過電壓防護課件

電力系統(tǒng)過電壓第四章過電壓防護電力系統(tǒng)過電壓第四章過電壓防護1第二節(jié)雷電的一般知識一、雷云及雷電的形成

學說很多，但水、蒸汽、強烈氣流是形成雷云的基本條件。

(一）看圖（二）雷電的形成過程（三）關于雷電的描述

（四）雷電的能量和功率富蘭克林：風箏、雷電第二節(jié)雷電的一般知識一、雷云及雷電的形成(一）看圖2二、雷電放電的形成過程1、先導放電

雷云中電荷密集處的電場強度很高，產(chǎn)生強烈的空氣游離過程，形成指向大地的一段導電通道（雷電先導）過程。分級發(fā)展，每級停30~90μs速度較慢（約為1/1000光速）

空氣電場強度達到25~30kV/cm，開始放電二、雷電放電的形成過程空氣電場強度達到25~3032、主放電迎面先導與下行先導相遇，產(chǎn)生強烈的中和過程。速度快（1/20~1/2光速），持續(xù)時間極短（約50~100μs），電流極大（約幾十到幾百KA），出現(xiàn)閃電和雷鳴現(xiàn)象。第四章過電壓防護課件43、余輝放電云中殘余電荷經(jīng)主放電通道流下來的過程。電流?。s幾百安），持續(xù)時間較長（約0.03~0.15s）多重放電一般雷云存在幾個電荷中心，繼而發(fā)生多次的放電（以后的雷電先導是連續(xù)的）。第四章過電壓防護課件5三、雷電類型及雷電過電壓

(一)雷電的類型1．直擊雷直擊雷是指雷云與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。2．感應雷感應雷是指雷電放電過程中，雷云中的電荷及強大的脈沖電流對周圍導體產(chǎn)生靜電感應和電磁感應的現(xiàn)象。3．雷電侵入波雷電侵入波是指由于架空線路或其他金屬管道遭受雷擊（直接雷或感應雷）時產(chǎn)生的沖擊電壓波沿其自身迅速向兩側傳播的現(xiàn)象。三、雷電類型及雷電過電壓6(二)雷電過電壓的產(chǎn)生1．直擊雷過電壓2．感應雷過電壓式中Ug—雷擊大地時，感應過電壓的幅值，kV;I—雷電流幅值，kA;hd—導線懸掛點的平均高度，m;S—地面雷擊點距線路的距離，m

防直擊雷的措施：避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)(二)雷電過電壓的產(chǎn)生防直擊雷的措施：避雷針、避雷線、避7感應過電壓的靜電分量：在雷電放電的先導階段（假設為負先導），線路處于雷云及先導通道與大地構成的電場之中，由于靜電感應，最靠近先導通道的一段導線上感應形成束縛電荷，主放電開始以后，先導通道中的電荷自下而上被迅速中和。相應電場迅速減弱，使導線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側傳播。稱感應過電壓的靜電分量感應電壓的電磁分量：雷電通道中的雷電流在通道周圍空間建立了劇烈變化的磁場，使導線感應出很高的電壓，為感應電壓的電磁分量。感應過電壓的電磁分量比靜電分量小得多。一般只考慮靜電分量。

第四章過電壓防護課件8

線路感應雷過電壓的特點幅值不高（通常不超過500KV），所以對110KV及以上線路的絕緣一般不構成威脅;一般不會引起相間閃絡（因為過電壓同時存在于三相導線上）極性與雷電流相反3．雷電侵入波過電壓

指架空線路或其他金屬管道遭受雷擊（直擊雷或感應雷）時產(chǎn)生的沖擊電壓波沿其自身迅速向兩側傳播的現(xiàn)象。線路絕緣水平高于電氣設備，當侵入波進入變電站，對電氣設備造成破壞。應該指出，變電站安裝避雷針后，遭直擊雷德概率很小。所以，侵入波是變電站的主要雷害。線路感應雷過電壓的特點9四、雷電的主要參數(shù)1．雷電流幅值、波頭時間和波長時間幅值是指脈沖雷電流所達到的最大值(被擊物阻抗小于30Ω）。波頭時間是指雷電流上升到最大值所需的時間。波長時間是指脈沖電流的持續(xù)時間。２．雷電流的波形、極性和陡度雷電流屬于單極性的脈沖波，75％~90％的雷電流是負極性的。３．雷電日（小時）表明雷電放電的頻繁程度。雷電日是指該地區(qū)一年中有雷電的天數(shù)。雷電小時則指該地區(qū)一年中有雷電的小時數(shù)。泉州市雷暴日50-80天。四、雷電的主要參數(shù)104-3防雷裝置一、接閃器(一)概述避雷針、避雷線、避雷帶及避雷網(wǎng)都是經(jīng)常采用的防護直擊雷裝置。一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。上述針、線、網(wǎng)、帶實際上都是接閃器。避雷針主要用來保護露天變配電設備及保護建筑物;避雷線主要用來保護輸電線路;避雷帶和避雷網(wǎng)主要是用來保護建筑物。它們都是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，使被保護物免受雷擊。4-3防雷裝置一、接閃器11各種接閃器的具體作用是：

(1)避雷針利用尖端放電的原理:

即當雷云放電時使地面電場畸變，從而在避雷針的頂端形成局部場強集中的空間以影響雷閃先導放電的發(fā)展方向，使雷云對避雷針放電并將雷電流泄入地中，以達到保護附近的建筑物和電力設備免遭雷擊的目的。通常，避雷針用于發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護;各種接閃器的具體作用是：(1)避雷針利用尖端放電的12

(2)避雷線也稱架空地線，其保護原理與避雷針類似。

通常用于輸電線路的直擊雷保護。另外，在線路（靠近變電所區(qū)段）可能受到直接雷危害時，可以限制沿線路侵入變電所的雷電沖擊波幅值及陡度;

(3)沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位敷設的作為防雷保護用的金屬帶作為接閃器、沿外墻作引下線和接地網(wǎng)相連的裝置稱為避雷帶。

多用在民用建筑特別是山區(qū)。由于雷擊選擇性較強（可能從側面橫向發(fā)展對建筑物放電），故使用避雷帶（網(wǎng)）的保護性能比避雷針的要好;(2)避雷線也稱架空地線，其保護原理與避雷針類似。13

(4)避雷網(wǎng)分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷網(wǎng)兩大類。沿建筑物屋頂上部明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻裝引下線接到接地裝置上，稱為明裝避雷網(wǎng)。

一般建筑物中常采用這種方法。而把整個建筑物中的鋼筋結構連成一體，構成一個大型金屬網(wǎng)籠，稱為籠式避雷網(wǎng)。(4)避雷網(wǎng)分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷網(wǎng)兩大類。沿建14第四章過電壓防護課件151、避雷針的作用原理(1)作用：防止被保護設備遭受直接雷擊。(2)原理：將雷電吸引到自身上來，并將其安全導入地中，使附近的建筑和設備免遭直接雷擊。故避雷針實質(zhì)應稱為為“引雷針”。1、避雷針的作用原理16(3)基本結構?針頭（又稱接閃器，φ10~12mm、長1~2m的鋼棒）?引下線（鍍鋅鋼絞線、圓鋼、扁鋼）?接地裝置（角鋼或圓鋼，長2.5m）(4)保護對象主要用于發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護。(3)基本結構17（二）避雷針的保護范圍保護范圍：在此范圍內(nèi)，遭受雷擊的概率不超過0.1%。1、單支避雷針當hx≥時當hx＜時式中h——避雷針的高度，mhx——被保護物高度,mrx——被保護物高度hx水平面上的保護半徑,mP——高度影響系數(shù),當h≤30m時，p=1;

當30m＜h≤120m時，（二）避雷針的保護范圍18線路避雷線線路避雷線19（三）避雷線（又稱“架空地線”）的保護范圍1、保護原理:與避雷針相同2、保護對象:主要用于輸電線路的直擊雷保護。3、保護范圍:為帶狀區(qū)域，通常采用保護角來α表示。當hx≥h/2時，rx=0.47(h-hx)p當hx＜h/2時，rx=(h-1.53hx)p

保護角α：指的是避雷線同外側導線的連線與垂直線之間的夾角。α越小，保護效果越好，一般線路的保護角20°~30°。當hx≥h/2時，rx=0.47(h-hx)p20二、避雷器一、避雷器的作用、保護原理、基本要求、基本類型1、作用：限制沿線路侵入的雷電波（簡稱雷電侵入波）幅值的一種過電壓保護裝置。

