雷电参数及防雷设施解析.pptx

电电 力力 系系 统统 过过 电电 压压任课教师：赵任课教师：赵 彤彤山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院第四章第四章 雷电参数及防雷设施雷电参数及防雷设施雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应，在电力系统起巨大的电磁效应、机械效应和热效应，在电力系统中产生很高的雷电过电压，是造成电力系统绝缘故障中产生很高的雷电过电压，是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一。和停电事故的主要原因之一。雷电及其危害雷电及其危害 雷电参数雷电参数 避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围 避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置接地装置雷电参数及防雷设施雷电参数及防雷设施雷电及其危害雷电及其危害雷电是雷云与雷云之间或雷云与大地之间的气体放电现象，雷电是雷云与雷云之间或雷云与大地之间的气体放电现象，并伴随强烈的闪光和轰隆隆的雷声。并伴随强烈的闪光和轰隆隆的雷声。公元前公元前1500年殷商甲骨文中就有年殷商甲骨文中就有“雷雷”字，西周青铜器上字，西周青铜器上有代指闪电的有代指闪电的“电电”字。中国最早关于雷电的文字记载是东汉字。中国最早关于雷电的文字记载是东汉哲学家王充（哲学家王充（27约约97年）在年）在论衡论衡中的描述：中的描述：“雷者火也。雷者火也。以人中雷而死，即询其身，中火则须发烧焦。以人中雷而死，即询其身，中火则须发烧焦。”早在早在易经易经中就有中就有“雷在地中雷在地中”的记载，这是世界上最早对上行雷的描述。的记载，这是世界上最早对上行雷的描述。在在周书周书中有世界上最早的球雷的记载。中有世界上最早的球雷的记载。随着社会的进步和科学技术的发展，人们对于雷电的放电随着社会的进步和科学技术的发展，人们对于雷电的放电的机理、特征、危害和防护技术的研究也在不断深入和完善。的机理、特征、危害和防护技术的研究也在不断深入和完善。云闪云闪(云中放电云中放电)：雷云与雷云之间的放电。：雷云与雷云之间的放电。地闪地闪(云地放电云地放电)：雷云对大地的放电。：雷云对大地的放电。雷云的形成雷云的形成气流、水汽和特定的温度范围是产生雷云的必要条件。气流、水汽和特定的温度范围是产生雷云的必要条件。水滴冰冻假说水滴冰冻假说：由温度差控制的气流携带水汽和：由温度差控制的气流携带水汽和水滴上升，由于大气温度随高度下降水滴上升，由于大气温度随高度下降(4km高空约为高空约为0，12km高空约为高空约为-50)，达到一定高度后，水滴，达到一定高度后，水滴变成过冷却水，水滴进一步上升将被冻成冰晶，而在变成过冷却水，水滴进一步上升将被冻成冰晶，而在重力作用下大块冰晶开始下降。因此，雷云中包括下重力作用下大块冰晶开始下降。因此，雷云中包括下降的冰雹颗粒和过冷却水。当上升的过冷却水遇到下降的冰雹颗粒和过冷却水。当上升的过冷却水遇到下降的温度更低的冰雹颗粒时，会部分冻结，也就是水降的温度更低的冰雹颗粒时，会部分冻结，也就是水滴的外壳结成冰，内包含液态的水。滴的外壳结成冰，内包含液态的水。雷云的形成雷云的形成当冻结过程使内部温度更高的水继续结成冰时，将因膨胀当冻结过程使内部温度更高的水继续结成冰时，将因膨胀造成已冻结的外壳破裂，变成尺寸更小重量更轻的冰屑，同时造成已冻结的外壳破裂，变成尺寸更小重量更轻的冰屑，同时由于温度差产生的由于温度差产生的热电效应热电效应，水分子将被电离成，水分子将被电离成H+和和OH-。这。这些重量轻的冰屑又将随着气流继续上升，将更轻的正电荷些重量轻的冰屑又将随着气流继续上升，将更轻的正电荷H+带到云层的上端，而继续下降的冰雹将等量的负电荷带到云层的上端，而继续下降的冰雹将等量的负电荷OH-带到带到云层的下端。云层的下端。实测表明，在实测表明，在510km的高度的高度主要是正电荷的云层，在主要是正电荷的云层，在15km的的高度主要是负电荷的云层，但在云高度主要是负电荷的云层，但在云的底部也往往有一块不大区域的正的底部也往往有一块不大区域的正电荷聚集。电荷聚集。雷云的形成雷云的形成雷云对大地有静电感应作用，即在雷云下的大地中会雷云对大地有静电感应作用，即在雷云下的大地中会感应出异号电荷，两者形成一个特殊的大电容器，随着雷感应出异号电荷，两者形成一个特殊的大电容器，随着雷云中电荷的逐渐积累，空间的电场强度不断增大。当雷云云中电荷的逐渐积累，空间的电场强度不断增大。