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过电压保护原理及防护措施过电压保护原理及防护措施 今天讲的过电压原理及防护措施这一节课，实际上是大学电力专业所学的“高电压技术”这门课程的主要内容，利用一个上午的时间，主 I鹦肄翳嬷麟器媲髓静电压全面系统的理解同时希在实际工作中出现的一次设备的绝缘故障问题，首先要想到，系统 是否存在过电压，是哪一类过电压，参数配合是否合理；对于新建项目,它的各种防过电压措施和绝缘配合是否合理。重在培养意识和观念，重 点在于加强提高认识和应用方面的知识，着眼于解决实际问题。至于理 论上的公式推导和数学模型，大家手上可常备几本参考书，便于碰到问 题时查阅。同时对于更深层次的问题，知道用什么手段和途径去解决。过电压保护原理及防护措施1明确跟过电压有关的几个重要概念2对过电压的形成机理再认识3对过电压知识进行系统的梳理4结合实际，分析过电压的防护措施5收集整理 过电压的事故和实例6总结出一些重要结论，并给出一些思考题。过电压保护原理及防护措施 目录第一章前言第二章内部过电压第一节 操作过电压的成因及其特点第二节 工频电压升高（工频过电压）第三节 谐振过电压的成因及其特点一消弧线圈补偿网络的线性谐振 一断线谐振过电压一电压互感器因饱和谐振过电压第三章雷电过电压第一节有关雷电的一些知识第二节防雷设施第三节架空线路防雷第四P变电站防雷第四章绝缘配合原则总结 参考书第一章前言1什么是电力系统的过电压？2电力系统的过电压是怎样产生的?3电力系统过电压的分类？1什么是电力系统的过电压？超过电力系统最高工作电压(Um)称为 电力系统的过电压。两层意思这里讲的电力系统最高工作电压,是指各个电压等级的最高电压Um；各个电压等级的最高电压Um,同 该等级的额定电压有对应关系；Um：对于研究过电压问题，是一个很重 要的参数和符号。几个电压的关系系统标称电压UN线路额定电压同步发电机额定电压降压变一二次绕组额定电压升压变一二次绕组额定电压 电力系统最高工作电压(Um)系统标称电压（kV）0.38 3 6 10 15 20 3566 110 220 330 500 750将超过220 kV的系统成为超高压电力系统线路额定电压线路额定电压跟系统标称电压完全相同发电机的额定电压 发电机的额定电压（kV）,一般比直配线路（3 6 10）额定电压高5%3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 17(20 22 24 26)大容量的发电机（超过100MW）,接入系统方式为发电机-变压器组的接线方式，其额 定电压为1 3.kV及以上，同系统和厂用电连接都有变压器隔离，分析过电压问题和角 度有所不同。降压变压器对辛降压变压器一次绕组的额定电 压，与相连线路的额定电压相同。发电厂厂用降压变压器，一次绕组的 额定电压与发电机额定电压相同降压变压器二次绕组的额定电压，需要比所连接的系统标称电压高10%因正常运AG寸降压变二次电压较线路高5%额定负载下降压变内部的电压降约为5%升压变压器升压压器一次绕组的额定电压，与发电 机额定电压相同升压变压器二次绕组的额定电压，需要比 所连接的系统标称电压高10%原因同降压变压器二次绕组的额定电压我国各种电压等级使用情况如下3、6kV用于发电厂厂用电和配电网电压。10kV广泛用于配电网电压。35、66kV为大城市、大工业企业内部的配电网和农村输电网电压。110、220kV用于电网主干输电线电 压。330、500 kV用于大电网主网网 架电压。500（包括直流输电）750kV 用于系统之间联络线。其中330 750kV为西北电网所特有我国已经建成10OOkV交流、OOkV 直流的特高压输电线路的示范工程。系统标称电压同最高工作电压对应关系为：(UN-Um kV)UN 3 6 10 15 20 35 66 110 220Um 3.6 7.2 12 18 24 40.5 72.5 126 252系统最高工作电压Urn是很重要的参数和指标，研究过电压问题时经常要用到。请牢记各个电压等级的最高工作电压Um!过电压的概念系统中的运行电压，如超过该电压等级下 相对应的Um,称为过电压。过电压的产生过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象，电力系统中电路状态或电磁状态的突然变化是产生 过电压的根本原因。过电压分为外过电压和内过电压两大类。