第五章-雷電及防雷設(shè)備(2012級)

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行計算和采取合理的防護措施，必須掌握雷電的電氣參數(shù)。5.1.1雷擊時計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

當先導(dǎo)發(fā)展到離大地一定距離時，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（實測表明，其速度約為0.1~0.5倍光速）——波阻抗主放電時計算雷電流的等值電路雷擊物體時電流波的運動

若雷擊于具有分布參數(shù)特性的避雷針、線路或?qū)Ь€時，則雷擊時電流的運動可描述如圖，負極性電流波將自雷擊點“0”沿被擊物流動，同時，相同數(shù)量的正極性電流波將自雷擊點“0”沿通道向上發(fā)展。計算電流的等值電路流經(jīng)物體的電流可用下式計算：——被擊物體的波阻抗（或為被擊物體集中參數(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。當時，流經(jīng)被擊物體的電流定義為“雷電流”，以表示，。但實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流過該物體的電流可以認為等于雷電流。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)，是個隨機變量，只有通過大量實測才能正確估計其概率分布規(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變量，對于中等強度以上的雷電流，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)計是有影響的，因此建議在一般線路防雷設(shè)計中波頭形狀可取為斜角波，其目的是為了便于分析計算；而在設(shè)計特殊高桿塔時，可取半余弦波頭。5.1.3雷電日與雷電小時

一個地區(qū)的雷電活動強度，用雷電日或雷電小時表示。

雷電日（雷電小時）是指一年中有雷電的日數(shù)（小時數(shù)），在一天或一小時內(nèi)只要聽到雷聲就作為一個雷電日或一個雷電小時。

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。全國53年(1954~2006)平均雷電日數(shù)分布圖

我國把年平均雷電日不超過15日的地區(qū)叫少雷區(qū)，多于40日的地區(qū)叫多雷區(qū)，多于90日的地區(qū)叫強雷區(qū)。5.1.4地面落雷密度和輸電線路落雷次數(shù)

雷云對地放電的頻率可用地面落雷密度來表示。是指每個雷電日每平方公里的地面上的平均落雷次數(shù)。建議：衛(wèi)星觀測10年(1995－2005)得到的全國平均閃電密度分布圖

輸電線路高出地面有引雷作用，會將線路兩側(cè)一定寬度內(nèi)的地面落雷吸引到線路上來。根據(jù)模擬試驗和運行經(jīng)驗，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）），線路年平均遭受雷擊的次數(shù)可按下式計算：5.2避雷針、避雷線的保護范圍避雷針、避雷線的作用

將雷電吸引到避雷針（避雷線）上并安全地將雷電流引入大地，從而保護設(shè)備。因此，為防止設(shè)備遭受直接雷擊，通常采用裝設(shè)高于被保護物的避雷針（或避雷線）。

避雷針一般用于保護發(fā)電廠和變電所，可根據(jù)不同情況裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨立架設(shè)。

避雷線主要用于保護線路，也可用于保護發(fā)、變電所。獨立避雷針構(gòu)架避雷針要避雷針起到保護作用，兩個要求：要求避雷針必須很好接地；要求被保護物體必須處在避雷針能提供可靠屏蔽保護的一定空間范圍內(nèi)，這就是避雷針的保護范圍。

由于雷電路徑受很多偶然因素的影響，因此要保證被保護物絕對不受直接雷擊是不現(xiàn)實的。一般保護范圍是指具有0.1%左右雷擊概率的空間范圍而言。實踐證明，此雷擊概率是可以接受的。避雷針圖中的受保護區(qū)域并非100％安全受保護區(qū)域只是保證在該區(qū)域中雷擊概率是很小的數(shù)值5.2.1避雷針的保護范圍（1）單支避雷針在高度hx水平面上，其半徑rx按下式計算：——避雷針高度（m）——高度影響系數(shù)。單支避雷針保護范圍上圖中劃定避雷針保護范圍的方法稱為折線法，用兩段斜率不同的折線段確定保護范圍（建筑防雷中采用滾球法確定保護范圍）折線表達式中的p是修正系數(shù)，根據(jù)避雷針高度的不同進行有關(guān)修正修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時避雷針高度h≤30m時修正系數(shù)p＝1修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時30m＜h≤120m時修正系數(shù)：如圖可見，避雷針高度超過30m后其保護范圍隨高度而增大的趨勢減緩（2）雙支等高避雷針