当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气的击穿场强中电荷密集处的电场强度达到空气的击穿场强(2500-3000kV/m)时，就产生强烈的碰撞游离，形成雷云对大地时，就产生强烈的碰撞游离，形成雷云对大地的雷电放电现象。同样雷云与雷云间的异号电荷形成的场的雷电放电现象。同样雷云与雷云间的异号电荷形成的场强达到空气击穿场强时，就会产生雷云对雷云的雷电放电强达到空气击穿场强时，就会产生雷云对雷云的雷电放电现象。现象。雷电放电过程雷电放电过程在对地的雷电放电中，雷电的极性是指自雷云下行到大在对地的雷电放电中，雷电的极性是指自雷云下行到大地的电荷的极性。最常见的雷电是自雷云向下开始发展先导地的电荷的极性。最常见的雷电是自雷云向下开始发展先导放电的。据统计，无论就放电的次数来说，还是就放电的电放电的。据统计，无论就放电的次数来说，还是就放电的电荷量来说，荷量来说，90%左右的雷是负极性的。左右的雷是负极性的。但测量表明，大地的总电荷量是长时期保持不变的但测量表明，大地的总电荷量是长时期保持不变的(约约为为4.5105C)，因此相当大量的正雷云电荷必定是通过，因此相当大量的正雷云电荷必定是通过“悄悄悄悄的放电的放电”形式运送到大地的。即大量的正雷是以地表电晕放形式运送到大地的。即大量的正雷是以地表电晕放电的形式消散的。正雷的消散之所以比负雷多，可能是因为电的形式消散的。正雷的消散之所以比负雷多，可能是因为由地面上升的负离子速度为正离子速度的由地面上升的负离子速度为正离子速度的1.6倍。倍。雷电放电过程雷电放电过程先导放电先导放电雷云中的电荷将会使大地表面感应出等量的异号电荷，在雷云中的电荷将会使大地表面感应出等量的异号电荷，在雷云与大地之间将建立起空间电场。由于雷云电荷分布不均，雷云与大地之间将建立起空间电场。由于雷云电荷分布不均，在某些电荷集中的地方，电场强度将达到空气击穿场强，导致在某些电荷集中的地方，电场强度将达到空气击穿场强，导致空气电离，产生一个向地面发展的等离子通道，称为先导。空气电离，产生一个向地面发展的等离子通道，称为先导。下行负先导是一级一级向下发展的，称为下行负先导是一级一级向下发展的，称为梯级先导梯级先导，其速，其速度大约为度大约为107m/s。每级的长度为。每级的长度为10200m，平均为，平均为25m，停歇，停歇时间为时间为10100s，平均为，平均为50s。整个梯级先导从雷云发展到地。整个梯级先导从雷云发展到地面需要面需要20ms左右。先导的电晕半径约左右。先导的电晕半径约0.66m，先导电流大约，先导电流大约为为100A。梯级先导放电是负极性下行雷电的重要特征。梯级先导放电是负极性下行雷电的重要特征。雷电放电过程雷电放电过程先导放电先导放电在先导通道发展的初始阶段，其发展方向受到一在先导通道发展的初始阶段，其发展方向受到一些偶然因素的影响并不固定。但当它发展到距地面一些偶然因素的影响并不固定。但当它发展到距地面一定高度时（这个高度称为定向高度），先导通道会向定高度时（这个高度称为定向高度），先导通道会向地面上某个电场强度较强的方向发展，这说明先导通地面上某个电场强度较强的方向发展，这说明先导通道的发展具有道的发展具有“定向性定向性”，或者说雷击有，或者说雷击有“选择性选择性”。雷电放电过程雷电放电过程主放电主放电当下行先导到达地面，或与地面上的突出物上产当下行先导到达地面，或与地面上的突出物上产生的迎面先导相遇，就会产生贯穿雷云与大地的放电生的迎面先导相遇，就会产生贯穿雷云与大地的放电通道。此时，地面上感应的正电荷将向上与先导通道通道。此时，地面上感应的正电荷将向上与先导通道中的负电荷产生强烈的中和，通道中的雷电流将达到中的负电荷产生强烈的中和，通道中的雷电流将达到几十到几百千安。几十到几百千安。主放电过程产生的大电流使通道中的温度可达主放电过程产生的大电流使通道中的温度可达15000-20000，使空气急速膨胀，因此主放电过程，使空气急速膨胀，因此主放电过程总是伴随强烈的闪光和震耳的雷鸣。主放电的速度一总是伴随强烈的闪光和震耳的雷鸣。主放电的速度一般为光速的般为光速的1/201/2，持续时间，持续时间50100s。雷电放电过程雷电放电过程余辉放电余辉放电当正电荷到达云端，主放电过程就结束了。然而，雷云当正电荷到达云端，主放电过程就结束了。然而，雷云的电荷中心分布是不均匀的，主放电结束以后，附近的电荷的电荷中心分布是不均匀的，主放电结束以后，附近的电荷中心将沿着主放电通道释放电荷，此时通道的温度下降，导中心将沿着主放电通道释放电荷，此时通道的温度下降，导电性降低，因此余辉放电速度慢电性降低，因此余辉放电速度慢(约为光速的约为光速的1/100)，电流不，电流不大大(约数百安约数百安)，但持续时间较长，但持续时间较长(约约0.030.15s)。