研究 电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，并采 取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提,对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义,制造厂商的电工设备绝缘水平必须保证：长期耐受工作电压的考验；必须能够承受在一定时间内的一定幅度过电压 冲击；3过电压的分类I-直击雷过电压雷电过电压I雷击感应过电压I I雷电波侵入过电压I J雷电地电位反击过电压II 厂长线路电容效应过电压I 厂工频过电压I不接地系统发生不对称接地I I J甩负荷I 厂暂时过电压II I I 厂线性谐振I I L谐振过电压I铁磁谐振L内部过电压I L参数谐振II 厂线路合闸和重合闸过电压I I空载线路分闸过电压I I开断并联电容补偿装置的过电压J操作过电压I操作空载变压器和并联电抗器等I开断高压感应电动机的过电压J发生单相接地故障的过电压各类过电压的示意图6 5 4 3 2I E示w)nIO I。104秒）超高压电力系统中各种过电压示意（对数时间标尺）10一6图1104小结介绍了过电压的概念，各电压等级的最 高工作电压，过电压的大概分类。思考题：1各电压等级的最高工作电压(Um)分 别为多少？2电力系统过电压的分类。第二章内部过电压内部过电压是由于电力系统故障、或开关操作、或参数配合不当而引起 的电网运行状态变化，导致电网中电 磁能量发生转化，从而产生瞬时或持续高于电网额定允许电压、并对电气 装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压分为三大类：操作过电 压、工频过电压、谐振过电压。在故障或操作时瞬间发生的过电压 称为操作过电压，其持续时间一般在 几十毫秒之内；在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于0.1秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。暂时过电压又可以分为工频过电压和 谐振过电压。电力系统内部的过电压主要有：(1)操作过电压：由于断路器操作(或 出现故障保护动作引起)的过电压。(2)工频过电压：由于电网运行方式的 突然改变，引起某些电网工频电压的 升高。(3)谐振过电压：由系统电感和电容组 成的谐振回路引起的过电压。电力系统的过电压值:(1)相对地暂时过电压和操作过电压的标么值:工频过电压1.Op.U.=Um/d3；谐振过电压和操作过电压1.0p.u.42Um/3(2)系统的工频过电压水平线路断路器的变电所侧1.3p.u.线路断路器的线路侧 1.4p.u.对110kV及220kV系统工频过电压一般不超过1.3p.u.；3kV10kV系统一般不超过1.1 V3p.u35kV66kV系统，一般分别不超过1.1 J3P.u和 J3P.Uo(3)系统的操作过电压水平110-220kV中性点直接接地：3.Op.u.66kV及以下中性点不接地：3.5p.u消弧线卷接地：3.2p.u电阻接地：2.5p.u第一节 操作过电压几种描述(E二L-di/dt)：一所谓操作过电压是指当断路器、刀闸进行操 作或发生系统故障时，电力系统从一种稳定工 作状态通过振荡转变到另一种稳定工作状态 的过渡过程中所产生的暂态性质的过电压。一电流通过导体时在其周围建立一个磁场,将能量储存起来，当电流断开或接通时(特别是 当导线较长或者切合感性负载、开断容性负 载时)，磁场的能量将急速释放,形成瞬态过电压。一投切设备或切换线路引起的动态过电 压，是指在电网中，有大量的电感电能 贮能元件,用开关接通或切断电路时、发生故障性短路或断路时，均将引起动 态过电压。一是电磁能量发生振荡的过渡过程。操作过电压，由于进行断路 器操作或发 生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短,是毫秒级暂态过程的过压。常见的有：切除空载线路过电压-一空载线路合闸和重合闸过电压一一切断空载变压器过电压一-切断电动机等电感性负载的过电压-一弧光接地过电压-一切除电容器过电压其他操作过电压1切除空载线路时的过电压切断空载线路或并联电容器组时，可能引 起“电感-电容”回路振荡过程，引起过电压,产生电弧重燃，引起电气设备的多次绝缘闪 络或击穿事故。用开关切除空载线路时，可能在线路或母 线侧出现危险的过电压。在工频条件下，由 于，空载线路表现为一个等值的电容负荷，所以切除空载长线时产生的过电压与切除电 容器组时产生的过电压性质完全相同。切除空载线路过电压:空载线路属于电容性负载。由于 切断过程中交流电弧的重燃而引起更 剧烈的电磁振荡,使线路出现过电压。其原理如图所示。七时刻工频电流熄 灭，此时线路仍保持残余电压Uc=+Em;t2-t3时高频电弧第一次重燃又熄灭，使线路电压经过振荡达到-3Em;t4-t5时电 弧第二次重燃并熄灭，使线路电压达到5Em 如此推演，直至电弧不再重燃、电流最终切 断为止。切除电容器等其他电容性负载，都会因电弧重燃而引起上述过程的+5Eh h h 1/co c即=1/VLoC co当电感为饱和时，回路的自振频率3。小 于电源频率3,电网不会发生谐振。