高電壓電力系統(tǒng)大氣過(guò)電壓及保護(hù)

高電壓電力系統(tǒng)大氣過(guò)電壓及保護(hù)第1頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)5.2防雷保護(hù)裝置5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.4發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)5.5變壓器的防雷保護(hù)5.6直配電機(jī)的防雷保護(hù)第2頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)第3頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)雷電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)雷電的研究和防護(hù)意義重大。早在18世紀(jì)初，富蘭克林等物理學(xué)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)，第一次向人們揭示了雷電只不過(guò)是一種大氣火花放電現(xiàn)象的秘密。隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)。第4頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，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)引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。從電力工程的角度來(lái)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)中引起很高的雷電過(guò)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產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過(guò)電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。

本節(jié)主要內(nèi)容：5.1.1、雷電放電的過(guò)程5.1.2、雷電參數(shù)5.1.3、雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路第5頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1.1雷電放電的過(guò)程水滴分裂起電理論：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)地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)。雷云中的電荷分布當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣電離的放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹?。放電通道的電流可達(dá)幾十或幾百千安。第6頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電雷電放電的基本過(guò)程1－先導(dǎo)放電通道；2－強(qiáng)電離區(qū)；3－主放電通道第7頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三l－先導(dǎo)；r－主放電；v－發(fā)展方向雷電放電類型第8頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三流經(jīng)物體的電流波與被擊物體的波阻抗有關(guān)當(dāng)Zj=0時(shí)，流經(jīng)被擊物體的電流定義為雷電流2流經(jīng)被擊物體的電流：彼德遜法則研究表明：雷電放電的先導(dǎo)通道具有分布參數(shù)的特性，可認(rèn)為它是一個(gè)具有電感、電容等均勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，稱為雷電通道，其波阻抗為Z0

雷電流波：雷電流通道的波阻抗Z0的數(shù)值通常取為300歐5.1.2雷擊時(shí)計(jì)算雷電流的等值電路第9頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第10頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷云對(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(lái)看，這相當(dāng)于一個(gè)電流源的作用過(guò)程；雷電放電的物理過(guò)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^(guò)程?？梢罁?jù)此建立計(jì)算模型。在雷電放電的過(guò)程中，人們能夠測(cè)知的電量，是雷擊地面時(shí)流過(guò)被擊物體的電流i，然后再根據(jù)計(jì)算模型反推雷電波的電流。注意理解：第11頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三若：Z＜＜Z0時(shí)，iZ≈iL國(guó)際上都習(xí)慣把雷擊于低接地阻抗（Z≈0或≤30歐姆）物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流稱為雷電流。應(yīng)特別注意：定義中的雷電流iZ恰好等于沿雷電通道傳播而來(lái)的雷電流波的兩倍。因此，在防雷保護(hù)計(jì)算的彼德遜等值電路中，等值電流源通常直接用電流源來(lái)表示，如圖5.3。第12頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三研究表明：雷電放電的先導(dǎo)通道具有分布參數(shù)的特性，可認(rèn)為它是一個(gè)具有電感、電容等均勻分布參數(shù)的導(dǎo)電通道，稱為雷電通道，其波阻抗為Z0雷電流波：2彼德遜法則雷擊大地時(shí)的電流：第13頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三為評(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(lái)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)雷電日Td或一個(gè)雷電小時(shí)Th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——年平均雷電日1、雷暴日及雷暴小時(shí)5.1.3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)少雷區(qū)：Td<15多雷區(qū)：Td>40強(qiáng)雷區(qū)：Td>90第14頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三單位：次/100公里?年我國(guó)規(guī)程規(guī)定，對(duì)Td=40的地區(qū)，取次/平方公里.雷電日地面落雷密度γ：指每個(gè)雷電日每平方公里的地面上的平均落雷次數(shù)（單位：次/平方公里?雷電日）2、地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)若一般高度的線路的等值受雷面的寬度為10h(h為線路平均高度(m))，則輸電線路年平均遭受雷擊的次數(shù)：第15頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主放電過(guò)程可看作是一個(gè)電流波沿著波阻抗為Z0的雷電通道傳播到雷擊點(diǎn)的波過(guò)程。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，具有某一等值波阻抗，稱為雷電通道波阻抗。我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議取Z0≈300Ω3、雷電通道的波阻抗第16頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、雷電的極性

