雷電及防雷裝置培訓(xùn)教材

相關(guān)規(guī)程與手冊(cè)：《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》《交流電氣裝置的接地》《220～500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，一次部分1第一頁(yè)，共九十二頁(yè)。第八章雷電及防雷裝置2第二頁(yè)，共九十二頁(yè)。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)，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的雷電過(guò)電壓，是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一。3第三頁(yè)，共九十二頁(yè)?！?.1雷電參數(shù)

§8.2避雷針、避雷線的保護(hù)范圍

§8.3避雷器

§8.4接地裝置

4第四頁(yè)，共九十二頁(yè)。

按雷電發(fā)展的方向，雷電可分為上行雷和下行雷。下行雷是在雷云中產(chǎn)生并向大地發(fā)展的；上行雷是由接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)展的。對(duì)地放電的雷云絕大多數(shù)（75－90）％是帶負(fù)電荷，所以入地雷電流多為負(fù)極性。雷閃放電過(guò)程與長(zhǎng)間隙極不均勻電場(chǎng)放電過(guò)程一樣，主要有先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。§8.1雷電參數(shù)5第五頁(yè)，共九十二頁(yè)。

根據(jù)高速攝影照片繪制的多重雷電放電過(guò)程示意圖如圖所示6第六頁(yè)，共九十二頁(yè)。（一）雷電放電的等值電路

主放電過(guò)程產(chǎn)生的正電荷沿先導(dǎo)通道向上運(yùn)動(dòng)去中和通道中的負(fù)電荷，而產(chǎn)生的負(fù)電荷則沿雷擊點(diǎn)流過(guò)被擊物，形成極大的主放電電流。研究表明，先導(dǎo)通道具有分布參數(shù)的特征，其波阻抗用Z0表示。

7第七頁(yè)，共九十二頁(yè)。

σ—先導(dǎo)通道中電荷的線密度；

vL—主放電速度。

則可將先導(dǎo)放電的發(fā)展看作是一根均勻分布電荷的長(zhǎng)導(dǎo)線自雷云向大地延伸，而將先導(dǎo)頭部接近地面時(shí)氣隙被擊穿看作是開(kāi)關(guān)突然合閘。

8第八頁(yè)，共九十二頁(yè)。

當(dāng)雷擊于避雷針、線路桿塔、架空地線或?qū)Ь€等具有分布參數(shù)特性的物體時(shí)，雷擊放電過(guò)程可用右圖表示。9第九頁(yè)，共九十二頁(yè)。

則流經(jīng)被擊物體的電流iZ為

Z——為被擊物的波阻抗或雷擊點(diǎn)與大地零電位參考點(diǎn)間的集中參數(shù)阻抗。即流經(jīng)被擊物體的電流iZ與被擊物體的波阻抗Z有關(guān)。（1）10第十頁(yè)，共九十二頁(yè)。

當(dāng)Z=0時(shí)，流經(jīng)被擊物的電流被定義為“雷電流”，用i表示。由前述可知i=σvL。實(shí)際上被擊物的波阻抗不可能為零，故國(guó)際上通常將雷擊于接地阻抗小于30Ω的物體時(shí)流過(guò)該物體的電流當(dāng)成是雷電流i。則上式可改寫(xiě)為（2）11第十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。式（2）的等值電路如下圖12第十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。通道向被擊物體傳播的過(guò)程。其計(jì)算模型及彼德遜等值電路如圖所示。

從地面感受到的實(shí)際效果出發(fā)，可將雷擊物體看作是一個(gè)入射波為

i/2的電流波沿一條波阻抗為Z0的13第十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。

（二）雷電參數(shù)

雷電放電與氣象、地形、地質(zhì)等許多自然因素有關(guān)，具有很大的隨機(jī)性，所以用來(lái)表征雷電特性的參數(shù)就帶有統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)。

1.雷電活動(dòng)頻度—雷暴日Td與雷暴小時(shí)Th雷暴日：一年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算作一個(gè)雷暴日。雷暴小時(shí)：在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算作一個(gè)雷暴小時(shí)。14第十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。中國(guó)雷暴日分布我國(guó)把年平均雷暴日不超過(guò)15的定為少雷區(qū)，超過(guò)40的地區(qū)定為多雷區(qū)，超過(guò)90的地區(qū)為強(qiáng)雷區(qū)。在防雷設(shè)計(jì)中，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雷暴日數(shù)取為40。15第十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。2.地面落雷密度γ