兩針外側(cè)的保護范圍可按單針計算方法確定，兩針間的保護范圍應(yīng)按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧來確定，O點的高度h0按下式計算：

——兩針間的距離（m）

兩避雷針之間高度為hx水平面上保護范圍的一側(cè)的最小寬度：

為保證兩針聯(lián)合保護效果，兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5。兩支避雷針聯(lián)合保護范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護范圍不是兩個避雷針各自保護范圍的“并集”，而是比這個并集要大一些圖中藍色虛線部分代表單支避雷針保護范圍的界限（3）兩支不等高避雷針

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兩針外側(cè)的保護范圍仍按單針計算。兩針內(nèi)側(cè)的保護范圍先按單針作出高針1的保護范圍，然后經(jīng)過較低針2的頂點作水平線與之交于點3，再設(shè)點3為一假想的頂點，作出兩等高針2和3的保護范圍。5.2.2避雷線（又稱架空地線）的保護范圍（1）單根避雷線的保護范圍可按下式計算：單根避雷線保護范圍（2）兩根等高平行避雷線的保護范圍

兩線外側(cè)的保護范圍應(yīng)按單線計算，兩線橫截面的保護范圍可以通過兩線1，2點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定，O點的高度應(yīng)按下式計算：——兩線間的距離（m）雙避雷線聯(lián)合保護范圍雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠等場合有廣泛的應(yīng)用（集中保護場合）。避雷線適用于輸電線路防雷（分布保護場合），在變電所里有時也在電氣主回路上空布置多條避雷線進行雷電防護。避雷針是不是越高越好？答案：×隨著避雷針高度的增加，其保護范圍的增加越來越有限，同時其保護范圍內(nèi)免受雷擊的概率變得不確定。在提高避雷針高度上下功夫不如采用多針聯(lián)合保護。明敷引下線及斷接卡暗敷引下線與斷接卡5.3管型避雷器與閥型避雷器避雷器的作用

限制過電壓以保護電氣設(shè)備，同時提高系統(tǒng)工作的可靠性。當系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓時，避雷器既要保證電氣設(shè)備不受過電壓的損害，又要保證系統(tǒng)不會跳閘停電保證能可靠運行。避雷器的保護原理

避雷器設(shè)置在與被保護設(shè)備對地并聯(lián)的位置，如圖所示。各種避雷器均有一個共同的特性，即在高電壓作用下呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，而在低電壓作用下呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)。在發(fā)生雷擊時，雷電侵入波過電壓沿線路傳輸?shù)奖芾灼靼惭b點后，由于這時作用于避雷器上的電壓很高，避雷器將動作，并呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，從而限制過電壓，同時將過電壓引起的大電流泄放入大地，使與之并聯(lián)的設(shè)備免遭過電壓的損壞。在雷電侵入波消失后，線路上又恢復(fù)了正常傳輸?shù)墓ゎl電壓，這一工頻電壓相對于雷電侵入波過電壓來說是低的，于是避雷器將轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，接近于開路，此時避雷器的存在將不會對線路上正常工頻電壓的傳輸產(chǎn)生影響。避雷器的類型

保護間隙管型避雷器閥型避雷器氧化鋅避雷器

主要用來限制大氣過電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來限制內(nèi)過電壓或作內(nèi)過電壓的后備保護。避雷器的基本要求絕緣強度的合理配合絕緣強度的自恢復(fù)能力絕緣強度的合理配合：避雷器的放電電壓必須在一個確定的范圍內(nèi)才能發(fā)揮保護作用。因此避雷器與被保護設(shè)備的伏秒特性（即沖擊絕緣強度）應(yīng)有合理的配合。避雷器和被保護設(shè)備的伏秒特性的配合1一被保護物的伏秒特性；2一避雷器的伏秒特性；3一最高工頻電壓

