雷電及防雷裝置線路防雷課件

1、第12章 雷電及防雷裝置第1頁，共82頁。內(nèi)容介紹12.1 雷電放電及雷電的主要參數(shù)12.2 避雷針與避雷線的保護(hù)范圍12.3 避雷器12.4 防雷接地第2頁，共82頁。雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓（也稱大氣過電壓），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；雷電放電所產(chǎn)生的巨大電流，可能使被擊物炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動力引起機(jī)械損壞。為預(yù)防或限制雷電的危害性，在電力系統(tǒng)中采用一系列防雷措施和防雷保護(hù)裝置。雷云放電起源于雷云的形成（云的起電），這是一個氣象物理現(xiàn)象。目前比較有代表性的理論有感應(yīng)起電、對流起電、溫差起電、水滴分裂起電、融化起電、凍結(jié)起電等，至今尚無定論

2、。獲得比較廣泛認(rèn)同的水滴分裂起電理論。第3頁，共82頁。12.1 雷電放電及雷電的主要參數(shù)12.1.1 雷電的形成在特定的大氣和地形條件下，強(qiáng)大而潮濕的熱氣流在不斷上升的過程中，內(nèi)部的水滴被強(qiáng)烈碰撞分裂起電，細(xì)微的水沫帶負(fù)電，被上升氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。帶正電的水珠或凝聚成雨滴落下地面，或懸浮在云中，形成雷云下的局部正電荷區(qū)。雷電放電大多數(shù)出現(xiàn)在雷云與雷云之間，少數(shù)發(fā)生在雷云與大地之間。而這少數(shù)的雷云與大地之間的雷電放電是引起雷害的主要因素。雷云放電一般包括先導(dǎo)放電、主放電、余輝放電三個過程。另外由于雷云中往往會有幾個電荷中心，故在整個雷電放電過程中經(jīng)常會出現(xiàn)多次重復(fù)放電的現(xiàn)象。

3、 第4頁，共82頁。雷云對地放電過程 （1）先導(dǎo)放電過程在雷云帶有電荷后，其電荷往往會集中在幾個帶電中心，它們間的電荷數(shù)也不完全相等。當(dāng)某一點的電荷較多，且在它附近的電場強(qiáng)度達(dá)到足以使空氣絕緣發(fā)生擊穿的程度（約2530kVcm）時，空氣便開始游離，使這一部分空氣由原來的絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電性的通道。該導(dǎo)電性通道將由雷云不斷向地面伸展，這個過程通常稱為先導(dǎo)放電。在雷云對大地的第一次放電過程中，先導(dǎo)放電是不連續(xù)的，雷云對地面的先導(dǎo)放電是逐級向下發(fā)展的。每一級長度約2550m，每一級的伸展速度約104kms，各級之間有3090s的停歇，所以先導(dǎo)放電的平均發(fā)展速度只有100800kms，約為光速的1100

4、0左右。因此，這種逐級向下發(fā)展的先導(dǎo)放電又稱為分級先導(dǎo)。先導(dǎo)通道具有良好的導(dǎo)電性，帶有與雷云同極性的剩余負(fù)電荷，先導(dǎo)通道頭部的對地電位基本與雷云的對地電位相同，可高達(dá)10MV。另外，雷云與先導(dǎo)中的負(fù)電荷將在大地或地面物體上感應(yīng)出大量的異號正電荷。 第5頁，共82頁。（2）主放電過程當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展到接近地面或地面物體時，由于先導(dǎo)通道頭部的極高電位，剩余的空氣間隙中的電場強(qiáng)度將達(dá)到極高的程度，從而使空氣發(fā)生強(qiáng)烈游離并產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)。此區(qū)域沿先導(dǎo)通道自下而上迅速地向上傳播，形成一條高電導(dǎo)率的等離子體通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)電荷與大地中的正電荷發(fā)生強(qiáng)烈的中和，這個過程稱為主放電過程。主放電發(fā)展

5、的速度比先導(dǎo)放電的發(fā)展速度快得多，達(dá)到1.51071.5108ms （12012的光速）。在主放電發(fā)展的極短時間內(nèi)（約50100s），主放電通道中將流過幅值很大的電流，可高達(dá)幾十至幾百千安，使放電通道的溫度急速升高至2104以上，從而形成了強(qiáng)烈的閃電和雷鳴。 第6頁，共82頁。（3）余輝放電和多重放電主放電到達(dá)云端時，意味著主放電階段結(jié)束。此時，雷云中剩下的電荷，將繼續(xù)沿主放電通道下移，此時稱為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時間可達(dá)0.030.15s。至此，第一次雷電放電結(jié)束。但是，由于雷云中可能存在多個電荷中心，因此，在實際中雷云放電往往是多重的，它會沿原來的放電通道出現(xiàn)第二次