表示在一個(gè)雷暴日中，每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。一般Td較大的地區(qū)，其γ值也較大。對(duì)雷暴日為40的地區(qū)，我國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》取γ

=0.07（次/雷暴日·km2）3.雷電流的極性負(fù)極性雷約占75~90%。16第十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。4.雷電流幅值

DL/T620-1997“交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合”給出了我國(guó)年平均雷暴日>20地區(qū)雷電流幅值概率分布公式：式中：I——雷電流幅值，kA；

P——幅值大于I的雷電流出現(xiàn)的概率。對(duì)雷電活動(dòng)較弱的地區(qū)改用下式計(jì)算：（3）（4）17第十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。5.雷電流的波前時(shí)間、波長(zhǎng)、陡度我國(guó)在防雷設(shè)計(jì)中取波前的平均陡度：實(shí)測(cè)表明：18第十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。從雷電放電過(guò)程可知，雷電流的波形是一個(gè)沖擊波，在極短的時(shí)間內(nèi)(一般只有幾微秒)達(dá)到峰值，此后幾十微秒內(nèi)緩慢衰減，最后的低電流部分可以維持最長(zhǎng)到達(dá)毫秒級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)雙指數(shù)波斜角波頭半余弦波頭T1-波頭時(shí)間，從0到峰值的時(shí)間；T2-波尾時(shí)間，從0到衰減后的半峰值時(shí)間通常T1的值大致為1~4μs，平均值取2.6μs，T2的值大約為50μs。因此，我國(guó)規(guī)程推薦采用T1/T2=2.6/50μs的雷電流波形。6.雷電流極性及計(jì)算波形19第十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。小結(jié)

雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，下行的負(fù)極性雷通?？煞譃槿齻€(gè)主要階段：先導(dǎo)放電、主放電、余輝放電。雷電流的基本參數(shù)包括雷電流的幅值、陡度、波形和極性。與氣象、地形、地質(zhì)等許多自然因素有關(guān)，具有很大的隨機(jī)性。20第二十頁(yè)，共九十二頁(yè)。

§8.2避雷針、避雷線的保護(hù)范圍

避雷針（線）由接閃器、引下線和接地體三部分構(gòu)成：21第二十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。

在一定高度的避雷針（線）下面，有一個(gè)安全區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中物體遭受雷擊的概率很?。s0.1%左右），這個(gè)安全區(qū)域稱(chēng)為避雷針（線）的保護(hù)范圍。避雷針（線）的保護(hù)范圍通過(guò)模擬試驗(yàn)并結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。22第二十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。

一、避雷針的保護(hù)范圍1.單支避雷針23第二十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。當(dāng)hx≥h/2時(shí),

當(dāng)hx＜h/2時(shí)，式中rx—避雷針在高度hx水平面上的保護(hù)半徑，m。

P—高度影響系數(shù)。當(dāng)h≤30m時(shí),p=1；當(dāng)30m＜h≤120m時(shí),。（6）（7）24第二十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。2.兩支等高避雷針（1）兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支針的計(jì)算方法確定。（2）兩針間的保護(hù)范圍可通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣的最低點(diǎn)o的圓弧確定。25第二十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。兩支等高避雷針的保護(hù)范圍O點(diǎn)為假想避雷針的高度，O點(diǎn)的高度為：式中hO—兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度，m；

D—兩避雷針間的距離，m；

P—高度影響系數(shù)。26第二十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。兩支等高避雷針的保護(hù)范圍兩等高(h)避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度(bx)與的關(guān)系(a);(b)當(dāng)時(shí)，取。求得bx后，可繪出兩針間的保護(hù)范圍。兩針間的距離與針高之比D/h不宜大于5。27第二十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。由于兩針之間的空間電場(chǎng)比單針情況下更均勻，雷電難以擊到離針腳較近的兩針之間的地面上，由折線法得出的兩支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍在兩針之間比兩支單針的保護(hù)范圍之和更大。三針及三針以上的多針聯(lián)合保護(hù)范圍，最終都可以轉(zhuǎn)化為多個(gè)兩針的情況，可分別驗(yàn)算其保護(hù)范圍，只要在被保護(hù)物最大高度水平面上各相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度，則以避雷針為頂點(diǎn)形成的面積都可受到保護(hù)。28第二十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。