而发生饱和时，电感值下降(LLo),回 路的3 0会增加接近或等于3,这是发生的工频谐振的必要条件。另外还需要一定的程度外界能量，冲击激 发持续的铁芯谐振，这种现象称为外激现象i/c即 U)O=1/A/LOC 6kV 空母线，或35kV主变压器向10kV、6kV 空母线送电，经常发生35kV、10kV 6kV空母线的电压互感器的中性点电压 发生位移，并发生接地信号，但实际上 母线侧并没有接地现象，这种现象称为 虚假接地现象，是一种铁磁谐振过电压。母线虚假接地，是由于工频谐振造 成的。其原因为，在高压断路器合闸时,有不平衡电压的“激发”，作用于母线 PT,母线PT的二相铁芯严重饱和而导纳 呈感性，另一相仍为容性。呈感性的二 相电压升高，中性点偏移至电压三角形 之外，为了保持三相电压向量之和为零 得平衡条件，呈容性的一相电压降低并 同原来反方向。母线虚假接地或称为虚幻接地是由于PT饱和及工频谐振引起电压 位移的重要标志。至于具体是哪一相接 地具有随机性。防范措施：在主变合闸时，中性点 临时接地。4）双电源定相过电压在双电源电网内，当某一电源侧的线 路检修之后或新设备投运之前，必须事 先确定其相位，以防非同期合闸。但定 相测试时，如采取不正确的做法，也会 引起铁磁谐振，产生严重的过电压，危 及人身和设备安全。如果用电磁式PT定相，无论是一个单 相PT,还是两台单相或两台三相PT,当 PT接入系统时，它改变了系统中原来的 电磁状态。当接入的PT刚好同系统中的 电容形成谐振条件，再加上系统中或多 或少都存在不平衡电压，此时就会引发PT饱和而发生铁磁谐振。防止定相过电压在中性点不接地系统进行时，应采用 电阻定相杆法。在中性点直接接地系统进行定相时，无论采用哪一种方法都不会产生谐振过 电压。如果不是中性接点直接接地系统,但被定相的两个电网的电源变压器中性 点均已引出，则定相时可将两台变压器 的中性点临时接地，以防谐振过电压的 产生。当必须利用外接电压互感器进行定相 时，可用35kVPT在10(6)kV电网中 进行，也可用电容式电压互感器进行定 相。当利用两台中性点接地的电压互感器 进行定相时，如电源变压器中性点不接 地，为了消除互感器引起的铁磁谐振过 电压，可将互感器的中性点临时不接地,或在开口三角绕组上接入适当的电阻。5）消谐装置失效引起的谐振过电压我国的配电网络为了防止谐振过电压作了大量的预防工作，特别在消谐装置应 用方面作出了突出贡献。但是在实践中也 发现，现行的消谐装置故障或选用不当，会导致或加剧铁磁谐振。对消谐装置失效的防范措施：各种消谐器投入运行前应进行交接试 验，投运后还要进行测试。消谐器选型要注意同PT相配合o对已安装的微机二次消谐器，要加强 管理。包翥试验、巡检及故障原因分析等。同一组PT的三相绕组特性应尽量相同。6）单相接地引发的铁磁谐振过电压由于单相接地故障，导致中性点出现位移,常常在接入电磁式的PT的系统中引起铁磁谐 振。7）中性点绝缘系统中电磁式PT引起的铁磁谐 振过电压系统中即使没有大的扰动，但由于几种因 素叠加作用，使得中性点位移电压达到某一 数值，从而发生铁磁谐振。对电磁式PT谐振的防范措施：选用伏安特性较好不易饱和的PT,可明显 降低谐振概率。尽量减少系统中中性点接地的PT的数量,增加互感器中总感抗值。增大对地电容，有利于减少铁磁谐振的可分匕 月匕。在零序回路中增加阻尼电阻或利用高性能的消谐装置。如有可能，使用电容式PT。）开关断口电容与母线PT之间的串联谐振过电压当母线较短，且接有电磁式电压互感器,母线在空载充电状态下，当线路开关跳闸，线路上的电源电压作用于开关的断口并联电 容和电压互感器上。对于系统电源中性点直 接接地系统，PT也是三相分立中性点直接接 地的。网络在正常运行条件下，和并联 于系辨电潺，回路是稳定的。当断路器断开 后，断口的的压电容 和PT的电感 构成了铁磁谐振回路条件。C-9）传递过电压电网中发生不对称接地故障，开关非全 相或不同期动作时，网内将出现零序电压和 三相电流不对称，通过电容的静电耦合和电 感的电磁耦合，或直接传递作用，在相邻的 送电线路之间或变压器绕组之间会产生电压 的传递现象。当系统接有电压互感器等铁磁 元件时，还可能构成串联谐振回路，产生线 性谐振或铁磁谐振传递过电压。传递过电压的传递方式：相邻架空或电缆线路之间变压器绕组之间直接传递传递过电压预防措施临时将变压器低压侧的中性点接地。避免变压器高压侧有较长时间的三相不同 期或高压侧端路器不对称拒动，避免在高压 侧使用熔断器。在低压侧不装设消弧线卷和Co很小的 情况下，可在低压侧装设电容器。装设消弧线卷后，应保持一定的脱谐 度或中性点加装电阻。低压侧装设避雷器可以阻止传递过电 压。10）减少铁磁谐振发生机率的措施110kV及220kV系统采用带有均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的 空载母线，经验算有可能产生铁磁谐振过电压时，宜选用电容式电压互感器。