華中科技大學(xué)電氣工程基礎(chǔ)課件(熊銀信)第13章電力系統(tǒng)防雷保護(hù)

1、HUST_CEEE第十三章第十三章 電力系統(tǒng)防雷保護(hù)電力系統(tǒng)防雷保護(hù)u第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參雷電的放電過程和雷電參數(shù)數(shù)u第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置u第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)u第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)電廠和變電站的防雷保發(fā)電廠和變電站的防雷保護(hù)護(hù)HUST_CEEE一、雷電放電過程一、雷電放電過程 雷云的帶電過程：雷云的帶電過程：在在512km高度的雷云主要是帶正電荷，在高度的雷云主要是帶正電荷，在15km高度的雷云主要是負(fù)電荷。當(dāng)云中電荷密集中心的場強(qiáng)達(dá)到高度的雷云主要是負(fù)電荷。當(dāng)云中電荷密集中心的場強(qiáng)達(dá)到2530kV/cm

2、時(shí)，就可能引發(fā)雷電放電。時(shí)，就可能引發(fā)雷電放電。 雷云放電主要是在云間或云內(nèi)進(jìn)行，只有小部分是對地發(fā)生的，雷云放電主要是在云間或云內(nèi)進(jìn)行，只有小部分是對地發(fā)生的，而且往往對地放電危害最大。而且往往對地放電危害最大。7590左右的雷電流是負(fù)極性的。雷左右的雷電流是負(fù)極性的。雷電放電方式：線狀、片狀和球狀。電放電方式：線狀、片狀和球狀。 圖圖13-1 雷電放電的光學(xué)照片和電流變化雷電放電的光學(xué)照片和電流變化(a) 負(fù)雷云下行雷的放電光學(xué)照片；負(fù)雷云下行雷的放電光學(xué)照片；(b) 放電過程中雷電流的變化放電過程中雷電流的變化 第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù) 根據(jù)云地之間

3、線根據(jù)云地之間線狀雷電的光學(xué)照片，狀雷電的光學(xué)照片，如圖如圖13-1所示，由此可所示，由此可了解雷電放電的一般了解雷電放電的一般過程。一般一次雷擊過程。一般一次雷擊包括包括先導(dǎo)、主放電和先導(dǎo)、主放電和余輝余輝三個(gè)階段。三個(gè)階段。 HUST_CEEE1先導(dǎo)階段先導(dǎo)階段 雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的發(fā)展是分級推進(jìn)的，雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的發(fā)展是分級推進(jìn)的，每一級的長度為每一級的長度為2550m，停歇時(shí)間為，停歇時(shí)間為3090 s，下行的平均速度約，下行的平均速度約為為0.10.8m/ s，此過程稱為，此過程稱為先導(dǎo)放電過程。先導(dǎo)放電過程。2主放電和迎面流注階段主放電和迎面

4、流注階段 當(dāng)雷電先導(dǎo)接近地面時(shí)，會從地面較突起的部分發(fā)出向上的當(dāng)雷電先導(dǎo)接近地面時(shí)，會從地面較突起的部分發(fā)出向上的迎迎面先導(dǎo)面先導(dǎo)（也稱（也稱迎面流注迎面流注），當(dāng)不同極性的下行先導(dǎo)和迎面先導(dǎo)相），當(dāng)不同極性的下行先導(dǎo)和迎面先導(dǎo)相遇時(shí)，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的電荷中和過程，伴隨雷鳴和閃電，出現(xiàn)極大遇時(shí)，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的電荷中和過程，伴隨雷鳴和閃電，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十至數(shù)百的電流（數(shù)十至數(shù)百kA），這就是），這就是主放電階段主放電階段。3余輝階段余輝階段 在主放電過程結(jié)束在主放電過程結(jié)束后，云中殘余電荷經(jīng)過后，云中殘余電荷經(jīng)過主放電通道流向大地，主放電通道流向大地，這一階段稱為這一階段稱為余輝（余余輝（余光）

5、階段光）階段。 第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE 雷電主放電的瞬間，雖然功率很大，但是雷電產(chǎn)生的能量雷電主放電的瞬間，雖然功率很大，但是雷電產(chǎn)生的能量卻很小，即其破壞力雖然大，但是實(shí)際利用價(jià)值很小卻很小，即其破壞力雖然大，但是實(shí)際利用價(jià)值很小。以一以一次中等雷電為例，取雷云電位次中等雷電為例，取雷云電位U為為50MV，電荷，電荷Q為為8C，則其，則其能量為：能量為： WUQ/255 kWh 每平方每平方km每年（雷暴日為每年（雷暴日為40）的落雷次數(shù)可?。┑穆淅状螖?shù)可取2.8次，所次，所以每平方以每平方km每年獲得的雷電總能量為：每年獲得的雷電總

6、能量為： W552.8154 kWh其平均功率僅為：其平均功率僅為：P154103/365/2417.58W 但是，但是，雷電主放電的瞬時(shí)功率雷電主放電的瞬時(shí)功率P卻很大卻很大，例如若雷電流，例如若雷電流I以以50kA計(jì)算，壓降以計(jì)算，壓降以6kV/m計(jì)，雷云高度以計(jì)，雷云高度以1000m計(jì)，則主放計(jì)，則主放電功率電功率P可達(dá)到可達(dá)到P5061000300,000 MW 第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE二、雷電參數(shù)二、雷電參數(shù) 雷電參數(shù)是雷電過電壓計(jì)算和防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，目前常采用的參雷電參數(shù)是雷電過電壓計(jì)算和防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，目前常采用的參數(shù)是建立