二、避雷線的保護(hù)范圍1.單根避雷線的保護(hù)范圍當(dāng)hx≥h/2

時(shí)當(dāng)hx＜h/2時(shí)式中rx——每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，m。29第二十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。2.兩根等高避雷線的保護(hù)范圍

兩根避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線的計(jì)算方法來(lái)確定。兩避雷線之間橫截面的保護(hù)范圍由通過(guò)兩避雷線1、2點(diǎn)及保護(hù)上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。

O點(diǎn)的高度按下式計(jì)算式中：ｈ——避雷線的高度，ｍ。

h0——兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度，m；

D——兩避雷線間距離，m；30第三十頁(yè)，共九十二頁(yè)。31第三十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷線用于輸電線路保護(hù)當(dāng)避雷線用于輸電線路保護(hù)時(shí)，對(duì)其下方的導(dǎo)線的保護(hù)性能與保護(hù)角α有很大關(guān)系。保護(hù)角α是指避雷線與導(dǎo)線的連線與通過(guò)避雷線的鉛垂線之間的夾角。導(dǎo)線在避雷線的外側(cè)稱(chēng)保護(hù)角為正，反之保護(hù)角為負(fù)。保護(hù)角越小，雷電繞擊導(dǎo)線的可能性越小。只要兩避雷線間的距離不超過(guò)避雷線與中間導(dǎo)線高差的5倍，中間導(dǎo)線就能受到可靠保護(hù)。32第三十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。小結(jié)

避雷針（線）由接閃器、引下線和接地體三部分構(gòu)成，是防止直擊雷的保護(hù)設(shè)備。其保護(hù)范圍是指雷擊概率約為0.1%的空間范圍，使用時(shí)應(yīng)使被保護(hù)設(shè)備處于避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)。避雷針（線）應(yīng)有良好的接地裝置。33第三十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。34第三十四頁(yè)，共九十二頁(yè)?！?.3避雷器

避雷器的作用：限制由線路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或由操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓以保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣。其保護(hù)性能對(duì)被保護(hù)設(shè)備絕緣水平的確定有直接的影響。

對(duì)避雷器的要求：（1）具有良好的伏秒特性、較小的沖擊系數(shù)，從而易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合；（2）具有較強(qiáng)的快速切斷工頻續(xù)流，快速自動(dòng)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力。35第三十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。帶狀伏秒特性曲線曲線配合不好曲線配合好絕緣配合曲線按發(fā)展歷程看：保護(hù)間隙、管型避雷器、普通閥式避雷器、磁吹避雷器、金屬氧化物避雷器等。36第三十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。一、保護(hù)間隙和管式避雷器1.保護(hù)間隙保護(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。37第三十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。缺點(diǎn)：1）伏秒特性很陡；2）保護(hù)間隙沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的滅弧裝置；3）產(chǎn)生大幅值的截波。應(yīng)用范圍：10kV以下配電系統(tǒng)、線路、變電所進(jìn)線段的保護(hù)。38第三十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷器的分類(lèi)—管式避雷器管式避雷器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙，其基本元件為安裝在產(chǎn)氣管內(nèi)的火花間隙。管式避雷器由兩個(gè)串聯(lián)間隙組成，一個(gè)間隙裝在管內(nèi)稱(chēng)為滅弧間隙S1，另一個(gè)間隙在管外稱(chēng)為外間隙S2，管子由絕緣的產(chǎn)氣材料做成。當(dāng)間隙上出現(xiàn)雷電過(guò)電壓時(shí)，兩個(gè)間隙均被擊穿，雷電流被釋放入地。過(guò)電壓消失后有工頻續(xù)流流過(guò)，工頻續(xù)流的高溫使產(chǎn)氣管的纖維材料氣化，管內(nèi)氣壓增加到幾十個(gè)大氣壓，高壓氣體將從環(huán)形電極的中心孔急速?lài)姵?，?duì)電弧形成強(qiáng)烈的縱吹作用，使電弧電流在工頻電流過(guò)零時(shí)熄滅。外間隙S2的作用是在正常工作時(shí)隔離系統(tǒng)電壓與產(chǎn)氣管S1。第三十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷器的分類(lèi)—管式避雷器管式避雷器的滅弧能力是由工頻續(xù)流的大小決定的，續(xù)流太大產(chǎn)生氣體過(guò)多，管內(nèi)氣壓太高，會(huì)使管子炸裂；續(xù)流太小產(chǎn)氣過(guò)少，管內(nèi)氣壓太小滅弧能力又不夠。因此管式避雷器所能熄滅的續(xù)流有一定的上下限，通常在型號(hào)中表示，如GXS35/1-5型號(hào)的避雷器表示：其額定電壓為35kV，可熄滅的工頻續(xù)流的上下限分別為5kA和1kA。雖然管式避雷器在滅弧能力上比保護(hù)間隙有改進(jìn)，但避免不了氣體間隙放電固有的缺點(diǎn)(伏秒特性太陡；放電分散性大，放電特性易受大氣條件影響；會(huì)產(chǎn)生高幅值的截波；運(yùn)行維護(hù)麻煩等)，因此，管式避雷器目前僅用于保護(hù)輸電線路的個(gè)別弱絕緣地段，如大跨越和交叉跨越處，或與電纜段配合，用于直配電機(jī)的侵入波防護(hù)。第四十頁(yè)，共九十二頁(yè)。像變壓器這樣的重要電氣設(shè)備的防雷保護(hù)要求保護(hù)裝置的伏秒特性平坦，且不產(chǎn)生截波，因此保護(hù)間隙或管式避雷器不能滿足要求。閥式避雷器與管式避雷器相比，保護(hù)性能有很大的改進(jìn)，是最初廣泛應(yīng)用于220kV及以下系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)備。閥式避雷器由裝在密封瓷套中的非線性電阻閥片和火花間隙串聯(lián)組成，其中非線性電阻閥片的材料主要成分是碳化硅（SiC，亦稱(chēng)金剛砂），添加結(jié)合劑后在300~350℃的溫度下燒結(jié)成圓餅狀的閥片，許多閥片串聯(lián)成閥片電阻。