●同電壓等級的線路沖擊耐壓高于變壓器。例如：110kV線路：沖擊耐壓=700kV110kV變壓器：沖擊耐壓=425kV。

（而同電壓等級的變壓器沖擊耐壓高于電機）●避雷器裝設于變電站母線上及線路的終端。

（或者說避雷器應裝于被保護設備前面）二、避雷器一、避雷器的作用、保護原理、基本要求、基本類型212、原理避雷器實質(zhì)上是一個“放電器”，它與被保護設備并聯(lián)。當過電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，從而限制了過電壓的幅值，使與之并聯(lián)的電氣設備得到保護?！癖芾灼鞣烹姾?，雷電能量通過避雷器的接地裝置散泄到土壤中去。●雷電波消失，工頻電壓作用在沖擊閃絡通道上，形成工頻續(xù)流。●工頻續(xù)流如果持續(xù)時間過長，繼電保護動作，斷路器跳閘，供電中斷?！癖芾灼饕獙υO備起到保護作用，避雷器的沖擊放電電壓和殘壓＜被保護設備的沖擊耐壓。2、原理223、對避雷器的基本要求①具有良好的保護特性，便于和被保護設備配合。在出現(xiàn)過電壓時避雷器應及時動作、殘壓（雷電流在避雷器上所形成的壓降）應盡量減小。②具有較強的絕緣自恢復能力，以免造成停電避雷器應能迅速切斷工頻續(xù)流（由于工作電壓的作用，當沖擊過電壓消失后，仍然有工頻電弧電流通過避雷器，稱之），使系統(tǒng)盡快恢復正常運行，避免供電中斷。③不應產(chǎn)生高幅值的截波，以免損壞被保護設備的縱絕緣（匝間絕緣）。3、對避雷器的基本要求23線路避雷器線路避雷器244、基本類型①保護間隙（用于保護10KV及以下不太重要的配電線路）②管型避雷器（變電站進線段保護的輔助手段，保護小容量重要性不大的變電所及個別薄弱絕緣線段）③閥型避雷器（基本淘汰）④氧化鋅避雷器（MOA，性能最優(yōu)越）4、基本類型25第四章過電壓防護課件26（一）保護間隙和管型避雷器1、保護間隙（一種最原始、最簡單的避雷器）優(yōu)點：結構簡單，價格低廉。缺點：（1）伏秒曲線太陡，難以和被保護設備實現(xiàn)合理的絕緣配合。（2）滅弧能力差，影響供電可靠性（3）動作后會產(chǎn)生截波，對變壓器的縱絕緣不利。2、管型避雷器(排氣式避雷器)實際上是一個具有較高滅弧能力的保護間隙。（一）保護間隙和管型避雷器27（二）閥型避雷器主要由火花間隙和閥片電阻組成。1．閥片電阻由金剛砂(SiC)加粘合劑(水玻璃)焙燒制成。閥片電阻是由多個閥片電阻串聯(lián)組合體構成。閥片電阻的伏安特性可表示為u＝Ciα

α—非線性系數(shù)，一般在0.2左右（二）閥型避雷器28閥片電阻的作用：1)閥片電阻的存在——避免出現(xiàn)對絕緣不利的截波2)閥片電阻的非線性——通過大電流時(雷電流)呈現(xiàn)低電阻，以限制避雷器的殘壓，提高了保護性能;通過小電流時（工頻續(xù)流）呈現(xiàn)高電阻，以限制工頻續(xù)流，提高了滅弧性能。閥片電阻的作用：292．火花間隙作用:正常時——與工作母線隔離;雷電侵入時——及時放電以泄放雷電能量。結構特點及意義：由多個火花間隙組成，單個電極是由黃銅材料沖壓制成，中間用云母墊圈隔開，厚度一般為0.5~1mm。意義：（1）極間距離小，電場近似于均勻電場，伏秒特性較平坦易于實現(xiàn)絕緣配合。（2）短弧相對長弧而言，更易于切斷，提高了間隙絕緣強度的恢復能力。

2．火花間隙30閥型避雷器的工作原理（1）當系統(tǒng)正常時，火花間隙將閥片電阻和工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生的電流使閥片電阻燒壞;（2）一旦工作母線上的電壓超過其擊穿電壓值時，火花間隙將被擊穿并引導雷電流通過閥片電阻泄入大地。此時閥片電阻的阻值將自動變小以降低在其兩端形成的壓降（此壓降稱為殘壓）;（3）雷電流消逝后，作用在閥片電阻上的電壓即為工頻電壓，此時閥片電阻的阻值將自動變大，限制了工頻續(xù)流以促使電弧的快速可靠熄滅。閥型避雷器的工作原理31四、金屬氧化物避雷器（MOA）1．氧化鋅非線性電阻片以ZnO為主要材料，摻以其他微量金屬氧化物。ZnO閥片具有很理想的非線性伏安特性，其非線性系數(shù)約為α≈0.015~0.05。四、金屬氧化物避雷器（MOA）32圖6—23ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性的比較圖6—22ZnO避雷器的伏安特性圖6—23ZnO、SiC和理想避雷器圖6—22Z33第四章過電壓防護課件342．MOA的工作原理：在工作電壓下，流經(jīng)ZnO閥片的電流遠小于1mA(主要成分為電容電流)，相當于絕緣體，不會使閥片燒壞，所以可以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓。當作用在ZnO閥片上的電壓超過某一值（起始動作電壓U1mA）時，將發(fā)生“導通”，“導通”后ZnO閥片的電阻很小，殘壓與流過它的電流大小基本無關。當作用的電壓降到動作電壓以下時，ZnO閥片“導通“終止，又相當于絕緣體，因此不存在工頻續(xù)流。這就是MOA可以做到無間隙而又無續(xù)流的原因。2．MOA的工作原理：353．MOA的優(yōu)越性（1）結構簡單、體積小、重量輕，便于規(guī)?；a(chǎn)（2）保護特性優(yōu)越殘壓更低、在整個過電壓作用期間均能釋放能量，有良好的陡波響應特性，特別適合用于GIS、直流系統(tǒng)的保護。（3）耐重復動作能力強MOA只吸收沖擊過電壓能量，不需要吸收續(xù)流能量（4）通流容量大，可作為內(nèi)部過電壓的后備保護。（5）耐污性能好（采用硅像膠外套）(6)可用于直流系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)的保護。3．MOA的優(yōu)越性364．3~66kV系統(tǒng)無間隙MOA的主要參數(shù)(1)持續(xù)運行電壓（有效值）它是指在運行中允許長期施加于避雷器兩端的工頻電壓有效值。它表征了MOA對長期作用的工頻電壓耐受能力。選擇MOA持續(xù)運行電壓U時應滿足：3~10kV系統(tǒng)Uc≥1.1Um;35~66kV系統(tǒng)Uc≥Um式中Um—系統(tǒng)最高運行線電壓，為系統(tǒng)標稱電壓的1.15倍。4．3~66kV系統(tǒng)無間隙MOA的主要參數(shù)37(2)額定電壓（有效值）它是指在避雷器動作負載試驗條件所規(guī)定的一系列試驗中，允許施加在MOA上的最大工頻電壓有效值。該參數(shù)是考核避雷器熱負荷的一個重要參數(shù)，是表征MOA對工頻過電壓的耐受能力?？砂聪率竭x擇：3~10kV系統(tǒng)：Ur≥K(1.1Um);35~66kV系統(tǒng)：Ur≥KUm其中K為切除接地短路故障時間系數(shù)，10s以上2h以內(nèi)切除故障，K=1.25~1.3。對于以上兩式，K值可分別取1.27和1.3，則：3~10kV系統(tǒng)：Ur≥1.4Um35~66kV系統(tǒng)：Ur≥1.3Um

(2)額定電壓（有效值）38(3)直流1mA參考電壓(U1mA)（峰值）我國的避雷器生產(chǎn)廠家通常把流過MOA的電流為直流1mA時，測得的電壓值稱為參考電壓，用U1mA表示。它處于V—I特性曲線的拐點上，MOA限制過電壓的作用也是從該點開始，因此，U1mA又稱為起始動作電壓。在這個電壓下既能保證MOA尚未處于導通狀態(tài)，工頻電流不會流過MOA而導致熱崩潰，又能保證過電壓襲來時使MOA迅速導通。參考電壓是確定MOA的壽命、熱穩(wěn)定性的重要參考因素。(3)直流1mA參考電壓(U1mA)（峰值）39(4)標稱放電電流常用的有20、10、5、2.5、1.5、1kA6個等級，其波形參數(shù)為8/20μs。但一些特殊用途的，不限于此范圍。(5)工頻耐受電壓時間特性在規(guī)定條件下，對避雷器施加不同的工頻電壓，其不損壞或不發(fā)生熱崩潰所相應的最大持續(xù)時間。(6)最大殘壓避雷器動作以后，在避雷器所允許最大陡波沖擊電流、雷電沖擊電流及操作沖擊電流下避雷器兩端電壓，它是表征避雷器保護水平的重要參數(shù)。(7)壓比它是指MOA在標稱電流下的殘壓及1mA參考電流下的起始動作電壓的比值。(8)荷電率它是指長期施加在MOA上的持續(xù)工作電壓峰值與其工頻參考電壓的比值。它是影響MOA的老化性能和保護水平的一項重要參數(shù)。(4)標稱放電電流40三、引下線和防雷接地裝置(一)引下線引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸和防腐蝕要求與避雷網(wǎng)和避雷帶相同，其截面不應小于48mm2，為避免很快腐蝕，最好不用絞線作為引下線。(二)接地裝置接地裝置向大地泄放雷電流，限制防雷裝置對地電壓不致過高。