7、在現(xiàn)有雷電觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。數(shù)是建立在現(xiàn)有雷電觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。1雷暴日雷暴日(Td)和和雷暴小時(shí)雷暴小時(shí)(Th) 雷暴日雷暴日是指該地區(qū)一年四季中有雷電放電的天數(shù)。由于不同年份是指該地區(qū)一年四季中有雷電放電的天數(shù)。由于不同年份的雷暴日數(shù)變化較大，一般采用多年平均值的雷暴日數(shù)變化較大，一般采用多年平均值年平均雷暴日年平均雷暴日。一個(gè)。一個(gè)小時(shí)以內(nèi)聽到一次及以上雷聲就算一個(gè)小時(shí)以內(nèi)聽到一次及以上雷聲就算一個(gè)雷暴小時(shí)雷暴小時(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每一個(gè)雷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每一個(gè)雷暴日折合為暴日折合為3個(gè)雷暴小時(shí)。個(gè)雷暴小時(shí)。 (2005名)2地面落雷密度地面落雷密度 地面落雷密度地面落雷密度表示每

8、平方公里每雷暴日的地面受到的平均落雷表示每平方公里每雷暴日的地面受到的平均落雷次數(shù)。次數(shù)。值與年平均雷暴日數(shù)值與年平均雷暴日數(shù)Td有關(guān)有關(guān)。一般。一般Td較大的地區(qū)，其較大的地區(qū)，其值也值也較大。我國標(biāo)準(zhǔn)推薦采用較大。我國標(biāo)準(zhǔn)推薦采用CIGRE 1980年提出關(guān)系式年提出關(guān)系式：Ng0.023 Td1.3 和和 0.023 Td0.3式中，式中，Ng為每年每平方為每年每平方km地面落雷數(shù)；地面落雷數(shù)；Td為雷暴日數(shù)。為雷暴日數(shù)。 線路年平均受雷擊的次數(shù)線路年平均受雷擊的次數(shù)：N10h/100010h/1000100100T Td d ( (次次/100km/100km年年) ) 若取若取T T

9、d d4040，0.070.07，則，則N2.82.8次次/100km/100km年。年。第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE3雷電流幅值雷電流幅值 雷電流雷電流是指雷擊于低接地阻抗（是指雷擊于低接地阻抗（30）的物體時(shí)流過該物體的電）的物體時(shí)流過該物體的電流，近似等于傳播下來的電流入射波的流，近似等于傳播下來的電流入射波的2倍，計(jì)算公式如下：倍，計(jì)算公式如下：jjZZiZZZui0000022 雷電流幅值雷電流幅值I是表示雷電強(qiáng)度的指標(biāo)，是最重要的雷電參數(shù)。雷電是表示雷電強(qiáng)度的指標(biāo)，是最重要的雷電參數(shù)。雷電流幅值流幅值I是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)整理得出的結(jié)

10、果，圖是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)整理得出的結(jié)果，圖13-2所示曲線為我國所示曲線為我國目前在一般地區(qū)使用的雷電流幅值超過目前在一般地區(qū)使用的雷電流幅值超過I的概率曲線。的概率曲線。圖圖13-2 我國雷電流幅值概率曲線我國雷電流幅值概率曲線 在年平均雷暴日大于在年平均雷暴日大于20的地的地區(qū)，區(qū)，測得的測得的雷電流幅值雷電流幅值I的概率的概率曲線曲線可用下式表示：可用下式表示：lg PI/88 在年平均雷暴日數(shù)只有在年平均雷暴日數(shù)只有20或或更少的地區(qū)更少的地區(qū)：lg lg P PI I/44/44第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE4雷電流的波前時(shí)間、陡度和波

11、長雷電流的波前時(shí)間、陡度和波長 據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷電流的據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷電流的波前時(shí)間波前時(shí)間T1多在多在14 s內(nèi)，平均為內(nèi)，平均為2.6 s左右，左右，波長波長T2在在20100 s內(nèi)。內(nèi)。雷電流波前的雷電流波前的平均陡度平均陡度為為： I /2.6 (kA/ s) 5雷電流的極性和等值計(jì)算波形雷電流的極性和等值計(jì)算波形 國內(nèi)外實(shí)測結(jié)果表明，國內(nèi)外實(shí)測結(jié)果表明，7590的雷電流是負(fù)極性，加之的雷電流是負(fù)極性，加之負(fù)極性的沖擊過電壓波沿線路傳播時(shí)衰減小，因此，負(fù)極性的沖擊過電壓波沿線路傳播時(shí)衰減小，因此，電氣設(shè)備電氣設(shè)備的防雷保護(hù)中一般均按負(fù)極性進(jìn)行分析研究的防雷保護(hù)中一般均按負(fù)極性進(jìn)行分析研究。 在電力