6、放電、第三次放電，造成多重雷擊，但此時先導(dǎo)不再是分級的，而是連續(xù)發(fā)展的。 第7頁，共82頁。雷擊放電的計算模型和等值電路12.1.2 雷擊物體時的計算模型及雷電流雷擊放電計算模型(a)先導(dǎo)放電結(jié)束(b) 主放電開始(c) 主放電通道電路(d)等值電路 先導(dǎo)通道具有較好的導(dǎo)電性，也具有分布參數(shù)的特征 ,其波阻抗為Z0 。Z是被擊物體與大地（零地位）之間的阻抗 。可以把先導(dǎo)通道擊中物體開始主放電的過程看作是沿著波阻抗為Z0的無限長的雷電通道，自天空向地面?zhèn)鱽淼那靶胁╱0、i0（u0 = i0Z0）到達(dá)A點，從而在節(jié)點A上產(chǎn)生波的折反射的過程 。uA = iAZ 第8頁，共82頁。雷電流應(yīng)該是一個能

7、夠客觀反映雷電本身強(qiáng)弱的參數(shù)，它應(yīng)該與外界條件（如被擊中物體的阻抗Z的大小）無關(guān)一般把流經(jīng)被擊物體的波阻抗為零時的電流被定義為“雷電流”。但考慮實際上被擊中物體的阻抗不可能為零值，故規(guī)程建議雷擊中低接地電阻（一般為Z 30）的物體時流過該物體上的電流可以認(rèn)為等于雷電流。 雷電流是可測的，其值約為雷電流波的兩倍。i2i0雷電流的定義第9頁，共82頁。12.1.3 雷電參數(shù)與實際最接近，但計算繁雜，較少采用。用來分析與雷電流波前有關(guān)的波過程方便。常用，分析10s以內(nèi)的波過程等值性好。分析雷電流波頭比較接近，用于設(shè)計特殊大跨越、高桿塔時用1雷道波阻抗我國規(guī)程建議雷電通道的波阻抗Z0為300400。2

8、雷電流的波形及極性實測結(jié)果表明，雷電流是單極性（7590負(fù)極性）的脈沖波。常用的典型等值計算波形主要有雙指數(shù)波、斜角波、斜角平頂波和等值半余弦波等四種。第10頁，共82頁。雷電流幅值是指脈沖電流所達(dá)到的最高值。根據(jù)長期的實際測量結(jié)果，我國規(guī)程規(guī)定：對于一般地區(qū)，雷電流幅值超過I的概率可按下式計算 式中 I雷電流幅值，kA； P幅值超過 I的雷電流出現(xiàn)的概率。例如，雷擊時出現(xiàn)大于88kA雷電流幅值的概率P約為10%。對于陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)等雷電活動較弱的地區(qū)（這類地區(qū)的年平均雷暴日數(shù)一般在20及以下），其雷電流幅值也較小，此時雷電流幅值概率可改用下式計算3 雷電流幅值第1

9、1頁，共82頁。（1） 根據(jù)有關(guān)實測結(jié)果，在線路防雷計算時，規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭時間為2.6S，波長為50 S。由于波長對防雷計算結(jié)果幾乎無影響，為簡化計算，一般可視波長為無限長。 （2）通常認(rèn)為雷電流的陡度與幅值I有線性的關(guān)系，即幅值愈大，陡度也愈大。 根據(jù)規(guī)程規(guī)定，雷電流的平均陡度為 = I / 2.6 (kA/S)。 （3）實測表明，雷電流波前陡度的最大極限值一般可取50kA/S。 4雷電流波前時間、陡度及波長第12頁，共82頁。表示某地區(qū)雷電的活動強(qiáng)度指標(biāo)主要有雷暴日與雷暴小時。（1）雷暴日Td是每年中有打雷的天數(shù)（即在1天內(nèi)只要聽到雷聲就作為一個雷暴日）。（2）雷暴小時是每年中有雷電

10、的小時數(shù)。（即在1個小時內(nèi)只要聽到雷聲就算作一個雷暴小時）。據(jù)統(tǒng)計，我國大部分地區(qū)雷暴小時與雷暴日的比值約為3。 （3）各地的雷電活動強(qiáng)度可以有很大的差異。根據(jù)長期統(tǒng)計的結(jié)果，在我國規(guī)程中繪制了全國平均雷暴日分布圖，可用作防雷設(shè)計的依據(jù)。全年平均雷暴日數(shù)為40的地區(qū)為中等雷電活動強(qiáng)度區(qū)，如長江流域和華北的某些地區(qū)；年平均雷暴日不超過15日的為少雷區(qū)，如西北地區(qū)；超過40日的為多雷區(qū)，如華南某些地區(qū)。 5雷暴日與雷暴小時第13頁，共82頁。雷云對地面的放電頻度可用地面落雷密度來表示。規(guī)程規(guī)定： 每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷擊的次數(shù)稱為地面落雷密度。世界各國對的取值不盡相同，通常認(rèn)為年雷暴日數(shù)

11、不同的地區(qū)的值也各不相同，一般雷暴日數(shù)較大的地區(qū)值也較大。我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議在雷暴日為40的地區(qū)，取0.07。輸電線路落雷次數(shù)，對雷暴日為40的地區(qū)，避雷線或?qū)Ь€平均高度為h的線路，每100km每年雷擊的次數(shù)為 N=0.28(b+4h)，式中 b兩根避雷線之間的距離。6地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)第14頁，共82頁。內(nèi)容介紹12.1 雷電放電及雷電的主要參數(shù)12.2 避雷針與避雷線12.3 避雷器12.4 防雷接地第15頁，共82頁。避雷針、避雷線可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，主要用于對直擊雷的保護(hù)，以避免被保護(hù)物體直接遭受雷擊；避雷器可以限制雷擊線路時沿輸電線路侵入變電所的雷電沖擊波的幅值

