雷電及防雷設(shè)備課件

第五章雷電及防雷設(shè)備5.1雷電的電氣參數(shù)

電力系統(tǒng)中的大氣過電壓主要是由雷電放電所造成的。為了對大氣過電壓進(jìn)行計(jì)算和采取合理的防護(hù)措施，必須掌握雷電的電氣參數(shù)。5.1.1雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路和雷電流幅值

雷電先導(dǎo)通道中帶有與雷云極性相同的電荷（一般雷云多為負(fù)極性），自雷云向大地發(fā)展。由于雷云及先導(dǎo)電場的作用，大地被感應(yīng)出與雷云極性相反的電荷。主放電前

當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展到離大地一定距離時(shí)，先導(dǎo)頭部與大地之間的空氣間隙被擊穿，雷電通道中的主放電過程開始，主放電自雷擊點(diǎn)沿通道向上發(fā)展，若大地的土壤電阻率為零，則主放電所到之處的電位即降為零電位?！葘?dǎo)中的電荷線密度——主放電速度（實(shí)測表明，其速度約為0.1~0.5倍光速）——波阻抗主放電時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路雷擊物體時(shí)電流波的運(yùn)動

若雷擊于具有分布參數(shù)特性的避雷針、線路或?qū)Ь€時(shí)，則雷擊時(shí)電流的運(yùn)動可描述如圖，負(fù)極性電流波將自雷擊點(diǎn)“0”沿被擊物流動，同時(shí)，相同數(shù)量的正極性電流波將自雷擊點(diǎn)“0”沿通道向上發(fā)展。計(jì)算電流的等值電路流經(jīng)物體的電流可用下式計(jì)算：——被擊物體的波阻抗（或?yàn)楸粨粑矬w集中參數(shù)的阻抗值）

流經(jīng)被擊物體的電流波與被擊物體的波阻抗有關(guān)，越大則越小，反之則越大。當(dāng)時(shí)，流經(jīng)被擊物體的電流定義為“雷電流”，以表示，。但實(shí)際上被擊物體的波阻抗不可能為零值，故規(guī)程建議雷擊于低接電阻的物體時(shí)流過該物體的電流可以認(rèn)為等于雷電流。等值電流源電路等值電壓源電路

雷電流i為一非周期沖擊波，其幅值與氣象、自然條件等有關(guān)，是個(gè)隨機(jī)變量，只有通過大量實(shí)測才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。

圖5.45.1.2雷電流波形

雷電流的波頭和波尾皆為隨機(jī)變量，對于中等強(qiáng)度以上的雷電流，波頭在1——4微秒范圍內(nèi)，其平均波尾約為40微秒。雷電流的波頭形狀對防雷設(shè)計(jì)是有影響的，因此建議在一般線路防雷設(shè)計(jì)中波頭形狀可取為斜角波，其目的是為了便于分析計(jì)算；而在設(shè)計(jì)特殊高桿塔時(shí)，可取半余弦波頭。5.1.3雷電日與雷雷電小時(shí)一個(gè)地區(qū)的的雷電活動動強(qiáng)度，用用雷電日或雷電小時(shí)表示。雷電日（雷雷電小時(shí)））是指一年中中有雷電的的日數(shù)（小小時(shí)數(shù)），，在一天或或一小時(shí)內(nèi)內(nèi)只要聽到到雷聲就作作為一個(gè)雷雷電日或一一個(gè)雷電小小時(shí)。由于不同年年份的雷電電日數(shù)變化化很大，所所以均采用用多年平均均值——年平均雷電電日。全國53年(1954~2006)平均雷電日日數(shù)分布圖圖我國把年平平均雷電日日不超過15日的地區(qū)叫叫少雷區(qū)，多于40日的地區(qū)叫叫多雷區(qū)，多于90日的地區(qū)叫叫強(qiáng)雷區(qū)。5.1.4地面落雷密密度和輸電電線路落雷雷次數(shù)雷云對地放放電的頻率率可用地面面落雷密度度來來表示。是指每個(gè)雷雷電日每平平方公里的的地面上的的平均落雷雷次數(shù)。建議：衛(wèi)星觀測10年(1995－2005)得到的全國國平均閃電電密度分布布圖輸電線路高高出地面有有引雷作用用，會將線線路兩側(cè)一一定寬度內(nèi)內(nèi)的地面落落雷吸引到到線路上來來。根據(jù)模模擬試驗(yàn)和和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，一般高高度的線路路的等值受受雷面的寬寬度為10h（h為線路平均均高度（m）），線路路年平均遭遭受雷擊的的次數(shù)可按按下式計(jì)算算：5.2避雷針、避避雷線的保保護(hù)范圍避雷針、避避雷線的作作用將雷電吸引引到避雷針針（避雷線線）上并安安全地將雷雷電流引入入大地，從從而保護(hù)設(shè)設(shè)備。因此，為防防止設(shè)備遭遭受直接雷雷擊，通常常采用裝設(shè)設(shè)高于被保保護(hù)物的避避雷針（或或避雷線））。避雷針一般般用于保護(hù)護(hù)發(fā)電廠和和變電所，，可根據(jù)不不同情況裝裝設(shè)在配電電構(gòu)架上，，或獨(dú)立架架設(shè)。避雷線主要要用于保護(hù)護(hù)線路，也也可用于保保護(hù)發(fā)、變變電所。要避雷針起起到保護(hù)作作用，兩個(gè)個(gè)要求：要求避雷針針必須很好好接地；要求被保護(hù)護(hù)物體必須須處在避雷雷針能提供供可靠屏蔽蔽保護(hù)的一一定空間范范圍內(nèi)，這這就是避雷針的保保護(hù)范圍。。