雷電的極性由雷云電荷的極性決定，負(fù)極性雷擊均占75～90%，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。5、雷電流的幅值通常定義雷電流為雷IL擊于低阻接地電阻(≤30Ω)的物體時(shí)流過(guò)雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波I0的兩倍，即第17頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一般地區(qū)，雷電流幅值超過(guò)I的概率可按下式計(jì)算6、雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng)

雷電流的波前時(shí)間T1處于1～4μs的范圍內(nèi)，平均為2.6μs。波長(zhǎng)T2處于20～100μs的范圍內(nèi)，多數(shù)為50μs左右。我國(guó)防雷設(shè)計(jì)采用2.6/50μs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1.2/50μs(Td≥20)第18頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷電流波前的平均陡度為(kA/μs)7、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1、雙指數(shù)波第19頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、斜角波3、斜角平頂波4、半余弦波第20頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)5.2防雷保護(hù)裝置5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.4發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)5.5變壓器的防雷保護(hù)5.6直配電機(jī)的防雷保護(hù)第21頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2防雷保護(hù)裝置5.2.1避雷針和避雷線5.2.2避雷器5.2.3防雷接地第22頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三現(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、避雷線、保護(hù)間隙、各種避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等等。第23頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三避雷針保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電時(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(guò)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5.2.1、避雷針和避雷線第24頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三避雷針保護(hù)范圍h≤30m，P＝130m<h≤120m，h–避雷針高度P–高度修正系數(shù)hx-被保護(hù)物的高度rx-保護(hù)范圍避雷針保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為軸的近似錐體的空間。第25頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三保護(hù)范圍：由模擬試驗(yàn)確定。保護(hù)范圍是按保護(hù)概率99.9%確定的。它只有相對(duì)的意義，不能認(rèn)為在保護(hù)范圍內(nèi)的物體就完全不受雷直擊，在保護(hù)范圍外的物體就完全不受保護(hù)。避雷針保護(hù)第一要對(duì)直擊雷屏蔽，第二要防止反擊。第26頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三避雷線作用原理同避雷針，主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所保護(hù)范圍的長(zhǎng)度與線路等長(zhǎng)，而且兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓錐體空間在架空輸電線路上多采用保護(hù)角α來(lái)表示避雷線的保護(hù)程度保護(hù)角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角，α越小，雷擊導(dǎo)線的概率越小，對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)越可靠第27頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三避雷線保護(hù)范圍

因此單根避雷線的保護(hù)半徑要比單根避雷針的保護(hù)半徑小。避雷線保護(hù)范圍第28頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三對(duì)避雷器的基本技術(shù)要求過(guò)電壓作用時(shí)，避雷器先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，這需要由兩者的伏秒特性的配合來(lái)保護(hù)。避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在某次過(guò)零時(shí)的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。避雷器避雷器的作用是限制過(guò)電壓。它的保護(hù)原理與避雷針不同。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)放電器，并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器即先放電，從而限制過(guò)電壓的發(fā)展，從而保護(hù)了其它電氣設(shè)備免遭擊穿損壞。避雷器的類型主要有保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。第29頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.保護(hù)間隙與管型避雷器保護(hù)間隙與被保護(hù)絕緣并聯(lián)，它的擊穿電壓比后者低，使過(guò)電壓波被限制到保護(hù)間隙F的擊穿電壓Ub。缺點(diǎn)：