防雷接地裝置與一般接地裝置的要求大體相同，但其所用材料的最小尺寸應稍大于其他接地裝置的最小尺寸。

1、變配電所母線上避雷器的接地，。2、線路進線段避雷器接地；獨立避雷針接地，接地電阻均為三、引下線和防雷接地裝置41

除獨立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。除獨立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提42

一、變配電所的一般防雷措施1、防止直擊雷正確安裝避雷針（線）保護（選擇適當?shù)奈恢?、?shù)量和高度）2、防止侵入波（1）站內(nèi)安裝避雷器保護以限制雷電侵入波的幅值（2）站外1~2公里采用進線段保護，以限制雷電流的幅值與侵入波的陡度。3、防止感應雷及雷電電磁脈沖（LEMP）避雷網(wǎng)、避雷器、電容器、分流、屏蔽、接地、等電位連接（均壓）、泄流、鉗壓等諸措施配合運用。4-4電力設施的防雷一、變配電所的一般防雷措施4-4電力設施的防雷43(一）、直擊雷保護1、裝設避雷針的基本原則（1）所有被保護設備均應處于避雷針（線）的保護范圍之內(nèi)，以免遭受直擊;（2）被保護設備與避雷針之間應保持適當?shù)木嚯x，以免遭受反擊。2、反擊

所謂反擊是指由于雷電流通過獨立避雷針時，在避雷針上和其接地裝置上出現(xiàn)的瞬時高電位而造成避雷針對被保護設備在空氣和地中逆擊穿的現(xiàn)象。雷擊避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針及其接地裝置泄入大地。A點處對地電位UA為：(一）、直擊雷保護雷擊避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針及44

為防止反擊，避雷針與被保護設備之間最小距離的確定Sa≥0.2Ri+0.1h(m)，且不小于5m;Se≥0.3Ri(m)，且不小于3m。3、直擊雷保護一般采用避雷針或避雷線。運行經(jīng)驗表明，凡按規(guī)程要求正確裝設了避雷針（或線）的變配電所，遭受直擊雷的事故率是很低的。4、避雷針及其接地裝置與道路或出入口德距離不宜小于3m,否則應采取均壓措施或鋪設礫石、瀝青路面。

453、避雷針的安裝方式

獨立避雷針：其接地裝置通常單獨設置;架構避雷針：直接設立在架構上，其接地裝置通常接入主接地網(wǎng)。3、避雷針的安裝方式46（1）≤35kV配電裝置，因其絕緣水平較低，必須裝設獨立避雷針;（2）≥110kV配電裝置，因其絕緣水平較高，可裝設架構避雷針，但還應裝設輔助接地裝置;（3）主變的絕緣較弱且重要性大，其架構上不宜裝設避雷針;(4)架構避雷針的輔助接地裝置與主接地網(wǎng)的地下連接點至主變接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點的電氣距離不得小于15m。（1）≤35kV配電裝置，因其絕緣水平較低，必須裝設獨立避雷474、安裝避雷針（線）時還應注意的事項（1）獨立避雷針應距離道路3m以上，否則應鋪碎石或瀝青路面，以保證人身不受跨步電壓的危害;(2)嚴禁將架空照明線、電話線、廣播線及天線等裝在避雷針上或構架上;（3）如在獨立避雷針或裝有針的構架上設置照明燈，其電源線必須用鉛包電纜或全部穿在金屬管內(nèi)，并直接埋在地中，且長度在10m以上，才允許與屋內(nèi)配電裝置相連。（4）發(fā)電廠主廠房一般不裝避雷針，以免發(fā)生感應或反擊，使繼電保護誤動作或造成絕緣損壞;4、安裝避雷針（線）時還應注意的事項48二、雷電侵入波的防護(1)所內(nèi)安裝避雷器保護避雷器到變壓器的最大允許距離由下式確定式中

Uj—變壓器多次截波沖擊耐壓值，kVUc—通過標稱放電電流時，避雷器上的殘壓，kVa—雷電波的陡度，kV/μsν—雷電波速，m/μs二、雷電侵入波的防護式中49(2)所外裝設進線段保護當線路全線無避雷線時，該段必須架設避雷線;當線路全線有避雷線時，該段應具有更高的耐雷水平，減小保護角α及降低桿塔接地電阻R。(2)所外裝設進線段保護50四、變電站的典型進線段保護接線圖（1）FE：保護雷雨季節(jié)經(jīng)常開路而對側有電源的斷路器或隔離開關。（2）1~2km避雷線將雷擊點限制在進線段以外的線路，降低進線段內(nèi)發(fā)生繞擊與反擊的概率。（3）F：限制雷電侵入波的電壓幅值四、變電站的典型進線段保護接線圖511~2kmFFE雷電侵入波1~2kmFFE雷電侵入波52進線段保護的作用：利用進線段導線的波阻抗限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值;由于進線段導線沖擊電暈的作用，降低了侵入波的陡度和幅值。進線段保護的作用：53二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷

?經(jīng)升壓變壓器送電的發(fā)電機的防雷保護旋轉(zhuǎn)電機上出現(xiàn)大氣過電壓有三種典型的情況：二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷54二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷1、旋轉(zhuǎn)電機的絕緣特點及防雷要求（1）發(fā)電機的沖擊絕緣水平在相同電壓等級的電氣設備中最低。這是因為：電機絕緣全靠固體絕緣，難免出現(xiàn)局部放電。電機無均壓措施，匝間電容小，繞組耐沖擊能力很低。運行條件差，絕緣易老化。二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷55（2）保護電機用的避雷器的保護水平與電機的絕緣水平配合裕度很?。?）電機的匝間絕緣、中性點絕緣要求把侵入波陡度限制得很低對匝間絕緣，要求不大于5kv/μs對中性點絕緣，要求不大于2kv/μs（4）發(fā)電機安裝在戶內(nèi)，不必考慮直擊雷保護，但應注意反擊。（2）保護電機用的避雷器的保護水平與電機的絕緣水平配合裕度很56第四章過電壓防護課件57第四章過電壓防護課件582、直配電機防雷保護的接線（1）在發(fā)電機母線上安裝MOA（或FCD磁吹避雷器）作用：限制侵入波的電壓幅值，保護電機的主絕緣。（2）在發(fā)電機母線上裝設電容器作用：限制侵入波的陡度，保護電機的縱絕緣、中性點絕緣，同時也可以減小感應過電壓。通常每相電容C=0.25~0.5μf2、直配電機防雷保護的接線（1）在發(fā)電機母線上安裝MOA（或59圖8—22有電纜段的直配電機保護接線圖8—22有電纜段的直配電機保護接線603、采用電纜段（≥100m）和GB作為進線段保護作用：利用GB放電后電纜外皮的分流作用，以限制流經(jīng)站內(nèi)避雷器的雷電流不超過3KA。4、在發(fā)電機中性點裝設避雷器保護作用：發(fā)電機中性點一般都不接地，防止三相來波時損壞中性點絕緣。3、采用電纜段（≥100m）和GB作為進線段保護61

非直配電機的防雷比直配電機可靠得多。我國規(guī)程規(guī)定：1、在多雷區(qū)，特別重要的發(fā)電機（包括≥20萬KW機組），宜在發(fā)電機出線上加裝一組MOA;2、如有較長的架空母線橋或軟母線時，除應有直擊雷保護措施外，還應在電機出口加裝C≥0.15μf的電容或MOA以防止感應過電壓。非直配電機的防雷比直配電機可靠得多。62三、3~10kV架空配電線路的防雷

3~10kV線路中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，單相接地不會跳閘，因此3-10kV線路的防雷主要是防止相間短路。主要采取以下措施：1．提高線路本身的絕緣水平。在架空線路上采用瓷橫擔、木橫擔或更高一級的絕緣子，以提高線路的耐雷水平。2．裝設自動重合閘裝置。線路上因雷擊放電而產(chǎn)生的短路是由電弧所引起的。線路斷路器跳閘后，電弧也就熄滅了。如果采用一次自動重合閘裝置，使開關經(jīng)0.5s或更長一點的時間自動合閘，電弧一般都不會重燃，從而恢復供電。3．采用多回線路或電纜線路供電。對重要用戶可用環(huán)形供電或不同桿架設的雙回線路供電，必要時采用電力電纜供電，以提高防雷效果，保證供電的可靠性。4．裝設線路型氧化鋅避雷器或保護間隙。這是用來保護線路上個別絕緣最薄弱的部分。