由于雷電路路徑受很多多偶然因素素的影響，，因此要保保證被保護(hù)護(hù)物絕對不不受直接雷雷擊是不現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的。一般保護(hù)范范圍是指具具有0.1%左右雷擊概概率的空間間范圍而言言。實(shí)踐證明，，此雷擊概概率是可以以接受的。。避雷針圖中的受保保護(hù)區(qū)域并并非100％安全受保護(hù)區(qū)域域只是保證證在該區(qū)域域中雷擊概概率是很小小的數(shù)值5.2.1避雷針的保保護(hù)范圍（1）單支避雷雷針在高度hx水平面上，，其半徑rx按下式計(jì)算算：——避雷針高度度（m）——高度影響系系數(shù)。單支避雷針針保護(hù)范圍圍上圖中劃定定避雷針保保護(hù)范圍的的方法稱為為折線法，用兩段斜斜率不同的的折線段確確定保護(hù)范范圍（建筑筑防雷中采采用滾球法確定保護(hù)范范圍）折線表達(dá)式式中的p是修正系數(shù)數(shù)，根據(jù)避避雷針高度度的不同進(jìn)進(jìn)行有關(guān)修修正修正系數(shù)p——避雷針高度度≤30m時(shí)避雷針高度度h≤30m時(shí)修正系數(shù)數(shù)p＝1修正系數(shù)p——避雷針高度度＞30m時(shí)30m＜h≤120m時(shí)修正系數(shù)數(shù)：如圖可見，，避雷針高高度超過30m后其保護(hù)范范圍隨高度度而增大的的趨勢減緩緩（2）雙支等高高避雷針兩針外側(cè)的的保護(hù)范圍圍可按單針針計(jì)算方法法確定，兩兩針間的保保護(hù)范圍應(yīng)應(yīng)按通過兩兩針頂點(diǎn)及及保護(hù)范圍圍上部邊緣緣最低點(diǎn)O的圓弧來確確定，O點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算算：——兩針間的距距離（m）兩避雷針之之間高度為為hx水平面上保保護(hù)范圍的的一側(cè)的最最小寬度：：為保證兩針針聯(lián)合保護(hù)護(hù)效果，兩兩針間距離離與針高之之比D/h不宜大于5。兩支避雷針針聯(lián)合保護(hù)護(hù)范圍兩支避雷針針的聯(lián)合保保護(hù)范圍不不是兩個(gè)避避雷針各自自保護(hù)范圍圍的“并集集”，而是是比這個(gè)并并集要大一一些圖中藍(lán)色虛虛線部分代代表單支避避雷針保護(hù)護(hù)范圍的界界限（3）兩支不等等高避雷針針213兩針外側(cè)的的保護(hù)范圍圍仍按單針針計(jì)算。兩針內(nèi)側(cè)的的保護(hù)范圍圍先按單針針作出高針針1的保護(hù)范圍圍，然后經(jīng)經(jīng)過較低針針2的頂點(diǎn)作水水平線與之之交于點(diǎn)3，再設(shè)點(diǎn)3為一假想的的頂點(diǎn)，作作出兩等高高針2和3的保護(hù)范圍圍。5.2.2避雷線（又又稱架空地地線）的保保護(hù)范圍（1）單根避雷線線的保護(hù)范范圍可按下式計(jì)計(jì)算：單根避雷線線保護(hù)范圍圍（2）兩根等高高平行避雷雷線的保護(hù)護(hù)范圍兩線外側(cè)的的保護(hù)范圍圍應(yīng)按單線線計(jì)算，兩兩線橫截面面的保護(hù)范范圍可以通通過兩線1，2點(diǎn)及保護(hù)范范圍上部邊邊緣最低點(diǎn)點(diǎn)O的圓弧確定定，O點(diǎn)的高度應(yīng)應(yīng)按下式計(jì)計(jì)算：——兩線間的距距離（m）雙避雷線聯(lián)聯(lián)合保護(hù)范范圍雙避雷線在在輸電線路路上應(yīng)用極極為廣泛避雷針與避避雷線的應(yīng)應(yīng)用范圍避雷針在變變電所、發(fā)發(fā)電廠等場場合有廣泛泛的應(yīng)用（集中保護(hù)護(hù)場合）。避雷線適用用于輸電線線路防雷（分布保護(hù)護(hù)場合），在變電所所里有時(shí)也也在電氣主主回路上空空布置多條條避雷線進(jìn)進(jìn)行雷電防防護(hù)。避雷針是不不是越高越越好？答案：×隨著避雷針針高度的增增加，其保保護(hù)范圍的的增加越來來越有限，，同時(shí)其保保護(hù)范圍內(nèi)內(nèi)免受雷擊擊的概率變變得不確定定。在提高避雷雷針高度上上下功夫不不如采用多多針聯(lián)合保保護(hù)。5.3管型避雷器器與閥型避避雷器避雷器的作作用限制過電壓壓以保護(hù)電電氣設(shè)備，，同時(shí)提高高系統(tǒng)工作作的可靠性性。當(dāng)系統(tǒng)中出出現(xiàn)過電壓壓時(shí)，避雷雷器既要保保證電氣設(shè)設(shè)備不受過過電壓的損損害，又要要保證系統(tǒng)統(tǒng)不會跳閘閘停電保證證能可靠運(yùn)運(yùn)行。避雷器的保保護(hù)原理將流動過電電壓波中的的雷電荷引引入地中，，限制過電電壓，保護(hù)護(hù)其他電氣氣設(shè)備。避雷器的類類型保護(hù)間隙管型避雷器器閥型避雷器器氧化鋅避雷雷器主要用來限限制大氣過過電壓，在在超高壓系系統(tǒng)中還將將用來限制制內(nèi)過電壓壓或作內(nèi)過過電壓的后后備保護(hù)。。避雷器的基基本要求絕緣強(qiáng)度的的合理配合合：避雷器的的放電電壓壓必須在一一個(gè)確定的的范圍內(nèi)才才能發(fā)揮保保護(hù)作用。。因此避雷雷器與被保保護(hù)設(shè)備的的伏秒特性（即沖擊絕絕緣強(qiáng)度））應(yīng)有合理理的配合。。絕緣強(qiáng)度的的自恢復(fù)能能力：避雷器一一旦在沖擊擊電壓作用用下放電，，就造成對對地短路。。