12、，保護(hù)變電所內(nèi)電氣設(shè)備的絕緣，因此主要用于對線路上的侵入波保護(hù)。避雷針（線）的保護(hù)原理可歸納為：當(dāng)雷云的先導(dǎo)向下發(fā)展到離地面一定高度時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出地面的避雷針（線）頂端會形成一個局部電場強(qiáng)度集中的區(qū)域，從而有可能在避雷針（線）頂端產(chǎn)生局部放電并形成向上的迎面先導(dǎo)，這將影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向。由于受避雷針、避雷線的向上先導(dǎo)的引導(dǎo)，雷電的向下先導(dǎo)將直接擊中避雷針（線），然后通過與其相連的接地裝置把巨大的雷電流直接泄入大地，從而使避雷針（線）周圍的設(shè)備免遭雷擊破壞。 12.2 避雷針和避雷線第16頁，共82頁。為了使雷電流順利泄入地下和降低雷擊點的過電壓，避雷針和避雷線除要有接閃器（避雷針的針頭，避雷

13、線的架空地線）外，必須有足夠截面的可靠接地引下線和良好的接地體，其接地電阻應(yīng)足夠小。 避雷針比較適宜用于象發(fā)電廠和變電所那樣相對集中的保護(hù)對象，而象架空線路那樣伸展很廣的保護(hù)對象應(yīng)采用避雷線。避雷針和避雷線保護(hù)范圍的定義：指在某一范圍內(nèi)物體遭受雷擊可能性小于0.1%的空間區(qū)域。第17頁，共82頁。（1）單支避雷針保護(hù)范圍的計算當(dāng)hxh/2時，rx=(h-hx)P 當(dāng)hxh/2時，rx=(1.5h-2hx)P h避雷針高度，m；hx被保護(hù)物高度，m； P-高度修正系數(shù)，當(dāng)h30m時，P=1；當(dāng)30mh120m， 12.2.1 避雷針的保護(hù)范圍第18頁，共82頁。由于兩支針的聯(lián)合屏蔽作用，兩支等高

14、避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍比兩避雷針各自單獨的保護(hù)范圍之和要大。其保護(hù)范圍分為兩針外側(cè)的保護(hù)范圍和兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍兩個部分。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍仍然按單針避雷針的計算公式 （2）兩支等高避雷針第19頁，共82頁。兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍可利用下式求得：D兩避雷針之間的水平距離，m；h0兩避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣最低點的高度，m。2bx兩避雷針之間在hx水平面上保護(hù)范圍的最小寬度，m。一般兩針間的距離D不宜大于5h。 當(dāng)h30m時，P=1；當(dāng)30mh120m，第20頁，共82頁。兩支不等高避雷針首先按兩個單針分別作出其保護(hù)范圍；然后由低針2的頂點作水平線，與高針1的保護(hù)范圍交于點3，再以點3為一假想等高避雷

15、針的頂點，作出兩等高避雷針2和3的保護(hù)范圍。把以上兩個保護(hù)范圍疊加即可得到兩支不等高避雷針的總的保護(hù)范圍。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單避雷針計算。 第21頁，共82頁。（3）多支等高避雷針三支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍可以采用每兩支針作為一對組合分別計算它們的聯(lián)合保護(hù)范圍，只要在被保護(hù)物高度的平面上各個兩針之間的bx 0，則三針組成的三角形中間部分將均處于三針聯(lián)合保護(hù)范圍之內(nèi)。四根以上的等高多支避雷針的保護(hù)范圍，可以按每三支針作為一個組合分別確定它們的保護(hù)范圍，然后再疊加到一起即可得到多針的聯(lián)合保護(hù)范圍。 實際工程中，已知被保護(hù)物的高度、寬度和位置，確定避雷針的根數(shù)、位置和高度。第22頁，共82頁。

16、12.2.2 避雷線的保護(hù)范圍（1）單根避雷線 如圖示，其一側(cè)保護(hù)半徑可按下式計算當(dāng)hxh/2時，rx=0.47(h-hx)P 當(dāng)hxh/2時，rx=(h-1.53hx)P 當(dāng)h30m時，P=1；當(dāng)30mh120m，第23頁，共82頁。（2）兩根等高的避雷線避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單避雷線的計算公式確定，兩根避雷線內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍橫截面則通過兩根避雷線與保護(hù)范圍上部邊緣最低點O這三點所決定的圓弧來確定。O點的高度為 D兩根避雷線之間的水平距離，m；h0兩根避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣最低點的高度，m。h避雷線的高度，m。當(dāng)h30m時，P=1；當(dāng)30mh120m，第24頁，共82頁。（1）保護(hù)角的定