三、3~10kV架空配電線路的防雷63四、3~10KV柱上配電開關的防雷對經(jīng)常處于斷路狀態(tài)運行而又帶電的柱上斷路器、負荷開關或隔離開關，應在其帶電側裝設MOA避雷器。其接地線應與柱上斷路器等的金屬外殼連接，接地電阻不宜超過10Ω。四、3~10KV柱上配電開關的防雷64五、配電變壓器的防雷

1、高壓繞組裝一組氧化鋅避雷器。2、避雷器應盡量靠近變壓器安裝。避雷器、變壓器低壓側中性點、變壓器金屬外殼連在一起，形成三點共同接地。3、低壓繞組接一組低壓氧化鋅避雷器，防止正、逆變換過電壓。五、配電變壓器的防雷65第四章過電壓防護課件66逆變換過電壓：高壓側遭雷擊后，避雷器放電，由此作用于低壓側的高電位通過電磁感應又變換到高壓側的過電壓。正變換過電壓：低壓側遭雷擊，作用在低壓側的沖擊電壓按變比感應到高壓側的過電壓。逆變換過電壓：高壓側遭雷擊后，避雷器放電，由此作用于低壓側的67六、低壓架空接戶線的防雷對于采用鐵橫擔和鋼筋混疑土桿塔的配電線路，線路的絕緣水平不高，限制了允許雷電侵入波的幅值，危險并不大。對于采用木桿塔或木橫擔的低壓配電線路，則必須采取防雷保護措施。為了降低雷電侵入波的幅值，可把引入室內(nèi)的接戶線上的絕緣子鐵腳接地。其接地電阻不宜大于30Ω。這樣，遇有雷電波侵入時，絕緣子相當于保護間隙的作用。六、低壓架空接戶線的防雷對于采用鐵橫擔和鋼筋混疑土桿塔的68＊4-5建筑物的防雷一、建筑物的外部防雷(1)第一類建筑物及其防雷保護凡在建筑物中存放爆炸物品或正常情況下能形成爆炸性混合物，因電火花而會發(fā)生爆炸，致使房屋毀壞和造成人身傷亡者。這類建筑物應裝設獨立避雷針防止直擊雷；對非金屬屋面應敷設避雷網(wǎng)，室內(nèi)一切金屬設備和管道，均應良好接地并不得有開口環(huán)路，以防止感應過電壓；采用低壓MOA和電纜進線，以防雷擊時高電壓沿低壓架空線侵入建筑物內(nèi)。＊4-5建筑物的防雷一、建筑物的外部防雷69第四章過電壓防護課件70

圖中采用低壓電纜與避雷器防止高電位侵入時，電纜首端裝設低壓MOA，與電纜外皮及絕緣子鐵腳共同接地，電纜末端外皮一般須與建筑物防感應雷接地裝置相連。當高電位到達電纜首端時，避雷器擊穿，電纜外皮與電纜芯連通，由于集膚效應及芯線與外皮的互感作用，便限制了芯線上的電流通過。當電纜長度在50m以上、接地電阻不超過10Ω時，絕大部分電流將經(jīng)電纜外皮及首端接地電阻入地。殘余電流經(jīng)電纜末端電阻入地，其上壓降即為侵入建筑物的電位，通常已可降低到原值的1%-2％以下。圖中采用低壓電纜與避雷器防止高電位侵入時71(2)第二類建筑物及其防雷保護劃分條件同第一類，但在因電火花而發(fā)生爆炸時，不致引起巨大破壞或人身事故，或政治、經(jīng)濟及文化藝術上具有重大意義的建筑物。這類建筑物可在建筑物上裝避雷針或采用避雷針和避雷帶混合保護，以防直擊雷。室內(nèi)一切金屬設備和管道，均應良好接地并不得有開口環(huán)路，以防感應雷；采用低壓避雷器和架空進線，以防高電位沿低壓架空線侵入建筑物內(nèi)。圖中采用低壓避雷器與架空進線防止高電位侵入時，必須將150m內(nèi)進線段所有電桿上的絕緣子鐵腳都接地，低壓避雷器裝在入戶墻上。當高電位沿架空線侵入時，由于絕緣子表面發(fā)生閃絡及避雷器擊穿，便降低了架空線上的高電位，限制了高電位的侵入。(2)第二類建筑物及其防雷保護圖中采用低壓避雷器72(3)第三類建筑物及其防雷保護凡不屬第一、二類建筑物但需實施防雷保護者。這類建筑物防止直擊雷可在建筑物最易遭受雷擊的部位（如屋脊、屋角、山墻等）裝設避雷帶或避雷針，進行重點保護。若為鋼筋混凝土屋面，則可利用其鋼筋作為防雷裝置；為防止高電位侵入，可在進戶線上安裝放電間隙或?qū)⑵浣^緣子鐵腳接地。(3)第三類建筑物及其防雷保護73二、建筑物的內(nèi)部防雷(防雷電電磁脈沖)(一)問題的提出雷電電磁脈沖（LEMP）的干擾主要是指以下三種情況：戶外空氣雷電波的電磁輻射對建筑物內(nèi)部電氣設備的電磁干擾。當建筑物的防雷裝置接閃后，強大的雷電流對內(nèi)部電氣設備的電磁干擾。進入建筑物內(nèi)各外部引入的線路引來電磁波對內(nèi)部電氣設備的干擾（含公用電網(wǎng)有關投切引起的那部分）。二、建筑物的內(nèi)部防雷(防雷電電磁脈沖)74(二)防雷區(qū)（LightningProtectionZone，縮寫LPZ）防雷區(qū)指需要規(guī)定和控制雷擊、電磁環(huán)境的那些區(qū)域。按由外及內(nèi)雷電能量大小分布分為LPZ0，LPZ1，LPZ2,LPZn區(qū)。LPZ0區(qū)又分A,B兩區(qū)。(二)防雷區(qū)（LightningProtectionZo75將一建筑物劃分為若干防雷區(qū)的一個例子將一建筑物劃分為若干防雷區(qū)的一個例子76(三)電涌保護器

電涌被稱為瞬態(tài)過電壓，是電路中出現(xiàn)的一種短暫的電流、電壓波動，在電路中通常持續(xù)約百萬分之一秒。分為：雷電電涌過電壓和操作電涌過電壓。

1．建筑物防雷保護的基本方針綜合保護措施采用共用接地系統(tǒng)，在不同防雷區(qū)界面和信息系統(tǒng)所需特定位置設置電涌保護器（SPD），實現(xiàn)暫態(tài)共地，再配合等電位均壓，從而有效抑制雷電電磁脈沖侵擾，保護建筑物內(nèi)強弱電電氣設備及人員的安全。2．電涌保護器及其重要的特性參數(shù)(1)電涌保護器的作用在建筑物的不同防雷區(qū)界面和所需的特定位置上設置電涌保護器是建筑物防電涌綜合保護措施中關鍵的一項措施。SPD的主要作用是當電涌來臨動作后，鉗壓和泄流以及暫態(tài)均壓。(2)電壓參數(shù)3．電涌保護器的類型(1)電壓開關型（VST）(2)限壓型（VLT）(三)電涌保護器77(四)建筑物信息系統(tǒng)防雷保護的一般措施

比較完善的防雷措施應該包括分流、均壓、屏蔽、接地和鉗位等，是一項綜合防護的系統(tǒng)工程。分流——對直擊雷靠接閃器經(jīng)引下線和接地裝置，或通過導電連接和接地良好的金屬構架，將雷電流分流入地，不流過被保護設備的部件，雷電流通道的阻抗要低，以降低電壓，避免引起反擊。均壓——對于同一區(qū)域的電纜外皮、設備外殼、金屬構架、管道進行電氣連接，其目的在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬與各系統(tǒng)之間的電位差，即均衡電位。屏蔽——采用屏蔽電纜，利用各種人工的屏蔽盒、法拉第籠和各種自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在信息系統(tǒng)（設備）上的電磁干擾和過電壓能量。(四)建筑物信息系統(tǒng)防雷保護的一般措施78接地——將所有金屬機殼、構架、管道、電纜金屬屏蔽層、穿線鐵管連在一起，與屏蔽籠及總接地網(wǎng)就近連接，電氣、電子設備的防雷接地、工作接地、保護接地采用共地方式。鉗位——在過電壓可能侵入的所有端口，裝設必要的電涌保護器（SPD），在計算機等信息系統(tǒng)引出的信號線、電源線上裝設多級保護，包括粗保護和細保護，將侵人的沖擊過電壓鉗制到允許的程度。對于上述整套防雷措施，現(xiàn)場可根據(jù)實際需要選擇其中部分實施。接地——將所有金屬機殼、構架、管道、電纜金屬屏蔽層、穿線鐵管794-6人身的防雷