隨之工頻頻短路電流流（工頻續(xù)續(xù)流）要流流過此間隙隙，它以電電弧放電的的形式出現(xiàn)現(xiàn)。當(dāng)工頻頻短路電流流第一次過過零時(shí)，避避雷器應(yīng)具具有自行截截?cái)喙ゎl續(xù)續(xù)流，恢復(fù)復(fù)絕緣強(qiáng)度度的能力，，使電力系系統(tǒng)得以繼繼續(xù)正常工工作，不致致于跳閘停停電。5.3.1保護(hù)間隙與與管型避雷雷器主氣隙輔助氣隙瓷瓶保護(hù)間隙被保護(hù)設(shè)備備角型保護(hù)間間隙及其與與被保護(hù)設(shè)設(shè)備的連接接保護(hù)間隙保護(hù)間隙由由兩個(gè)電極極（即主間間隙和輔助助間隙）組組成，它是是最簡單的的一種避雷雷器。電極做成角角型是為了了使工頻電電弧在自身身電動力和和熱氣流作作用下易于于上升被拉拉長而自行行熄滅。為使被保護(hù)護(hù)設(shè)備得到到可靠保護(hù)護(hù)，間隙的伏秒秒特性上限限應(yīng)低于被被保護(hù)設(shè)備備絕緣的沖沖擊放電伏伏秒特性的的下限并有有一定的安安全裕度。。當(dāng)雷電波入入侵時(shí)，間間隙先擊穿穿，工作母母線接地，，避免了被被保護(hù)設(shè)備備上的電壓壓升高，從從而保護(hù)了了設(shè)備。過電壓消失失后，間隙隙中仍有由由工作電壓壓所產(chǎn)生的的工頻短路路電流（稱稱為續(xù)流）），由于間間隙的熄弧弧能力差，，往往不能能自行熄滅滅，將引起起斷路器的的跳閘，這這樣，雖然然保護(hù)間隙隙限制了過過電壓，保保護(hù)了設(shè)備備，但將造造成線路跳跳閘事故，，破壞系統(tǒng)統(tǒng)的工作可可靠性。此外，間隙隙間的電場場是極不均均勻電場，，又裸露在在大氣環(huán)境境中，受氣氣象條件的的影響很大大，因此它它的伏秒特特性很陡，，且分散性性大，這將將直接影響響到它的保保護(hù)效果。。還有當(dāng)間隙隙被擊穿后后是直接接接地，將會會有截波產(chǎn)產(chǎn)生，不能能用來保護(hù)護(hù)有繞組的的設(shè)備。由由于它有以以上的不足足，也就限限制了它的的使用范圍圍。通?？蓪㈤g間隙配合自自動重合閘閘使用。S2S1內(nèi)間隙外間隙產(chǎn)氣管棒形電極工作母線環(huán)形電極管型避雷器器管型避雷器器管型避雷器器實(shí)質(zhì)上是是一個(gè)能自自動熄弧的的保護(hù)間隙隙。它有兩個(gè)互互相串聯(lián)的的間隙:一個(gè)在大氣氣中稱為外外間隙s2，其作用是是隔離工作作電壓避免免產(chǎn)氣管被被流經(jīng)管子子的工頻泄泄露電流所所燒壞；另一個(gè)間隙隙s1裝在管內(nèi)稱稱為內(nèi)間隙隙或滅弧間間隙。外間隙內(nèi)間隙管由纖維、、塑料或橡橡膠等產(chǎn)氣材料制成。雷擊時(shí)，內(nèi)內(nèi)外間隙同同時(shí)擊穿，，雷電流經(jīng)經(jīng)間隙流入入大地；過過電壓消失失后，內(nèi)外外間隙的擊擊穿狀態(tài)將將由導(dǎo)線上上的工作電電壓所維持持，此時(shí)流流經(jīng)間隙的的工頻電弧弧電流為工頻續(xù)流，其值為管型型避雷器安安裝處的短短路電流，，工頻續(xù)流流電弧的高高溫，使管管內(nèi)產(chǎn)生大大量氣體，，其壓力可可達(dá)數(shù)十以以至上百個(gè)個(gè)大氣壓，，氣體從開開口端噴出出，強(qiáng)烈地地吹動電弧弧，使其在在工頻續(xù)流流第一次經(jīng)經(jīng)過零值時(shí)時(shí)熄滅。管型避雷器器的熄弧能能力與工頻頻續(xù)流大小小有關(guān)，續(xù)續(xù)流太大產(chǎn)產(chǎn)氣過多，，管內(nèi)氣壓壓太高將造造成管子炸炸裂；續(xù)流流太小，產(chǎn)產(chǎn)氣過少，，管內(nèi)氣壓壓太低不足足以熄弧，，故管型避避雷器熄滅滅工頻續(xù)流流有上下限限的規(guī)定，，通常在型型號中表明明。管型避雷器器的主要缺缺點(diǎn)：（1）伏秒特性較較陡且放電分散散性較大，，而一般變變壓器和其其他設(shè)備絕絕緣的沖擊擊放電伏秒秒特性較平平，二者不不能很好配配合；（2）管型避雷雷器動作后后工作母線線直接接地地形成截?cái)嗖?，對變壓器器絕緣不利利。（3）管型避雷雷器放電特特性受大氣氣條件影響響較大。管型避雷器器與保護(hù)間間隙比較僅僅有一點(diǎn)改改進(jìn)，即能能自動熄弧弧，其他缺缺點(diǎn)與保護(hù)護(hù)間隙完全全一樣。因因此，管型型避雷器目目前只用于于保護(hù)輸電電線路的個(gè)個(gè)別地段，，如大跨越越和交叉跨跨越處，或或變電所的的進(jìn)線段。。主氣隙輔助氣隙瓷瓶內(nèi)間隙管型避雷器器5.3.2閥型避雷器器保護(hù)間隙和和管型避雷雷器的共同同嚴(yán)重缺點(diǎn)點(diǎn)是：動作時(shí)產(chǎn)生生截?cái)嗖ǎ?，伏秒特性性陡，擊穿穿電壓不穩(wěn)穩(wěn)定。所以不能擔(dān)擔(dān)負(fù)主變、、發(fā)電機(jī)及及變電站內(nèi)內(nèi)主要設(shè)備備的保護(hù)任任務(wù)。進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)就出現(xiàn)了了閥型避雷器器。工作母線間隙電阻閥片閥型避雷器器閥型避雷器器的基本元元件為間隙和非線性電阻阻，間隙與非非線性電阻阻（又稱閥閥片）相串串聯(lián)。