避雷器應(yīng)具有較強的絕緣自恢復(fù)能力

以利于快速切斷工頻續(xù)流，使被保護設(shè)備在雷電侵入波過電壓結(jié)束后能盡快恢復(fù)正常工作。避雷器一旦在過電壓作用下動作后，就轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，使被保護設(shè)備端接的線路對地接近于短路，經(jīng)過短時間后，雷電侵入波過電壓雖已消失，但原線路上的工頻電壓卻仍作用于避雷器上，使避雷器開始導(dǎo)通工頻短路電流。這時流過避雷器中的短路電流稱為工頻續(xù)流，它以電弧形式出現(xiàn)，只要這種工頻續(xù)流不中斷，則避雷器就仍處在低阻狀態(tài)，被保護設(shè)備就無法正常工作。因此，避雷器應(yīng)具有自行切斷工頻續(xù)流和快速恢復(fù)到高阻狀態(tài)的能力。5.3.1保護間隙與管型避雷器主氣隙輔助氣隙瓷瓶保護間隙被保護設(shè)備角型保護間隙及其與被保護設(shè)備的連接保護間隙

保護間隙由兩個電極（即主間隙和輔助間隙）組成，它是最簡單的一種避雷器。電極做成角型是為了使工頻電弧在自身電動力和熱氣流作用下易于上升被拉長而自行熄滅。為使被保護設(shè)備得到可靠保護，間隙的伏秒特性上限應(yīng)低于被保護設(shè)備絕緣的沖擊放電伏秒特性的下限并有一定的安全裕度。中性點放電間隙保護設(shè)備避雷器間隙棒

當雷電波入侵時，間隙先擊穿，工作母線接地，避免了被保護設(shè)備上的電壓升高，從而保護了設(shè)備。

過電壓消失后，間隙中仍有由工作電壓所產(chǎn)生的工頻短路電流（稱為工頻續(xù)流），由于間隙的熄弧能力差，往往不能自行熄滅，將引起斷路器的跳閘，這樣，雖然保護間隙限制了過電壓，保護了設(shè)備，但將造成線路跳閘事故，破壞系統(tǒng)的工作可靠性。

此外，間隙間的電場是極不均勻電場，又裸露在大氣環(huán)境中，受氣象條件的影響很大，因此它的伏秒特性很陡，且分散性大，這將直接影響到它的保護效果。

還有當間隙被擊穿后是直接接地，將會有截波產(chǎn)生，不能用來保護有繞組的設(shè)備。由于它有以上的不足，也就限制了它的使用范圍。由于保護間隙存在著滅弧能力差的缺點，它一般只使用于一些不太重要的場合或缺乏合適避雷器的場合。通?？蓪㈤g隙配合自動重合閘使用。S2S1內(nèi)間隙外間隙產(chǎn)氣管棒形電極工作母線環(huán)形電極管型避雷器管型避雷器

管型避雷器實質(zhì)上是一個能自動熄弧的保護間隙。它有兩個互相串聯(lián)的間隙:一個在大氣中稱為外間隙s2，其作用是隔離工作電壓避免產(chǎn)氣管被流經(jīng)管子的工頻泄露電流所燒壞；另一個間隙s1裝在管內(nèi)稱為內(nèi)間隙或滅弧間隙。外間隙內(nèi)間隙