17、義 保護(hù)角是指避雷線同外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂直線之間的夾角。（2）保護(hù)角越小，避雷線對導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)越可靠。一般取 2030，可以認(rèn)為輸電線路已處于避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。 避雷線的保護(hù)范圍的計算（避雷線作為架空輸電線路的保護(hù)時）第25頁，共82頁。內(nèi)容介紹12.1 雷電放電及雷電的主要參數(shù)12.2 避雷針與避雷線的保護(hù)范圍12.3 避雷器12.4 防雷接地第26頁，共82頁。12.3 避雷器避雷器是防止過電壓損壞電力設(shè)備的保護(hù)裝置。它實質(zhì)上就是一個放電器，當(dāng)雷電侵入波或操作過電壓波超過某一電壓值時，避雷器將先于與其相并聯(lián)的被保護(hù)設(shè)備絕緣放電，使過電壓值得到限制，從而使與其相并聯(lián)的電力設(shè)備絕緣得到有

18、效保護(hù)。 當(dāng)過電壓作用過去以后，避雷器又能自動切斷工頻電壓作用下通過避雷器泄入大地的工頻短路電流，使電力系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。應(yīng)滿足兩個基本要求：良好的伏秒特性，易于實現(xiàn)合理的絕緣配合；應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣自恢復(fù)能力。第27頁，共82頁。避雷器的基本分類 保護(hù)間隙 管式避雷器（排氣式避雷器） 閥式避雷器 金屬氧化物避雷器 各種避雷器的主要應(yīng)用場合 1. 保護(hù)間隙和管式避雷器（排氣式避雷器）主要用于配電系統(tǒng)、線路和發(fā)、變電所進(jìn)線段的保護(hù)，以限制入侵的大氣過電壓。 2. 閥式避雷器和金屬氧化物避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù) 避雷器普通閥式避雷器磁吹閥式避雷器 第28頁，共82頁。12.3.1 保護(hù)間隙1保護(hù)

19、間隙常用雙羊角狀間隙，主要是利用其電弧上吹特性，使電弧伸長，從而使電弧易于自行熄滅 。2優(yōu)缺點其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。其缺點主要有：（1）最重要的缺點是熄弧能力很有限。（2）動作后會形成截波,變壓器的縱絕緣（匝間絕緣）會造成很大威脅 。1主間隙；2輔助間隙；3絕緣瓷瓶 第29頁，共82頁。1被保護(hù)絕緣；2保護(hù)間隙或排氣式避雷器；3閥式避雷器 極大多數(shù)被保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣伏秒特性通常都比較平坦。而保護(hù)間隙的伏秒特性曲線比較陡峭，這樣兩者的伏秒特性很容易出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。擊穿若發(fā)生在P點的左邊，被保護(hù)設(shè)備的絕緣將無法得到有效保護(hù)。如果要使兩者的伏秒特性不出現(xiàn)交叉，則必須將保護(hù)間隙的伏秒特性曲線2

20、整個地移至被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線1的下面，但這又會造成保護(hù)間隙的靜態(tài)擊穿電壓太低，從而可能會引起保護(hù)間隙在較低的內(nèi)部過電壓下頻繁地出現(xiàn)不必要的動作,影響線路的正常供電。 (3)保護(hù)間隙的電場屬于極不均勻電場，伏秒特性曲線比 較陡峭，與被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性很難配合。第30頁，共82頁。12.3.2 管型避雷器（排氣式避雷器）實質(zhì)上是一只具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙 結(jié)構(gòu):由兩個間隙串聯(lián)組成。一個暴露在大氣中的稱外火花間隙S2；另一個裝在滅弧管內(nèi)的稱內(nèi)火花間隙S1或滅弧間隙，該間隙的電極一端為棒形，另一端為環(huán)形。滅弧管內(nèi)層是由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成的產(chǎn)氣管，外層為增大機(jī)械強(qiáng)度用的膠木管

21、。 1產(chǎn)氣管；2棒形電極；3環(huán)形電極；4導(dǎo)線；S1內(nèi)間隙；S2外間隙第31頁，共82頁。工作原理：當(dāng)雷電波侵入時，內(nèi)外間隙同時擊穿，雷電流經(jīng)間隙流入大地。然后，在系統(tǒng)工頻電壓作用下間隙將流過工頻續(xù)流，工頻續(xù)流電弧所產(chǎn)生的高溫使管內(nèi)產(chǎn)氣材料分解出大量氣體，管內(nèi)壓力急速升高，高壓氣體由環(huán)形電極的開口孔噴出，形成強(qiáng)烈的縱吹作用，從而使電弧在工頻續(xù)流第一次過零點時就被熄滅。增設(shè)外火花間隙S2的目的是為了在正常運(yùn)行時把滅弧管與工作電壓隔開，以免管子中的產(chǎn)氣材料加速老化或在管壁受潮時發(fā)生沿面放電。排氣式避雷器熄滅工頻續(xù)流有上下限Imax、Imin（有效值）的規(guī)定。否則，如果續(xù)流太大產(chǎn)氣過多，管內(nèi)氣壓太高將

22、會造成管子炸裂；反之，若續(xù)流太小產(chǎn)氣過少，又會造成管內(nèi)氣壓太低不足以熄弧。優(yōu)缺點: 熄弧能力比保護(hù)間隙強(qiáng)，但其它許多缺點都與保護(hù)間隙相同。因此，目前管式避雷器主要也只用于線路保護(hù)和發(fā)、變電所的進(jìn)線段保護(hù)。 第32頁，共82頁。12.3.3 閥式避雷器閥式避雷器的保護(hù)原理：主要靠間隙和閥片的相互配合來完成。當(dāng)過電壓達(dá)到間隙動作電壓，間隙動作，巨大的沖擊電流經(jīng)閥片流入大地，由于閥片電阻的非線性特性，其電阻在流過巨大的沖擊電流時變得很小，故此時在閥片上產(chǎn)生的電壓（又稱殘壓）將得到有效限制，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，從而使設(shè)備絕緣得到有效地保護(hù)；過電壓過去以后，閥片將繼續(xù)受到工頻電壓作用并流過工頻