雷雨時除工作必須外，應盡量少在戶外或野外逗留。在戶外或野外最好穿塑膠雨衣；有條件時應躲進有寬大金屬構架或有防雷設施的建筑內(nèi)，盡量不要站、靠或下蹲在露天里，尤其應遠離電桿、大樹等凸出物5m以外。雷雨時盡量不要站在高處，要離開小山、小丘以及湖濱、河邊、池塘；還應盡量離開鐵絲網(wǎng)、其它金屬線、涼衣鐵絲、煙囪、高桿以及孤獨樹木等。4-6人身的防雷80在室內(nèi)應注意雷電侵入波的危害。雷雨時要離開電燈線、電源線、電話線、廣播線、引入室內(nèi)的電視機天線以及與其相連的各種導體，以防止這類線路或?qū)w對人身的二次放電。調(diào)查資料說明，戶內(nèi)70%以上對人體二次放電的事故發(fā)生相距1m以內(nèi)的場合，相距1.5m以上尚未發(fā)現(xiàn)死亡事故。應當注意，僅僅拉開開關對防止雷擊是起不了多大作用的。防止球形雷造成危害。雷雨時有時會出現(xiàn)球形雷。為此，雷雨時最好關好門窗，以防止可能出現(xiàn)的球形雷對人體、房屋及設備造成危害。在室內(nèi)應注意雷電侵入波的危害。雷雨時要離開電燈線、電源線、電814-7內(nèi)部過電壓基本知識概述在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作或系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，在由此而引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電網(wǎng)中電磁能量轉(zhuǎn)化或傳遞的過渡過程中，將在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓。其中，由于斷路器操作和各類故障所引起的過渡過程，產(chǎn)生瞬間的電壓升高，稱為操作過電壓，同時，在電感電容參數(shù)的適當配合下，產(chǎn)生多種形式的持續(xù)時間很長的諧振現(xiàn)象及其電壓升高，稱為諧振過電壓。4-7內(nèi)部過電壓基本知識概述82內(nèi)部過電壓的能量來自電網(wǎng)本身，其數(shù)值及變化規(guī)律僅取決于電網(wǎng)的參數(shù)，過電壓的數(shù)值通常與系統(tǒng)的額定電壓成一定的比例，因此常用過電壓倍數(shù)K0表示其幅值大小，基值則取為最大運行相電壓幅值。內(nèi)部過電壓的能量來自電網(wǎng)本身，其數(shù)值及變化規(guī)律僅取決于電網(wǎng)的83★內(nèi)部過電壓的表示方法常用內(nèi)部過電壓倍數(shù)K來表示內(nèi)部過電壓的幅值。K=f(系統(tǒng)容量、斷路器性能、電網(wǎng)結構、中性點運行方式、母線出線數(shù)、電網(wǎng)運行方式…)因此，K具有強烈的統(tǒng)計性。

通常地，K=2.0~4★內(nèi)部過電壓的表示方法K=f(系統(tǒng)容量、斷路器性能、電網(wǎng)結構84

★研究內(nèi)部過電壓的意義及方法1、意義：對≤220KV系統(tǒng)，由大氣過電壓決定系統(tǒng)的絕緣水平對≥330KV系統(tǒng)，主要由內(nèi)部過電壓決定系統(tǒng)的絕緣水平限制內(nèi)部過電壓的方法：（1）線路上裝設并聯(lián)電抗器；（2）采用帶并聯(lián)電阻的斷路器；（3）線路上裝氧化鋅避雷器。2、方法（1）實測記錄（2）模擬計算采用TNA分析儀及EMTP軟件包。

★研究內(nèi)部過電壓的意義及方法85★電力系統(tǒng)過電壓的分類電力系統(tǒng)過電壓★電力系統(tǒng)過電壓的分類電力系統(tǒng)過電壓86一、操作過電壓(一)切除空載線路（或并聯(lián)電容器）過電壓根本原因：開關滅弧性能不好，斷口電弧重燃。改善措施：改善開關滅弧性能、斷路器斷口并聯(lián)電阻、線路并聯(lián)電抗，以及采用MOA保護。

一、操作過電壓根本原因：開關滅弧性能不好，斷口電弧重燃。改87t=t1:斷路器斷開，線路殘留電壓；t=t2:斷路器斷口間壓差△u=2Em，壓差大，可能造成斷路器斷口間電弧重燃，因為電力系統(tǒng)為包含L,C的回路，形成振蕩，振蕩過程：t=t3:熄弧，殘留電壓；t=t4:斷路器斷口間壓差達，電弧重燃，形成振蕩，振蕩過程：t=t1:斷路器斷開，線路殘留電壓；88第四章過電壓防護課件89合閘過電壓在超高壓系統(tǒng)的絕緣配合中，上升為主要矛盾，成為選擇超高壓系統(tǒng)絕緣水平的決定性因素?？蛰d線的合閘分為兩種情況，即正常合閘和自動重合閘。這時出現(xiàn)的操作過電壓稱為合空線過電壓或合閘過電壓，重合閘過電壓是合閘過電壓中最嚴重的一種。4-4空載線路合閘過電壓合閘過電壓在超高壓系統(tǒng)的絕緣配合中，上升為主要矛盾，成為選擇90正常合閘的情況，空載線路上沒有殘余電荷，初始電壓UC（0）=0。過電壓為2Em如果是自動重合閘的情況，那么條件將更為不利，主要原因在于這時線路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時振蕩將更加激烈。正常合閘的情況，空載線路上沒有殘余電荷，初始電壓UC（0）=91如果采用的是單相自動重合閘，只切除故障相，而健全相不與電源電壓相脫離，那么當故障相重合閘時，因該相導線上不存在殘余電荷和初始電壓，就不會出現(xiàn)高幅值重合閘過電壓。在合閘過電壓中，以三相重合閘的情況最為嚴重，其過電壓理論幅值可達3Em。如果采用的是單相自動重合閘，只切除故障相，而健全相不與電源電92(三)切除空載變壓器（或并聯(lián)電抗器、感應電動機）過電壓根本原因：開關中電感電流被突然切斷（截流）所致改善措施：操作時把變壓器的中性點臨時接地、采用MOA加以限制。

(三)切除空載變壓器（或并聯(lián)電抗器、感應電動機）過電壓根本原93第四章過電壓防護課件94(三)電弧接地過電壓原因：在中性點絕緣的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時，當單相接地電流超過一定值時，常出現(xiàn)電弧或間歇性電弧接地（由于接地故障電流為健全相對地電容電流的三倍，但其值很小，不會引起保護動作）。由于電網(wǎng)中存在有電容和電感，所以電弧不斷地熄滅和重燃，可能引起線路某一部分發(fā)生振蕩，將在電網(wǎng)的健全相和故障相上都會產(chǎn)生很高的過電壓，把這種過電壓稱為電弧接地過電壓。

改善措施：中性點采用有效接地或經(jīng)過消弧線圈接地。(三)電弧接地過電壓95流過C2和C3的電流和分別較和超前90o，其幅值為流過C2和C3的電流和分別較96如以uA，uB，uC代表三相電源電壓；以u1，u2，u3代表三相導線的對地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過分析可得如下圖所示的過電壓發(fā)展過程。如以uA，uB，uC代表三相電源電壓；以u1，u2，u3代表97二、諧振過電壓1、傳遞過電壓在正常運行條件下，中性點絕緣或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，中性點位移電壓很小。但是，當電網(wǎng)中發(fā)生不對稱接地故障、斷路器非全相或不同期操作時，中性點位移電壓將顯著增大，通過靜電耦合和電磁耦合，在變壓器的不同繞組之間或相鄰的輸電線路之間會發(fā)生電壓傳遞的現(xiàn)象，在不利的參數(shù)配合下，耦合回路將產(chǎn)生諧振傳遞過電壓，危及低壓側電氣設備絕緣。措施：在高壓側避免采用熔斷器、盡量避免高壓斷路器不同期操作等。對中性點直接接地系統(tǒng)中的中性點不接地的變壓器進行操作時，可將變壓器的中性點臨時接地，并借助三角形連接的低壓繞組的作用，可以避免由于非全相動作而在高壓側出現(xiàn)的零序電壓。二、諧振過電壓982、斷線引起的諧振過電壓在6~35KV電網(wǎng)中，斷線引起的過電壓事故是較頻繁的。通常，最大的過電壓發(fā)生在斷線相上負載側，使得該處的絕緣受到威脅、避雷器發(fā)生爆炸。為防止產(chǎn)生斷線過電壓，應考慮采取如下措施。保證斷路器的三相同期動作，避免發(fā)生拒動，不采用熔斷器設備；加強線路的巡視和檢修，避免發(fā)生斷線；如斷路器操作后發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應立即復原和進行檢查；在中性點直接接地的電網(wǎng)中，操作時應將負載變壓器的中性點臨時接地，必要時可在負載變壓器的中性點或端部裝設放電間隙。2、斷線引起的諧振過電壓993、電磁式電壓互感器飽和引起的過電壓常見的使電壓互感器產(chǎn)生嚴重飽和的情況有：①電壓互感器突然合閘，使其某一相或兩相繞組內(nèi)出現(xiàn)巨大的涌流和磁飽和現(xiàn)象;②由于雷擊或其他原因，線路瞬間單相弧光接地，使健全相電壓突然升至線電壓，而故障相在接地消失后瞬間恢復至相電壓，以致造成暫態(tài)勵磁電流的急劇增大和鐵芯的磁飽和;③傳遞過電壓，如高壓繞組側發(fā)生瞬間的單相接地或不同期切合，低壓側將有傳遞過電壓使電壓互感器鐵芯飽和等等。3、電磁式電壓互感器飽和引起的過電壓常見的使電壓互感器產(chǎn)生嚴100限制措施：(1)選用勵磁特性較好的電壓互感器。(2)在零序回路中接入阻尼電阻①在電壓互感器開口三角繞組中短時接入電阻。②在電壓互感器的一次側中性點接入電阻R0或?qū)Φ丶友b消諧阻尼器。(3)增大對地電容在個別情況下，可在10kV及以下的母線上裝設一組三相對地電容器，或利用電纜段代替架空線路，以增大對地電容，有利于避免諧振。(4)用戶側電壓互感器的一次側中性點盡可能不接地(5)采取臨時的措施如特殊情況下，可將系統(tǒng)中性點臨時經(jīng)小電阻接地或直接接地，或投入消弧線圈，也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設備以改變電路參數(shù)，消除諧振過電壓。限制措施：101電力系統(tǒng)過電壓第四章過電壓防護電力系統(tǒng)過電壓第四章過電壓防護102第二節(jié)雷電的一般知識一、雷云及雷電的形成