伏秒特性很陡；保護(hù)間隙沒有專門的滅弧裝置產(chǎn)生大幅值的截波

應(yīng)用范圍：僅用于不重要和單相接地不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場(chǎng)合。第30頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三應(yīng)用范圍：僅安裝在輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)中。管型避雷器實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅弧能力的保護(hù)間隙，其基本元件為裝在消弧管內(nèi)的火花間隙，在安裝時(shí)再串接一只外火花間隙。缺點(diǎn)：

工頻續(xù)流太小時(shí)不能滅弧，太大時(shí)產(chǎn)氣過(guò)多，使管子爆裂；伏秒特性和產(chǎn)生截波方面與保護(hù)間隙相似，維護(hù)較麻煩；

第31頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變電所的防雷保護(hù)主要依靠閥式避雷器，它在電力系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合中都起著重要的作用，它的保護(hù)特性是選擇高電壓電力設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)：主要由火花間隙1及與之串聯(lián)的工作電阻2(閥片)兩大部分組成。2.閥型避雷器第32頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第33頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三火花間隙：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；電壓分布(并聯(lián)電阻并聯(lián)在火花間隙上，起均壓作用)作用隔離工作電壓，避免電阻閥片長(zhǎng)期流過(guò)電流；伏秒特性平坦，易與被保護(hù)設(shè)備伏秒特性配合；工頻續(xù)流電弧被分割成許多短弧，使電弧容易熄滅。電阻閥片：閥片電阻的伏安特性u(píng)=Ciα

；(α

：非線性系數(shù))作用避免出現(xiàn)對(duì)絕緣不利的截波；限制工頻續(xù)流以利于熄?。幌拗谱饔糜诒槐Ｗo(hù)設(shè)備上的沖擊電壓?；驹?4頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：對(duì)工作電阻(閥片)的首位要求是它應(yīng)具有良好的非線性伏安特性，即在沖擊大電流下，阻值應(yīng)很小，讓沖擊電流順利泄入地下，且殘壓不高；在工頻電流下，阻值要變大，限制工頻續(xù)流，以利于電弧熄滅。第35頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三避雷器的相關(guān)參數(shù)和術(shù)語(yǔ)額定電壓：指正常工作時(shí)加在避雷器上的工頻工作電壓滅弧電壓：指保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)滅弧條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓。殘壓：雷電流流過(guò)避雷器時(shí)在閥片電阻上產(chǎn)生的電壓降。我國(guó)規(guī)定流過(guò)避雷器的雷電流大小為5kA(330kV及以上為10kA)的殘壓作為設(shè)計(jì)依據(jù)。工頻續(xù)流：過(guò)電壓消失后，由工作電壓產(chǎn)生的工頻電弧電流；通流容量：避雷器耐受通過(guò)電流的能力；第36頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氧化鋅(ZnO)，具有極其優(yōu)異的非線性特性。3.金屬氧化物避雷器小電流區(qū)域非線性區(qū)域飽和區(qū)域第37頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：取消了火花間隙，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單；伏安特性平坦，保護(hù)性能好；(α

：0.01～0.04)無(wú)續(xù)流，作動(dòng)作負(fù)載輕，重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)；通流容量大；耐污性能好第38頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.接地電工中“地”是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地經(jīng)常保持等電位。電力系統(tǒng)的接地分為三類：工作接地：根據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行要求設(shè)置。如三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地，其作用是穩(wěn)定電網(wǎng)的對(duì)地電位，以降低電氣設(shè)備的絕緣水平。（0.5-10Ω）保護(hù)接地：為保障人身安全而將電氣設(shè)備金屬外殼等接地，它在故障條件下才發(fā)揮作用（1-10Ω）防雷接地：用來(lái)將雷電流順利瀉入大地，以減小引起的過(guò)電壓（1-30Ω）5.2.3防雷接地第39頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.接地電阻接地電阻Re等于從接地體到地下遠(yuǎn)處零位面之間的電壓Ue與流過(guò)的工頻或直流電流Ie之比。