23、續(xù)流，同樣由于閥片電阻的非線性特性，此時閥片電阻值會增大許多，使流過間隙的工頻續(xù)流受到限制，從而使間隙能在工頻續(xù)流第一次過零瞬間就將其切斷，使避雷器恢復(fù)正常狀態(tài)。于是，電網(wǎng)又繼續(xù)進(jìn)行正常供電。 第33頁，共82頁。適用范圍：閥式避雷器在保護(hù)性能上對保護(hù)間隙和排氣式避雷器的主要缺點進(jìn)行了重大改進(jìn)，被廣泛使用于變電所和發(fā)電廠的防雷保護(hù)。 閥式避雷器的分類：分普通型和磁吹型兩大類。普通閥式避雷器的結(jié)構(gòu)：閥式避雷器主要由火花間隙和非線性閥片電阻兩個基本部件組成。第34頁，共82頁。1火花間隙：由許多個接近均勻電場的小電極間隙串聯(lián)組成。單個間隙的電極由黃銅沖壓而成，二電極以云母墊圈隔開形成間隙，間隙距離

24、為0.51.0mm。作用：（1）系統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線實現(xiàn)隔離，使工作電壓不能作用于閥片上，避免閥片因長期流過短路電流發(fā)熱使閥片燒壞。（2）由于火花間隙采用均勻電場電極組成，其伏秒特性較平坦，易于與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性相配合。（3）由于火花間隙由許多小電極間隙串聯(lián)組成，工頻續(xù)流電弧將被這些間隙分割成許多短弧，使電弧容易熄滅。由此使火花間隙切斷工頻續(xù)流的能力大大加強(qiáng)，使火花間隙具有較好的滅弧性能。普通型閥式避雷器的火花間隙一般可以切斷80100A的工頻續(xù)流。1被保護(hù)絕緣；2保護(hù)間隙或排氣式避雷器；3閥式避雷器 第35頁，共82頁。 2. 非線性閥片電阻：普通型閥片電阻由金剛砂（

25、SiC）和結(jié)合劑在300500燒結(jié)而成。 （1）閥片電阻的伏安特性:在流過小電流時電阻大，而在流過很大的電流時電阻小。 ，非線性指數(shù)。（2）閥片電阻的作用限制工頻續(xù)流以利于熄?。涸诹鬟^工頻續(xù)流時電阻會變得較大，使火花間隙更容易熄滅電弧。限制作用于被保護(hù)設(shè)備的沖擊電壓，使設(shè)備絕緣得到有效保護(hù)：電阻在流過巨大的沖擊電流時變得很小，故在閥片上產(chǎn)生的殘壓將得到有效限制。避免出現(xiàn)對絕緣不利的截波：隨著火花間隙擊穿雷電流將迅速通過閥片電阻，避雷器上的電壓不會降至零，從而避免了嚴(yán)重的截波。 第36頁，共82頁。3. 火花間隙上的并聯(lián)分路均壓電阻存在問題：由于對地雜散電容的分流作用，使流過每個火花間隙的電流均

26、不相同，造成電壓沿火花間隙串的不均勻分布，靠近高壓端的火花間隙由于承受電壓較高不容易滅弧，造成滅弧困難。電壓的不均勻分布也會造成避雷器在較低的內(nèi)部過電壓下發(fā)生動作，這也是不允許的。 解決辦法：在閥式避雷器火花間隙上并聯(lián)均壓電阻 。在工頻電壓的作用下，火花間隙的容抗較大，電壓分布主要取決于并聯(lián)電阻。因此電壓分布均勻，不致降低滅弧能力和工頻放電電壓。第37頁，共82頁。在沖擊電壓作用情況下，由于沖擊電壓的等值頻率很高，電容的容抗將大大減小，間隙上的電壓分布將主要取決于電容分布。由于間隙對地雜散電容的存在，故此時沖擊電壓沿火花間隙的分布仍然是很不均勻的，它會導(dǎo)致火花間隙沖擊放電電壓降低，但這對于限制

27、雷電過電壓幅值反而是有利的。對于多個間隙的高壓避雷器，如果采用了并聯(lián)分路均壓電阻，其沖擊放電電壓反而會低于工頻放電電壓，沖擊系數(shù)常小于1 。沖擊放電電壓降低、工頻放電電壓適當(dāng)提高以及滅弧性能的改善正是我們所希望達(dá)到的結(jié)果。但為了防止沖擊系數(shù)過低而引起誤動作，在避雷器的頂部采用均壓環(huán)以改善沖擊電壓的分布。由于均壓電阻將長期處于系統(tǒng)額定工作相電壓的作用之下，均壓電阻中會長期流過電流（即避雷器的泄漏電流）。因此，所采用的并聯(lián)電阻應(yīng)有足夠的熱容量。通常均壓電阻采用以SiC為主要材料的非線性電阻，非線性系數(shù)0.350.45，優(yōu)點主要是熱容量大、熱穩(wěn)定性好。第38頁，共82頁。磁吹型閥式避雷器磁吹避雷器的