管由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成。雷擊時，內(nèi)外間隙同時擊穿，雷電流經(jīng)間隙流入大地；過電壓消失后，內(nèi)外間隙的擊穿狀態(tài)將由導(dǎo)線上的工作電壓所維持，此時流經(jīng)間隙的工頻電弧電流為工頻續(xù)流，其值為管型避雷器安裝處的短路電流，工頻續(xù)流電弧的高溫，使管內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，其壓力可達數(shù)十至上百個大氣壓，氣體從開口端噴出，強烈地吹動電弧，使其在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時熄滅。管型避雷器的熄弧能力與工頻續(xù)流大小有關(guān)，續(xù)流太大產(chǎn)氣過多，管內(nèi)氣壓太高將造成管子炸裂；續(xù)流太小，產(chǎn)氣過少，管內(nèi)氣壓太低不足以熄弧，故管型避雷器熄滅工頻續(xù)流有上下限的規(guī)定，通常在型號中表明。

因此，管型避雷器滅弧電流有上限值和下限值，這些限值通常在它的型號中標出，例如管型避雷器的型號通常記為UN——(有效值)是額定電壓Imax、Imin——滅弧電流的上、下限值。

使用時要根據(jù)安裝點的線路運行條件，使單相接地短路電流不超過避雷器滅弧電流值的允許范圍。管型避雷器的主要缺點：（1）伏秒特性較陡且放電分散性較大，而一般變壓器和其他設(shè)備絕緣的沖擊放電伏秒特性較平，二者不能很好配合；（2）管型避雷器動作后工作母線直接接地形成截斷波，對變壓器絕緣不利。（3）管型避雷器放電特性受大氣條件影響較大。

管型避雷器與保護間隙比較僅有一點改進，即能自動熄弧，其他缺點與保護間隙完全一樣。因此，管型避雷器目前只用于保護輸電線路的個別地段，如大跨越和交叉跨越處，或變電所的進線段。主氣隙輔助氣隙瓷瓶內(nèi)間隙管型避雷器5.3.2閥型避雷器

保護間隙和管型避雷器的共同嚴重缺點是：動作時產(chǎn)生截斷波，伏秒特性陡，擊穿電壓不穩(wěn)定。所以不能擔負主變、發(fā)電機及變電站內(nèi)主要設(shè)備的保護任務(wù)。進一步改進就出現(xiàn)了閥型避雷器。工作母線間隙電阻閥片閥型避雷器

閥型避雷器的基本元件為間隙和非線性電阻，間隙與非線性電阻（又稱閥片）相串聯(lián)。

非線性電阻具有飽和特征，即電流越大，電阻越小;電流越小，電阻越大。（1）工作原理

在電力系統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由母線的工作電壓在電阻閥片中產(chǎn)生的電流燒壞閥片。當系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，由于間隙放電的伏秒特性低于被保護設(shè)備的沖擊耐壓強度，使被保護設(shè)備得保護。

間隙擊穿后，沖擊電流通過閥片流入大地，由于閥片的非線性特性，電流愈大電阻愈小，故在閥片上產(chǎn)生的壓降（稱為殘壓）將得到限制，使其低于被保護設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備就得到了保護。當過電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的工頻電弧電流（稱為工頻續(xù)流）仍將繼續(xù)流過避雷器，此續(xù)流受閥片電阻的非線性特性所限制，使其小于80A（最大值），間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時就將電弧切斷。以后，就依靠間隙的絕緣強度能夠耐受電網(wǎng)恢復(fù)電壓的作用而不會發(fā)生重燃。這樣，避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流的切斷不超過半個工頻周期，繼電保護來不及動作系統(tǒng)就已恢復(fù)正常。（2）基本元件1）火花間隙普通型閥型避雷器的火花間隙由許多單個間隙串聯(lián)而成，間隙距離為.5~1.0mm。避雷器動作后，工頻續(xù)流被許多單個間隙分割成許多短弧，利用短間隙的自然熄弧能力使電弧熄滅。

