則雷擊大地時(shí)的電流：雷擊大地時(shí)的電流：022iiLL 為評(píng)價(jià)某地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)度，常用該地區(qū)多年統(tǒng)為評(píng)價(jià)某地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)度，常用該地區(qū)多年統(tǒng)計(jì)所得到的平均出現(xiàn)雷暴日或雷暴小時(shí)來估計(jì)的計(jì)所得到的平均出現(xiàn)雷暴日或雷暴小時(shí)來估計(jì)的 在一天內(nèi)或一小時(shí)內(nèi)只要聽到雷聲就作為一個(gè)在一天內(nèi)或一小時(shí)內(nèi)只要聽到雷聲就作為一個(gè)雷電雷電日日Td或一個(gè)或一個(gè)雷電小時(shí)雷電小時(shí)Th 由

10、于不同年份的雷電日數(shù)變化很大，所以均采用多由于不同年份的雷電日數(shù)變化很大，所以均采用多年平均值年平均值年平均雷電日年平均雷電日1、雷暴日及雷暴小時(shí)、雷暴日及雷暴小時(shí)5.1.3 雷電參數(shù)雷電參數(shù)雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)少雷區(qū)：少雷區(qū)：Td40強(qiáng)雷區(qū)：強(qiáng)雷區(qū)：Td90ThN100100010單位：次單位：次/100公里公里年年我國規(guī)程規(guī)定，對(duì)我國規(guī)程規(guī)定，對(duì)Td=40的地區(qū)，取的地區(qū)，取 次次/平方公里平方公里.雷電日雷電日地面落雷密度地面落雷密度：指每個(gè)雷電日每平方公里的地面上：指每個(gè)雷電日每平方公里的地面上的平均落雷次

11、數(shù)（單位：次的平均落雷次數(shù)（單位：次/平方公里平方公里雷電日）雷電日）2、地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)、地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)0.015若一般高度的線路的等值受雷面的寬度為若一般高度的線路的等值受雷面的寬度為10h(h為線為線路平均高度路平均高度(m)，則輸電線路年平均遭受雷擊的次，則輸電線路年平均遭受雷擊的次數(shù)：數(shù)：雷電通道長(zhǎng)度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類雷電通道長(zhǎng)度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為抗，稱為雷電通道波阻抗雷電通道波阻抗。我國有關(guān)規(guī)程建議我國有關(guān)規(guī)程建議取取Z03003、雷電通道的波阻抗、雷電

12、通道的波阻抗4、雷電的極性、雷電的極性 雷電的極性由雷云電荷的極性決定，負(fù)極性雷雷電的極性由雷云電荷的極性決定，負(fù)極性雷擊均占擊均占7590%，對(duì)設(shè)備絕緣危害較大，防雷計(jì)，對(duì)設(shè)備絕緣危害較大，防雷計(jì)算中一般均按負(fù)極性考慮。算中一般均按負(fù)極性考慮。5、雷電流的幅值、雷電流的幅值通常定義雷電流為雷通常定義雷電流為雷IL擊于低阻接地電阻擊于低阻接地電阻(30)的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波入射波I0的兩倍，即的兩倍，即02IIL一般地區(qū)，雷電流幅值超過一般地區(qū)，雷電流幅值超過 I的概率可按下式計(jì)算的概率可按下式計(jì)算6、雷電流的波前時(shí)間、陡度及波

13、長(zhǎng)、雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng) 雷電流的波前時(shí)間雷電流的波前時(shí)間T1處于處于14s的范圍內(nèi)，平均為的范圍內(nèi)，平均為2.6s。波長(zhǎng)。波長(zhǎng)T2處于處于20100s的范圍內(nèi)，多數(shù)為的范圍內(nèi)，多數(shù)為50s左右。左右。我國防雷設(shè)計(jì)采用我國防雷設(shè)計(jì)采用2.6/50s的波形；在絕緣的沖擊的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50s 88lgLIP(Td20)雷電流波前的平均陡度為雷電流波前的平均陡度為(kA/s)7、雷電流的計(jì)算波形、雷電流的計(jì)算波形在防雷計(jì)算中，按不同要求采用不同的計(jì)算波形在防雷計(jì)算中，按不同要求采用不同的計(jì)算波形 1 1