二、閥式避雷器41第四十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。

工作原理：當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將閥片電阻與工作母線隔離，以免由于工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生的電流使閥片燒壞。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)雷電過(guò)電壓且其峰值超過(guò)間隙的放電電壓時(shí)，火花間隙迅速擊穿，雷電流通過(guò)閥片流入大地，從而使作用于設(shè)備上的電壓幅值受到限制。42第四十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。

當(dāng)過(guò)電壓消失后，間隙中將流過(guò)工頻續(xù)流，由于受到閥片電阻的非線性特性的限制，工頻續(xù)流遠(yuǎn)較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)將電流切斷，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。43第四十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。（一）普通閥型避雷器

普通閥型避雷器有配電型（FS）和電站型（FZ）兩類(lèi)。

1.火花間隙

普通閥型避雷器的火花間隙由很多個(gè)短間隙串聯(lián)而成

44第四十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。

間隙絕緣強(qiáng)度恢復(fù)的快慢與工頻續(xù)流的大小有關(guān)，我國(guó)生產(chǎn)的FS和FZ型避雷器，當(dāng)工頻續(xù)流分別不大于50A和80A（峰值）時(shí)，能夠在續(xù)流第一次過(guò)零時(shí)使電弧熄滅。避雷器動(dòng)作后，工頻續(xù)流電弧被間隙的電極分割成許多個(gè)短弧，靠極板上復(fù)合與散熱作用，去游離程度較高，更易于切斷工頻續(xù)流。45第四十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。

當(dāng)多個(gè)間隙串聯(lián)使用時(shí)，間隙的電極對(duì)地和高壓端有寄生電容存在，使間隙上的電壓分布不均勻和不穩(wěn)定。這樣，將使避雷器的滅弧能力降低、工頻放電電壓也下降且不穩(wěn)定。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)FZ系列避雷器可采用分路電阻使電壓分布均勻。

分路電阻的作用：改善間隙上的工頻電壓分布，以提高滅弧電壓和工頻放電電壓。46第四十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。

在工頻電壓作用下，由于間隙的等值容抗大于分路電阻，所以電壓分布主要取決于并聯(lián)電阻值。只要電阻選取合適，可使電壓分布得以改善。在沖擊電壓作用下，由于其等值頻率很高，間隙上的電壓分布主要由電容決定。由于電場(chǎng)不均勻，所以沖擊放電電壓較低，沖擊系數(shù)一般為1左右。47第四十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。