（1）工作原理理在電力系統(tǒng)統(tǒng)正常工作作時(shí)，間隙隙將電阻閥閥片與工作作母線隔離離，以免由由母線的工工作電壓在在電阻閥片片中產(chǎn)生的的電流燒壞壞閥片。當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)中出出現(xiàn)過過電壓壓且其其幅值值超過過間隙隙放電電電壓壓時(shí)，，間隙隙擊穿穿，由于間間隙放放電的的伏秒秒特性性低于于被保保護(hù)設(shè)設(shè)備的的沖擊擊耐壓壓強(qiáng)度度，使使被保保護(hù)設(shè)設(shè)備得得保護(hù)護(hù)。間隙擊擊穿后后，沖沖擊電電流通通過閥閥片流流入大大地，，由于于閥片片的非線性性特性性，電流流愈大大電阻阻愈小小，故故在閥閥片上上產(chǎn)生生的壓壓降（（稱為為殘壓壓）將將得到到限制制，使使其低低于被被保護(hù)護(hù)設(shè)備備的沖沖擊耐耐壓，，設(shè)備備就得得到了了保護(hù)護(hù)。當(dāng)過電電壓消消失后后，間間隙中中由工工作電電壓產(chǎn)產(chǎn)生的的工頻頻電弧弧電流流（稱稱為工工頻續(xù)續(xù)流））仍將將繼續(xù)續(xù)流過過避雷雷器，，此續(xù)續(xù)流受受閥片片電阻阻的非非線性性特性性所限限制，，使其其小于于80A（最大大值）），間間隙能能在工工頻續(xù)續(xù)流第第一次次經(jīng)過過零值值時(shí)就就將電電弧切切斷。。以后后，就就依靠靠間隙隙的絕絕緣強(qiáng)強(qiáng)度能能夠耐耐受電電網(wǎng)恢恢復(fù)電電壓的的作用用而不不會發(fā)發(fā)生重重燃。。這樣，，避雷雷器從從間隙隙擊穿穿到工工頻續(xù)續(xù)流的的切斷斷不超超過半半個(gè)工工頻周周期，，繼電電保護(hù)護(hù)來不不及動動作系系統(tǒng)就就已恢恢復(fù)正正常。。（2）基本本元件件1）火花花間隙隙普通型型閥型型避雷雷器的的火花花間隙隙由許許多單單個(gè)間間隙串串聯(lián)而而成，，間隙隙距離離為.5~1.0mm。避雷器器動作作后，，工頻頻續(xù)流流被許許多單單個(gè)間間隙分分割成成許多多短弧弧，利利用短短間隙隙的自自然熄熄弧能能力使使電弧弧熄滅滅。間隙絕絕緣強(qiáng)強(qiáng)度恢恢復(fù)的的快慢慢與工工頻續(xù)續(xù)流的的大小小有關(guān)關(guān)。我我國生生產(chǎn)的的FS和FZ型避雷雷器，，當(dāng)工工頻續(xù)續(xù)流分分別不不大于于50A和80A（峰值值）時(shí)時(shí)，能能夠在在續(xù)流流第1次過零零時(shí)使使電弧弧熄滅滅。2）火花花間隙隙的并并聯(lián)電電阻閥型避避雷器器的間間隙是是由許許多個(gè)個(gè)單個(gè)個(gè)間隙隙串聯(lián)聯(lián)而成成，多多間隙隙串聯(lián)聯(lián)后間間隙電電容將將形成成一等等值電電容鏈鏈，由由于間間隙各各電極極對地地和對對高壓壓端有有寄生生電容容存在在，放放電電電壓在在間隙隙上的的分布布是不不均勻勻的，，并且且瓷套套表面面狀況況對此此也有有影響響，例例如淋淋雨或或濕污污穢而而使外外套上上的電電壓分分布改改變時(shí)時(shí)，間間隙串串的電電壓分分布也也就隨隨之改改變，，這樣樣避雷雷器動動作后后每個(gè)個(gè)單個(gè)個(gè)間隙隙上的的恢復(fù)復(fù)電壓壓的分分布既既不均均勻也也不穩(wěn)穩(wěn)定，，從而而降低低了避避雷器器的滅滅弧能能力，，其工工頻放放電電電壓也也將下下降和和顯得得不穩(wěn)穩(wěn)定。。為解決決這個(gè)個(gè)問題題，可可在每每個(gè)間間隙上上并聯(lián)聯(lián)一個(gè)個(gè)分路電電阻。FZ型是每每4個(gè)間隙隙組成成一組組，每每組并并聯(lián)一一分路路電阻阻。在在工頻頻電壓壓和恢恢復(fù)電電壓作作用下下，間間隙電電容的的阻抗抗很大大，而而分路路電阻阻阻值值較小小，故故間隙隙上的的電壓壓分布布將主主要由由分路路電阻阻決定定。因因分路路電阻阻阻值值相等等，故故間隙隙上電電壓分分布均均勻，，從而而提高高了熄熄弧電電壓和和工頻頻放電電電壓壓。我國生生產(chǎn)的的普通通閥型型避雷雷器在在火花花間隙隙上并并聯(lián)了了分路路電阻阻的為為FZ型（又又稱電電站型型），，沒有有并聯(lián)聯(lián)分路路電阻阻的為為FS型（稱稱線路路型））。3）閥片片（非非線性性電阻阻）閥型避避雷器器的限限流電電阻是是一種種非線線性電電阻盤盤，常常稱為為閥片片。它它是用用碳化化硅顆顆粒，，以陶陶料粘粘合劑劑（水水玻璃璃），，焙燒燒而成成。閥片有有非常常顯著著的非非線性性特性性。閥片的的作用用主要要是：：限制工工頻續(xù)續(xù)流，，保證證火花花間隙隙可靠靠熄弧?。划?dāng)雷電電過電電壓擊擊穿時(shí)時(shí)，電電壓不不至于于突然然下降降形成成截?cái)鄶嗖?。。在雷電電流通通過閥閥片時(shí)時(shí)將在在閥片片上出出現(xiàn)電電壓，，稱為為殘壓。殘壓將將作用用在被被保護(hù)護(hù)設(shè)備備絕緣緣上，，因此此不能能太高高。采采用非非線性性電阻阻有助助于解解決這這一矛矛盾。。在雷電電流作作用下下，電電流大大，閥閥片呈呈低電電阻，，限制制了殘殘壓的的升高高。雷電流流過后后，由由于作作用在在閥片片上的的工頻頻電壓壓值相相對較較低，，閥片片電阻阻變大大，因因而限限制了了續(xù)流流。閥片允允許通通過的的電流流是有有限的的，以以通過過能力力來表表示，，亦即即指閥閥片允允許通通過之之最大大電流流和時(shí)時(shí)間。。