雷电的危害雷电的危害雷电是自然界中最宏伟壮观的气象景象。全球每雷电是自然界中最宏伟壮观的气象景象。全球每时每刻都有雷电发生，平均每秒有时每刻都有雷电发生，平均每秒有100次，地球上每次，地球上每天约发生天约发生800万次云对地的闪电。一次中等强度的雷万次云对地的闪电。一次中等强度的雷释放的电荷约释放的电荷约25C，总的持续时间却只有，总的持续时间却只有0.3s左右。左右。雷电放电的特征是雷电放电的特征是电流大，持续时间短，主放电电流大，持续时间短，主放电过程的瞬时功率非常大过程的瞬时功率非常大。例如以。例如以I=50kA计，弧道压降计，弧道压降以以E=6kV/m计，雷云以计，雷云以1000m高度计，则主放电功率高度计，则主放电功率P可达：可达：雷电的危害雷电的危害雷直击地面上的人或动物将造成伤亡。雷击的热效应能造雷直击地面上的人或动物将造成伤亡。雷击的热效应能造成火灾如森林大火、油库爆炸等，雷击输电线路或建筑会引起成火灾如森林大火、油库爆炸等，雷击输电线路或建筑会引起金属烧蚀，由于强大的雷电流流过产生的过电压会引起绝缘击金属烧蚀，由于强大的雷电流流过产生的过电压会引起绝缘击穿，破坏电气及电子设备。穿，破坏电气及电子设备。直击雷直击雷感应雷感应雷雷击大地后，强大的电磁雷击大地后，强大的电磁 脉冲会使附近的物体产生电磁脉冲会使附近的物体产生电磁感应和静电感应，这种感应雷可能破坏配电网高压电气及电子感应和静电感应，这种感应雷可能破坏配电网高压电气及电子设备。设备。雷击中输电线路或建筑物后，雷电波可以沿着输电线路进雷击中输电线路或建筑物后，雷电波可以沿着输电线路进入变电站，或沿着电缆入变电站，或沿着电缆(包括电源或通信线包括电源或通信线)进入建筑物内，损进入建筑物内，损坏电气及电子设备。坏电气及电子设备。侵入波侵入波雷电的危害雷电的危害跨步电压和接触电压跨步电压和接触电压雷击地面后，雷电流将由雷击点或流过地面上的被击物后雷击地面后，雷电流将由雷击点或流过地面上的被击物后入地。由于大地具有一定电阻率，电流入地点及电流流经的地入地。由于大地具有一定电阻率，电流入地点及电流流经的地方会出现一定的电势。雷电流入地点附近的地表将会呈现一定方会出现一定的电势。雷电流入地点附近的地表将会呈现一定的电位分布，若此时雷击点附近正好有人或动物，由于站立或的电位分布，若此时雷击点附近正好有人或动物，由于站立或行走于地表的不同两点，这两点之间的电位差作用在人或动物行走于地表的不同两点，这两点之间的电位差作用在人或动物身上，可能会造成伤亡。如果与被击物有身体接触，则接触点身上，可能会造成伤亡。如果与被击物有身体接触，则接触点与站立点之间也会有电位差，也可能造成伤亡。与站立点之间也会有电位差，也可能造成伤亡。雷电流入地后，引起地电位升高，如果有自接地极引出的雷电流入地后，引起地电位升高，如果有自接地极引出的金属管金属管(轨轨)道，就可能将接地极的高电位传递到很远的地方，道，就可能将接地极的高电位传递到很远的地方，危及远处的生命和财产安全。危及远处的生命和财产安全。高电位引外高电位引外 雷电及其危害雷电及其危害 雷电参数雷电参数 避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围 避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置接地装置雷电参数及防雷设施雷电参数及防雷设施雷电参数雷电参数雷电具有很强的随机性，同时又具有统计规律，一个地区雷电具有很强的随机性，同时又具有统计规律，一个地区具有统计意义的雷电参数需要长期监测才能够得到。这些参数具有统计意义的雷电参数需要长期监测才能够得到。这些参数包括包括雷电活动频度雷电活动频度和和雷电流参数雷电流参数。雷暴日雷暴日(Td)/雷暴小时雷暴小时(Th)雷暴日是表征雷电活动频度的参数，单位是日。一天内只雷暴日是表征雷电活动频度的参数，单位是日。一天内只要听到雷声，就记为一个雷暴日。一年里累积的雷暴日总数就要听到雷声，就记为一个雷暴日。一年里累积的雷暴日总数就是雷暴日。每年的雷暴日都会有所不同，所以雷暴日通常采用是雷暴日。每年的雷暴日都会有所不同，所以雷暴日通常采用多年的平均值。多年的平均值。类似的用雷暴小时来表征雷暴活动频度，单位是小时。一类似的用雷暴小时来表征雷暴活动频度，单位是小时。一个雷暴日约折合个雷暴日约折合3个雷暴小时。个雷暴小时。雷暴日数与温度和湿度等气象条件有关。通常纬度越低雷雷暴日数与温度和湿度等气象条件有关。