14、、雙指數(shù)波、雙指數(shù)波2 2、斜角波、斜角波3 3、斜角平頂波、斜角平頂波4 4、半余弦波、半余弦波5.6 直配電機(jī)的防雷保護(hù)直配電機(jī)的防雷保護(hù)5.2 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置5.2.1 避雷針和避雷線避雷針和避雷線5.2.2 避雷器避雷器5.2.3 防雷接地防雷接地現(xiàn)代電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的防雷保護(hù)裝置主要有：現(xiàn)代電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的防雷保護(hù)裝置主要有：避雷針避雷針、避雷線避雷線、保護(hù)間隙保護(hù)間隙、各種、各種避雷器避雷器、防雷接地防雷接地、電抗線圈、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等等。電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等等。避雷針避雷針 保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，保護(hù)原理：當(dāng)雷

15、云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避雷針頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影在避雷針頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地從而使被保護(hù)物體免遭雷擊從而使被保護(hù)物體免遭雷擊5.2.15.2.1、避雷針和避雷線、避雷針和避雷線避雷針保護(hù)范圍避雷針保護(hù)范圍()()2xxxhrhhPh(1.52 )()2xxxhrhh PhhP5 .5h 30m， P1 30m 65m時(shí)時(shí)(在在S50m以內(nèi)雷將被線路吸引而擊中線路本身以內(nèi)雷將被線路吸引而擊中線路本身)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷，導(dǎo)線

16、上的感應(yīng)雷過電壓的最大值為：過電壓的最大值為：Ld25iI huSIL為雷電流幅值(kA)，hd為導(dǎo)線平均高度(m)，S為雷擊點(diǎn)離導(dǎo)線水平距離。感應(yīng)雷過電壓極性與雷云的感應(yīng)雷過電壓極性與雷云的極性相反極性相反。相鄰導(dǎo)線相鄰導(dǎo)線同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)產(chǎn)生相同極性相同極性的感應(yīng)雷過電壓，因此相間的感應(yīng)雷過電壓，因此相間不存在電位差，只存在對(duì)地閃絡(luò)的可能，但如果兩相或不存在電位差，只存在對(duì)地閃絡(luò)的可能，但如果兩相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相間閃絡(luò)事故。三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相間閃絡(luò)事故。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（3）雷擊線路附近時(shí)感應(yīng)雷過電壓計(jì)算）雷擊線路附近時(shí)感應(yīng)雷過電壓計(jì)算有避雷線有避雷線當(dāng)導(dǎo)線上方掛有接地

17、的避雷線時(shí)，由于先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的電當(dāng)導(dǎo)線上方掛有接地的避雷線時(shí)，由于先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的電力線有一部分被避雷線截住，即力線有一部分被避雷線截住，即避雷線的屏蔽作用避雷線的屏蔽作用，因而，因而導(dǎo)線上的感應(yīng)束縛電荷減少，相應(yīng)的感應(yīng)電壓也減少。導(dǎo)線上的感應(yīng)束縛電荷減少，相應(yīng)的感應(yīng)電壓也減少。導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)雷過電壓為導(dǎo)線上的實(shí)際感應(yīng)雷過電壓為( )( )()( )(1)gi ci ci gi cchuuk uukhk為導(dǎo)線和避雷線之間得為導(dǎo)線和避雷線之間得耦合系數(shù)耦合系數(shù)雷擊線路桿塔，當(dāng)雷擊線路桿塔，當(dāng)無避雷線無避雷線時(shí)，對(duì)一般高度的線路可用下式時(shí)，對(duì)一般高度的線路可用下式計(jì)算感應(yīng)雷過電壓最大值：計(jì)算感應(yīng)雷

18、過電壓最大值： a為感應(yīng)過電壓系數(shù)（為感應(yīng)過電壓系數(shù)（kV/m），數(shù)值上等于雷電流的時(shí)間），數(shù)值上等于雷電流的時(shí)間陡度平均值，即陡度平均值，即aI/2.6（kV/s） 當(dāng)當(dāng)有避雷線有避雷線時(shí)，由于其屏蔽效應(yīng)，則：時(shí)，由于其屏蔽效應(yīng)，則： k為耦合系數(shù)為耦合系數(shù)ccihau)()1 ()(khucci(4) 雷擊線路桿塔時(shí)的感應(yīng)過電壓雷擊線路桿塔時(shí)的感應(yīng)過電壓5.3.3 輸電線路直擊雷過電壓輸電線路直擊雷過電壓（1） 雷擊桿塔塔頂時(shí)的過電壓和耐雷水平雷擊桿塔塔頂時(shí)的過電壓和耐雷水平-反擊反擊)6 . 2(titopLRIu(1)ctopcuk ua hk )1)(6 . 26 . 2(khLRI