沖擊接地電阻與工頻或直流下的接地電阻之比稱為沖擊系數(shù)。第40頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)雷電流流過(guò)接地裝置時(shí)，接地體和土壤所呈現(xiàn)的響應(yīng)不同于工頻響應(yīng)，即沖擊接地電阻一般不等于工頻接地電阻沖擊接地電阻存在火花效應(yīng)和電感效應(yīng)αi的值一般小于1，但在接地體很長(zhǎng)時(shí)也有可能大于1。第41頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三接觸電壓(U1)：站立點(diǎn)與接地設(shè)備之間的電壓（1.8m高，0.8m水平距離）；跨步電壓(U2)：人的兩腳之間的電位差（0.8m水平距離）。流過(guò)人體電流危險(xiǎn)值（10mA）大地并不是理想導(dǎo)體，具有一定的電阻率。因此，在外界的作用下若內(nèi)部一旦有電流，大地也就不再保持等電位。當(dāng)?shù)孛嫔媳粡?qiáng)制流進(jìn)的電流從一點(diǎn)注入時(shí)，進(jìn)入大地的電流將以電流場(chǎng)的形式向周圍遠(yuǎn)處擴(kuò)散。第42頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、接地裝置：

埋于地下的一組人工接地導(dǎo)體，其功用是減小接地電阻，以降低雷電流通過(guò)避雷針（線）或避雷器時(shí)的過(guò)電壓。垂直接地體水平接地體接地網(wǎng)第43頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸電線路的防雷接地：在每一基桿塔下一般都有接地裝置，并通過(guò)引線與避雷線相連，其目的是使擊中避雷線的雷電流流過(guò)較低的接地電阻而進(jìn)入大地；發(fā)電廠和變電站的防雷接地：根據(jù)安全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下面增加接地體以滿足防雷接地的要求。第44頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小結(jié)電力系統(tǒng)中廣泛采用避雷針和避雷線作為直接雷擊防護(hù)裝置。保護(hù)間隙與被保護(hù)絕緣并聯(lián)，它的擊穿電壓比后者低，使過(guò)電壓波被限制到保護(hù)間隙F的擊穿電壓Ub。變電所的防雷保護(hù)主要依靠閥式避雷器。ZnO具有一系列優(yōu)點(diǎn)，是避雷器發(fā)展的主要方向，正在逐步取代普通閥式避雷器和磁吹避雷器。防雷接地裝置可以是單獨(dú)的，也可以與變電所、發(fā)電廠的總接地網(wǎng)連成一體。防雷接地所泄放的電流是沖擊大電流。第45頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)5.2防雷保護(hù)裝置5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.4發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)5.5變壓器的防雷保護(hù)5.6直配電機(jī)的防雷保護(hù)第46頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.3.1輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo)

5.3.2輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓5.3.3輸電線路直擊雷過(guò)電壓第47頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸電線路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷擊跳閘率來(lái)衡量。

每100km線路的年落雷次數(shù)N

次/(100km.年)

γ為地面落雷密度；

b為兩根避雷線之間的距離；

h為避雷線的平均對(duì)地高度；

Td為雷暴日數(shù)

5.3.1輸電線路耐雷性能的若干指標(biāo)第48頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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)的最大雷電流幅值，單位為kA。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各級(jí)電壓線路應(yīng)有的耐雷水平值見下表：

耐雷水平第49頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷擊跳閘率是指折算為統(tǒng)一條件（每年40個(gè)雷電日和100km的線路長(zhǎng)度）下，因雷擊而引起的線路跳閘次數(shù)。單位為“次/(100km·40雷暴日)”。雷擊跳閘的過(guò)程：雷電流超過(guò)了線路的耐雷水平，就會(huì)引起沖擊閃絡(luò)，只有沖擊閃絡(luò)之后并轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，才會(huì)引起線路跳閘。由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定工頻電弧的概率為建弧率(η),它與沿絕緣子串或空氣間隙的平均運(yùn)動(dòng)電壓梯度有關(guān)?？捎上率角蟮美讚籼l率第50頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三線路雷害事故發(fā)展過(guò)程及防護(hù)措施