間隙絕緣強度恢復(fù)的快慢與工頻續(xù)流的大小有關(guān)。我國生產(chǎn)的FS和FZ型避雷器，當工頻續(xù)流分別不大于50A和80A（峰值）時，能夠在續(xù)流第1次過零時使電弧熄滅。2）火花間隙的并聯(lián)電阻閥型避雷器的間隙是由許多個單個間隙串聯(lián)而成，多間隙串聯(lián)后間隙電容將形成一等值電容鏈。由于間隙各電極對地和對高壓端有寄生電容存在，放電電壓在間隙上的分布是不均勻的，并且瓷套表面狀況對此也有影響，例如淋雨或濕污穢而使外套上的電壓分布改變時，間隙串的電壓分布也就隨之改變。這樣避雷器動作后每個單個間隙上的恢復(fù)電壓的分布既不均勻也不穩(wěn)定，從而降低了避雷器的滅弧能力，其工頻放電電壓也將下降和顯得不穩(wěn)定。

為解決這個問題，可在每個間隙上并聯(lián)一個分路電阻。FZ型是每4個間隙組成一組，每組并聯(lián)一分路電阻。在工頻電壓和恢復(fù)電壓作用下，間隙電容的阻抗很大，而分路電阻阻值較小，故間隙上的電壓分布將主要由分路電阻決定。因分路電阻阻值相等，故間隙上電壓分布均勻，從而提高了熄弧電壓和工頻放電電壓。我國生產(chǎn)的普通閥型避雷器在火花間隙上并聯(lián)了分路電阻的為FZ型（又稱電站型），沒有并聯(lián)分路電阻的為FS型（稱線路型）。3）閥片（非線性電阻）閥型避雷器的限流電阻是一種非線性電阻盤，常稱為閥片。它是用碳化硅顆粒，以陶料粘合劑（水玻璃），焙燒而成。

閥片有非常顯著的非線性特性。

閥片的作用主要是：當雷電過電壓擊穿時，將雷電流順利地泄流到大地，并使得電壓不至于突然下降形成截斷波。限制工頻續(xù)流，保證火花間隙可靠熄弧；

在雷電流通過閥片時將在閥片上出現(xiàn)電壓，稱為殘壓。

殘壓將作用在被保護設(shè)備絕緣上，因此不能太高。

采用非線性電阻有助于解決這一矛盾。在雷電流作用下，電流大，閥片呈低電阻，限制了殘壓的升高。雷電流過后，由于作用在閥片上的工頻電壓值相對較低，閥片電阻變大，因而限制了續(xù)流。

閥片允許通過的電流是有限的，以通過能力來表示，亦即指閥片允許通過之最大電流和時間。長時間通過大電流可能使閥片爆炸。

根據(jù)我國實測統(tǒng)計，在具有《規(guī)程（SDJ7-79）》建議的防雷接線的35～220KV的變電站中，流經(jīng)閥型避雷器的雷電流超過5KA的概率是非常小的。對330KV及更高的電網(wǎng)，由于線路絕緣水平較高，入侵雷電波的幅值也高，故流過避雷器的雷電流較大，我國規(guī)定取10KA作為計算標準。

因此我國：對35～220KV的閥型避雷器以5KA作為設(shè)計依據(jù)，此類電網(wǎng)的電氣設(shè)備的絕緣水平也以避雷器5KA的殘壓作為絕緣配合的依據(jù)；對330KV以上的的閥型避雷器以10KA作為設(shè)計依據(jù)，此類電網(wǎng)的電氣設(shè)備的絕緣水平也以避雷器10KA的殘壓作為絕緣配合的依據(jù)。

普通型閥型避雷器型有FS和FZ兩種型號。

FS型適用于配電系統(tǒng)，F(xiàn)Z型適用于變電站。FZ型由一些結(jié)構(gòu)和性能都已標準化的單件所組成，這些單件分別適用于3，6，10，15，20和30KV額定電壓，由它們的組合，可以適用于各種電壓等級；為了使火花間隙放電電壓穩(wěn)定不受外界氣象條件的影響，均將火花間隙和閥片密封在瓷套內(nèi)，保證其工作可靠。（3）主要參數(shù)1）額定電壓