12、系統(tǒng)的防雷保護(hù)計(jì)算中，要求將雷電流波形用公式在電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)計(jì)算中，要求將雷電流波形用公式描述以便處理，經(jīng)過簡化和典型化后，可得以下描述以便處理，經(jīng)過簡化和典型化后，可得以下三種常用的計(jì)三種常用的計(jì)算波形算波形，如圖，如圖13-3所示。所示。第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE 圖圖13-3(a)為為標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊波形標(biāo)準(zhǔn)雷電流沖擊波形，其波頭部分可用雙指數(shù)函數(shù)表示：，其波頭部分可用雙指數(shù)函數(shù)表示：iI ( e tet) 圖圖13-3(b)為為斜角平頂波斜角平頂波，其，其陡度陡度 可由給定的雷電流幅值可由給定的雷電流幅值I和波前時(shí)和波前時(shí)間間T1

13、確定。確定。斜角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式最簡單，便于分析與雷電流波前有關(guān)的斜角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式最簡單，便于分析與雷電流波前有關(guān)的波過程。并且波過程。并且斜角平頂波用于分析發(fā)生在斜角平頂波用于分析發(fā)生在10 s以內(nèi)的各種波過程，有很以內(nèi)的各種波過程，有很好的等值性好的等值性。 圖圖13-3(c)為為等值半余弦波等值半余弦波，雷電流波形的波前部分接近半余弦波，可，雷電流波形的波前部分接近半余弦波，可用下式表示：用下式表示： iI (1cost)/2式中，角頻率式中，角頻率/T1。 等值半余弦波等值半余弦波多用于分析雷電流波前的作用。在設(shè)計(jì)特高桿塔時(shí)，采多用于分析雷電流波前的作用。在設(shè)計(jì)特高桿塔時(shí)，采用用等值半

14、余弦波等值半余弦波將使計(jì)算更加接近于實(shí)際且偏于從嚴(yán)。將使計(jì)算更加接近于實(shí)際且偏于從嚴(yán)。圖圖13-3 雷電流的等值波形（雷電流的等值波形（I-雷電流幅值）雷電流幅值）(a) 標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形；標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形；(b) 等值斜角波前；等值斜角波前；(c) 等值半余弦波前等值半余弦波前第一節(jié)第一節(jié) 雷電的放電過程和雷電參數(shù)雷電的放電過程和雷電參數(shù)HUST_CEEE第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置 防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。最基本的有： 一、避雷針二、避雷線三、避雷器四、防雷接地 避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，稱作直擊雷保護(hù)； 避雷器可以防止沿

15、輸電線侵入變電站的雷電過電壓波，稱作侵入波保護(hù)； 接地裝置的作用是減少避雷針(線)或避雷器與大地(零電位)之間的電阻值，以達(dá)到降低雷電過電壓幅值的目的。HUST_CEEE一、避雷針一、避雷針 避雷針避雷針包括三部分：接閃器包括三部分：接閃器(避雷針的針頭避雷針的針頭)、引下線和接地體。、引下線和接地體。 避雷針的避雷針的保護(hù)原理保護(hù)原理是：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場畸變，在避雷針的是：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場畸變，在避雷針的頂端形成局部場強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷頂端形成局部場強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保

16、護(hù)電對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。物體免遭雷擊。 先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，才會在一定范圍內(nèi)受到避雷后，才會在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對避雷針放電。針的影響而對避雷針放電。H稱為稱為定向高度定向高度，與避雷針的高度，與避雷針的高度h有關(guān)。有關(guān)。根據(jù)模擬試驗(yàn)：根據(jù)模擬試驗(yàn)：當(dāng)當(dāng)h30m時(shí)，時(shí)，H=20h；當(dāng)當(dāng)h30m時(shí)，時(shí)，H600h。 避雷針的保護(hù)范圍避雷針的保護(hù)范圍(2006單)是由模擬試驗(yàn)確定的，只具有相對的意是由模擬試驗(yàn)確定的，只具有相對的意義。我國有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍義。我國有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍是

17、對應(yīng)是對應(yīng) 0.1的繞擊率而言的的繞擊率而言的。 所謂所謂繞擊繞擊系指雷電繞過避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象。系指雷電繞過避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE 單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個(gè)圓錐體空間單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個(gè)圓錐體空間，如圖，如圖13-4所示。所示。它的側(cè)面邊界線實(shí)際上是曲線，工程上以折線代替曲線。它的側(cè)面邊界線實(shí)際上是曲線，工程上以折線代替曲線。圖圖13-4 單支避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍 式中，式中，h為避雷針的高度；為避雷針的高度；p為高度為高度修正系數(shù)，當(dāng)修正系數(shù)，當(dāng)h30m，p1；當(dāng)；

18、當(dāng)30h120m時(shí)，時(shí)， 。 在被保護(hù)物高度在被保護(hù)物高度hx水平面上，其水平面上，其保護(hù)半徑保護(hù)半徑rx為為() 2(1.52) 2xxxxxxhrhhphhrhhph5.5/ph第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE 兩支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖兩支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖 13-5所示。所示。兩避雷針外側(cè)的兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍保護(hù)范圍按單支避雷針的計(jì)算方法確定。按單支避雷針的計(jì)算方法確定。 兩避雷針間的保護(hù)范圍兩避雷針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過兩避雷針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上應(yīng)按通過兩避雷針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定，圓弧的半徑為的圓弧