28、原理和結(jié)構(gòu)與普通型避雷器基本相同，主要區(qū)別在于采用了滅弧能力較強(qiáng)的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片。因而具有更高的滅弧能力、通流能力和較低的殘壓。因此它適宜用于電壓等級較高的變電所電氣設(shè)備的保護(hù)以及絕緣水平較弱的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的保護(hù)。 磁吹火花間隙是利用磁場對電弧的電動力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)或拉長，使弧柱中的去游離作用增強(qiáng)，從而大大提高其滅弧能力，可以切斷450A左右的工頻續(xù)流 。磁吹間隙第39頁，共82頁。磁吹避雷器的閥片電阻一般都經(jīng)過高溫（1350 1390）焙燒，這樣就可以提高允許通過的工頻續(xù)流值，增大通流能力。但其非線性特性較低溫閥片稍差（其0.24） 由于磁吹避雷器的滅弧能

29、力大大加強(qiáng)，可以減少原來普通閥式避雷器中為了將工頻續(xù)流限制在80100A所需要的閥片電阻數(shù)量，使得避雷器的殘壓下降，進(jìn)一步改善了避雷器的保護(hù)性能。1角狀電極2滅弧盒3并聯(lián)電阻4滅弧柵第40頁，共82頁。磁吹避雷器主要有旋弧型和滅弧柵型兩種類型。旋弧型磁吹間隙結(jié)構(gòu)示意圖1永久磁鐵；2內(nèi)電極；3外電極；4電?。^表示電弧旋轉(zhuǎn)方向） 它是利用由外界永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場，使電弧在磁場中受電動力的作用沿著圓形間隙高速旋轉(zhuǎn)，使弧柱得到快速冷卻，由此使間隙的滅弧能力得到明顯提高，它能可靠切斷幅值為300A的工頻續(xù)流。這種磁吹間隙主要用于電壓較低的磁吹避雷器中，例如保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的FCD系列磁吹避雷器。 第4

30、1頁，共82頁。沖擊過電壓下，主間隙3和輔助間隙2被同時擊穿。如果沒有輔助間隙，巨大的沖擊電流勢必會流過磁吹線圈1，此時線圈的電感會形成很大的電抗，與閥片電阻一起產(chǎn)生很高的殘壓。當(dāng)流過工頻續(xù)流時，線圈的感抗將變得很小，輔助間隙2上的電弧熄滅，工頻續(xù)流通過磁吹線圈1并產(chǎn)生磁吹磁場，主間隙3中的工頻續(xù)流電弧在該磁場的作用下被迅速拉長吹入滅弧柵5的狹縫中，電弧迅速熄滅。一般用于電壓等級較高的磁吹避雷器中。 滅弧柵型磁吹避雷器的結(jié)構(gòu)示意1磁吹線圈；2輔助間隙；3主間隙；4主電極；5滅弧柵；6分路電阻；7閥片電阻 第42頁，共82頁。閥型避雷器的電氣特性（1）額定電壓Un指使用該避雷器的電網(wǎng)額定電壓，也

31、就是正常運(yùn)行時作用于避雷器上的工頻額定工作電壓。（2）滅弧電壓指能夠保證可靠地熄滅工頻續(xù)流電弧的條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應(yīng)當(dāng)大于避雷器工作母線上所可能出現(xiàn)的最高工頻電壓。對于110kV及以上的中性點直接接地的系統(tǒng)，滅弧電壓應(yīng)大于系統(tǒng)額定（線）電壓的80%；對于35kV及以下的中性點不接地系統(tǒng)（包括經(jīng)消弧線圈接地），滅弧電壓應(yīng)大于系統(tǒng)額定（線）電壓的100%110%。（3）工頻放電電壓工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值，說明避雷器火花間隙的絕緣強(qiáng)度。為避免避雷器在內(nèi)部過電壓下動作，35kV及以下和110kV及以上的避雷器的工頻放電電壓應(yīng)分別大于系統(tǒng)最大工作相電壓的3

32、.5倍和3.0倍。第43頁，共82頁。（4）沖擊放電電壓指在標(biāo)準(zhǔn)沖擊波作用下避雷器的放電電壓。它應(yīng)當(dāng)?shù)陀诒槐Ｗo(hù)設(shè)備絕緣的沖擊擊穿電壓。一般避雷器的的沖擊放電電壓通常與其5kA（對330kV及以上電壓等級為10kA）下的殘壓基本相同。 （5）殘壓:指沖擊電流通過避雷器時在閥片電阻上產(chǎn)生的電壓降。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：通過避雷器的額定雷擊沖擊電流，220kV及以下系統(tǒng)取5kA，330kV及以上的超高壓系統(tǒng)取10kA。因此，避雷器的殘壓都是統(tǒng)一指在上述標(biāo)稱電流作用下避雷器閥片電阻上的電壓降。顯然，避雷器殘壓愈低，則保護(hù)性能愈好。（6）保護(hù)比:指避雷器殘壓與滅弧電壓（幅值）之比。保護(hù)比愈小，說明殘壓愈低或