我國習慣把安裝避雷器的系統(tǒng)額定電壓稱為避雷器的額定電壓。

根據(jù)國際電工委員會（IEC）的規(guī)定，避雷器的額定電壓是指避雷器兩端允許施加的最高工頻電壓有效值，相當于滅弧電壓。2）沖擊放電電壓指預(yù)放電時間為1.5~20微秒的沖擊放電電壓，即是在沖擊電壓作用下避雷器動作的最小電壓幅值。從防雷角度要求沖擊放電電壓低一些好，但是為保證避雷器的其他性能，也不能太低，通常選擇低于被保護設(shè)備的沖擊絕緣水平的20％～25％。5）工頻放電電壓

在工頻電壓作用下避雷器發(fā)生放電的電壓值。對避雷器的工頻放電電壓要規(guī)定上限和下限。3）殘壓

指避雷器動作后雷電流流過閥片在閥片上形成的壓降。這是避雷器動作后作用于被保護設(shè)備的一種過電壓，應(yīng)保證殘壓低于被保護設(shè)備的沖擊絕緣水平的20％～25％。

殘壓主要決定于閥片電阻的大小，從降低殘壓的角度來看，閥片電阻值低些好，但為了不產(chǎn)生截斷波和保證間隙可靠熄弧，閥片電阻值又不能取得太低。另外殘壓除與避雷器本身結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與通過的雷電流大小有關(guān)。4）滅弧電壓

指避雷器在保證可靠熄滅工頻續(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)當大于避雷器工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓，否則避雷器可能因為不能熄弧而爆炸。這個最高工頻電壓不能僅按正常工作時的相電壓來考慮，而應(yīng)考慮到電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時非故障相的電壓升高，正好該相的避雷器在這時動作的情況。因此單相接地時非故障相的電壓升高就成為可能出現(xiàn)的最高工頻電壓，避雷器的滅弧電壓應(yīng)當高于這個數(shù)值。6）保護比K

保護比是說明避雷器保護性能的指標，保護比越小，說明殘壓越低或滅弧電壓越高，避雷器的保護性能越好。FS和FZ系列保護比約為2.5和2.3左右。7）直流電壓下的電導(dǎo)電流

運行中常以測量直流電壓作用下避雷器的電導(dǎo)電流來判斷間隙分路電阻的性能。電導(dǎo)電流太小，意味著分路電阻值太大，均壓效果減弱；電導(dǎo)電流太大，意味著分路電阻太小，在工作電壓作用下流經(jīng)分路電阻的電流增大，發(fā)熱較多，易燒毀。5.3.3磁吹閥型避雷器

普通閥型避雷器熄弧完全依靠間隙的自然熄弧能力。另外，閥片的熱容量有限，不能承受較長持續(xù)時間的內(nèi)過電壓沖擊電流的作用，因此此類避雷器通常不容許在內(nèi)過電壓作用下動作。

磁吹避雷器中火花間隙也是由許多單個間隙串聯(lián)而成的。特點——利用磁場使電弧產(chǎn)生運動（如旋轉(zhuǎn)或拉長）來加強去游離以提高間隙的滅弧能力。

磁吹間隙種類繁多，我國目前生產(chǎn)的主要是限流式間隙，又稱拉長電弧型間隙。間隙由一對角狀電極組成，磁場是軸向的。工頻續(xù)流被軸向磁場拉入滅弧柵中，其電弧的最終長度可達起始長度的數(shù)10倍，電弧在滅弧柵中受到強烈去游離而熄滅，由于電弧形成后很快就被拉到遠離擊穿點的位置，故間隙絕緣強度恢復(fù)很快，熄弧能力很強，可切斷450A左右的續(xù)流。此外，由于電弧被拉得很長且處于去游離很強的滅弧柵中，所以電弧電阻很大，可以起到限制續(xù)流的作用，因而稱為限流間隙。這樣，采用限流間隙后就可以適當減少閥片數(shù)目，使避雷器殘壓得到降低。

磁吹閥型避雷器的閥片也是用碳化硅為主要原料，通過高溫（1350~1390℃）焙燒而成，其通流容量大，但非線性和系數(shù)較高。除可以用來限制雷過電壓外，還可以限制內(nèi)過電壓。