19、確定，圓弧的半徑為R0，O點(diǎn)高度點(diǎn)高度h0按下按下式計(jì)算：式計(jì)算：h0hD/7p圖圖 13-5 兩支等高避雷針的保護(hù)范圍兩支等高避雷針的保護(hù)范圍 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE圖圖 13-6 兩支等高避雷針間保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度（兩支等高避雷針間保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度（bx）與）與D/(haP) 的關(guān)系的關(guān)系(a) D/(haP)=07 ； (b) D/(haP)=57 兩避雷針間兩避雷針間hx水平面上保護(hù)范圍水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度的一側(cè)最小寬度bx應(yīng)按圖應(yīng)按圖13-6確確定。當(dāng)定。當(dāng)bxrx時(shí)，取時(shí)，取bxrx。求得。求得bx后，可按圖后，

20、可按圖13-5繪出兩避雷針間的繪出兩避雷針間的保護(hù)范圍。兩避雷針間距離保護(hù)范圍。兩避雷針間距離D與避雷針高與避雷針高h(yuǎn)之比之比Dh不宜大于不宜大于5。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍如圖如圖13-713-7所示。所示。兩避雷針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍兩避雷針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍，先按單避雷針法作出較高避雷針，先按單避雷針法作出較高避雷針1 1的保護(hù)范圍，與通過較低避雷針的保護(hù)范圍，與通過較低避雷針2 2的頂點(diǎn)作水平線交于點(diǎn)的頂點(diǎn)作水平線交于點(diǎn)3 3。設(shè)點(diǎn)。設(shè)點(diǎn)3 3為一假想等高避雷針的頂點(diǎn)，可按兩支等高避雷針的方法

21、作出避為一假想等高避雷針的頂點(diǎn)，可按兩支等高避雷針的方法作出避雷針雷針2 2和和3 3的聯(lián)合保護(hù)范圍。兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單支避的聯(lián)合保護(hù)范圍。兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單支避雷針的計(jì)算方法確定。雷針的計(jì)算方法確定。圖圖13-7 兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE二、避雷線二、避雷線 避雷線避雷線(即架空地線即架空地線)的作用原理的作用原理與與避雷針相同，主要用于輸電線路的保避雷針相同，主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用來保護(hù)發(fā)電廠和變電站。護(hù)，也可用來保護(hù)發(fā)電廠和變電站。單根避雷線的保護(hù)范圍的長度

22、與線路單根避雷線的保護(hù)范圍的長度與線路等長，而且兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓等長，而且兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓錐體空間錐體空間。 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖單根避雷線的保護(hù)范圍如圖13-8所所示，并按下式計(jì)算：示，并按下式計(jì)算： 0.47() 2(1.53) 2sxsxxsxsxxhrhhphhrhhph圖圖13-8 單根避雷線的保護(hù)范圍單根避雷線的保護(hù)范圍當(dāng)當(dāng)h30m時(shí)，時(shí)，=25 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE兩根等高避雷線的保護(hù)范圍兩根等高避雷線的保護(hù)范圍如圖如圖13-9所示。兩根避雷線所示。兩根避雷線外側(cè)的保外側(cè)的保護(hù)范圍護(hù)范圍仍按單根避雷線的計(jì)算方

23、法確定。兩根避雷線間仍按單根避雷線的計(jì)算方法確定。兩根避雷線間橫截面的保護(hù)橫截面的保護(hù)范圍范圍應(yīng)由通過兩根避雷線應(yīng)由通過兩根避雷線1、2及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定，的圓弧確定，O點(diǎn)的高度可按下式計(jì)算：點(diǎn)的高度可按下式計(jì)算：h0hsD/4P圖圖13-9中的中的 稱為稱為避雷線的保護(hù)角避雷線的保護(hù)角，是桿塔上避雷線的鉛垂線與同，是桿塔上避雷線的鉛垂線與同桿塔處避雷線和邊導(dǎo)線的連線間所組成的夾角，保護(hù)角愈小，避雷線桿塔處避雷線和邊導(dǎo)線的連線間所組成的夾角，保護(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免受雷擊。就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免受雷擊。圖圖13-9兩根等高避雷線的保護(hù)范圍兩根等高避

24、雷線的保護(hù)范圍（a）保護(hù)范圍；（）保護(hù)范圍；（b）保護(hù)角）保護(hù)角單根避雷線的保護(hù)單根避雷線的保護(hù)角一般在角一般在2030o。220330kV雙避雷線雙避雷線線路，一般采用線路，一般采用20o左左右，右，500kV一般不大一般不大于于15o；山區(qū)宜采用較；山區(qū)宜采用較小的保護(hù)角。小的保護(hù)角。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE三、避雷器三、避雷器避雷器避雷器是一種普遍采用的侵入波保護(hù)裝置，它是一種過電壓限制器。是一種普遍采用的侵入波保護(hù)裝置，它是一種過電壓限制器。 為了使避雷器能夠達(dá)到預(yù)期保護(hù)效果，必須滿足下面為了使避雷器能夠達(dá)到預(yù)期保護(hù)效果，必須滿足下面