閥片的電阻值與流過(guò)電流的大小有關(guān)，呈非線性變化。電流越大時(shí)電阻越小；電流越小時(shí)電阻越大。（I↑—R↓）

2.閥片電阻48第四十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。

其伏安特性的表達(dá)式為式中：C——常數(shù)，等于閥片上流過(guò)1A電流時(shí)的壓降，與閥片的材料和尺寸有關(guān)；

α——閥片的非線性系數(shù)，0＜α＜1，其值與閥片材料及燒制的溫度有關(guān)，α愈小非線性愈好。

49第四十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。（二）磁吹型閥式避雷器

目前采用的將電弧拉長(zhǎng)的磁吹間隙。這種磁吹間隙能切斷450A左右的工頻續(xù)流。

由于電弧被拉的很長(zhǎng)，且處于去游離很強(qiáng)的滅弧柵中，故電弧電阻很大，可起到限制續(xù)流的作用。50第五十頁(yè)，共九十二頁(yè)。磁吹避雷器的原理接線圖51第五十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。

磁吹避雷器所采用的閥片電阻也是以SiC為主要原料加粘合劑在1350oC~1390oC的高溫下焙燒的，所以稱(chēng)高溫閥片。其通流容量較大，不易受潮，但非線性系數(shù)較高（α≈0.24）。

磁吹避雷器有保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的FCD型及電站用的FCZ型兩種。52第五十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。

（三）閥型避雷器的電氣參數(shù)

1.

額定電壓指正常運(yùn)行時(shí)，加在避雷器上的工頻工作電壓，應(yīng)與其安裝地點(diǎn)的電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)相同。

2.

滅弧電壓指保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次過(guò)零值時(shí)滅弧的條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應(yīng)大于避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大工頻電壓。53第五十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。

3.工頻放電電壓

指在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值。由于間隙的擊穿電壓具有分散性，工頻放電電壓都是給出上限和下限值。作用在避雷器上的工頻電壓超過(guò)下限值時(shí)，避雷器將會(huì)擊穿放電。

由于普通閥型避雷器的滅弧能力和通流容量都是有限的，一般不允許它們?cè)趦?nèi)部過(guò)電壓作用下動(dòng)作，因此通常規(guī)定其工頻放電電壓的下限應(yīng)不低于該系統(tǒng)可能出現(xiàn)的內(nèi)部過(guò)電壓值。54第五十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。

4.沖擊放電電壓指在沖擊電壓作用下避雷器的放電電壓（幅值），通常給出的是上限值。

5.殘壓（峰值）指雷電流通過(guò)避雷器時(shí)，在閥片電阻上產(chǎn)生的電壓降（峰值）。由于殘壓的大小與通過(guò)的雷電流的幅值有關(guān)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：通過(guò)避雷器的額定雷電沖擊電流，220kV及以下系統(tǒng)取5kA，330kV及以上系統(tǒng)取10kA，波形為8/20μs。55第五十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。

此外，還有幾個(gè)常用來(lái)綜合評(píng)價(jià)避雷器整體保護(hù)性能的技術(shù)指標(biāo)：（1）沖擊系數(shù)。

指避雷器沖擊放電電壓與工頻放電電壓幅值之比，與避雷器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般希望沖擊系數(shù)接近于1，這樣避雷器的伏秒特性就比較平坦，有利于絕緣配合。56第五十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。

（2）切斷比。

它等于避雷器的工頻放電電壓（下限）與滅弧電壓之比。是表示間隙滅弧能力的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。切斷比愈小，說(shuō)明絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)愈快，滅弧能力愈強(qiáng)。一般普通閥型避雷器的切斷比為1.8，磁吹避雷器的切斷比為1.4。57第五十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。（3）保護(hù)比。

等于避雷器的殘壓與滅弧電壓之比。保護(hù)比愈小，說(shuō)明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，因而保護(hù)性能愈好。FS和FZ系列的保護(hù)比分別為2.5和2.3左右，F(xiàn)CZ系列為1.7~1.8。58第五十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。氧化鋅（ZnO）避雷器也叫金屬氧化物避雷器（MOA）。日本松下電氣公司于1968年成功研制出無(wú)間隙氧化鋅避雷器，到1980年初就已經(jīng)研制出500kV超高壓避雷器。目前我國(guó)氧化鋅避雷器的技術(shù)和市場(chǎng)已達(dá)到成熟的階段，在很大程度上取代了SiC避雷器。氧化鋅避雷器得到廣泛的推廣和應(yīng)用，是源于氧化鋅電阻片具有非常優(yōu)異的非線性特征。在電網(wǎng)工作電壓下，無(wú)間隙氧化鋅避雷器上流過(guò)的泄漏電流只有50~150μA，比SiC避雷器的泄漏電流低6個(gè)數(shù)量級(jí)，可視為無(wú)工頻續(xù)流，因此可做成無(wú)間隙氧化鋅避雷器，簡(jiǎn)化避雷器的結(jié)構(gòu)，減小尺寸。