已装 有电磁式电压互感器时，运行中应避免可能引起谐振的操作方式，必要时可装设专 门消除此类铁磁谐振的装置。由单一电源侧用断路器操作中性点不 接地的变压器出现非全相或熔断器非全相 熔断时，如变压器的励磁电感与对地电容 产生铁磁谐振，能产生2.0p.u-3.0p.il.的过电压；有双侧电源的变压器在非全相 分合闸时，由于两侧电源的不同步在变压 器中性点上可出现接近于2.Op.u.的过电 压，如产生铁磁谐振，则会出现更高的过 电压。操作时变压器中性点接地经验算如断路器操作中因操动机构故障 出现非全相或严重不同期时产生的铁磁谐振 过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运 行时中性点不接地的11 OkV及220kV变压器的 中性点绝缘，宜在中性点装设间隙及保护。在操作过程中，应先将变压器中性点临时接 地。有单侧电源的变压器，如另一侧带有同期 调相机或较大的同步电动机，也类似有双侧 电源的情况。3kV66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分，当连接有中性 点接地的电磁式电压互感器的空载母线（其上 带或不带空载短线路），因合闸充电或在运行 时接地故障消除等原因的激发，使电压互感 器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。为限 制这类过电压，可选取下列措施:a选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。b减少同一系统中电压互感器中性 点接地的数量，除电源侧电压互感器 高压绕组中性点接地外，其它电压互 感器中性点尽可能不接地。c个别情况下，在10kV及以下的 母线上装设中性点接地的星形接线电 容器组或用一段电缆代替架空线路以 减少40,使“V0.014。注：（为电压互感器在线电压作用 下单相绕组的励磁电抗。d在互感器的开口三角形绕组装设）的电阻（43为互感器一次绕组与开口三 角形绕组的变比）或装设其它专门消除 此类铁磁谐振的装置。占10kV及以下互感器高压绕组中性 06%（容量大于600W）的电Oe 3kV66kV不接地及消弧线圈接地 系统，应采用性能良好的设备并提高 运行维护水平，以避免在下述条件下 产生铁磁谐振过电压：eT配电变压器高压绕组对地短路;e-2送电线路一相断线且一端接地或不 接地。f有消弧线圈的较低电压系统，应适当选择消弧线圈的脱谐度，以便避开谐振点；无消弧线圈的较低电压系统，应采取增大其对地电容等措施（如安装电力电容器等），以防止零序电压通过电容，如 变压器绕组间或两条架空线路间的电容耦合，由较高电压系统传递到中性点不接地的较低电压系统，或由较低电压系统传递到较高电压系统，或回路参数形成串联谐振条件，产生高幅值的转移过电压。减少出现中性点位移电压的可能性a加强设备管理，减少设备故障率;b提高断路器检修质量，严格控制 三相合闸不同期。c严格控制发电机、电动机、变压 器三相绕组的直流电阻的不平衡率。d密切注意架空线路的三相参数不 平衡造成的中性点位移，必要时采取措 施。f 在投运主变时，要合上中性点接 地刀闸。g用于无功补偿的电容器组，在接 入10/6kV母线时，对抑制谐振和减少不 平衡电压位移有双重作用。小结谐振过电压电力系统中包含有许多电感电容元件,它的组合可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，在发生故障或开关操 作时，电力系统的振荡回路与电源产生 串联谐振，导致在系统中的某些部分或 元件上出现严重的谐振过电压。谐振是一种稳态现象，它比操作过 电压的持续时间长得多，一旦形成造成 的后果也要严重得多。由于中性点出现位移，零序回路参数配合不当，容易形成铁磁谐振过电压。对于 线性谐振和参数谐振，电力系统中的有功 负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压的有利 因素，但有功负荷对铁磁谐振不起作用。根据电感量的变化与否及怎样变化，可 将系统中的谐振分为三种：电感量不变 化的线性谐振；电感量作周期变化的参 数谐振；电感量因铁芯饱和产生非线性 变化的铁磁谐振。每种谐振的防范措施都 有所不同。思考题：1在中性点不接地系统中，如果发 生单相接地，往往会发生哪几种过电压？2防止铁磁谐振的措施有哪些？3防止传递过电压的措施有哪些？第三章雷电过电压雷电过电压或称为大气过电压，也叫电力系统的外部过电压。是由于雷击电 力系统或雷电感应而引起，这种外部过 电压在电力系统中占的比重极大。雷电 过电压的幅值取决于雷电参数和防雷措 施，与电网的额定电压无直接关系，具 有脉冲特性，持续时间一般只有数十微 秒左右。第一节有关雷电的一些知识-1雷雨云是如何形成的？雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷云 带电原因的解释很多，但还没有获得比较满意 的一致认识。一般认为雷云是在有利的大气和 大地条件下，由强大的潮湿的热气流不断上升 进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气 流穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫 带负电，被风吹得较高，形成大块的带负电的 雷云；大滴水珠带正电，凝聚成雨下降，或悬 浮在云中，形成一些局部带正电的区域。实测表明，在510km的高度主要是 正电荷的云层，在15km的高度主要是 负电荷的云层，但在云层的底部也有一 块不大区域的正电荷聚集。雷云中的电 荷分布很不均匀，往往形成多个电荷密 集中心。每个电荷中心的电荷约为0.1库 仑10库仑，而一大块雷云同极性的总 电荷则可达数百库仑。这样，在带有大 量不同极性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大地之间就形成了强大的电场o随着雷云的发展和运动，一旦空间电 场强度超过大气游离放电的临界电场强 度（大气中的电场强度约为30kV/cm,有水滴存在时约10kV/cm）时，就会发 生云间或对地的火花放电；放出几十乃 至几百千安的电流；产生强烈的光和热（放电通道温度高达15000至20000）,使空气急剧膨胀震动，发生 霹雳轰鸣。这就是闪电伴随雷鸣叫做雷 电的原故。2.云对云放电与云对地的放电比例 如何？大多数雷电放电发生在雷云之间，它对地面没有什么直接影响。雷云对大 地的放电虽然只占少数。雷暴日数越多,云间放电的比重越大。云间放电与云地 放电之间比，在温带约为(L53.0):1,在热带约为(36):1 o3.雷电暴发时的临界状态？雷云的底部大多数是带负电，它在地面上 会感应出大量的正电荷。在带有大量不同极 性或不同数量电荷的雷云之间，或雷云和大 地之间就形成了强大的电场。随着雷云的发 展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离 放电的临界电场强度时，就会发生云间或对 大地的：火花放电；强大的电流；强烈的光 和热；空气急剧膨胀震动，发生霹雳轰鸣4.雷电对地放电的基本过程是怎样的?雷云中的负电荷逐渐积累，同时在附近地面 上感应出正电荷。当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游 离临界场强时，就开始有局部放电通道自雷云 边缘向大地发展一先导放电（先导放电发展的 平均速度较低约150km/s,表现出的电流不大,约为数百安培），先导通道具有导电性，因此 雷云中的负电荷沿通道分布，并继续向地面延 伸，地面上的感应正电荷也逐渐增多。先导通道发展临近地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起出现正电荷的先导放电向天空发展一迎面先导先导通道到达地面或与迎面先导相遇后,在通道端部因大气强烈游离而产生高密度的等离子区，自下而上迅速传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导通道以及雷云中的负电荷与大地的正电荷迅速中和主 放电过程主放电的发展速度很快，约为2万km/s-15万km/s,出现很强的脉冲电流，可达 20kA-300kAo主放电到达云端结束，云中的残余电荷经过主放电通道流下来余光放电。5.“有人企图收集雷电能量加以利用”这种 做法是否妥当？实际上，雷电放电瞬间功率极大，但是雷 电的能量却很小，即破坏力极大，实际利用的 价值却很小。以中等雷为例：雷云电位以50000kV计，电荷Q二8C，则能量为归UQ=40（kWh（约等值于4kg的汽油）。但雷电主放电 的瞬时功率P极大，以匚50kA，弧道压降E=6kV7m,雷云为1000m高度计，主放电功率 P=UI=50X6X1000=300000MW,它比目前全世 界任一电站的功率还要大。6.雷电流的波形和极性是怎样的?雷电流是单极性的脉冲波；75%90%的雷电流是负极性的。7.球雷的机理一般常见的都是线状雷电，有时在云层中能见到片状雷电，个别情况下会出现球状雷电。球雷是在闪电时由空气分子电离及形成各种活泼化合物而形成的火球，直径约20cm,个别可达10m,它随风滚动，存在时间约35s,个 别可达几分钟，速度约2m/s,最后会自动或遇到障碍物时发生爆炸。防球雷的办法是关上门 窗，或至少不形成穿堂风，以免球雷随风进入 屋内。8.雷击的选择性哪些地方最容易遭受雷击?雷云的形成与气象条件及地形有关,当雷云形成之后，雷云对大地哪一点放 电，虽然因素复杂多变，但客观上仍存 在一定的规律。通常雷击点选择在地面电场强度最 大的地方，也就是在地面电荷最集中的 地方，从那里升起迎面先导。