5.4金屬氧化物避雷器20世紀70年代初期出現(xiàn)了氧化鋅避雷器，也有的稱金屬氧化物避雷器。ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。表面鍍鋁的的作用是填滿表面凹孔、防止電流在局部過于集中。ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由多片ZnO閥片堆疊而成，根據(jù)電壓等級的不同堆疊層數(shù)也不同。圖中給出是目前最為先進的硅橡膠復(fù)合外套避雷器的簡化結(jié)構(gòu)。對避雷器性能的要求良好的非線性（提高保護水平）。大的通流容量（能夠吸收更強的雷電能量）。小的工頻續(xù)流（雷擊時防止系統(tǒng)注入過大的電流）。良好的伏秒特性（無論侵入波陡度如何都保證首先動作）。ZnO避雷器的特性曲線ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。當過電壓襲來時，ZnO避雷器電流劇增，有效地吸收過電壓的能量并遏制住系統(tǒng)電壓的上升趨勢。(1).氧化鋅閥片的伏安特性ZnO避雷器的優(yōu)劣評判 顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B，其保護性能也優(yōu)于避雷器BIU理想避雷器氧化鋅避雷器碳化硅避雷器線性電阻100A10KAIUI<1mAI>3kA小電流區(qū)非線性區(qū)飽和區(qū)圖氧化鋅電阻閥片與碳化硅閥片的伏安特性比較在正常線路電壓的作用下，氧化鋅電阻閥片中的電流很小，可以忽略不計，此時它實際上相當于一個絕緣體。當系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓時，沖擊電流通過閥片流入大地，由于閥片的非線性特性，閥片電阻變小，故在閥片上產(chǎn)生的壓降（稱為殘壓）將得到限制，使其低于被保護設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備就得到了保護。當過電壓消除后，氧化鋅避雷器可以通過其閥片自身在線路正常電壓下所呈現(xiàn)出的高電阻來有效地抑制工頻續(xù)流，而不必像使用碳化硅閥片的閥型避雷器那樣需要串聯(lián)火花間隙。

在正常線路電壓下，氧化鋅電阻閥片特性曲線對應(yīng)的電流為l0～5OμA，而碳化硅電阻閥片特性曲線對應(yīng)的電流為200～400A。ZnO避雷器的優(yōu)點無串聯(lián)間隙非線性程度好、保護性能優(yōu)越通流容量大工頻續(xù)流極小、可忽略不計5.4.1氧化鋅避雷器的主要優(yōu)點（1）無間隙

在工作電壓作用下，氧化鋅實際上相當一絕緣體，因而工作電壓不會使氧化鋅閥片燒壞，所以可以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓。由于無間隙，當然也就沒有因串聯(lián)間隙而帶來的一系列問題。如污穢、內(nèi)部氣壓變化對間隙的電位分布和放電電壓的影響等。（2）無續(xù)流當作用在氧化鋅閥片上的電壓超過某一值（此值稱為起始動作電壓）時，將發(fā)生“導(dǎo)通”，其后，氧化鋅閥片上的殘壓受其良好的非線性特性所控制。壓器當系統(tǒng)電壓降至起始動作電壓以下時，氧化鋅的“導(dǎo)通”狀態(tài)終止，又相當于一絕緣體，因此不存在工頻續(xù)流。（3）電氣設(shè)備所受過電壓可以降低氧化鋅避雷器在整個過電壓過程中都有電流流過，因此降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過電壓。（4）通流容量大由于氧化鋅閥片的通流能力大。氧化鋅閥片單位面積的通流能力可達碳化硅閥片的4～5倍，其殘壓約為碳化硅閥片的1/3，且電流分布特性均勻。必要時也可采用兩柱或三柱閥片并聯(lián)，提高了避雷器的動作負載能力。因此可以用來限制內(nèi)部過電壓。（5）氧化鋅避雷器特別適用于直流保護因為直流續(xù)流不像工頻續(xù)流那樣會通過自然零點，所以串聯(lián)間隙型直流避雷器難于熄弧，氧化鋅避雷器則就沒有熄弧問題。因無續(xù)流熄弧問題，氧化鋅避雷器也運用于多雷區(qū)，多重雷擊區(qū)。