通常纬度越低雷暴日数越多，炎热潮湿的赤道附近雷暴日数最多，如印尼雷暴暴日数越多，炎热潮湿的赤道附近雷暴日数最多，如印尼雷暴日为日为220，两极附近雷暴日数最少，只有，两极附近雷暴日数最少，只有15个雷暴日。个雷暴日。中国雷暴日分布中国雷暴日分布我国把年平均雷暴日不超过我国把年平均雷暴日不超过15的定为少雷区，超过的定为少雷区，超过40的地区定的地区定为多雷区，超过为多雷区，超过90的地区为强雷区。在防雷设计中，我国标准的地区为强雷区。在防雷设计中，我国标准雷暴日数取为雷暴日数取为40。雷电参数雷电参数地面落雷密度地面落雷密度 雷暴日是以听到雷声为依据来计算的，实际上把云中放电雷暴日是以听到雷声为依据来计算的，实际上把云中放电也包括在内，而云中放电的频度根据气候条件不同是云也包括在内，而云中放电的频度根据气候条件不同是云-地放地放电的电的1.56倍。如果不考虑飞行器的防雷，对人类影响最大的是倍。如果不考虑飞行器的防雷，对人类影响最大的是云云-地放电。地放电。用地面落雷密度用地面落雷密度来表示云来表示云-地放电频度，即单位时间、单地放电频度，即单位时间、单位面积的地面平均落雷次数，单位为次位面积的地面平均落雷次数，单位为次/(平方公里平方公里雷暴日雷暴日)。通常认为地面落雷密度与雷暴日成正相关。我国采用的公通常认为地面落雷密度与雷暴日成正相关。我国采用的公式为式为 。将标准雷暴日数。将标准雷暴日数40代入，可得地面落雷密度代入，可得地面落雷密度 次次/(平方公里平方公里雷暴日雷暴日)。雷电流的基本参数雷电流的基本参数雷电流是指雷直击于接地良好的物体时泄入大地雷电流是指雷直击于接地良好的物体时泄入大地的电流。通常是在高塔或高建筑物上以及避雷针或输的电流。通常是在高塔或高建筑物上以及避雷针或输电线路杆塔基座处直接测量雷电流，而近年来的雷电电线路杆塔基座处直接测量雷电流，而近年来的雷电定位技术利用雷电流产生的空间磁场来测量雷电流。定位技术利用雷电流产生的空间磁场来测量雷电流。雷电流的基本参数包括雷电流的雷电流的基本参数包括雷电流的幅值幅值、陡度陡度、波波形形和和极性极性。所有这些参数都具有随机概率统计特性。所有这些参数都具有随机概率统计特性。雷电流幅值的概率分布雷电流幅值的概率分布雷电流幅值与雷云中的电荷多少有关，也与雷电活动雷电流幅值与雷云中的电荷多少有关，也与雷电活动频度有关，因此实际中的雷电流幅值分散性很大。我国根频度有关，因此实际中的雷电流幅值分散性很大。我国根据年雷暴日在据年雷暴日在2040的地区的实测数据，得出雷电流幅值的地区的实测数据，得出雷电流幅值 If 超过超过 I 的概率为：的概率为：例如，当取例如，当取I=88kA时，可求得时，可求得P=10%，即雷电流超过，即雷电流超过88kA的概率是的概率是10%。在西北等年平均雷暴日不超过在西北等年平均雷暴日不超过20的地区，雷电活动较弱，的地区，雷电活动较弱，雷电流幅值较小，雷电流概率分布计算为：雷电流幅值较小，雷电流概率分布计算为：雷电流波形雷电流波形从雷电放电过程可知，雷电流的波形是一个冲击波，在极从雷电放电过程可知，雷电流的波形是一个冲击波，在极短的时间内短的时间内(一般只有几微秒一般只有几微秒)达到峰值，此后几十微秒内缓慢达到峰值，此后几十微秒内缓慢衰减，最后的低电流部分可以维持最长到达毫秒级。衰减，最后的低电流部分可以维持最长到达毫秒级。标准双指数波标准双指数波斜角波头斜角波头半余弦波头半余弦波头T1-波头时间，从波头时间，从0到峰值的时间；到峰值的时间；T2-波尾时间，从波尾时间，从0到衰减后的半峰值时间到衰减后的半峰值时间通常通常T1的值大致为的值大致为14s，平均值取，平均值取2.6s，T2的值大约为的值大约为40s。因此，我国规程推荐采用。因此，我国规程推荐采用T1/T2=2.6/40s的雷电流波形。的雷电流波形。雷电流的基本参数雷电流的基本参数雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。我国规程取波雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。我国规程取波头时间头时间T1=2.6s，所以雷电流的平均陡度为，所以雷电流的平均陡度为雷电流的陡度不仅与雷电流的幅值直接相关，而且直接影雷电流的陡度不仅与雷电流的幅值直接相关，而且直接影响由雷电流产生的过电压的大小。在防雷设计中，有时为了简响由雷电流产生的过电压的大小。在防雷设计中，有时为了简化计算，单独将波头部分用斜角波或半余弦波代替。化计算，单独将波头部分用斜角波或半余弦波代替。雷电流陡度雷电流陡度雷电流的极性同泄入大地的极性。据统计，雷电流的极性同泄入大地的极性。