地面上导 电良好和地形特别突出的地方，比附近 其它地方密集了更多的电荷，那里的电 场强度也就越大，成为遭受雷击的目标。地面上特别突出的地方，离雷云最 近，其尖端电场强度最大。例如旷野中 孤立的大树、高塔或单独的房屋、小丘 顶部、房屋群中最高的建筑物的尖顶、屋脊、烟囱、避雷针、避雷线等，都是 最容易遭受雷击的地方。在地面电阻率发生突然变化的地方,局部特别潮湿的地方或地形突变交界边 缘之处，例如河边、湖边、沼泽地、山 谷的风口等地带，也都是最容易遭受雷 击的地方。凡具有一定的地形、地貌、地 质等特征且容易遭受雷击的地方称 为易击点或易击段。这些情况，通 常就叫做雷击的选择性。9避雷针的发明时间和发明人17441750年富兰克林进行的关于一系列 实验，例如著名的风筝实验，第一次向人们揭 示了雷电只不过是一种大气火花放电现象的秘o1749年富兰克林创议：接地的高耸的尖形 铁棒可以用来保护建筑物，并设计了避雷针的 实验。到18世纪末，避雷针获得公认，被普遍采用。1236891011J12131415春应雷击示意图znnnn nnnn nnnn110 kV/N o数据线缆广移动基站0230/400 V 71|口 附口 匚y THJW 直接或附近的雷击:0雷击在外部防雷装置、现场设备（工业系统上）、电缆上等,雷击在接地电阻RST上引起电压降0环路感应过电压、远处雷击:雷击在低压架空线缆上雷云间放电在架空上生产电涌RJ N B信息系统供电系统,雷击有埋地线缆的现场接闪器引下线接地体第二节雷电参数1.雷电日为了表示不同地区雷电活动的频繁程度,通常利用每年平均雷电日为计量单位。雷电日的定义是在一天内只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电日。在不 同年份观测到的雷电日数变化较大，一般是 取多年的平均值，即年平均雷电日。我国根据年平均的雷电日划分雷区：少雷区一不超过15天的地区；中雷区一超过15天但不超过40天地区；多雷区一超过40天不超过90天地区；强雷区一超过90天或根据运行经验雷害 特殊重地区。2.地面落雷密度雷云对地放电的频繁程度，用地面 落雷密度表示，其定义是每个雷电日 每平方公里上的年平均落雷次数。N=0.0247T式中 一年平均雷度，次/km2.a；小丁年平均雷暴日，d/aoO3雷电流与雷电过电压的近似表示对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉冲波形，通常采用幅值、波头时 间和波长时间等三个参数加以描述.对于振荡型波形，还要附加上主振 频率这个参数。雷电流幅值的累积概率 对于年平均雷电日大于20的地区，我国传统采用以下经验公式来表示雷电流幅值累 积概率:1g 尸=_2108式中/mP雷电流幅值，kA；表示雷电流幅值 超四的概率。m波头与波长时间定义的作图方法示意波头时间先由纵轴上的0.1、09和1.0三个刻度 分别作三条平行于横轴的平行线，前两条平 行线分别与波形曲线的波头部分相交于A、B 两点，过A、B两点作一条直线，该直线与第 三条平行线和横轴分别交于C、D两点，由C点 引横轴的垂线，其垂足E点与D点之间的时间 即定义为波头时间，用表示。为了定义波长时间，再由纵轴上0.5刻度作横轴的平行线，该平行线与波形曲线的波尾部分相交于F点，从F点引横轴的垂 线，其垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用表示。由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间，它习惯上也被称为半幅值时间。4.什么是雷电流的幅值、波头、波长和陡度?雷电流的幅值是指脉冲电流所达到的最高值；波头是指电流上升到幅值的时间；波长（波尾）是指脉冲电流的持续时间。幅值和波头又决定了雷电流随时间上升的变化率称为雷电流的陡度。雷电流陡度对过电压有直接影响。5.雷电流幅值的概率分布是怎样的?根据我国大部分地区多年实测得到的1205个数据统计，雷电流幅值240kA的雷电流占45%,280kA的雷电流占17%,2108kA的雷电流占10%；我国实测最大雷电流330kA只占0.1%。上述统计数据可用雷电流幅值的累积概率曲线来表示o6.雷电流的波头和波长是怎样确定的？各国测得的雷电流波形基本一致，波头长度大多在15HS,平均约为2 2.5uso我国在防雷保护设计中建议采用2.6us。波长在20100us,平均约 为50ns,大于5011s的仅占130%o在防雷保护计算中，雷电流的波形可采 用2.6/50 U s o7.雷电流的陡度是怎样确定的?由于雷电流的波头长度变化范围不大，所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2.611 s的定波头长度,即认为雷电流的平均陡度 和幅值线性相关：a(kA/us),即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度。