此外，氧化鋅避雷器的制造工藝簡單，元件單一通用，造價低廉，適合于大批量生產(chǎn)，氧化鋅避雷器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，運行維護方便，使用壽命長。5.4.2氧化鋅避雷器的電氣特性（1）額定電壓指允許短期加在避雷器上的最大工頻電壓（有效值）。

（2）最大長期工作電壓指允許長期加在避雷器上的系統(tǒng)最大工作電壓（有效值）。（3）工頻參考電壓（又稱起始動作電壓、轉(zhuǎn)折電壓）指氧化鋅閥片伏安特性曲線上由小電流區(qū)轉(zhuǎn)入擊穿區(qū)所對應(yīng)的電壓值。從這一點開始電流值隨電壓增加而迅速增加，這時氧化鋅避雷器進入了限制過電壓的工作狀態(tài)。ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運行電壓為有效值，1mA參考電壓常在直流下測得由于氧化鋅避雷器具有上述一系列的優(yōu)點，且造價較低，使用氧化鋅避雷器是大勢所趨。目前，美國已在756KV系統(tǒng)中使用氧化鋅避雷器。我國已生產(chǎn)各種電壓等級的氧化鋅避雷器。5.5防雷接地裝置

電氣設(shè)備的接地，按其目的的不同可以分為：（1）保護接地（2）工作接地（3）防雷接地（1）保護接地為保證人身安全，無論在發(fā)、配電還是用電系統(tǒng)中都將電氣設(shè)備的金屬外殼接地，以保證金屬外殼經(jīng)常固定為地電位，一旦設(shè)備絕緣損壞而使外殼帶電時不致有危險的電位升高引起工作人員觸電傷亡。在正常情況下接地沒有電流流入，金屬外殼保持地電位，但當設(shè)備發(fā)生故障而有接地短路電流流入大地時，接地點和它緊密相連的金屬導(dǎo)體的電位都會升高，有可能威脅到人身的安全。（2）工作接地根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行方式的需要而接地，例如將系統(tǒng)的中性點接地。（3）防雷接地針對防雷保護的需要而設(shè)置的，目的是減小雷電流通過接地裝置的地電位升高。

接地裝置由埋入地中的接地體和連接到設(shè)備接地部分的接地線組成。當接地裝置中流過電流時，接地電流經(jīng)過接地體以電流場的形式向四處擴散。由于大地不是理想的導(dǎo)體，它具有一定的電壓降。離電流注入點越遠，地中電流的密度越小，因此可以認為在相當遠（或叫無窮遠）處，地中電流密度已接近零。電場強度也接近零，該處的電位為零電位。

由此可見，當接地點有電流流入大地時該點相對于遠處的零電位來說，將具有確定的電位升高。降低接地電阻的原因此時地面上的接地物體（如變壓器外殼），也具有電位，因而不利于電氣設(shè)備的絕緣以及人身安全，這就是為什么要力求降低接地電阻的原因。接地電阻接地點處的電位

接地電流

如圖，半球形接地體，其接地電阻相當于把電極外土壤分成無數(shù)個具有一定厚度的同心半球殼的電阻串聯(lián)而成。

接地電阻并不同一般具有恒定截面的導(dǎo)體電阻一樣與電極表面積成反比。事實上，它主要只決定于電極的延伸程度，即沿某一方向（垂直或水平）的最大線性尺寸。因此采用上述半球形接地體是很不經(jīng)濟的，在實際上很少實用。通常使用的是以垂直地棒、水平接地帶以及它們的組合。5.4.1工程實用的接地裝置

工程實用的接地裝置主要是用扁鋼、圓鋼、角鋼或鋼管組成，埋于地表下0.5~1m處。水平接地體多用扁鋼，寬度一般為20～40mm，厚度不小于4mm