19、uctiLi感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓避雷線在導(dǎo)線避雷線在導(dǎo)線上耦合電壓上耦合電壓ctopLuuui塔頂電位幅值塔頂電位幅值導(dǎo)線電位幅值導(dǎo)線電位幅值線路絕緣子串上兩端電壓線路絕緣子串上兩端電壓IUcUtop 有避雷線有避雷線 無避雷線無避雷線工程實(shí)用中往往以降低工程實(shí)用中往往以降低Ri和提高和提高k值作為提高輸電線路耐雷值作為提高輸電線路耐雷水平的主要途徑水平的主要途徑6 .2)6 .2()1 (%501ctihLRkuI6 .26 .2%501ctihLRuI耐雷水平耐雷水平是指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大是指雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值，單位為雷電流幅值，單

20、位為kAkA。擊桿率擊桿率g：雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總數(shù)的比值。：雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總數(shù)的比值。012平原平原1/21/41/6山區(qū)山區(qū)11/31/4避雷線根數(shù)避雷線根數(shù)地形地形(2) 雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過電壓雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過電壓流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為雷擊點(diǎn)的電壓雷擊點(diǎn)的電壓取雷電流為斜角波頭：取雷電流為斜角波頭：iL=at雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的雷擊處避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙上所承受的最大電壓空氣間隙上所承受的最大電壓Li02/1ZZiibLZbbLbZAZZZZiZiu0022)1 (2)1 (00kZZZZvlakuubbbAS2bZ(3) 雷繞過避雷

21、線擊于導(dǎo)線時(shí)的過電壓雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線時(shí)的過電壓-繞擊繞擊2Izi流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為導(dǎo)線上電壓為導(dǎo)線上電壓為幅值幅值繞擊時(shí)耐雷水平繞擊時(shí)耐雷水平0/21LZiiZZ0022dZLZ ZZuiiZZ002dLZ ZUIZZ0250%02ZZIUZ Zzi雷繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率，稱為雷繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率，稱為繞擊率繞擊率P。 P之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(hù)角保護(hù)角、桿塔高度桿塔高度ht及線路通及線路通過地區(qū)的過地區(qū)的地形、地貌地形、地貌等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。平原線路平原線路山區(qū)線路山區(qū)線路 （1）雷擊桿塔時(shí)的跳閘率）雷擊桿塔時(shí)

22、的跳閘率(反擊率反擊率)（2）繞擊跳閘率）繞擊跳閘率(繞擊率繞擊率)（3）線路的雷擊跳閘率）線路的雷擊跳閘率 116 . 0Pghnb226 . 0PPhnb)(6 . 02121PPPghnnnbP1雷電流超過反擊耐壓水平的雷電流概率雷電流超過反擊耐壓水平的雷電流概率P2雷電流超過繞擊耐壓水平的雷電流概率雷電流超過繞擊耐壓水平的雷電流概率雷擊跳閘率的計(jì)算雷擊跳閘率的計(jì)算5.3.4 輸電線路的防雷措施輸電線路的防雷措施(一一) 避雷線（架空地線）避雷線（架空地線）110kV及以上架空輸電線路防雷措施是沿全線架設(shè)避雷線；及以上架空輸電線路防雷措施是沿全線架設(shè)避雷線；35kV及以下的線路主要依靠架

23、設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘來進(jìn)及以下的線路主要依靠架設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘來進(jìn)行防雷保護(hù)。行防雷保護(hù)。(二二) 降低桿塔接地電阻降低桿塔接地電阻提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工頻接地電阻一般為頻接地電阻一般為1030。(三三) 加強(qiáng)線路絕緣加強(qiáng)線路絕緣增加絕緣子串中的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔增加絕緣子串中的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當(dāng)大的局限性。一般優(yōu)先采用降頭空氣間距等等，但有相當(dāng)大的局限性。一般優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。低桿塔接地電阻的辦法來提高線路耐雷水平。(四

24、四) 耦合地線耦合地線作為一種補(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之作為一種補(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。閘率。(五五) 消弧線圈消弧線圈能使雷電過電壓所引起來的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)變成穩(wěn)能使雷電過電壓所引起來的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧，即大大減小建弧率和斷路器的跳閘次數(shù)。定的工頻電弧，即大大減小建弧率和斷路器的跳閘次數(shù)。(六六) 線路型避雷器線路型避雷器僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它