雷电放电的重复次数和总持续时间?一次雷电放电常包含多次重复冲击放电。根据约6000个实测记录统计，55%的落雷包含两 次以上的冲击，35次冲击占25%,10次冲击以 上占4%；平均重复3次，最高记录可达42次。一次雷电放电的总持续时间（包含多次重复 冲击放电时间），据统计,有50放、于0.2s,大 于0.62s只占5%。描述一个雷电的参数为:雷电流的极性电荷量 雷电流幅值 雷电流陡度平均为，30kA/ps。最高:50kA/pis雷电流的波形波头为14内，波尾时 间为10200pis。雷电过电压U=iR+d.描述一个地区雷电的参数卢X雷电日地面落雷密度第三节雷击过电压的几种形式1.静电感应当线路或设备附近发生雷云放电时，虽 然雷电流没有直接击中线路或设备，但在导 线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚 电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷 云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷 就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷,并以光速向导线两端急速涌去，从而出现过 电压，称为静电感应过电压。一般由雷电引起局部地区感应过电 压，在架空线路可达300400kV,在低 压架空线路上可达100kV,在通信线路上 可达4060kV。2.电磁感应由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中 的导体会感应出极大的电动势，使有气隙的 导体之间放电，产生火花，引起火灾。耦合作用由雷电引起的静电感应和电磁感 应统称为感应雷（又叫二次雷）。解 决的办法是将建筑物的金属屋顶、建 筑物内的大型金属物品等，做良好的 接地处理，使感应电荷能迅速流向大 地，防止在缺口处形成高电压和放电 火花。引下线分布电容电线3直击雷过电压带电的雷云与大地上某一点之间发 生迅猛的放电现象，称作直击雷。当雷 云通过线路或电气设备放电时，放电瞬 间线路或电气设备将流过数十万安的巨 大雷电流，此电流以光速向线路两端涌 去，大量电荷将使线路发生很高的过电 压，势必将绝缘薄弱处击穿而将雷电流 导入大地，这种过电压为直击雷过电压。d/直击雷电流（在短时间内以脉冲的形式通过）的峰值有几十千安，甚 至上百千安。雷电流的峰值时间（从 雷电流上升到1/2峰值开始，到下降到1/2峰值为止的时间间隔）通常有几微秒到几十微秒。防止直击雷的措施主要采取避雷 针、避雷带、避雷线、避雷网作为接 闪器，把雷电流接受下来，通过接地 引下线和接地装置，将雷电流迅速而 安全送到大地4雷电波的侵入雷电波的侵入主要是指直击雷或感应雷通过输 电线路传导侵入电网，导致电力系统产生过电压或 发生闪击事故。由于直击雷在输电线路或建筑物附近入地，通 过接地网入地时，接地网上会有数十千伏到数百千 伏的高电位，这些高电位可以通过电力系统中的导 体、接地网或通信系统的信号线，以波的形式传入 电网或弱电系统的内部，沿着导线的传播方向扩大 过电压的范围。雷电波前行时，遇到电路的断开点或变压器线 圈尾端中性点处，会产生反射。反射波与侵入波叠 加，过电压最大时可增加一倍。雷电波的侵入造成的过电压占电力 系统过电压的比重比较大。防止雷电波侵入的主要措施是在输 电线路等能够引起雷电波侵入的设备，在进入建筑物前装设避雷器保护装置，它可以将雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。第二节防雷设施电力系统的防雷设施由接地系统、接闪器（避雷针和避雷线）、避雷器组成。一接地系统：由接地网和接地极组成。必须加强管理，确保地下接地系统的完好。但这一点在实际工作中往往被忽视。一接闪器：有避雷针和避雷线，也有其他形式 须严格按设计施工，并确保施工质量和平 时的维护，保证其性能完好。一避雷器：按规程选择正确型号，严格平时预 试避雷针的组成避雷针由接闪器、引下线和接地体组成。接闪器是指直接截受雷击的避雷针的针头、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的 金属屋面和技术构件。引下线是指连接接闪 器与接地体的金属号便。接地体是指埋入土 壤中或混凝土基础中祢散流用的导体。此外，前几年有些地方安装了消雷器，其 效果存在争议。避雷针的保护原理当雷云放电接近地面时它使地面电场发 生畸变，在避雷针的顶端，形成局部电场强 度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展 方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地 引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而 使被保护物体免遭雷击。