三、氧化鋅避雷器第五十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。氧化鋅避雷器的非線性電阻片是以氧化鋅為主要材料，添加少量的氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化銻、氧化鉻等，經(jīng)過(guò)粉碎、混合、成型、燒結(jié)（1000℃以上的高溫）、表面處理等工序制成金屬氧化物電阻片。氧化鋅電阻片的微觀結(jié)構(gòu)氧化鋅電阻片的微觀結(jié)構(gòu)中，ZnO晶粒內(nèi)含有微量鈷、錳元素，其粒徑為10μm左右，電阻率為1~10Ω·cm；ZnO晶粒外包圍著B(niǎo)i2O3晶界層，厚度為0.1μm左右，電阻率大于1010~1011Ω·m；還有零散分布于晶界層中的尖晶石。第六十頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷器的分類(lèi)—氧化鋅避雷器在低電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，Bi2O3晶界層的電阻率為1010~1011Ω·m，可視為絕緣狀態(tài)；當(dāng)晶界層承受的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到104~105V/cm時(shí)，電阻率會(huì)驟然下降，呈低阻態(tài)。氧化鋅閥片的非線性特性主要由晶界層決定。晶界層的顯著壓敏特性帶給氧化鋅閥片非常優(yōu)異的非線性。第六十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。氧化鋅電阻片的非線性伏安特性分為三個(gè)典型區(qū)域：低電場(chǎng)區(qū)（小電流區(qū)），電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度開(kāi)方成正比，非線性系數(shù)α約為0.1~0.2；中電場(chǎng)區(qū)（非線性區(qū)），晶界層電阻Rv減小，非線性系數(shù)α大為下降，約為0.01~0.04；高電場(chǎng)區(qū)（飽和區(qū)），ZnO本體電阻R起主要作用，電流與電壓成正比，伏安特性曲線向上翹，非線性變差。第六十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷器的分類(lèi)—氧化鋅避雷器與SiC閥片相比，ZnO閥片具有很理想的非線性伏安特性。圖中假定ZnO、SiC電阻閥片在10kA電流下的殘壓相同，那么在額定電壓下，SiC閥片中將流過(guò)100A左右的電流，而ZnO閥片中流過(guò)的電流為微安級(jí)，即在工作電壓下，ZnO閥片實(shí)際上相當(dāng)一絕緣體。第六十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。避雷器的分類(lèi)—氧化鋅避雷器ZnO閥片具有更平坦的伏安特性，流過(guò)的電流范圍更大。ZnO避雷器性能優(yōu)越，與傳統(tǒng)的SiC避雷器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)間隙，保護(hù)特性?xún)?yōu)異。正常工作電壓不會(huì)使ZnO電阻片燒壞，可以不用串聯(lián)火花間隙來(lái)隔離工作電壓，因此其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積縮小、重量輕，而且避免了SiC避雷器由于瓷套外污穢、內(nèi)部氣壓變化等因素而使串聯(lián)火花間隙放電電壓不穩(wěn)的缺點(diǎn)。無(wú)續(xù)流。當(dāng)過(guò)電壓作用結(jié)束后，ZnO電阻片恢復(fù)絕緣狀態(tài)，續(xù)流僅為微安級(jí)，可認(rèn)為無(wú)續(xù)流。在雷電或內(nèi)部過(guò)電壓的作用下，只需吸收過(guò)電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量。耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。ZnO電阻片只需吸收過(guò)電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量，減輕了閥片所受負(fù)荷，而且晶體結(jié)構(gòu)和特性穩(wěn)定，具有耐受多重雷擊和重復(fù)發(fā)生的操作過(guò)電壓的能力。第六十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。通流容量大。ZnO避雷器的通流能力僅與閥片本身的通流能力有關(guān)。ZnO電阻片單位面積的通流能力要比SiC閥片大4~4.5倍，提高了避雷器的動(dòng)作負(fù)載能力。采用多閥片柱并聯(lián)的辦法可進(jìn)一步增大避雷器的通流容量。通流容量大的優(yōu)點(diǎn)使得ZnO避雷器完全可以用來(lái)限制操作過(guò)電壓，也可以耐受一定持續(xù)時(shí)間的暫時(shí)過(guò)電壓。易于制成直流系統(tǒng)保護(hù)用的避雷器。直流續(xù)流不像工頻續(xù)流一樣存在自然過(guò)零點(diǎn)，所以直流系統(tǒng)保護(hù)用的避雷器如采用串聯(lián)間隙將難以滅弧。ZnO避雷器不用串聯(lián)間隙，所以易于制成直流系統(tǒng)保護(hù)用的避雷器。適于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好。