据统计，90%左右的雷左右的雷电是负极性的，而且负极性的冲击过电压沿线路传播时衰减小，电是负极性的，而且负极性的冲击过电压沿线路传播时衰减小，故在防雷计算中以负极性雷为准。故在防雷计算中以负极性雷为准。雷电流的极性雷电流的极性雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型主放电过程产生的正电荷沿先导通道向上运动去中和通道主放电过程产生的正电荷沿先导通道向上运动去中和通道中的负电荷，而产生的负电荷则沿雷击点流过被击物，形成极中的负电荷，而产生的负电荷则沿雷击点流过被击物，形成极大的主放电电流。研究表明，先导通道具有分布参数的特征，大的主放电电流。研究表明，先导通道具有分布参数的特征，其波阻抗用其波阻抗用Z0表示。先导通道可以表示。先导通道可以 被看做是一个线电荷密度为被看做是一个线电荷密度为的导体，主放电开始则电荷以速度的导体，主放电开始则电荷以速度v向下运动。向下运动。则可将先导放电的发展看作是一根均匀分布电荷的长导线则可将先导放电的发展看作是一根均匀分布电荷的长导线自雷云向大地延伸，而将先导头部接近地面时气隙被击穿看作自雷云向大地延伸，而将先导头部接近地面时气隙被击穿看作是开关突然合闸。是开关突然合闸。若大地为理想导体（土壤的电阻率为若大地为理想导体（土壤的电阻率为0）则流经主放电通）则流经主放电通道的电流（即流入大地的电流）道的电流（即流入大地的电流）I0=v，其极性与雷云的极性，其极性与雷云的极性相同。先导通道的对地电位为相同。先导通道的对地电位为 vZ0 。雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型Z 被击物体的波阻抗或雷击点与大地零电位参考点间的集中被击物体的波阻抗或雷击点与大地零电位参考点间的集中参数阻抗。参数阻抗。则流经被击物体的电流则流经被击物体的电流iZ为为即流经被击物体的电流即流经被击物体的电流iZ 与被击物体的波阻抗与被击物体的波阻抗 Z 有关。有关。当雷击于避雷针、线路、杆塔、当雷击于避雷针、线路、杆塔、架空地线或导线等具有分布参数架空地线或导线等具有分布参数特性的物体时，雷击放电过程可特性的物体时，雷击放电过程可用右图表示。用右图表示。+-雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型当被击物体的波阻抗当被击物体的波阻抗 Z=0时，流经被击物的电流被定义时，流经被击物的电流被定义为为“雷电流雷电流”，用，用i表示。由前述可知表示。由前述可知 i=v。实际上被击物。实际上被击物的波阻抗不可能为零，故的波阻抗不可能为零，故国际上通常将雷击于接地阻抗小于国际上通常将雷击于接地阻抗小于30的物体时流过该物体的电流当成是雷电流的物体时流过该物体的电流当成是雷电流 i。(a)电压源等值电路电压源等值电路(b)电流源等值电路电流源等值电路计算流经被击物体电流的等值电路计算流经被击物体电流的等值电路雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型从地面感受到的实际效果出发，可将雷击物体看作是一从地面感受到的实际效果出发，可将雷击物体看作是一个入射波为个入射波为 i/2 的电流波沿一条波阻抗为的电流波沿一条波阻抗为Z0的通道向被击物体的通道向被击物体传播的过程。其计算模型及彼得逊等值电路如图所示。传播的过程。其计算模型及彼得逊等值电路如图所示。工程实用计算模型及等值电路工程实用计算模型及等值电路 雷电及其危害雷电及其危害 雷电参数雷电参数 避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围 避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置接地装置雷电参数及防雷设施雷电参数及防雷设施避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线是接地的金属导体，是防护直击雷的避雷针和避雷线是接地的金属导体，是防护直击雷的主要装置。避雷针主要装置。避雷针(线线)由接闪器、引下线和接地体三由接闪器、引下线和接地体三部分构成。部分构成。接闪器：是避雷针的最高部分，用来接受雷电放电。接闪器：是避雷针的最高部分，用来接受雷电放电。引下线：它的主要任务是将接闪器上的雷电流安全导引下线：它的主要任务是将接闪器上的雷电流安全导入接地体，使之顺利入地。入接地体，使之顺利入地。接地体：它的作用是使雷电流顺利入地，并且减小雷接地体：它的作用是使雷电流顺利入地，并且减小雷电流通过时产生的压降。电流通过时产生的压降。