避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其 能使被保护物体避免雷害的意思，而其本身 恰恰相反，是“引雷”上身。雷电过电 压及其对保 护设计的要(1)避雷针 和避雷线(保护角法 和滚球法)1)单支避雷 针的保护范 ffl-Ax水平面上保 护范围的截面单右僻雷针的保护井围30m时,。=45)a）避雷针在地面上的保护半径，应按下 式计算：r=1.5hP式中r保护半径，m；h避雷针的高度，m；R高度影响系数，00m,P=U 30m 120m时，取其等于120m。b)在被保护物高度4水平面上的保护半 径应按下列方法确定：1)当九20.577时G=(/T-/7X)P=haP式中G避雷针在上水平面上的保护半径，m；心被保护物的高度，m；ha避雷针的有效高度，mo2)当.V0.5/7时ZVrx=(1.5/r2/zx)P2）两支等高避雷针的保护范围高度为h的两等高避雷针的保护范围a）两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。b）两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点0的圆弧确定,弧的半径为。点前假想避雷针的顶点，其 高度应按下式计算式中力%=/z-两针间保护蜜匍上部边缘最低点局度，加；D-两避雷针间的距离，mo两针间4水平面上保护范围的一侧最小宽度应按图确定。当时，取bx-r eA/eA/A rAz求得4后，可按图绘出两针间的保护范 o两针间距离与针高之比力不宜大于5。3）多支等高避雷针的保护范围 a）三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷 针的计算方法确定。如在三角形内被保 护物最大高度4水平面上，各相邻避雷针 间保护范围的一侧最小宽度42。时，则 全部面积受到保护。(a)三支等高避雷针在心水平面上的保护范围;(b)四支等高避雷针在4水平面上的保护范Ib）四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度420,则全部面积即受到保护。4）单根避雷 线在水平面上每侧 保护范围的宽度（见 图）：a）当h 时 q=0.47（h-h$P 式中q每侧保护范围的宽度，mo b）当h阿寸q=（斤1.53砂P单根避雷线的保护范围%W30m时，。=25 5）两根等高平行避雷线的保护范围a）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。b）两避雷线间各横截面的保护范围应由 通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点0的弧确定。0点的高度应按下式计算:7 7 D式中：区两港雷线聊护范围上部边缘 最低点的高度，m；D-两避雷线间的距昂，m；h-避雷线的图度，mo儿水平面上保护范围的截面两根平行避雷线的保护范围C）两避雷线端部的两侧保护范围仍按单 根避雷线保护范围计算。两线间保护最小宽 度按下列方法确定：当心一时2 4=0.47（%-）夕当心一时2 4=（%1.534）.6）不等高避雷针、避雷线的保护范围-D-*4 0,一|/乂/r 寸 口田 上 nu i/ivu/丫口田a）两支不等高避雷针外侧的保护范围 应分别按单支避雷针的计算方法确定。b）两支不等高避雷针间的保护范围应按 单支避雷针的计算方法，先确定较高避雷针1 的保护范围，然后由较低避雷针2的顶点，作水平线与避雷针1的保护范围相交于点3,取 点3为等效避雷针的顶点，再按两支等高避雷 针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围 通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的弧，其弓高应按下式计算:式中f-DDf弧的号装m；避雷针2和等效避雷针3间的距禺，m oc）对多支不等高避雷针所形成的多角形,各相邻两避雷针的外侧保护范围按两支不等 高避雷针的计算方法确定；三支不等高避雷 针，如在三角形内被保护物最大高度水平面 上，各相邻避雷针间保护范围一侧最小宽度4三0,则全部面积即受到保护；四支及以上 不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护 范围可仿照等高避雷针的方法确定。d）两根不等高避雷线各横截面的保护范 围，应仿照两支不等高避雷针的方法计算。7)山地和坡地上的避雷针，由于 地形、地质、气象及雷电活动的复杂 性，避雷针的保护范围应有所减小。避雷针的保护范