學說很多，但水、蒸汽、強烈氣流是形成雷云的基本條件。

(一）看圖（二）雷電的形成過程（三）關于雷電的描述

（四）雷電的能量和功率富蘭克林：風箏、雷電第二節(jié)雷電的一般知識一、雷云及雷電的形成(一）看圖103二、雷電放電的形成過程1、先導放電

雷云中電荷密集處的電場強度很高，產(chǎn)生強烈的空氣游離過程，形成指向大地的一段導電通道（雷電先導）過程。分級發(fā)展，每級停30~90μs速度較慢（約為1/1000光速）

空氣電場強度達到25~30kV/cm，開始放電二、雷電放電的形成過程空氣電場強度達到25~301042、主放電迎面先導與下行先導相遇，產(chǎn)生強烈的中和過程。速度快（1/20~1/2光速），持續(xù)時間極短（約50~100μs），電流極大（約幾十到幾百KA），出現(xiàn)閃電和雷鳴現(xiàn)象。第四章過電壓防護課件1053、余輝放電云中殘余電荷經(jīng)主放電通道流下來的過程。電流?。s幾百安），持續(xù)時間較長（約0.03~0.15s）多重放電一般雷云存在幾個電荷中心，繼而發(fā)生多次的放電（以后的雷電先導是連續(xù)的）。第四章過電壓防護課件106三、雷電類型及雷電過電壓

(一)雷電的類型1．直擊雷直擊雷是指雷云與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。2．感應雷感應雷是指雷電放電過程中，雷云中的電荷及強大的脈沖電流對周圍導體產(chǎn)生靜電感應和電磁感應的現(xiàn)象。3．雷電侵入波雷電侵入波是指由于架空線路或其他金屬管道遭受雷擊（直接雷或感應雷）時產(chǎn)生的沖擊電壓波沿其自身迅速向兩側傳播的現(xiàn)象。三、雷電類型及雷電過電壓107(二)雷電過電壓的產(chǎn)生1．直擊雷過電壓2．感應雷過電壓式中Ug—雷擊大地時，感應過電壓的幅值，kV;I—雷電流幅值，kA;hd—導線懸掛點的平均高度，m;S—地面雷擊點距線路的距離，m

防直擊雷的措施：避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)(二)雷電過電壓的產(chǎn)生防直擊雷的措施：避雷針、避雷線、避108感應過電壓的靜電分量：在雷電放電的先導階段（假設為負先導），線路處于雷云及先導通道與大地構成的電場之中，由于靜電感應，最靠近先導通道的一段導線上感應形成束縛電荷，主放電開始以后，先導通道中的電荷自下而上被迅速中和。相應電場迅速減弱，使導線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側傳播。稱感應過電壓的靜電分量感應電壓的電磁分量：雷電通道中的雷電流在通道周圍空間建立了劇烈變化的磁場，使導線感應出很高的電壓，為感應電壓的電磁分量。感應過電壓的電磁分量比靜電分量小得多。一般只考慮靜電分量。

第四章過電壓防護課件109

線路感應雷過電壓的特點幅值不高（通常不超過500KV），所以對110KV及以上線路的絕緣一般不構成威脅;一般不會引起相間閃絡（因為過電壓同時存在于三相導線上）極性與雷電流相反3．雷電侵入波過電壓

指架空線路或其他金屬管道遭受雷擊（直擊雷或感應雷）時產(chǎn)生的沖擊電壓波沿其自身迅速向兩側傳播的現(xiàn)象。線路絕緣水平高于電氣設備，當侵入波進入變電站，對電氣設備造成破壞。應該指出，變電站安裝避雷針后，遭直擊雷德概率很小。所以，侵入波是變電站的主要雷害。線路感應雷過電壓的特點110四、雷電的主要參數(shù)1．雷電流幅值、波頭時間和波長時間幅值是指脈沖雷電流所達到的最大值(被擊物阻抗小于30Ω）。波頭時間是指雷電流上升到最大值所需的時間。波長時間是指脈沖電流的持續(xù)時間。２．雷電流的波形、極性和陡度雷電流屬于單極性的脈沖波，75％~90％的雷電流是負極性的。３．雷電日（小時）表明雷電放電的頻繁程度。雷電日是指該地區(qū)一年中有雷電的天數(shù)。雷電小時則指該地區(qū)一年中有雷電的小時數(shù)。泉州市雷暴日50-80天。四、雷電的主要參數(shù)1114-3防雷裝置一、接閃器(一)概述避雷針、避雷線、避雷帶及避雷網(wǎng)都是經(jīng)常采用的防護直擊雷裝置。一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。上述針、線、網(wǎng)、帶實際上都是接閃器。避雷針主要用來保護露天變配電設備及保護建筑物;避雷線主要用來保護輸電線路;避雷帶和避雷網(wǎng)主要是用來保護建筑物。它們都是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，使被保護物免受雷擊。4-3防雷裝置一、接閃器112各種接閃器的具體作用是：

(1)避雷針利用尖端放電的原理:

即當雷云放電時使地面電場畸變，從而在避雷針的頂端形成局部場強集中的空間以影響雷閃先導放電的發(fā)展方向，使雷云對避雷針放電并將雷電流泄入地中，以達到保護附近的建筑物和電力設備免遭雷擊的目的。通常，避雷針用于發(fā)電廠和變電站的直擊雷保護;各種接閃器的具體作用是：(1)避雷針利用尖端放電的113

(2)避雷線也稱架空地線，其保護原理與避雷針類似。

通常用于輸電線路的直擊雷保護。另外，在線路（靠近變電所區(qū)段）可能受到直接雷危害時，可以限制沿線路侵入變電所的雷電沖擊波幅值及陡度;

(3)沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位敷設的作為防雷保護用的金屬帶作為接閃器、沿外墻作引下線和接地網(wǎng)相連的裝置稱為避雷帶。

多用在民用建筑特別是山區(qū)。由于雷擊選擇性較強（可能從側面橫向發(fā)展對建筑物放電），故使用避雷帶（網(wǎng)）的保護性能比避雷針的要好;(2)避雷線也稱架空地線，其保護原理與避雷針類似。114

(4)避雷網(wǎng)分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷網(wǎng)兩大類。沿建筑物屋頂上部明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻裝引下線接到接地裝置上，稱為明裝避雷網(wǎng)。

一般建筑物中常采用這種方法。而把整個建筑物中的鋼筋結構連成一體，構成一個大型金屬網(wǎng)籠，稱為籠式避雷網(wǎng)。(4)避雷網(wǎng)分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷網(wǎng)兩大類。沿建115第四章過電壓防護課件1161、避雷針的作用原理(1)作用：防止被保護設備遭受直接雷擊。(2)原理：將雷電吸引到自身上來，并將其安全導入地中，使附近的建筑和設備免遭直接雷擊。故避雷針實質(zhì)應稱為為“引雷針”。1、避雷針的作用原理117(3)基本結構?針頭（又稱接閃器，φ10~12mm、長1~2m的鋼棒）?引下線（鍍鋅鋼絞線、圓鋼、扁鋼）?接地裝置（角鋼或圓鋼，長2.5m）(4)保護對象主要用于發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護。(3)基本結構118（二）避雷針的保護范圍保護范圍：在此范圍內(nèi)，遭受雷擊的概率不超過0.1%。1、單支避雷針當hx≥時當hx＜時式中h——避雷針的高度，mhx——被保護物高度,mrx——被保護物高度hx水平面上的保護半徑,mP——高度影響系數(shù),當h≤30m時，p=1;