長時(shí)時(shí)間間通通過過大大電電流流可可能能使使閥閥片片爆爆炸炸。。根據(jù)據(jù)我我國國實(shí)實(shí)測測統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)，，在在具具有有《規(guī)程程（（SDJ7-79）》建議議的的防防雷雷接接線線的的35～220KV的變變電電站站中中，，流流經(jīng)經(jīng)閥閥型型避避雷雷器器的的雷雷電電流流超超過過5KA的概概率率是是非非常常小小的的。。因此此我我國國對對35～220KV的閥閥型型避避雷雷器器以以5KA作為為設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)依依據(jù)據(jù)，，此此類類電電網(wǎng)網(wǎng)的的電電氣氣設(shè)設(shè)備備的的絕絕緣緣水水平平也也以以避避雷雷器器5KA的殘殘壓壓作作為為絕絕緣緣配配合合的的依依據(jù)據(jù)；；對330KV及更更高高的的電電網(wǎng)網(wǎng)，，由由于于線線路路絕絕緣緣水水平平較較高高，，入入侵侵雷雷電電波波的的幅幅值值也也高高，，故故流流過過避避雷雷器器的的雷雷電電流流較較大大，，我我國國規(guī)規(guī)定定取取10KA作為為計(jì)計(jì)算算標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。普通通型型閥閥型型避避雷雷器器型型有有FS和FZ兩種種型型號號。。FS型適適用用于于配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)，，F(xiàn)Z型適適用用于于變變電電站站。。FZ型由由一一些些結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和性性能能都都已已標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化的的單單件件所所組組成成，，這這些些單單件件分分別別適適用用于于3，6，10，15，20和30KV額定定電電壓壓，，由由它它們們的的組組合合，，可可以以適適用用于于各各種種電電壓壓等等級級；；為了了使使火火花花間間隙隙放放電電電電壓壓穩(wěn)穩(wěn)定定不不受受外外界界氣氣象象條條件件的的影影響響，，均均將將火火花花間間隙隙和和閥閥片片密密封封在在瓷瓷套套內(nèi)內(nèi)，，保保證證其其工工作作可可靠靠。。（3）主主要要參參數(shù)數(shù)1）額額定定電電壓壓我國國習(xí)習(xí)慣慣把把安安裝裝避避雷雷器器的的系系統(tǒng)統(tǒng)額額定定電電壓壓稱稱為為避避雷雷器器的的額額定定電電壓壓。。根據(jù)據(jù)國國際際電電工工委委員員會會（（IEC）的的規(guī)規(guī)定定，，避避雷雷器器的的額額定定電電壓壓是是指指避避雷雷器器兩兩端端允允許許施施加加的的最最高高工工頻頻電電壓壓有效效值值，相相當(dāng)當(dāng)于于滅滅弧弧電電壓壓。。2）沖沖擊擊放放電電電電壓壓指預(yù)預(yù)放放電電時(shí)時(shí)間間為為1.5~20微秒秒的的沖沖擊擊放放電電電電壓壓，，即即是是在在沖擊擊電電壓壓作作用用下下避避雷雷器器動動作作的的最最小小電電壓壓幅幅值值。。從防防雷雷角角度度要要求求沖沖擊擊放放電電電電壓壓低低一一些些好好，，但但是是為為保保證證避避雷雷器器的的其其他他性性能能，，也也不不能能太太低低，，通通常常選選擇擇低低于于被被保保護(hù)護(hù)設(shè)設(shè)備備的的沖沖擊擊絕絕緣緣水水平平的的20％～～25％。。5）工工頻頻放放電電電電壓壓在工工頻頻電電壓壓作作用用下下避避雷雷器器發(fā)發(fā)生生放放電電的的電電壓壓值值。。對對避避雷雷器器的的工工頻頻放放電電電電壓壓要要規(guī)規(guī)定定上上限限和和下下限限。。3）殘殘壓壓指避避雷雷器器動動作作后后雷雷電電流流流流過過閥閥片片在在閥閥片片上上形形成成的的壓壓降降。。這是是避避雷雷器器動動作作后后作作用用于于被被保保護(hù)護(hù)設(shè)設(shè)備備的的一一種種過過電電壓壓，，應(yīng)應(yīng)保保證證殘殘壓壓低低于于被被保保護(hù)護(hù)設(shè)設(shè)備備的的沖沖擊擊絕絕緣緣水水平平的的20％～～25％。。殘壓壓主主要要決決定定于于閥閥片片電電阻阻的的大大小小，，從從降降低低殘殘壓壓的的角角度度來來看看，，閥閥片片電電阻阻值值低低些些好好，，但但為為了了不不產(chǎn)產(chǎn)生生截截?cái)鄶嗖úê秃捅１ＷC證間間隙隙可可靠靠熄熄弧弧，，閥閥片片電電阻阻值值又又不不能能取取得得太太低低。。另另外外殘殘壓壓除除與與避避雷雷器器本本身身結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)有有關(guān)關(guān)外外，，還還與與通通過過的的雷雷電電流流大大小小有有關(guān)關(guān)。。4）滅滅弧弧電電壓壓指避避雷雷器器在在保保證證可可靠靠熄熄滅滅工工頻頻續(xù)續(xù)流流電電弧弧的的條條件件下下，，允允許許加加在在避避雷雷器器上上的的最最高高工工頻頻電電壓壓。。滅弧弧電電壓壓應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)大大于于避避雷雷器器工工作作母母線線上上可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)的的最最高高工工頻頻電電壓壓，，否否則則避避雷雷器器可可能能因因?yàn)闉椴徊荒苣芟ㄏɑ』《ㄕ?。。