25、基本要求基本要求：第一，第一，具有良好的伏秒特性，以易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合具有良好的伏秒特性，以易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合。第二，第二，有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以利于快速切斷工頻續(xù)流，使有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以利于快速切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行。避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成系統(tǒng)對地短路。此后瞬即避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成系統(tǒng)對地短路。此后瞬即消逝的雷電過電壓雖然已經(jīng)過去，但工頻電壓卻相繼作用在避雷器上，消逝的雷電過電壓雖然已經(jīng)過去，但工頻電壓卻相繼作用在避雷器上，使在其中開始通過工頻短路接地電流。這樣流過避雷器的短路接地電流使在其中開始

26、通過工頻短路接地電流。這樣流過避雷器的短路接地電流通常稱為工頻續(xù)流，它以電弧放電的形式出現(xiàn)。避雷器應(yīng)當(dāng)具有自行切通常稱為工頻續(xù)流，它以電弧放電的形式出現(xiàn)。避雷器應(yīng)當(dāng)具有自行切斷工頻續(xù)流、恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，要求工頻續(xù)流在第一次經(jīng)過零值時(shí)斷工頻續(xù)流、恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，要求工頻續(xù)流在第一次經(jīng)過零值時(shí)即應(yīng)切斷，使電力系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常工作。即應(yīng)切斷，使電力系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常工作。以上兩條要求適合于以上兩條要求適合于有間隙的避雷器有間隙的避雷器，包括包括保護(hù)間隙保護(hù)間隙、管式避雷器管式避雷器、帶間隙閥式避雷器帶間隙閥式避雷器。其中閥式避雷器又包括其中閥式避雷器又包括普通閥式避雷器普通閥式避雷器和和磁吹閥

27、式磁吹閥式避雷器避雷器兩種。兩種。無間隙金屬氧化物避雷器（無間隙金屬氧化物避雷器（MOA）在工頻下仍流過很小的泄漏電流，在工頻下仍流過很小的泄漏電流，它沒有滅弧問題，但相應(yīng)地卻產(chǎn)生了獨(dú)特的熱穩(wěn)定問題。它沒有滅弧問題，但相應(yīng)地卻產(chǎn)生了獨(dú)特的熱穩(wěn)定問題。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE1保護(hù)間隙保護(hù)間隙 保護(hù)設(shè)備中簡單的形式是保護(hù)設(shè)備中簡單的形式是保護(hù)間隙保護(hù)間隙，它，它由兩個(gè)電極組成，并接在被保護(hù)設(shè)備的兩由兩個(gè)電極組成，并接在被保護(hù)設(shè)備的兩端。常用的角形保護(hù)間隙如圖端。常用的角形保護(hù)間隙如圖13-10所示。所示。它由主間隙它由主間隙1 1和輔助間隙和輔

28、助間隙2 2串聯(lián)而成。輔助串聯(lián)而成。輔助間隙是為了防止主間隙被外物短路誤動作間隙是為了防止主間隙被外物短路誤動作而設(shè)的。而設(shè)的。 保護(hù)間隙的保護(hù)間隙的主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)是滅弧能力低，只是滅弧能力低，只能熄滅中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中不大的單相接能熄滅中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中不大的單相接地短路電流，因此在我國只用于地短路電流，因此在我國只用于10kV及以及以下的應(yīng)用場合。下的應(yīng)用場合。 圖圖13-10 角形保護(hù)間隙角形保護(hù)間隙1-主間隙；主間隙；2-輔助間隙輔助間隙第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE2管式避雷器管式避雷器 管式避雷器的原理結(jié)構(gòu)如圖管式避雷器的原理結(jié)構(gòu)如圖

29、13-11所示。它由兩個(gè)間隙串聯(lián)組成。所示。它由兩個(gè)間隙串聯(lián)組成。一個(gè)間隙一個(gè)間隙F1裝在產(chǎn)氣管裝在產(chǎn)氣管1內(nèi)，稱為內(nèi)，稱為內(nèi)間隙內(nèi)間隙。另一個(gè)間隙。另一個(gè)間隙F2裝在產(chǎn)氣管裝在產(chǎn)氣管外，稱為外，稱為外間隙外間隙。外間隙的作用是使產(chǎn)氣管在正常運(yùn)行時(shí)與工頻電壓外間隙的作用是使產(chǎn)氣管在正常運(yùn)行時(shí)與工頻電壓隔離。隔離。 管式避雷器的管式避雷器的主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)有：有：（1）伏秒特性太陡，且放電分散性較大，難以和被保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)合伏秒特性太陡，且放電分散性較大，難以和被保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合；理的絕緣配合；圖圖13-11 管式避雷器管式避雷器1-產(chǎn)氣管；產(chǎn)氣管；2-膠木管；膠木管；3-棒形電極；棒形