避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线在空间位置上高于被保护物，起避雷针和避雷线在空间位置上高于被保护物，起到畸变空间电场，将雷电吸引到自身，并通过接地装到畸变空间电场，将雷电吸引到自身，并通过接地装置将雷电流释放到大地，使附近的更矮的被保护物免置将雷电流释放到大地，使附近的更矮的被保护物免受直接雷击，或能先于被保护物产生迎面先导拦截下受直接雷击，或能先于被保护物产生迎面先导拦截下行先导，让雷电流从自身流过后入地，起到保护被保行先导，让雷电流从自身流过后入地，起到保护被保护物的作用。护物的作用。避雷针和避雷线只能保护附近某一有限空间内的避雷针和避雷线只能保护附近某一有限空间内的物体不受直接雷击，在此空间范围内被保护物遭受雷物体不受直接雷击，在此空间范围内被保护物遭受雷击的概率不超过击的概率不超过0.1%，该空间范围称作避雷针或避雷，该空间范围称作避雷针或避雷线的保护范围。线的保护范围。单根避雷针的保护范围单根避雷针的保护范围避雷针的保护范围的确定是通过实验室的小避雷针的保护范围的确定是通过实验室的小模型试验结果并结合运行经验得到的，有一模型试验结果并结合运行经验得到的，有一定的局限性。我国常采用的决定避雷针的高定的局限性。我国常采用的决定避雷针的高度与数目的工程方法是折线法和滚球法。度与数目的工程方法是折线法和滚球法。单根避雷针在地面上的保护半径为单根避雷针在地面上的保护半径为式中式中 r 保护半径，保护半径，m；h 避雷针的高度，避雷针的高度，m；P 高度影响系数，当高度影响系数，当 ，P=1；当当 ，。单根避雷针的保护范围单根避雷针的保护范围在被保护物的高度在被保护物的高度 hx 水平面上的保护半径为：水平面上的保护半径为：单根避雷针的保护范围是一个以折单根避雷针的保护范围是一个以折线为边的圆锥形的空间。线为边的圆锥形的空间。式中式中 rx 避雷针在避雷针在hx水平面上的保护半径，水平面上的保护半径，m；hx 被保护物的高度，被保护物的高度，m；ha 避雷针的有效高度，避雷针的有效高度，m；P 高度影响系数。高度影响系数。两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围两针外侧的保护范围按两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法单支避雷针的计算方法确定。两针间的保护范确定。两针间的保护范围按通过两针顶点及保围按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧半的圆弧确定，圆弧半径为径为RO。O点为假想点为假想避雷针的高度，避雷针的高度，O点的点的高度为：高度为：式中式中 hO 两针间保护范围上部边缘最低点高度，两针间保护范围上部边缘最低点高度，m；D 两避雷针间的距离，两避雷针间的距离，m；P 高度影响系数。高度影响系数。两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围两等高两等高(h)避雷针间保护范围的一侧最小宽度避雷针间保护范围的一侧最小宽度(bx)与与 的关系的关系(a);(b)当当 时，取时，取 。求得。求得bx后，可绘出两针间的保护范后，可绘出两针间的保护范围。围。两针间的距离与针高之比两针间的距离与针高之比D/h不宜大于不宜大于5。两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围由于两针之间的空间电场比单针情况下更均匀，由于两针之间的空间电场比单针情况下更均匀，雷电难以击到离针脚较近的两针之间的地面上，由折雷电难以击到离针脚较近的两针之间的地面上，由折线法得出的两支等高避雷针的联合保护范围在两针之线法得出的两支等高避雷针的联合保护范围在两针之间比两支单针的保护范围之和更大。间比两支单针的保护范围之和更大。三针及三针以上的多针联合保护范围，最终都三针及三针以上的多针联合保护范围，最终都可以转化为多个两针的情况，可分别验算其保护范围可以转化为多个两针的情况，可分别验算其保护范围，只要在被保护物最大高度水平面上各相邻避雷针间，只要在被保护物最大高度水平面上各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度保护范围的一侧最小宽度 ，则以避雷针为顶，则以避雷针为顶点形成的面积都可受到保护。点形成的面积都可受到保护。两支不等高避雷针的保护范围两支不等高避雷针的保护范围两避雷针外侧的保护范围按单针的方法确定。两避雷针外侧的保护范围按单针的方法确定。