這個(gè)個(gè)最最高高工工頻頻電電壓壓不不能能僅僅按按正正常常工工作作時(shí)時(shí)的的相相電電壓壓來來考考慮慮，，而而應(yīng)應(yīng)考考慮慮到到電電網(wǎng)網(wǎng)在在發(fā)發(fā)生生單單相相接接地地時(shí)時(shí)非非故故障障相相的的電電壓壓升升高高，，正正好好該該相相的的避避雷雷器器在在這這時(shí)時(shí)動動作作的的情情況況。。因因此此單單相相接接地地時(shí)時(shí)非非故故障障相相的的電電壓壓升升高高就就成成為為可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)的的最最高高工工頻頻電電壓壓，，避避雷雷器器的的滅滅弧弧電電壓壓應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)高高于于這這個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)值值。。6）保保護(hù)護(hù)比比K保護(hù)護(hù)比比是是說說明明避避雷雷器器保保護(hù)護(hù)性性能能的的指指標(biāo)標(biāo)，，保保護(hù)護(hù)比比越越小小，，說說明明殘殘壓壓越越低低或或滅滅弧弧電電壓壓越越高高，，避避雷雷器器的的保保護(hù)護(hù)性性能能越越好好。。FS和FZ系列保護(hù)護(hù)比約為為2.5和2.3左右。7）直流電電壓下的的電導(dǎo)電電流運(yùn)行中常常以測量量直流電電壓作用用下避雷雷器的電電導(dǎo)電流流來判斷斷間隙分分路電阻阻的性能能。電導(dǎo)電流流太小，，意味著著分路電電阻值太太大，均均壓效果果減弱；；電導(dǎo)電流流太大，，意味著著分路電電阻太小小，在工工作電壓壓作用下下流經(jīng)分分路電阻阻的電流流增大，，發(fā)熱較較多，易易燒毀。。5.3.3磁吹閥型型避雷器器普通閥型型避雷器器熄弧完完全依靠靠間隙的的自然熄熄弧能力力。另外外，閥片片的熱容容量有限限，不能能承受較較長持續(xù)續(xù)時(shí)間的的內(nèi)過電電壓沖擊擊電流的的作用，，因此此此類避雷雷器通常常不容許許在內(nèi)過過電壓作作用下動動作。磁吹避雷雷器中火火花間隙隙也是由由許多單單個(gè)間隙隙串聯(lián)而而成的。。利用磁場場使電弧弧產(chǎn)生運(yùn)運(yùn)動（如如旋轉(zhuǎn)或或拉長））來加強(qiáng)強(qiáng)去游離離以提高高間隙的的滅弧能能力。磁吹間隙隙種類繁繁多，我我國目前前生產(chǎn)的的主要是是限流式式間隙，，又稱拉拉長電弧弧型間隙隙。間隙由一一對角狀狀電極組組成，磁磁場是軸軸向的。。工頻續(xù)續(xù)流被軸軸向磁場場拉入滅滅弧柵中中，其電電弧的最最終長度度可達(dá)起起始長度度的數(shù)10倍，電弧弧在滅弧弧柵中受受到強(qiáng)烈烈去游離離而熄滅滅，由于于電弧形形成后很很快就被被拉到遠(yuǎn)遠(yuǎn)離擊穿穿點(diǎn)的位位置，故故間隙絕絕緣強(qiáng)度度恢復(fù)很很快，熄熄弧能力力很強(qiáng)，，可切斷斷450A左右的續(xù)續(xù)流。此外，由由于電弧弧被拉得得很長且且處于去去游離很很強(qiáng)的滅滅弧柵中中，所以以電弧電電阻很大大，可以以起到限限制續(xù)流流的作用用，因而而稱為限限流間隙隙。這樣樣，采用用限流間間隙后就就可以適適當(dāng)減少少閥片數(shù)數(shù)目，使使避雷器器殘壓得得到降低低。磁場是由由與間隙隙相串聯(lián)聯(lián)的線圈圈所產(chǎn)生生?？紤]到過過電壓作作用下放放電電流流通過磁磁吹線圈圈時(shí)將在在線圈上上產(chǎn)生很很大的壓壓降，使使避雷器器的保護(hù)護(hù)性能變變壞，為為此在磁磁吹線圈圈兩端裝裝設(shè)一輔輔助間隙隙，在沖沖擊過電電壓作用用下，主主間隙被被擊穿，，放電電電流遂經(jīng)經(jīng)過輔助助間隙、、主間隙隙和電阻阻閥片而而流入大大地，使使避雷器器的壓降降不致增增大。磁吹閥型型避雷器器的閥片片也是用用碳化硅硅為主要要原料，，通過高高溫（1350~1390℃）焙燒燒而成，，其通流流容量大大，但非非線性和和系數(shù)較較高。除除可以用用來限制制雷過電電壓外，，還可以以限制內(nèi)內(nèi)過電壓壓。5.4金屬氧化化物避雷雷器20世紀(jì)70年代初期期出現(xiàn)了了氧化鋅鋅避雷器器，也有有的稱金金屬氧化化物避雷雷器。ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)側(cè)面上釉釉是為了了防止沿沿面放電電。表面鍍鋁鋁的的作作用是填填滿表面面凹孔、、防止電電流在局局部過于于集中。。ZnO避雷器中中起主要要作用的的非線性性電阻元元件由多多片ZnO閥片堆疊疊而成，，根據(jù)電電壓等級級的不同同堆疊層層數(shù)也不不同。圖中給出出是目前前最為先先進(jìn)的硅硅橡膠復(fù)復(fù)合外套套避雷器器的簡化化結(jié)構(gòu)。。ZnO避雷器在在系統(tǒng)中中的連接接絕大部分分情況下下，避雷雷器在系系統(tǒng)中的的連接都都是星形形接法。。星形接法法下長期期工作中中的避雷雷器承受受的是相相電壓。。避雷器的接地地要求絕對可可靠。對避雷器性能能的要求良好的非線性性（提高保護(hù)護(hù)水平）。