30、電極；4-環(huán)形電極；環(huán)形電極；5-儲氣室；儲氣室；6-動作指示器；動作指示器；F1、F2-內(nèi)、外間隙內(nèi)、外間隙（2）放電間隙動作后工作導(dǎo)線放電間隙動作后工作導(dǎo)線直接接地，會產(chǎn)生高幅值的截波，直接接地，會產(chǎn)生高幅值的截波，對變壓器的縱絕緣不利。對變壓器的縱絕緣不利。 因此管式避雷器不能用在大因此管式避雷器不能用在大型變電站內(nèi)，型變電站內(nèi)，目前只是用作變電目前只是用作變電站進(jìn)線段保護(hù)的輔助手段，站進(jìn)線段保護(hù)的輔助手段，用來用來保護(hù)容量小的變電站及輸電線路保護(hù)容量小的變電站及輸電線路上薄弱絕緣路段。也可與電纜段上薄弱絕緣路段。也可與電纜段相配合，在直配電機(jī)的防雷保護(hù)相配合，在直配電機(jī)的防雷保護(hù)中起限

31、流作用。中起限流作用。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置3普通閥式避雷器和磁吹閥式避雷器（1）閥式避雷器的工作原理 閥式避雷器由裝在密封瓷套中的放電間隙組和非線性電阻(閥片)組成。其工作原理如下：在電力系統(tǒng)正常工作時(shí)，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(dāng)避雷器上過電壓的瞬時(shí)值達(dá)到放電間隙的沖擊放電電壓時(shí)，間隙擊穿，過電壓波即被截?cái)啵婚g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UR (稱為殘壓)將得到限制，此殘壓應(yīng)比被保護(hù)設(shè)

32、備絕緣的沖擊強(qiáng)度低2540，設(shè)備就得到了保護(hù)。由于間隙放電的伏秒特性低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓強(qiáng)度，使被保護(hù)設(shè)備得到保護(hù)；當(dāng)過電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的工頻續(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)流第一次過零值時(shí)就將電弧切斷。HUST_CEEE圖13-12 單個(gè)平板型放電間隙1黃銅電極； 2云母墊圈 3間隙放電區(qū) （2）普通閥式避雷器）普通閥式避雷器 避雷器的閥片避雷器的閥片是用電工金剛砂是用電工金剛砂(SiC)細(xì)粒和結(jié)合劑（水玻璃等）制成的細(xì)粒和結(jié)合劑（水玻璃等）制成的圓盤在高溫下焙燒而成。普通閥式避雷器中的閥片是在圓盤在高溫

33、下焙燒而成。普通閥式避雷器中的閥片是在300 350下燒成下燒成的，稱為的，稱為低溫閥片低溫閥片。在金鋼砂顆粒的表面有一層很薄的二氧化硅在金鋼砂顆粒的表面有一層很薄的二氧化硅(SiO2)封封閉層。金剛砂顆粒本身的電阻率不大，約閉層。金剛砂顆粒本身的電阻率不大，約 10-2m，而封閉層的電阻是非，而封閉層的電阻是非線性的，它與電場強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)場強(qiáng)不大，即閥片上電壓不高時(shí)，封閉層線性的，它與電場強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)場強(qiáng)不大，即閥片上電壓不高時(shí)，封閉層的電阻率為的電阻率為104 106m，此時(shí)整個(gè)外施電壓都加在封閉層上，由它決定，此時(shí)整個(gè)外施電壓都加在封閉層上，由它決定閥片的電阻。當(dāng)場強(qiáng)增大時(shí)，封閉層的電阻

34、急劇下降，閥片的電阻逐漸由閥片的電阻。當(dāng)場強(qiáng)增大時(shí)，封閉層的電阻急劇下降，閥片的電阻逐漸由金剛砂本身的電阻來確定，于是就使閥片呈現(xiàn)非線性。金剛砂本身的電阻來確定，于是就使閥片呈現(xiàn)非線性。 普通閥式避雷器的普通閥式避雷器的火花間隙火花間隙由許多（如圖由許多（如圖13-12所示）單個(gè)間隙串聯(lián)而所示）單個(gè)間隙串聯(lián)而成，成，單個(gè)間隙的電極由黃銅板沖壓而成，兩電極之間以云母墊圈隔開形成單個(gè)間隙的電極由黃銅板沖壓而成，兩電極之間以云母墊圈隔開形成間隙，間隙距離為間隙，間隙距離為0.5 1.0mm。由于間隙電場近似均勻電場，同時(shí)，過電。由于間隙電場近似均勻電場，同時(shí)，過電壓作用時(shí)云母墊圈與電極之間的空氣縫隙

35、中發(fā)生電暈，對間隙產(chǎn)生照射作壓作用時(shí)云母墊圈與電極之間的空氣縫隙中發(fā)生電暈，對間隙產(chǎn)生照射作用，從而縮短了間隙的放電時(shí)間，故其伏秒特性很平且分散性小，單個(gè)間用，從而縮短了間隙的放電時(shí)間，故其伏秒特性很平且分散性小，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為隙的工頻放電電壓約為2.73.0kV(有效值有效值)，其沖擊系數(shù)為，其沖擊系數(shù)為1.1左右。左右。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE 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，的分布是不均勻的，并且瓷套表面狀況對此也有影響