只要能設(shè)法制止上述發(fā)展過(guò)程中任一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，就可避免雷擊引起長(zhǎng)時(shí)間停電事故。第51頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸電線路防雷措施防止雷直擊導(dǎo)線防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò)防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧防止線路中斷供電第52頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

雷擊輸電線路過(guò)電壓分類：

感應(yīng)雷過(guò)電壓、直擊雷過(guò)電壓雷擊線路附近大地時(shí)，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過(guò)電壓。雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€引起的線路過(guò)電壓第53頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三感應(yīng)雷直擊雷第54頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）感應(yīng)雷過(guò)電壓的產(chǎn)生(靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng))5.3.2輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓先導(dǎo)階段：束縛電荷，與雷云電荷異號(hào)，運(yùn)動(dòng)速度緩慢主放電：束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側(cè)傳播，且幅值高－感應(yīng)過(guò)電壓的靜電分量第55頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三感應(yīng)過(guò)電壓的電磁分量：在主放電的過(guò)程中伴隨著雷電流的沖擊波，在放電通道周圍空間出現(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖磁場(chǎng)，其中一部分磁力線穿過(guò)導(dǎo)線－大地回路。將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)使導(dǎo)線對(duì)地電位升高－感應(yīng)過(guò)電壓的電磁分量；由于主放電通道與導(dǎo)線幾乎互相垂直，互感不大，電磁感應(yīng)較弱，因此，電磁感應(yīng)分量比靜電感應(yīng)分量小得多。感應(yīng)過(guò)電壓幅值中，靜電分量起主要作用。第56頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）雷擊線路附近時(shí)感應(yīng)雷過(guò)電壓的計(jì)算－無(wú)避雷線規(guī)程建議：當(dāng)雷擊點(diǎn)與電力線路之間的水平距離S>65m時(shí)(在S<50m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)雷過(guò)電壓的最大值為：IL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(guò)電壓極性與雷云的極性相反。相鄰導(dǎo)線同時(shí)產(chǎn)生相同極性的感應(yīng)雷過(guò)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)：第57頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）雷擊線路附近時(shí)感應(yīng)雷過(guò)電壓計(jì)算－有避雷線當(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，即避雷線的屏蔽作用，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)線上的實(shí)際感應(yīng)雷過(guò)電壓為k為導(dǎo)線和避雷線之間得耦合系數(shù)第58頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷擊線路桿塔，當(dāng)無(wú)避雷線時(shí)，對(duì)一般高度的線路可用下式計(jì)算感應(yīng)雷過(guò)電壓最大值：

a為感應(yīng)過(guò)電壓系數(shù)（kV/m），數(shù)值上等于雷電流的時(shí)間陡度平均值，即a＝I/2.6（kV/μs）當(dāng)有避雷線時(shí)，由于其屏蔽效應(yīng)，則：

k為耦合系數(shù)(4)雷擊線路桿塔時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓第59頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3.3輸電線路直擊雷過(guò)電壓第60頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）雷擊桿塔塔頂時(shí)的過(guò)電壓和耐雷水平-反擊第61頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三感應(yīng)雷過(guò)電壓避雷線在導(dǎo)線上耦合電壓塔頂電位幅值導(dǎo)線電位幅值線路絕緣子串上兩端電壓UcUtop第62頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

有避雷線

無(wú)避雷線工程實(shí)用中往往以降低Ri和提高k值作為提高輸電線路耐雷水平的主要途徑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)的最大雷電流幅值，單位為kA。第63頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三擊桿率g：雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線路總數(shù)的比值。012平原1/21/41/6山區(qū)11/31/4避雷線根數(shù)地形第64頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過(guò)電壓第65頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為雷擊點(diǎn)的電壓取雷電流為斜角波頭：iL=at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第66頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)雷繞過(guò)避雷線擊于導(dǎo)線時(shí)的過(guò)電壓-繞擊第67頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為導(dǎo)線上電壓為幅值繞擊時(shí)耐雷水平第68頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雷繞過(guò)避雷線直接擊中導(dǎo)線的概率，稱為繞擊率Pα。