两针间的保护范围：先按单支避雷针的方法作两针间的保护范围：先按单支避雷针的方法作出较高针出较高针1的保护范围，然后经较低针的保护范围，然后经较低针2的顶部作水平的顶部作水平线与之相交于线与之相交于3点，再设点点，再设点3为一假想针的顶点，作出为一假想针的顶点，作出2和和3两支等高针的保护范围。两支等高针的保护范围。单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围避雷线的组成与避雷针类似，不同的只是接避雷线的组成与避雷针类似，不同的只是接闪器为悬挂在空中的水平接地导体。水平接闪器为悬挂在空中的水平接地导体。水平接地导线对雷云电场的畸变作用显然小于垂直地导线对雷云电场的畸变作用显然小于垂直的针状导体，所以避雷线两侧的保护范围比的针状导体，所以避雷线两侧的保护范围比等高的避雷针小。等高的避雷针小。单根避雷线在单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围宽度：水平面上每侧保护范围宽度：式中式中 rx 每侧保护范围的宽度，每侧保护范围的宽度，m。两根等高平行避雷线的保护范围两根等高平行避雷线的保护范围两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定，两两避雷线外侧的保护范围应按单根避雷线的计算方法确定，两避雷线端部的保护范围仍按单根避雷线保护范围计算，两线间避雷线端部的保护范围仍按单根避雷线保护范围计算，两线间保护最小宽度保护最小宽度bx计算：计算：两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线两避雷线间各横截面的保护范围应由通过两避雷线1、2点及保点及保护范围边缘最低点护范围边缘最低点O的圆弧确定。的圆弧确定。O点的高度计算：点的高度计算：式中式中 hO 两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度，两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度，m；D 两避雷线间的距离，两避雷线间的距离，m；h 避雷线的高度，避雷线的高度，m。两根等高平行避雷线的保护范围两根等高平行避雷线的保护范围避雷线用于发电厂、变电站的直击雷保护时的保护范围避雷线用于发电厂、变电站的直击雷保护时的保护范围避雷线用于输电线路保护避雷线用于输电线路保护当避雷线用于输电线路保护当避雷线用于输电线路保护时，对其下方的导线的保护性能时，对其下方的导线的保护性能与保护角与保护角有很大关系。保护角有很大关系。保护角是指避雷线与导线的连线与通过是指避雷线与导线的连线与通过避雷线的铅垂线之间的夹角。导避雷线的铅垂线之间的夹角。导线在避雷线的外侧称保护角为正，线在避雷线的外侧称保护角为正，反之保护角为负。保护角越小，反之保护角为负。保护角越小，雷电绕击导线的可能性越小。雷电绕击导线的可能性越小。只要两避雷线间的距离不超只要两避雷线间的距离不超过避雷线与中间导线高差的过避雷线与中间导线高差的5倍，倍，中间导线就能受到可靠保护。中间导线就能受到可靠保护。雷电及其危害雷电及其危害 雷电参数雷电参数 避雷针和避雷线的保护范围避雷针和避雷线的保护范围 避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件 接地装置接地装置雷电参数及防雷设施雷电参数及防雷设施避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件避雷针和避雷线能避免被保护设备遭受直接雷击，但是不避雷针和避雷线能避免被保护设备遭受直接雷击，但是不能控制因雷击产生的过电压。避雷器与电子设备防雷保护器件能控制因雷击产生的过电压。避雷器与电子设备防雷保护器件都是过电压限制器，能把电气与电子设备上的雷电电压限制在都是过电压限制器，能把电气与电子设备上的雷电电压限制在一定的范围内，起到一个钳位的作用。一定的范围内，起到一个钳位的作用。使用时与被保护的电气设备使用时与被保护的电气设备(或或电子设备电子设备)相并联，当作用电压相并联，当作用电压超过了过电压限制器的放电电压超过了过电压限制器的放电电压时即先放电，保证电气与电子设时即先放电，保证电气与电子设备不受过电压损坏。过电压限制备不受过电压损坏。过电压限制器放电以后，又立即能恢复其正器放电以后，又立即能恢复其正常的绝缘状态，使系统正常工作。常的绝缘状态，使系统正常工作。过电压限制器可靠保护的基本要求过电压限制器可靠保护的基本要求过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合。的绝缘配合。