當30m＜h≤120m時，（二）避雷針的保護范圍119線路避雷線線路避雷線120（三）避雷線（又稱“架空地線”）的保護范圍1、保護原理:與避雷針相同2、保護對象:主要用于輸電線路的直擊雷保護。3、保護范圍:為帶狀區(qū)域，通常采用保護角來α表示。當hx≥h/2時，rx=0.47(h-hx)p當hx＜h/2時，rx=(h-1.53hx)p

保護角α：指的是避雷線同外側導線的連線與垂直線之間的夾角。α越小，保護效果越好，一般線路的保護角20°~30°。當hx≥h/2時，rx=0.47(h-hx)p121二、避雷器一、避雷器的作用、保護原理、基本要求、基本類型1、作用：限制沿線路侵入的雷電波（簡稱雷電侵入波）幅值的一種過電壓保護裝置。

●同電壓等級的線路沖擊耐壓高于變壓器。例如：110kV線路：沖擊耐壓=700kV110kV變壓器：沖擊耐壓=425kV。

（而同電壓等級的變壓器沖擊耐壓高于電機）●避雷器裝設于變電站母線上及線路的終端。

（或者說避雷器應裝于被保護設備前面）二、避雷器一、避雷器的作用、保護原理、基本要求、基本類型1222、原理避雷器實質(zhì)上是一個“放電器”，它與被保護設備并聯(lián)。當過電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，從而限制了過電壓的幅值，使與之并聯(lián)的電氣設備得到保護。●避雷器放電后，雷電能量通過避雷器的接地裝置散泄到土壤中去?！窭纂姴ㄏВゎl電壓作用在沖擊閃絡通道上，形成工頻續(xù)流?！窆ゎl續(xù)流如果持續(xù)時間過長，繼電保護動作，斷路器跳閘，供電中斷?！癖芾灼饕獙υO備起到保護作用，避雷器的沖擊放電電壓和殘壓＜被保護設備的沖擊耐壓。2、原理1233、對避雷器的基本要求①具有良好的保護特性，便于和被保護設備配合。在出現(xiàn)過電壓時避雷器應及時動作、殘壓（雷電流在避雷器上所形成的壓降）應盡量減小。②具有較強的絕緣自恢復能力，以免造成停電避雷器應能迅速切斷工頻續(xù)流（由于工作電壓的作用，當沖擊過電壓消失后，仍然有工頻電弧電流通過避雷器，稱之），使系統(tǒng)盡快恢復正常運行，避免供電中斷。③不應產(chǎn)生高幅值的截波，以免損壞被保護設備的縱絕緣（匝間絕緣）。3、對避雷器的基本要求124線路避雷器線路避雷器1254、基本類型①保護間隙（用于保護10KV及以下不太重要的配電線路）②管型避雷器（變電站進線段保護的輔助手段，保護小容量重要性不大的變電所及個別薄弱絕緣線段）③閥型避雷器（基本淘汰）④氧化鋅避雷器（MOA，性能最優(yōu)越）4、基本類型126第四章過電壓防護課件127（一）保護間隙和管型避雷器1、保護間隙（一種最原始、最簡單的避雷器）優(yōu)點：結構簡單，價格低廉。缺點：（1）伏秒曲線太陡，難以和被保護設備實現(xiàn)合理的絕緣配合。（2）滅弧能力差，影響供電可靠性（3）動作后會產(chǎn)生截波，對變壓器的縱絕緣不利。2、管型避雷器(排氣式避雷器)實際上是一個具有較高滅弧能力的保護間隙。（一）保護間隙和管型避雷器128（二）閥型避雷器主要由火花間隙和閥片電阻組成。1．閥片電阻由金剛砂(SiC)加粘合劑(水玻璃)焙燒制成。閥片電阻是由多個閥片電阻串聯(lián)組合體構成。閥片電阻的伏安特性可表示為u＝Ciα

α—非線性系數(shù)，一般在0.2左右（二）閥型避雷器129閥片電阻的作用：1)閥片電阻的存在——避免出現(xiàn)對絕緣不利的截波2)閥片電阻的非線性——通過大電流時(雷電流)呈現(xiàn)低電阻，以限制避雷器的殘壓，提高了保護性能;通過小電流時（工頻續(xù)流）呈現(xiàn)高電阻，以限制工頻續(xù)流，提高了滅弧性能。閥片電阻的作用：1302．火花間隙作用:正常時——與工作母線隔離;雷電侵入時——及時放電以泄放雷電能量。結構特點及意義：由多個火花間隙組成，單個電極是由黃銅材料沖壓制成，中間用云母墊圈隔開，厚度一般為0.5~1mm。意義：（1）極間距離小，電場近似于均勻電場，伏秒特性較平坦易于實現(xiàn)絕緣配合。（2）短弧相對長弧而言，更易于切斷，提高了間隙絕緣強度的恢復能力。

2．火花間隙131閥型避雷器的工作原理（1）當系統(tǒng)正常時，火花間隙將閥片電阻和工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生的電流使閥片電阻燒壞;（2）一旦工作母線上的電壓超過其擊穿電壓值時，火花間隙將被擊穿并引導雷電流通過閥片電阻泄入大地。此時閥片電阻的阻值將自動變小以降低在其兩端形成的壓降（此壓降稱為殘壓）;（3）雷電流消逝后，作用在閥片電阻上的電壓即為工頻電壓，此時閥片電阻的阻值將自動變大，限制了工頻續(xù)流以促使電弧的快速可靠熄滅。閥型避雷器的工作原理132四、金屬氧化物避雷器（MOA）1．氧化鋅非線性電阻片以ZnO為主要材料，摻以其他微量金屬氧化物。ZnO閥片具有很理想的非線性伏安特性，其非線性系數(shù)約為α≈0.015~0.05。四、金屬氧化物避雷器（MOA）133圖6—23ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性的比較圖6—22ZnO避雷器的伏安特性圖6—23ZnO、SiC和理想避雷器圖6—22Z134第四章過電壓防護課件1352．MOA的工作原理：在工作電壓下，流經(jīng)ZnO閥片的電流遠小于1mA(主要成分為電容電流)，相當于絕緣體，不會使閥片燒壞，所以可以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓。當作用在ZnO閥片上的電壓超過某一值（起始動作電壓U1mA）時，將發(fā)生“導通”，“導通”后ZnO閥片的電阻很小，殘壓與流過它的電流大小基本無關。當作用的電壓降到動作電壓以下時，ZnO閥片“導通“終止，又相當于絕緣體，因此不存在工頻續(xù)流。這就是MOA可以做到無間隙而又無續(xù)流的原因。2．MOA的工作原理：1363．MOA的優(yōu)越性（1）結構簡單、體積小、重量輕，便于規(guī)?；a(chǎn)（2）保護特性優(yōu)越殘壓更低、在整個過電壓作用期間均能釋放能量，有良好的陡波響應特性，特別適合用于GIS、直流系統(tǒng)的保護。（3）耐重復動作能力強MOA只吸收沖擊過電壓能量，不需要吸收續(xù)流能量（4）通流容量大，可作為內(nèi)部過電壓的后備保護。（5）耐污性能好（采用硅像膠外套）(6)可用于直流系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)的保護。3．MOA的優(yōu)越性1374．3~66kV系統(tǒng)無間隙MOA的主要參數(shù)(1)持續(xù)運行電壓（有效值）它是指在運行中允許長期施加于避雷器兩端的工頻電壓有效值。它表征了MOA對長期作用的工頻電壓耐受能力。選擇MOA持續(xù)運行電壓U時應滿足：3~10kV系統(tǒng)Uc≥1.1Um;35~66kV系統(tǒng)Uc≥Um式中Um—系統(tǒng)最高運行線電壓，為系統(tǒng)標稱電壓的1.15倍。4．3~66kV系統(tǒng)無間隙MOA的主要參數(shù)138(2)額定電壓（有效值）它是指在避雷器動作負載試驗條件所規(guī)定的一系列試驗中，允許施加在MOA上的最大工頻電壓有效值。該參數(shù)是考核避雷器熱負荷的一個重要參數(shù)，是表征MOA對工頻過電壓的耐受能力?？砂聪率竭x擇：3~10kV系統(tǒng)：Ur≥K(1.1Um);35~66kV系統(tǒng)：Ur≥KUm其中K為切除接地短路故障時間系數(shù)，10s以上2h以內(nèi)切除故障，K=1.25~1.3。對于以上兩式，K值可分別取1.27和1.3，則：3~10kV系統(tǒng)：Ur≥1.4Um35~66kV系統(tǒng)：Ur≥1.3Um