25、能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。(七七) 不平衡絕緣不平衡絕緣一回路的三相絕緣子片數(shù)少于另一路的三相。一回路的三相絕緣子片數(shù)少于另一路的三相。(八八) 自動(dòng)重合閘自動(dòng)重合閘線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或劣化。線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或劣化。主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.6 5.4 5.4 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù) 線路的雷害事故往往只導(dǎo)致電網(wǎng)工況的短時(shí)惡化；線路的雷害事故往往只導(dǎo)致電網(wǎng)工況的短時(shí)惡化；變電所的雷害事故就要嚴(yán)重得多，往往導(dǎo)致大面積變電所的雷害事故就要嚴(yán)重得多，往往導(dǎo)致大面積停電。變電設(shè)備的內(nèi)絕緣水平往往低

26、于線路絕緣，停電。變電設(shè)備的內(nèi)絕緣水平往往低于線路絕緣，而且不具有自恢復(fù)功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分而且不具有自恢復(fù)功能，一旦發(fā)生擊穿，后果十分嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求更更嚴(yán)格嚴(yán)格、措施、措施更嚴(yán)密更嚴(yán)密、可靠可靠。變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)來源：變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓的兩個(gè)來源： 雷電直擊變電所；雷電直擊變電所； 沿輸電線入侵的雷電過電壓波。沿輸電線入侵的雷電過電壓波。 5.4.1 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)5.4.2 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)5.4.1 發(fā)電廠、變

27、電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所必須裝設(shè)發(fā)電廠、變電所必須裝設(shè)避避雷針雷針或或避雷線避雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)。按安裝方式的不同，保護(hù)。按安裝方式的不同，避雷針分為避雷針分為獨(dú)立避雷針獨(dú)立避雷針和和構(gòu)構(gòu)架避雷針兩類架避雷針兩類。絕緣水平不。絕緣水平不高的高的35kV以下的配電裝置，以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)絡(luò)(反擊反擊)。 變電所的直擊雷防護(hù)變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是主要是選擇避雷針的選擇避雷針的數(shù)量數(shù)量、高度高度、裝設(shè)位置裝設(shè)位置、驗(yàn)、驗(yàn)算它們的算它們的保護(hù)范圍保護(hù)范圍、應(yīng)有的、應(yīng)有的接地電阻接地電阻、防、

28、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針獨(dú)立避雷針，還，還有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架及其接有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。地裝置的空氣間距及地下距離的問題。 為了防止避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生為了防止避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生反擊反擊，其空氣間距，其空氣間距S1應(yīng)應(yīng)滿足下式要求：滿足下式要求： 為了防止避雷針為了防止避雷針接地裝置接地裝置與變電所接地網(wǎng)之間因土壤與變電所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿擊穿而連在一起，地下距離而連在一起，地下距離S2亦應(yīng)滿足下式要求亦應(yīng)滿足下式要求獨(dú)立避雷針應(yīng)有的空氣間隙獨(dú)立避雷針應(yīng)有的空氣間隙 E1、E2為空氣間隙平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)和土

29、壤平均為空氣間隙平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)和土壤平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)。沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)。用下面兩個(gè)公式校核用下面兩個(gè)公式校核獨(dú)立避雷針的空氣間距和地獨(dú)立避雷針的空氣間距和地中距離中距離：5.4.2 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù) 裝設(shè)裝設(shè)避雷器避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值限制過電壓波的幅值。但是還需要有但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。與之配合。避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提：避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提： 它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的

30、配合它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合; 它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度強(qiáng)度; 被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。（1）避雷器與被保護(hù)設(shè)備連接一點(diǎn)）避雷器與被保護(hù)設(shè)備連接一點(diǎn)bbuizu12tiu避雷器的伏秒避雷器的伏秒特性與侵入波特性與侵入波電壓相交時(shí)，電壓相交時(shí)，避雷器動(dòng)作。避雷器動(dòng)作。？放電電壓：放電電壓：決定決定于避雷器的伏秒于避雷器的伏秒特性。特性。避雷器的殘壓最大值：避雷器的殘壓最大值：決決定于避雷器的伏秒特性和定于避雷器的伏秒特性和流過避雷器電流的大