36、。并且瓷套表面狀況對此也有影響。這樣避雷器動作這樣避雷器動作后每個(gè)單個(gè)間隙上的恢復(fù)電壓的分布既不均勻也不穩(wěn)定，從而降低了避后每個(gè)單個(gè)間隙上的恢復(fù)電壓的分布既不均勻也不穩(wěn)定，從而降低了避雷器滅弧能力，其工頻放電電壓也將下降和顯得不穩(wěn)定。雷器滅弧能力，其工頻放電電壓也將下降和顯得不穩(wěn)定。 為解決這個(gè)問題，可在每個(gè)間隙上并聯(lián)一個(gè)分路電阻如圖為解決這個(gè)問題，可在每個(gè)間隙上并聯(lián)一個(gè)分路電阻如圖13-13所示。所示。圖圖13-13 分路電阻原理接線分路電阻原理接線1間隙；間隙； 2分路電阻；分路電阻； 3工作電阻工作電阻 在工頻電壓和恢復(fù)電壓作用下，間隙電容的阻抗在工頻電壓和恢復(fù)電壓作用下，間隙電容的阻抗

37、很大，而分路電阻阻值較小，故間隙上的電壓分布很大，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。沖擊系數(shù)一般為放電電壓。沖擊系數(shù)一般為1左右，甚至小于左右，甚至小于1。 普通閥式避雷器有較平坦的伏秒特性，動作時(shí)不普通閥式避雷器有較平坦的伏秒特性，動作時(shí)不會形成截?cái)嗖ǎ詴纬山財(cái)嗖?，所以可用作變電站中的變壓器等重可用作變電站中的變壓器等重要設(shè)備的保護(hù)要設(shè)備的保護(hù)。但普通閥式避雷器熄弧完全依靠間。但普通閥式避雷器熄弧完

38、全依靠間隙的自然熄弧能力，其次閥片的熱容量有限，不能隙的自然熄弧能力，其次閥片的熱容量有限，不能承受較長持續(xù)時(shí)間的內(nèi)過電壓沖擊電流的作用。承受較長持續(xù)時(shí)間的內(nèi)過電壓沖擊電流的作用。因因此此類避雷器通常此此類避雷器通常不容許在內(nèi)過電壓作用下動作不容許在內(nèi)過電壓作用下動作。 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE圖圖13-14 旋弧型磁吹間隙旋弧型磁吹間隙1永久磁鐵；永久磁鐵；2內(nèi)電極；內(nèi)電極；3外電極；外電極；4電?。^表示旋弧方向）電?。^表示旋弧方向）（3）磁吹閥式避雷器）磁吹閥式避雷器 為了提高避雷器滅弧能力，可以采用電弧運(yùn)動的間隙，即為了提高避雷

39、器滅弧能力，可以采用電弧運(yùn)動的間隙，即磁吹放磁吹放電間隙電間隙。它利用磁場使電弧運(yùn)動來加強(qiáng)去游離，以提高間隙滅弧能力。它利用磁場使電弧運(yùn)動來加強(qiáng)去游離，以提高間隙滅弧能力。采用磁吹間隙的避雷器稱為采用磁吹間隙的避雷器稱為磁吹閥式避雷器。磁吹閥式避雷器。 磁吹閥式避雷器中磁吹閥式避雷器中火花間隙火花間隙也是由許也是由許多單個(gè)間隙串聯(lián)而成的。利用磁場使電弧多單個(gè)間隙串聯(lián)而成的。利用磁場使電弧產(chǎn)生運(yùn)動產(chǎn)生運(yùn)動(如旋轉(zhuǎn)或拉長如旋轉(zhuǎn)或拉長)來加強(qiáng)去游離以來加強(qiáng)去游離以提高間隙的滅弧能力。提高間隙的滅弧能力。磁吹間隙磁吹間隙通常有通常有旋旋弧型弧型和和滅弧柵型滅弧柵型兩種。兩種。 如圖如圖13-14所示旋

40、所示旋弧型磁吹間隙弧型磁吹間隙。在外。在外磁場的作用下，電弧受力沿著圓形間隙高磁場的作用下，電弧受力沿著圓形間隙高速旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)方向取決于電流方向），使速旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)方向取決于電流方向），使弧柱得以冷卻，加速去游離過程。滅弧能弧柱得以冷卻，加速去游離過程。滅弧能力能可靠切斷力能可靠切斷300A（幅值）的工頻續(xù)流，（幅值）的工頻續(xù)流，切斷比為切斷比為1.3左右。左右。 弧型磁吹間隙弧型磁吹間隙用于電壓較低的如保護(hù)用于電壓較低的如保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹閥式避雷器中。旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹閥式避雷器中。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE圖圖13-15 滅弧柵型磁吹間隙滅

41、弧柵型磁吹間隙1電極；電極；2滅弧盒；滅弧盒；3分路電阻；分路電阻；4滅弧柵；滅弧柵；5主間隙；主間隙；6磁吹線圈；磁吹線圈；7輔助間隙輔助間隙 滅弧柵型磁吹間隙滅弧柵型磁吹間隙如圖如圖13-15所所示。主間隙與線圈串聯(lián)連接，分流示。主間隙與線圈串聯(lián)連接，分流間隙與線圈并聯(lián)連接。當(dāng)雷電流在間隙與線圈并聯(lián)連接。當(dāng)雷電流在線圈上產(chǎn)生很大的壓降時(shí)，分流間線圈上產(chǎn)生很大的壓降時(shí)，分流間隙擊穿將線圈短路，使避雷器的壓隙擊穿將線圈短路，使避雷器的壓降不致太大。當(dāng)工頻續(xù)流通過線圈降不致太大。當(dāng)工頻續(xù)流通過線圈時(shí)，分流間隙自動熄弧，產(chǎn)生吹弧時(shí)，分流間隙自動熄弧，產(chǎn)生吹弧作用。作用。 滅弧柵型磁吹間隙滅弧柵型磁