注意：氧化鋅閥片長(zhǎng)期直接受工頻電壓的作用，在運(yùn)行中會(huì)有老化現(xiàn)象，需定期監(jiān)測(cè)其泄漏電流等參數(shù)以保證安全。第六十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。ZnO避雷器的電氣參數(shù)額定電壓。是指能施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值。即在系統(tǒng)短時(shí)工頻過(guò)電壓直接加在ZnO閥片上時(shí)，避雷器仍能正常的工作（允許吸收規(guī)定的雷電及操作過(guò)電壓能量，特性基本不變，不發(fā)生熱崩潰）。最大持續(xù)運(yùn)行電壓。在運(yùn)行中允許持續(xù)地施加在避雷器上的最大工頻電壓有效值。避雷器吸收過(guò)電壓能量后溫度升高，在此電壓下能正常冷卻，不發(fā)生熱擊穿。其值一般應(yīng)不小于額定電壓的0.8倍，且不低于系統(tǒng)的最高運(yùn)行相電壓。起始動(dòng)作電壓(參考電壓或轉(zhuǎn)折電壓)。位于ZnO電阻片伏安特性曲線由小電流區(qū)上升部分進(jìn)入大電流區(qū)平坦部分的轉(zhuǎn)折處，避雷器此時(shí)開(kāi)始進(jìn)入動(dòng)作狀態(tài)以限制過(guò)電壓。通常指通過(guò)1mA工頻電流峰值或直流電流時(shí)避雷器端電壓的峰值U1mA。第六十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。標(biāo)稱(chēng)放電電流。沖擊波形為8/20μs的放電電流峰值，單位kA，用以區(qū)分避雷器的等級(jí)。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)電流有1kA、1.5kA、2.5kA、5kA、10kA和20kA幾個(gè)等級(jí)。殘壓。指沖擊電流通過(guò)避雷器時(shí)，在閥片電阻上產(chǎn)生的峰值電壓。殘壓包括標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓、陡波電流下的殘壓和操作沖擊電流下的殘壓。其中陡波電流波形為1/5μs，操作沖擊電流的波頭時(shí)間為30~100μs。雷電沖擊保護(hù)水平。避雷器標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓值為其雷電沖擊保護(hù)水平。陡波電流下的殘壓與標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓之比不得大于1.15。操作沖擊保護(hù)水平。避雷器在操作沖擊電流(波頭時(shí)間為30~100μs)下的最大殘壓。第六十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。壓比。指避雷器在波形為8/20μs的標(biāo)稱(chēng)沖擊電流作用下的殘壓與起始動(dòng)作電壓之比。壓比愈小，表明避雷器的非線性愈好。通過(guò)沖擊大電流時(shí)的殘壓愈低，避雷器的保護(hù)性能愈好。荷電率。指最大持續(xù)運(yùn)行電壓的幅值與起始電壓的比值，是表示單位電阻片上電壓負(fù)荷程度的參數(shù)。荷電率愈高說(shuō)明避雷器穩(wěn)定性愈好，耐老化，能在靠近轉(zhuǎn)折點(diǎn)長(zhǎng)期工作。選定的荷電率大小對(duì)于電阻片的老化速度有很大影響。一般選用45%~75%或更高。保護(hù)比。氧化鋅避雷器的保護(hù)比定義為標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓與最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值的比值或壓比與荷電率之比。降低壓比或提高荷電率均可降低氧化鋅避雷器的保護(hù)比。第六十八頁(yè)，共九十二頁(yè)。100~500kV變電站用ZnO避雷器的電氣特性第六十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。