避雷器的伏秒特性避雷器的伏秒特性(曲线曲线2)应完全位于被保护设备应完全位于被保护设备的伏秒特性的伏秒特性(曲线曲线1)之下，即避雷器应在整个时间域内都保护被之下，即避雷器应在整个时间域内都保护被保护设备。保护设备。避雷器的伏秒特性不仅要位置低，而且要平坦才好。避雷器的伏秒特性不仅要位置低，而且要平坦才好。带状伏秒特性曲线带状伏秒特性曲线曲线配合不好曲线配合不好曲线配合好曲线配合好过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力，即在过电压过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力，即在过电压作用下放电后迅速恢复绝缘强度，保证系统正常运行。作用下放电后迅速恢复绝缘强度，保证系统正常运行。避雷器的分类避雷器的分类保护间隙保护间隙空气间隙两端的电压超过其放电电压时就将间隙击穿，利空气间隙两端的电压超过其放电电压时就将间隙击穿，利用自身的电动力和热作用将电弧拉长而使电弧熄灭。用自身的电动力和热作用将电弧拉长而使电弧熄灭。保护间隙的优点：结构简单，价格便宜。保护间隙的优点：结构简单，价格便宜。保护间隙的缺点：伏秒特性陡，放电后间隙两端相当于直保护间隙的缺点：伏秒特性陡，放电后间隙两端相当于直接短路，易形成截波，保护性能差，灭弧性能不好。仅用于接短路，易形成截波，保护性能差，灭弧性能不好。仅用于10kV以下的配网中。以下的配网中。避雷器的分类避雷器的分类管式避雷器管式避雷器管式避雷器实质上是一个具有较高熄弧能力的保护间隙，管式避雷器实质上是一个具有较高熄弧能力的保护间隙，其基本元件为安装在产气管内的火花间隙。其基本元件为安装在产气管内的火花间隙。管式避雷器由两个串联间隙组成，一个间隙装在管内称为管式避雷器由两个串联间隙组成，一个间隙装在管内称为灭弧间隙灭弧间隙S1，另一个间隙在管外称为外间隙，另一个间隙在管外称为外间隙S2，管子由绝缘的，管子由绝缘的产气材料做成。当间隙上出现雷电过电压时，两个间隙均被击产气材料做成。当间隙上出现雷电过电压时，两个间隙均被击穿，雷电流被释放入地。过电压消失后有工频续流流过，工频穿，雷电流被释放入地。过电压消失后有工频续流流过，工频续流的高温使产气管的纤维材料气化，管内气压增加到几十个续流的高温使产气管的纤维材料气化，管内气压增加到几十个大气压，高压气体将从环形电极的中心孔急速喷出，对电弧形大气压，高压气体将从环形电极的中心孔急速喷出，对电弧形成强烈的纵吹作用，使电弧电流在工频电流过零时熄灭。外间成强烈的纵吹作用，使电弧电流在工频电流过零时熄灭。外间隙隙S2的作用是在正常工作时隔离系统电压与产气管的作用是在正常工作时隔离系统电压与产气管S1。避雷器的分类避雷器的分类管式避雷器管式避雷器管式避雷器的灭弧能力是由工频续流的大小决定的管式避雷器的灭弧能力是由工频续流的大小决定的，续流，续流太大产生气体过多，管内气压太高，会使管子炸裂；续流太小太大产生气体过多，管内气压太高，会使管子炸裂；续流太小产气过少，管内气压太小灭弧能力又不够。因此管式避雷器所产气过少，管内气压太小灭弧能力又不够。因此管式避雷器所能熄灭的续流有一定的上下限，通常在型号中表示，如能熄灭的续流有一定的上下限，通常在型号中表示，如GXS35/1-5型号的避雷器表示：其额定电压为型号的避雷器表示：其额定电压为35kV，可熄灭的，可熄灭的工频续流的上下限分别为工频续流的上下限分别为5kA和和1kA。虽然管式避雷器在灭弧能力上比保护间隙有改进，但虽然管式避雷器在灭弧能力上比保护间隙有改进，但避免避免不了气体间隙放电固有的缺点不了气体间隙放电固有的缺点(伏秒特性太陡；放电分散性大，伏秒特性太陡；放电分散性大，放电特性易受大气条件影响；会产生高幅值的截波；运行维护放电特性易受大气条件影响；会产生高幅值的截波；运行维护麻烦等麻烦等)，因此，管式避雷器目前仅用于保护输电线路的个别，因此，管式避雷器目前仅用于保护输电线路的个别弱绝缘地段，如大跨越和交叉跨越处，或与电缆段配合，用于弱绝缘地段，如大跨越和交叉跨越处，或与电缆段配合，用于直配电机的侵入波防护。直配电机的侵入波防护。避雷器的分类避雷器的分类阀式避雷器阀式避雷器像变压器这样的重要电气设备的防雷保护要求保护装置的像变压器这样的重要电气设备的防雷保护要求保护装置的伏秒特性平坦，且不产生截波伏秒特性平坦，且不产生截波，因此保护间隙或管式避雷器不，因此保护间隙或管式避雷器不能满足要求。阀式避雷器与管式避雷器相比，保护性能有很大能满足要求。阀式避雷器与管式避雷器相比，保护性能有很大的改进，是最初广泛应用于的改进，是最初广泛应用于220kV及以下系统的防雷保护设备。及以下系统的防雷保护设备。阀式避雷器由装在密封瓷套中的阀式避雷