大的通流容量量（能夠吸收收更強(qiáng)的雷電電能量）。小的工頻續(xù)流流（雷擊時(shí)防防止系統(tǒng)注入入過大的電流流）。良好的伏秒特特性（無論侵侵入波陡度如如何都保證首首先動作）。。ZnO避雷器的特性性曲線ZnO避雷器具有顯顯著的非線性性伏安特性。。當(dāng)過電壓襲來來時(shí)，ZnO避雷器電流劇劇增，有效地地吸收過電壓壓的能量并遏遏制住系統(tǒng)電電壓的上升趨趨勢。ZnO避雷器的優(yōu)劣劣評判顯然避雷器A的非線性程度度好于避雷器器B，其保護(hù)性能也也優(yōu)于避雷器器BIU理想避雷器氧化鋅避雷器器碳化硅避雷器器線性電阻100A10KAIUI<1mAI>3kA小電流區(qū)非線性區(qū)飽和區(qū)ZnO避雷器的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)無串聯(lián)間隙非線性程度好好、保護(hù)性能能優(yōu)越通流容量大工頻續(xù)流極小小、可忽略不不計(jì)5.4.1氧化鋅避雷器器的主要優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)（1）無間隙在工作電壓作作用下，氧化化鋅實(shí)際上相相當(dāng)一絕緣體體，因而工作作電壓不會使使氧化鋅閥片片燒壞，所以以可以不用串串聯(lián)間隙來隔隔離工作電壓壓。由于無間隙，，當(dāng)然也就沒沒有因串聯(lián)間間隙而帶來的的一系列問題題。如污穢、、內(nèi)部氣壓變變化對間隙的的電位分布和和放電電壓的的影響等。同時(shí)，因無間間隙，故大大大改善了陡波波下的響應(yīng)特特性，不存在在間隙放電電電壓隨雷電波波陡度增加而而增大的問題題，提高了對對設(shè)備保護(hù)的的可靠性。（2）無續(xù)流當(dāng)作用在氧化化鋅閥片上的的電壓超過某某一值（此值值稱為起始動動作電壓）時(shí)時(shí)，將發(fā)生““導(dǎo)通”，其其后，氧化鋅鋅閥片上的殘殘壓受其良好好的非線性特特性所控制，，當(dāng)系統(tǒng)電壓壓降至起始動動作電壓以下下時(shí)，氧化鋅鋅的“導(dǎo)通””狀態(tài)終止，，又相當(dāng)于一一絕緣體，因因此不存在工工頻續(xù)流。（3）電氣設(shè)備所所受過電壓可可以降低氧化鋅避雷器器在整個(gè)過電電壓過程中都都有電流流過過，因此降低低了作用在變變電站電氣設(shè)設(shè)備上的過電電壓。（4）通流容量大大由于氧化鋅閥閥片的通流能能力大（必要要時(shí)也可采用用兩柱或三柱柱閥片并聯(lián)）），提高了避避雷器的動作作負(fù)載能力，，因此可以用用來限制內(nèi)部部過電壓。（5）氧化鋅避雷雷器特別適用用于直流保護(hù)護(hù)因?yàn)橹绷骼m(xù)流流不像工頻續(xù)續(xù)流那樣會通通過自然零點(diǎn)點(diǎn)，所以串聯(lián)聯(lián)間隙型直流流避雷器難于于熄弧，氧化化鋅避雷器則則就沒有熄弧弧問題。因無無續(xù)流熄弧問問題，氧化鋅鋅避雷器也運(yùn)運(yùn)用于多雷區(qū)區(qū)，多重雷擊擊區(qū)。此外，氧化鋅鋅避雷器體積積小，重量輕輕，結(jié)構(gòu)簡單單，運(yùn)行維護(hù)護(hù)方便，使用用壽命長。5.4.2氧化鋅避雷器器的電氣特性性（1）額定電壓指允許短期加加在避雷器上上的最大工頻頻電壓（有效效值）。（2）最大長期工工作電壓指允許長期加加在避雷器上上的系統(tǒng)最大大工作電壓（有效值）。。（3）工頻參考電壓壓（又稱起始動動作電壓、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折電壓）指氧化鋅閥片片伏安特性曲曲線上由小電電流區(qū)轉(zhuǎn)入擊擊穿區(qū)所對應(yīng)應(yīng)的電壓值。。從這一點(diǎn)開開始電流值隨隨電壓增加而而迅速增加，，這時(shí)氧化鋅鋅避雷器進(jìn)入入了限制過電電壓的工作狀狀態(tài)。ZnO避雷器的參數(shù)數(shù)額定電壓和容容許最大持續(xù)續(xù)運(yùn)行電壓為為有效值，1mA參考電壓常在在直流下測得得（4）壓比指氧化鋅避雷雷器通過額定定沖擊放電電電流下的殘壓壓（簡稱額定定殘壓）與工工頻參考電壓壓之比。壓比越小，表表明通過沖擊擊大電流時(shí)的的殘壓越低，，則氧化鋅避避雷器的保護(hù)護(hù)性能越好，，目前此值約約1.6~2.0。（5）荷電率指最大長期工工作電壓峰值值與工頻參考考電壓之比。。目前一般采采用45%~75%的荷電率。在設(shè)計(jì)中，如如果荷電率向向“高”選取取，直接結(jié)果果是電氣特性性變好，而產(chǎn)產(chǎn)品壽命、可可靠性降低；；如果荷電率率向“低”選選取，雖然產(chǎn)產(chǎn)品壽命延長長，但保護(hù)性性能變差，因因而也是不合合理的。正確確的荷電率應(yīng)應(yīng)按IEC第69條第2款的規(guī)定選取取：進(jìn)行老化化試驗(yàn)該荷電電率下的產(chǎn)品品壽命按100年考慮。（6）工頻耐受特特性這是考核氧化化鋅避雷器對對工頻過電壓壓的耐受能力力。按我國規(guī)規(guī)定，對中性性點(diǎn)不接地或或經(jīng)消弧線圈圈接地的系統(tǒng)統(tǒng)，氧化鋅避避雷器應(yīng)在如如下時(shí)間內(nèi)耐耐受下列工頻頻過電壓的倍倍數(shù)這是無間隙氧氧化鋅避雷器器的重要試驗(yàn)驗(yàn)，它將氧化化鋅電阻片的的通流容量、、壓比與設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)聯(lián)系在在一起的一次次性容量試驗(yàn)驗(yàn)。