33、滅弧電壓愈高，保護(hù)性能愈好。第44頁，共82頁。優(yōu)異的非線性伏安特性。在正常工作電壓下，其阻值很大，接近于絕緣狀態(tài)。而在過電壓的作用下，阻值會急劇減小，其伏安特性可用下式表示 一般只有0.01 0.04，即使在大沖擊電流（例如10kA）下，也不會超過0.112.3.4 金屬氧化物避雷器其結(jié)構(gòu)上最大的特點就是取消了火花間隙，因此結(jié)構(gòu)非常簡單，僅由相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅閥片（ZnO）密封在瓷套內(nèi)組成。如果兩者在I = 10kA時殘壓基本相同，那么在額定工作相電壓作用下，SiC閥片中會流過數(shù)百安培的電流，因此必須要用火花間隙加以隔離；而ZnO閥片在額定工作相電壓作用下流過的電流卻只有幾十微安，相當(dāng)于一絕緣

34、體。因此金屬氧化物避雷器可以不必再用串聯(lián)間隙隔離閥片電阻，成為無間隙避雷器。第45頁，共82頁。與碳化硅閥型避雷器相比，金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點：（1）無間隙：造價低，體積小，重量輕、運(yùn)行維護(hù)方便等。 （2）保護(hù)性能好，可以降低變電所所受的過電壓。由于沒有串聯(lián)間隙，在整個過電壓過程中一直都有電流流過，不斷泄放過電壓的能量，從而抑制了過電壓的發(fā)展。 （3）無續(xù)流、動作負(fù)載輕，可以耐受多重雷擊和重復(fù)動作操作過電壓的作用。（4）通流容量大，能制成重載避雷器。還可以進(jìn)一步通過多柱閥片并聯(lián)或多個避雷器并聯(lián)的方法來進(jìn)一步提高其通流容量。（5）抗老化性能強(qiáng)，耐污性能好。 金屬氧化物避雷器具有眾多優(yōu)點，在

35、電力系統(tǒng)中正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。可以說，ZnO避雷器是避雷器發(fā)展的主要方向， ZnO避雷器取代SiC避雷器已是大勢所趨。第46頁，共82頁。內(nèi)容介紹12.1 雷電放電及雷電的主要參數(shù)12.2 避雷針與避雷線的保護(hù)范圍12.3 避雷器12.4 防雷接地第47頁，共82頁。12.4 防雷接地接地可分為四種：工作接地、保護(hù)接地、靜電接地和防雷接地。工作接地：根據(jù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要而設(shè)置的接地，例如三相系統(tǒng)中的中性點的接地。保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全，防止因電氣設(shè)備絕緣劣化而使外殼帶電危及工作人員安全。靜電接地：對于易燃、易爆場所的金屬物體，當(dāng)其上蓄有靜電后，往往會爆發(fā)火花，以致造成爆炸或火災(zāi)

36、。因此要對這些金屬物體（如貯油罐等）接地。第48頁，共82頁。防雷接地：用來將雷電流順利泄入地下，以減小由它所引起的雷電過電壓，防止過電壓對電力設(shè)備絕緣造成危害。從物理過程看，防雷接地與其他三種接地主要有兩點區(qū)別，一是雷電流的幅值大，二是雷電流的變化快、等值頻率高。對于工作接地、保護(hù)接地和靜電接地，接地電阻是指在工頻或直流電流流過時的電阻，通常叫做工頻（或直流）接地電阻(R)；而對于防雷接地，接地電阻是指雷電沖擊電流流過時的電阻，叫做沖擊接地電阻(Rch)，一般要求沖擊接地電阻值小于10。第49頁，共82頁。1火花效應(yīng)，使沖擊接地電阻小于工頻接地電阻 同一接地裝置在幅值很高的雷電沖擊電流的作用

37、下，由于電極周圍局部土壤擊穿的電火花使其沖擊接地電阻要小于工頻接地電阻的這一現(xiàn)象就稱為火花效應(yīng)。 2電感效應(yīng)，使沖擊接地電阻大于工頻接地電阻 雷電流的等值頻率高，會使接地裝置本身呈現(xiàn)明顯的電感作用，它會阻止雷電流向接地體的遠(yuǎn)端流去，其結(jié)果將使得接地體得不到充分利用，使接地體的沖擊接地電阻高于工頻接地電阻，這一現(xiàn)象稱為電感效應(yīng)。因此，過分伸長接地體由于電感效應(yīng)對防雷接地作用有限。3.接地裝置的沖擊系數(shù): 一般與接地體的幾何尺寸、土壤電阻率、雷電流的幅值和波形等因素有關(guān)。沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時的火花效應(yīng)和電感效應(yīng)第50頁，共82頁。水平接地體一般是作為發(fā)電廠、變電所等大型接地網(wǎng)的主要接地方式；