31、小。流過避雷器電流的大小。td由于閥片的非線性，電流在很大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)殘壓變由于閥片的非線性，電流在很大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)殘壓變化很小。波尾較平?；苄　２ㄎ草^平。避雷器的沖擊放電電壓與額定放電電流（如避雷器的沖擊放電電壓與額定放電電流（如5kA）下）下的殘壓基本相同。的殘壓基本相同。因此，避雷器上的電壓因此，避雷器上的電壓Ub可近似為一斜角平頂波。幅可近似為一斜角平頂波。幅值等于避雷器的殘壓，波頭長(zhǎng)度等于避雷器的放電時(shí)值等于避雷器的殘壓，波頭長(zhǎng)度等于避雷器的放電時(shí)間間td（2）避雷器與被保護(hù)設(shè)備不在一點(diǎn)）避雷器與被保護(hù)設(shè)備不在一點(diǎn)1()u tTat 被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進(jìn)波陡被保護(hù)

32、絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進(jìn)波陡度度a越大，電壓差值越大，電壓差值 也就越大。也就越大。U22()()2 ()2 ()22Uu tTu tbba tTTa tTbblaTav絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足：絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足：閥式避雷器的保護(hù)距離：閥式避雷器的保護(hù)距離： K為變電所出線修正系數(shù)為變電所出線修正系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼確保重點(diǎn)、兼顧一般顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。裝得離主變壓器近一些。（3）

33、變電所的進(jìn)線段保護(hù)）變電所的進(jìn)線段保護(hù)進(jìn)線段保護(hù)是指臨近變電所進(jìn)線段保護(hù)是指臨近變電所l2km的一段線路上的一段線路上加強(qiáng)防雷加強(qiáng)防雷保護(hù)措施保護(hù)措施。對(duì)于那些對(duì)于那些未未沿全線架設(shè)避雷線的沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來說，及以下的線路來說，首先在靠近變電所首先在靠近變電所(l2km)的線段上加裝避雷線；的線段上加裝避雷線；對(duì)于全線對(duì)于全線有有避雷線的避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)的一段長(zhǎng)l 2km的線路加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。的線路加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。目的是減小進(jìn)線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率，使侵目的是減小進(jìn)線段內(nèi)繞擊

34、和反擊形成侵入波的概率，使侵入變電所的雷電波主要來自進(jìn)線段以外。入變電所的雷電波主要來自進(jìn)線段以外。進(jìn)線段保護(hù)的作用進(jìn)線段保護(hù)的作用：雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；降低了波前陡度和幅值；由于進(jìn)線段波阻抗的作用，減小了流過避雷器的雷電流。由于進(jìn)線段波阻抗的作用，減小了流過避雷器的雷電流。 50%2bbUUIZ流過避雷器的沖擊電流流過避雷器的沖擊電流Ub閥式避雷器的殘壓，閥式避雷器的殘壓，kV主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.6 5.5 變壓器的防雷保護(hù)變壓器的防雷保護(hù)5.5.1 三繞組變壓器的防雷保護(hù)三繞組變壓

35、器的防雷保護(hù)5.5.2 自耦變壓器的防雷保護(hù)自耦變壓器的防雷保護(hù)5.5.3 變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)5.5.1 三繞組變壓器的防雷保護(hù)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定過電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。避雷器。 5.5.2 自耦變壓器的防雷保護(hù)自耦變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路器器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖中的雷器（圖中的FV2）進(jìn)行保護(hù)，）進(jìn)行保護(hù)，中

36、壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓斷路器中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓斷路器 QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器器 （圖中的（圖中的FV1）進(jìn)行保護(hù)。）進(jìn)行保護(hù)。 當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在AA之間再跨接一組避雷器之間再跨接一組避雷器（圖中的（圖中的FV3）。）。 自耦變壓器典型的保護(hù)接線自耦變壓器典型的保護(hù)接線5.5.3 變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)110kV及以上的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)及以上的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng) 1、中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。但在變電所只有一臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線的情況下，但在變電所只有一臺(tái)變壓

37、器且為單路進(jìn)線的情況下，仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避雷器。雷器。 2、當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)，同時(shí)注意校核避雷器緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)，同時(shí)注意校核避雷器的滅弧電壓的滅弧電壓 35kV及以下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)及以下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng) 變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.6 直配電機(jī)的防雷保護(hù)直配電機(jī)的防雷保護(hù)從防雷的觀點(diǎn)來看，發(fā)電機(jī)可分為從防雷的觀點(diǎn)來看，發(fā)電機(jī)可分為兩大類兩大類 經(jīng)過變壓器再接到架空線上去的電機(jī)，簡(jiǎn)稱經(jīng)過變壓器再接到架空線上去的電機(jī)，簡(jiǎn)稱非直配電機(jī)非直配電機(jī) 直接與架空線相連直接與架空線相連(包括經(jīng)過電纜段、電抗器