（7）保護(hù)比氧化鋅避雷器器的保護(hù)比定定義為：所以，壓比最最小，表明通通過沖擊大電電流時(shí)的殘壓壓越低，避雷雷器的保護(hù)性性能越好。由于氧化鋅避避雷器具有上上述一系列的的優(yōu)點(diǎn)，且造造價(jià)較低，使使用氧化鋅避避雷器是大勢勢所趨。目前，美國已已在756KV系統(tǒng)中使用氧氧化鋅避雷器器。我國已生生產(chǎn)各種電壓壓等級的氧化化鋅避雷器。。5.5防雷接地裝置置電氣設(shè)備的接接地，按其目目的的不同可可以分為：（1）保護(hù)接地（2）工作接地（3）防雷接地（1）保護(hù)接地為保證人身安安全，無論在在發(fā)、配電還還是用電系統(tǒng)統(tǒng)中都將電氣氣設(shè)備的金屬屬外殼接地，，以保證金屬屬外殼經(jīng)常固固定為地電位位，一旦設(shè)備備絕緣損壞而而使外殼帶電電時(shí)不致有危危險(xiǎn)的電位升升高引起工作作人員觸電傷傷亡。在正常情況下下接地沒有電電流流入，金金屬外殼保持持地電位，但但當(dāng)設(shè)備發(fā)生生故障而有接接地短路電流流流入大地時(shí)時(shí)，接地點(diǎn)和和它緊密相連連的金屬導(dǎo)體體的電位都會會升高，有可可能威脅到人人身的安全。。（2）工作接地根據(jù)電力系統(tǒng)統(tǒng)正常運(yùn)行方方式的需要而而接地，例如如將系統(tǒng)的中中性點(diǎn)接地。。（3）防雷接地針對防雷保護(hù)護(hù)的需要而設(shè)設(shè)置的，目的的是減小雷電電流通過接地地裝置的地電電位升高。防雷接地與保保護(hù)接地、工工作接地的兩兩點(diǎn)區(qū)別：雷電流幅值大大雷電流的等值值頻率高區(qū)別之一：雷雷電流幅值大大雷電流幅值大大，就會使地地中電流密度度增大，因而而提高了土壤壤中的電場強(qiáng)強(qiáng)度，在接地地體附近尤為為顯著。若此此電場強(qiáng)度超超過土壤擊穿穿場強(qiáng)時(shí)，在在接地體周圍圍的土壤中便便會發(fā)生局部部火花放電，，使土壤導(dǎo)電電性增大，接接地電阻減小小。因此，同同一接地裝置置在幅值甚高高的沖擊電流流作用下，其其接地電阻要要小于工頻電電流下的數(shù)值值。這種效應(yīng)稱為為火花效應(yīng)。區(qū)別之二：雷雷電流的等值值頻率高雷電流等值頻頻率較高，使使接地體自身身電感的影響響增加，阻礙礙電流向接地地體遠(yuǎn)端流通通，對于長度度長的接地體體，這種影響響更加明顯。。結(jié)果會使接接地體得不到到充分利用，，使接地裝置置的電阻值大大于工頻接地地裝置電阻值值。這種現(xiàn)象稱為為電感影響。由于上述兩方方面的原因，，同一接地裝裝置在沖擊和和工頻電流作作用下，將具具有不同的電電阻值。用沖擊系數(shù)表表示兩者的關(guān)關(guān)系：工頻電流下的的電阻沖擊電流下的的電阻（應(yīng)為為阻抗，習(xí)慣慣稱為沖擊接接地電阻），指接地體體上的沖擊電電壓幅值與流流經(jīng)該接地體體中的沖擊電電流幅值之比比值。與接地體的幾幾何尺寸、雷雷電流的幅值值和波形以及及土壤電阻率率有關(guān)，一般般依靠實(shí)驗(yàn)確確定。在一般般情況下，由由于火花效應(yīng)應(yīng)大于電感效效應(yīng)，其值小小于1，但對電感影影響明顯的情情況，也有時(shí)時(shí)大于等于1。接地裝置由埋埋入地中的接接地體和連接接到設(shè)備接地地部分的接地地線組成。當(dāng)當(dāng)接地裝置中中流過電流時(shí)時(shí)，接地電流流經(jīng)過接地體體以電流場的的形式向四處處擴(kuò)散。由于于大地不是理理想的導(dǎo)體，，它具有一定定的電壓降。。離電流注入入點(diǎn)越遠(yuǎn)，地地中電流的密密度越小，因因此可以認(rèn)為為在相當(dāng)遠(yuǎn)（（或叫無窮遠(yuǎn)遠(yuǎn)）處，地中中電流密度已已接近零。電電場強(qiáng)度也接接近零，該處處的電位為零零電位。由此可見，當(dāng)當(dāng)接地點(diǎn)有電電流流入大地地時(shí)該點(diǎn)相對對于遠(yuǎn)處的零零電位來說，，將具有確定定的電位升高高。降低接地電阻阻的原因此時(shí)地面上的的接地物體（（如變壓器外外殼），也具具有電位，，因因而不利于電電氣設(shè)備的絕絕緣以及人身身安全，這就就是為什么要要力求降低接地地電阻的原因。接地電阻接地點(diǎn)處的電電位接地電流如圖，半球形形接地體，其其接地電阻相相當(dāng)于把電極極外土壤分成成無數(shù)個(gè)具有有一定厚度的的同心半球殼殼的電阻串聯(lián)聯(lián)而成。接地電阻并不不同一般具有有恒定截面的的導(dǎo)體電阻一一樣與電極表表面積成反比比。事實(shí)上，，它主要只決決定于電極的的延伸程度，，即沿某一方方向（垂直或或水平）的最最大線性尺寸寸。因此采用用上述半球形形接地體是很很不經(jīng)濟(jì)的，，在實(shí)際上很很少實(shí)用。通通常使用的是是以垂直地棒棒、水平接地地帶以及它們們的組合。5.4.1工程實(shí)用的接接地裝置工程實(shí)用的接接地裝置主要要是用扁鋼、、圓鋼、角鋼鋼或鋼管組成成，埋于地表表下0.5~1m處。。水水平平接接地地體體多多用用扁扁鋼鋼，，寬寬度度一一般般為為20～40mm