(2)額定電壓（有效值）139(3)直流1mA參考電壓(U1mA)（峰值）我國的避雷器生產(chǎn)廠家通常把流過MOA的電流為直流1mA時，測得的電壓值稱為參考電壓，用U1mA表示。它處于V—I特性曲線的拐點上，MOA限制過電壓的作用也是從該點開始，因此，U1mA又稱為起始動作電壓。在這個電壓下既能保證MOA尚未處于導通狀態(tài)，工頻電流不會流過MOA而導致熱崩潰，又能保證過電壓襲來時使MOA迅速導通。參考電壓是確定MOA的壽命、熱穩(wěn)定性的重要參考因素。(3)直流1mA參考電壓(U1mA)（峰值）140(4)標稱放電電流常用的有20、10、5、2.5、1.5、1kA6個等級，其波形參數(shù)為8/20μs。但一些特殊用途的，不限于此范圍。(5)工頻耐受電壓時間特性在規(guī)定條件下，對避雷器施加不同的工頻電壓，其不損壞或不發(fā)生熱崩潰所相應的最大持續(xù)時間。(6)最大殘壓避雷器動作以后，在避雷器所允許最大陡波沖擊電流、雷電沖擊電流及操作沖擊電流下避雷器兩端電壓，它是表征避雷器保護水平的重要參數(shù)。(7)壓比它是指MOA在標稱電流下的殘壓及1mA參考電流下的起始動作電壓的比值。(8)荷電率它是指長期施加在MOA上的持續(xù)工作電壓峰值與其工頻參考電壓的比值。它是影響MOA的老化性能和保護水平的一項重要參數(shù)。(4)標稱放電電流141三、引下線和防雷接地裝置(一)引下線引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸和防腐蝕要求與避雷網(wǎng)和避雷帶相同，其截面不應小于48mm2，為避免很快腐蝕，最好不用絞線作為引下線。(二)接地裝置接地裝置向大地泄放雷電流，限制防雷裝置對地電壓不致過高。

防雷接地裝置與一般接地裝置的要求大體相同，但其所用材料的最小尺寸應稍大于其他接地裝置的最小尺寸。

1、變配電所母線上避雷器的接地，。2、線路進線段避雷器接地；獨立避雷針接地，接地電阻均為三、引下線和防雷接地裝置142

除獨立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。除獨立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提143

一、變配電所的一般防雷措施1、防止直擊雷正確安裝避雷針（線）保護（選擇適當?shù)奈恢?、?shù)量和高度）2、防止侵入波（1）站內(nèi)安裝避雷器保護以限制雷電侵入波的幅值（2）站外1~2公里采用進線段保護，以限制雷電流的幅值與侵入波的陡度。3、防止感應雷及雷電電磁脈沖（LEMP）避雷網(wǎng)、避雷器、電容器、分流、屏蔽、接地、等電位連接（均壓）、泄流、鉗壓等諸措施配合運用。4-4電力設施的防雷一、變配電所的一般防雷措施4-4電力設施的防雷144(一）、直擊雷保護1、裝設避雷針的基本原則（1）所有被保護設備均應處于避雷針（線）的保護范圍之內(nèi)，以免遭受直擊;（2）被保護設備與避雷針之間應保持適當?shù)木嚯x，以免遭受反擊。2、反擊

所謂反擊是指由于雷電流通過獨立避雷針時，在避雷針上和其接地裝置上出現(xiàn)的瞬時高電位而造成避雷針對被保護設備在空氣和地中逆擊穿的現(xiàn)象。雷擊避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針及其接地裝置泄入大地。A點處對地電位UA為：(一）、直擊雷保護雷擊避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針及145

為防止反擊，避雷針與被保護設備之間最小距離的確定Sa≥0.2Ri+0.1h(m)，且不小于5m;Se≥0.3Ri(m)，且不小于3m。3、直擊雷保護一般采用避雷針或避雷線。運行經(jīng)驗表明，凡按規(guī)程要求正確裝設了避雷針（或線）的變配電所，遭受直擊雷的事故率是很低的。4、避雷針及其接地裝置與道路或出入口德距離不宜小于3m,否則應采取均壓措施或鋪設礫石、瀝青路面。

1463、避雷針的安裝方式

獨立避雷針：其接地裝置通常單獨設置;架構避雷針：直接設立在架構上，其接地裝置通常接入主接地網(wǎng)。3、避雷針的安裝方式147（1）≤35kV配電裝置，因其絕緣水平較低，必須裝設獨立避雷針;（2）≥110kV配電裝置，因其絕緣水平較高，可裝設架構避雷針，但還應裝設輔助接地裝置;（3）主變的絕緣較弱且重要性大，其架構上不宜裝設避雷針;(4)架構避雷針的輔助接地裝置與主接地網(wǎng)的地下連接點至主變接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點的電氣距離不得小于15m。（1）≤35kV配電裝置，因其絕緣水平較低，必須裝設獨立避雷1484、安裝避雷針（線）時還應注意的事項（1）獨立避雷針應距離道路3m以上，否則應鋪碎石或瀝青路面，以保證人身不受跨步電壓的危害;(2)嚴禁將架空照明線、電話線、廣播線及天線等裝在避雷針上或構架上;（3）如在獨立避雷針或裝有針的構架上設置照明燈，其電源線必須用鉛包電纜或全部穿在金屬管內(nèi)，并直接埋在地中，且長度在10m以上，才允許與屋內(nèi)配電裝置相連。（4）發(fā)電廠主廠房一般不裝避雷針，以免發(fā)生感應或反擊，使繼電保護誤動作或造成絕緣損壞;4、安裝避雷針（線）時還應注意的事項149二、雷電侵入波的防護(1)所內(nèi)安裝避雷器保護避雷器到變壓器的最大允許距離由下式確定式中

Uj—變壓器多次截波沖擊耐壓值，kVUc—通過標稱放電電流時，避雷器上的殘壓，kVa—雷電波的陡度，kV/μsν—雷電波速，m/μs二、雷電侵入波的防護式中150(2)所外裝設進線段保護當線路全線無避雷線時，該段必須架設避雷線;當線路全線有避雷線時，該段應具有更高的耐雷水平，減小保護角α及降低桿塔接地電阻R。(2)所外裝設進線段保護151四、變電站的典型進線段保護接線圖（1）FE：保護雷雨季節(jié)經(jīng)常開路而對側有電源的斷路器或隔離開關。（2）1~2km避雷線將雷擊點限制在進線段以外的線路，降低進線段內(nèi)發(fā)生繞擊與反擊的概率。（3）F：限制雷電侵入波的電壓幅值四、變電站的典型進線段保護接線圖1521~2kmFFE雷電侵入波1~2kmFFE雷電侵入波153進線段保護的作用：利用進線段導線的波阻抗限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值;由于進線段導線沖擊電暈的作用，降低了侵入波的陡度和幅值。進線段保護的作用：154二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷

?經(jīng)升壓變壓器送電的發(fā)電機的防雷保護旋轉(zhuǎn)電機上出現(xiàn)大氣過電壓有三種典型的情況：二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷155二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷1、旋轉(zhuǎn)電機的絕緣特點及防雷要求（1）發(fā)電機的沖擊絕緣水平在相同電壓等級的電氣設備中最低。這是因為：電機絕緣全靠固體絕緣，難免出現(xiàn)局部放電。電機無均壓措施，匝間電容小，繞組耐沖擊能力很低。運行條件差，絕緣易老化。二、旋轉(zhuǎn)電機的防雷156（2）保護電機用的避雷器的保護水平與電機的絕緣水平配合裕度很?。?）電機的匝間絕緣、中性點絕緣要求把侵入波陡度限制得很低對匝間絕緣，要求不大于5kv/μs對中性點絕緣，要求不大于2kv/μs（4）發(fā)電機安裝在戶內(nèi)，不必考慮直擊雷保護，但應注意反擊。（2）保護電機用的避雷器的保護水平與電機的絕緣水平配合裕度很157第四章過電壓防護課件158第四章過電壓防護課件1592、直配電機防雷保護的接線（1）在發(fā)電機母線上安裝MOA（或FCD磁吹避雷器）作用：限制侵入波的電壓幅值，保護電機的主絕緣。（2）在發(fā)電機母線上裝設電容器作用：限制侵入波的陡度，保護電機的縱絕緣、中性點絕緣，同時也可以減小感應過電壓。通常每相電容C=0.25~0.5μf2、直配電機防雷保護的接線（1）在發(fā)電機母線上安裝MOA（或160圖8—22有電纜段的直配電機保護接線圖8—22有電纜段的直配電機保護接線1613、采用電纜段（≥100m）和GB作為進線段保護作用：利用GB放電后電纜外皮的分流作用