為了降低大電流時(shí)的殘壓而又不加大閥片在正常運(yùn)行中的電壓負(fù)擔(dān)，以減輕氧化鋅閥片的老化，往往也采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。右圖為帶并聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器原理圖。

目前生產(chǎn)的氧化鋅避雷器在電壓等級(jí)較低時(shí)大部分是采用無(wú)間隙的結(jié)構(gòu)。對(duì)超高電壓或需大幅度降低壓比時(shí)，則采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。

70第七十頁(yè)，共九十二頁(yè)。小結(jié)避雷器的作用保護(hù)間隙和排氣式避雷器閥式避雷器氧化鋅避雷器71第七十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。

第四節(jié)接地裝置

一、接地和接地電阻的基本概念電工中“地”是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。

接地就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。72第七十二頁(yè)，共九十二頁(yè)。接地體：埋入地中與土壤有良好接觸的金屬

導(dǎo)體。接地線：電氣設(shè)備接地部分與接地體之間的

連接線。接地裝置：接地體和接地線的總稱(chēng)。73第七十三頁(yè)，共九十二頁(yè)。

設(shè)土壤電阻率為ρ，地中某點(diǎn)電流密度為δ，則該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E=

ρδ。

接地裝置原理圖UM—接地點(diǎn)地位；I—接地電流；Ut—接觸電壓；Us—跨步電壓；U=f（r）—大地表面的地位分布曲線；δ—地中電流密度74第七十四頁(yè)，共九十二頁(yè)。

接地裝置的接地電阻R等于接地點(diǎn)處的電位UM與接地電流I的比值。

R=UM/I當(dāng)接地電流I為定值時(shí)，接地電阻愈小，則電位UM愈低，反之愈高。此時(shí)地面上的接地物體也具有了電位UM。75第七十五頁(yè)，共九十二頁(yè)。

二、工作接地、保護(hù)接地與防雷接地1.工作接地為了保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的接地。例如系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地。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。工作接地的接地電阻一般為（0.5~5）Ω。76第七十六頁(yè)，共九十二頁(yè)。2.保護(hù)接地為了保證人身安全，防止因絕緣損壞引發(fā)觸電事故而采取的將高壓電氣設(shè)備的金屬外殼接地。高壓設(shè)備要求的保護(hù)接地電阻一般為（1~10）Ω。

3.防雷接地針對(duì)防雷保護(hù)裝置的需要而設(shè)置的接地。其作用是使雷電流順利入地，減小雷電流通過(guò)時(shí)的電位升高。77第七十七頁(yè)，共九十二頁(yè)。

雷電沖擊電流與工頻接地短路電流相比，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）雷電流的幅值大；（2）雷電流的等值頻率高。故接地裝置在沖擊電壓大電流作用下呈現(xiàn)的電阻與工頻接地電阻不同。78第七十八頁(yè)，共九十二頁(yè)?；鸹ㄐ?yīng)：因雷電流的幅值大，會(huì)在接地體附近出現(xiàn)很高的電場(chǎng)強(qiáng)度（E=δρ)，則土壤中會(huì)發(fā)生局部的火花放電，使土壤導(dǎo)電性增強(qiáng)，接地電阻減小。電感效應(yīng)：因雷電流的等值頻率高，使接地體自身電感的影響增大，阻礙電流向接地體的遠(yuǎn)端流通，導(dǎo)致長(zhǎng)接地體不能被充分利用，使接地裝置的沖擊接地電阻大于工頻接地電阻。79第七十九頁(yè)，共九十二頁(yè)。沖擊系數(shù)α：Re——工頻電流下的電阻；Ri——沖擊電流下的電阻（接地體上的沖擊電壓幅值與流經(jīng)該接地體中的沖擊電流幅值之比）。

與接地體的幾何尺寸、雷電流的幅值和波形、土壤電阻率等因素有關(guān)。80第八十頁(yè)，共九十二頁(yè)。α一般依靠實(shí)驗(yàn)確定，也可參考下圖決定。

81第八十一頁(yè)，共九十二頁(yè)。

三、工程實(shí)用的接地裝置1.典型接地體的接地電阻（1）垂直接地體其接地電阻為式中

l——接地體長(zhǎng)度（m）；

d——接地體