Pα之值與避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(hù)角α、桿塔高度ht及線路通過(guò)地區(qū)的地形、地貌等因素有關(guān)。平原線路山區(qū)線路

第69頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）雷擊桿塔時(shí)的跳閘率(反擊率)（2）繞擊跳閘率(繞擊率)（3）線路的雷擊跳閘率

P1雷電流超過(guò)反擊耐壓水平的雷電流概率P2雷電流超過(guò)繞擊耐壓水平的雷電流概率雷擊跳閘率的計(jì)算第70頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3.4輸電線路的防雷措施(一)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；35kV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(lái)進(jìn)行防雷保護(hù)。(二)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。桿塔的工頻接地電阻一般為10～30Ω。第71頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(三)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(lái)提高線路耐雷水平。(四)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。第72頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(五)消弧線圈能使雷電過(guò)電壓所引起來(lái)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)。(六)線路型避雷器僅用作線路上雷電過(guò)電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。(七)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。(八)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。第73頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)5.2防雷保護(hù)裝置5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.4發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)5.5變壓器的防雷保護(hù)5.6直配電機(jī)的防雷保護(hù)第74頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4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；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，后果十分嚴(yán)重。變電所的防雷保護(hù)與輸電線路相比，要求更嚴(yán)格、措施更嚴(yán)密、可靠。變電所中出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓的兩個(gè)來(lái)源：

雷電直擊變電所；沿輸電線入侵的雷電過(guò)電壓波。

第75頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4.1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)第76頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4.1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)避雷針或避雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)。按安裝方式的不同，避雷針分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。

第77頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的數(shù)量、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針，還有一個(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(wèn)題。第78頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三為了防止避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應(yīng)滿足下式要求：為了防止避雷針接地裝置與變電所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2亦應(yīng)滿足下式要求獨(dú)立避雷針應(yīng)有的空氣間隙第79頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

E1、E2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)。用下面兩個(gè)公式校核獨(dú)立避雷針的空氣間距和地中距離：第80頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4.2發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)

裝設(shè)避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過(guò)電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過(guò)電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。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)。第81頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）避雷器與被保護(hù)設(shè)備連接一點(diǎn)tiu避雷器的伏秒特性與侵入波電壓相交時(shí)，避雷器動(dòng)作。？放電電壓：決定于避雷器的伏秒特性。避雷器的殘壓最大值：決定于避雷器的伏秒特性和流過(guò)避雷器電流的大小。td第82頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由于閥片的非線性，電流在很大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)殘壓變化很小。波尾較平。避雷器的沖擊放電電壓與額定放電電流（如5kA）下的殘壓基本相同。因此，避雷器上的電壓Ub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)間td第83頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）避雷器與被保護(hù)設(shè)備不在一點(diǎn)第84頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進(jìn)波陡度a越大，電壓差值也就越大。第85頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足：閥式避雷器的保護(hù)距離：

K為變電所出線修正系數(shù)避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無(wú)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。第86頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）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l～2km的一段線路上加強(qiáng)防雷保護(hù)措施。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來(lái)說(shuō)，首先在靠近變電所(l～2km)的線段上加裝避雷線；對(duì)于全線有避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)l～

2km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，使侵入變電所的雷電波主要來(lái)自進(jìn)線段以外。第87頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三進(jìn)線段保護(hù)的作用：雷電過(guò)電壓波在流過(guò)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；由于進(jìn)線段波阻抗的作用，減小了流過(guò)避雷器的雷電流。第88頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三流過(guò)避雷器的沖擊電流Ub閥式避雷器的殘壓，kV第89頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容5.1雷電放電過(guò)程及雷電參數(shù)5.2防雷保護(hù)裝置5.3輸電線路的防雷保護(hù)5.4發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)5.5變壓器的防雷保護(hù)5.6直配電機(jī)的防雷保護(hù)第90頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.5變壓器的防雷保護(hù)5