38、垂直接地體一般是作為避雷針、避雷線、避雷器等需要集中接地電力設(shè)施的主要接地方式；另外，在發(fā)電廠、變電所等大型接地網(wǎng)的建設(shè)中還常常采用復(fù)合接地裝置。接地裝置的形式第51頁，共82頁。典型接地體的接地電阻單根垂直接地體、多根垂直接地體、水平接地體的接地電阻計算公式略。接地體的利用系數(shù) ：多根垂直接地體之間或者復(fù)式接地裝置的各個接地體之間會存在相互屏蔽作用，它將妨礙每個接地體向土壤中擴(kuò)散電流，使接地裝置的利用情況變差。因此，這些接地裝置的總電導(dǎo)會小于各個接地體電導(dǎo)之和，通?？捎美孟禂?shù)（ U50%時，導(dǎo)線與桿塔之間將發(fā)生閃絡(luò)，造成“反擊”，由此可得出雷擊塔頂時線路的耐雷水平I1為由上式可以看出，提高

39、“反擊”耐雷水平I1的措施主要有（1）加強(qiáng)線路絕緣（即提高U50%）；（2）降低桿塔接地電阻Rch；（3）增大耦合系數(shù)k，常用措施是將單避雷線改為雙避雷線或在導(dǎo)線下方加裝耦合地線，以增強(qiáng)耦合作用。（4）增大地線分流以降低桿塔分流系數(shù) 。在該電壓的作用下，擊穿的概率為50第67頁，共82頁。補(bǔ)充：雷擊避雷線檔距中央與雷電流陡度成正比，與檔距長度l成正比。為了防止該空氣間隙被擊穿，通常采取的辦法是保證避雷線與導(dǎo)線之間有足夠的空間距離S ，實際在設(shè)計時都會滿足。 (a) 線路示意圖； (b) 等值電路圖1避雷線；2導(dǎo)線；Z0雷電通道的波阻抗；Zb避雷線波阻抗；S避雷線與導(dǎo)線之間的空氣間隙；i雷電流

40、近似地取 則第68頁，共82頁。繞擊導(dǎo)線時的線路耐雷水平考慮過電壓情況下導(dǎo)線上會出現(xiàn)電暈，取Zd為400，故有 如果繞擊時導(dǎo)線上的電壓Ud超過絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%，則導(dǎo)線將發(fā)生沖擊閃絡(luò)。因此，繞擊導(dǎo)線時的線路耐雷水平為 第69頁，共82頁?！胺磽簟焙汀袄@擊”的線路耐雷水平的比較 額定電壓Un(kV)110220330500反擊耐雷水平I1(kA)407580120100150125175雷電流超過I1的概率P(%)35141247241繞擊耐雷水平I2(kA)7121622雷電流超過I2的概率P(%)837366561線路的繞擊耐雷水平較反擊耐雷水平低得多。2一旦線路發(fā)生繞擊，

41、大多數(shù)情況下都會使線路發(fā)生沖擊閃絡(luò)。即使對于500kV的超高壓線路，繞擊時發(fā)生沖擊閃絡(luò)的概率也超過56%。3雷擊塔頂時，大多數(shù)情況下線路都不會發(fā)生沖擊閃絡(luò)。對于500kV的超高壓線路，反擊時發(fā)生沖擊閃絡(luò)的概率僅為14%。 第70頁，共82頁。內(nèi)容介紹13.1 輸電線路的感應(yīng)雷過電壓13.2 輸電線路的雷擊過電壓13.3 輸電線路的雷擊跳閘率13.4 輸電線路的防雷措施輸電線路的防雷第71頁，共82頁。8.3 輸電線路的雷擊跳閘率引起輸電線路雷擊跳閘需要滿足以下兩個條件：（1）雷電流超過線路耐雷水平，引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)；（2）沖擊閃絡(luò)的持續(xù)時間只有幾十s，線路開關(guān)來不及跳閘。只有當(dāng)沖擊閃絡(luò)

42、轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧，導(dǎo)線上將持續(xù)流過工頻短路電流，從而造成線路跳閘停電。第72頁，共82頁。建弧率建弧率：是指沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率，用（%）來表示。建弧率（%）可用下式計算 式中E為絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，kV（有效值）/m。 對中性點直接接地系統(tǒng) 對中性點非直接接地系統(tǒng)（中性點絕緣或經(jīng)消弧線圈接地）上兩式中 Un線路額定電壓，kV； l 1每一相絕緣子串的長度，m； l2木橫擔(dān)線路的線間距離，m。鐵橫擔(dān)和水泥橫擔(dān)，則l2 = 0。第73頁，共82頁。對中性點直接接地系統(tǒng)對中性點非直接接地系統(tǒng)對于中性點不接地系統(tǒng)，單相閃絡(luò)不會引起跳閘。只有在第二相導(dǎo)線也發(fā)生閃絡(luò)時，才會造成相間短路而跳閘。因此，放電距離應(yīng)該為絕緣子串長度的兩倍，即2l 1。實踐證明，若E 6kV/m時，則建弧率很小，可近似認(rèn)為= 0。 第74頁，共82頁。擊桿率和繞擊率1擊桿率：雷擊塔頂?shù)拇螖?shù)與雷擊線數(shù)總次數(shù)之比稱為擊桿率，用g表示。 避雷線根數(shù)012平原1/21/41/6山區(qū)11/31/4第75頁，共82頁。2. 繞擊率: 通常把雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線（繞擊）的次數(shù)與雷擊線路總次數(shù)之比稱為繞擊率，用P表示。繞擊概率與避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度和線路經(jīng)過地區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件有關(guān)，規(guī)程建議用下列公式計算:保護(hù)角，（）； h桿塔高度，m。山區(qū)線路因地面