42、吹間隙能切斷能切斷450A (幅值幅值)左右的工頻續(xù)流，為普通間左右的工頻續(xù)流，為普通間隙的隙的4倍多，因此倍多，因此廣泛用于電壓較廣泛用于電壓較高的如保護(hù)變電站用的磁吹閥式避高的如保護(hù)變電站用的磁吹閥式避雷器中。雷器中。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE（4）閥式避雷器的基本參數(shù)）閥式避雷器的基本參數(shù) 額定電壓額定電壓UN(有效值，有效值，kV)：指：指施加到避雷器端部的最大允許施加到避雷器端部的最大允許工頻電壓工頻電壓 (有效值有效值)。 殘壓殘壓UR(峰值，峰值，kV)：指波形為：指波形為8/20 s的一定幅值的沖擊電流的一定幅值的沖擊電流通過避

43、雷器時(shí)，在閥片上產(chǎn)生通過避雷器時(shí)，在閥片上產(chǎn)生的電壓峰值。的電壓峰值。 沖擊放電電壓沖擊放電電壓Ub(i)(峰值，峰值，kV)：對額定電壓在對額定電壓在220kV及以下的及以下的避雷器，其沖擊放電電壓是指避雷器，其沖擊放電電壓是指在標(biāo)準(zhǔn)雷電波作用下，避雷器在標(biāo)準(zhǔn)雷電波作用下，避雷器的放電電壓的放電電壓(峰值峰值)的上限值。的上限值。 工頻放電電壓工頻放電電壓Ugf（有效值，（有效值，kV)：指在工頻電壓作用下，避：指在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值。雷器將發(fā)生放電的電壓值。 通流容量通流容量：主要指在規(guī)定的波形：主要指在規(guī)定的波形情況下，非線性電阻片耐受通過情況下，非線性電阻片耐受通

44、過電流的能力，以電流的幅值、持電流的能力，以電流的幅值、持續(xù)時(shí)間和通過次數(shù)表示。續(xù)時(shí)間和通過次數(shù)表示。 沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)：避雷器沖擊放電電壓：避雷器沖擊放電電壓與工頻放電電壓幅值之比。一般與工頻放電電壓幅值之比。一般希望沖擊系數(shù)接近于希望沖擊系數(shù)接近于1 。這樣避這樣避雷器的伏秒特性比較平坦，有利雷器的伏秒特性比較平坦，有利于絕緣配合。于絕緣配合。 切斷比切斷比：避雷器的工頻放電電壓：避雷器的工頻放電電壓(下限下限)與滅弧電壓之比。它是體與滅弧電壓之比。它是體現(xiàn)間隙滅弧能力的重要指標(biāo)?，F(xiàn)間隙滅弧能力的重要指標(biāo)。 保護(hù)比保護(hù)比：避雷器殘壓與滅弧電壓：避雷器殘壓與滅弧電壓之比。保護(hù)比愈小，說明殘壓

45、愈之比。保護(hù)比愈小，說明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，低或滅弧電壓愈高，因而保護(hù)性因而保護(hù)性能愈好。能愈好。 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE4氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器 由于由于氧化鋅電阻片氧化鋅電阻片具有非常優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消具有非常優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無間隙無續(xù)流，而且造價(jià)低廉，因此氧串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無間隙無續(xù)流，而且造價(jià)低廉，因此氧化鋅避雷器的應(yīng)用越來越廣泛。化鋅避雷器的應(yīng)用越來越廣泛。 圖圖13-16所示為氧化鋅閥片與碳化硅閥片伏安特性曲線的比較，所示為氧化鋅閥片與碳化硅閥片伏安特性曲線的比較，

46、兩者在兩者在10kA電流下的殘壓是大致相同的，但在額定電壓下，碳化電流下的殘壓是大致相同的，但在額定電壓下，碳化硅閥片流過的電流幅值達(dá)硅閥片流過的電流幅值達(dá)100A，而氧化鋅閥片流過的電流卻小于，而氧化鋅閥片流過的電流卻小于10-5A，可以近似認(rèn)為其續(xù)流為零。正因?yàn)槿绱耍趸\避雷器才，可以近似認(rèn)為其續(xù)流為零。正因?yàn)槿绱?，氧化鋅避雷器才可以不用串聯(lián)放電間隙，使之成為無間隙、無續(xù)流的避雷器。可以不用串聯(lián)放電間隙，使之成為無間隙、無續(xù)流的避雷器。圖圖13-16 兩種電阻片伏安特性的比較兩種電阻片伏安特性的比較圖圖13-17 氧化鋅避雷器的保護(hù)效果氧化鋅避雷器的保護(hù)效果 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)的防雷

47、保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置HUST_CEEE氧化鋅避雷器具有如下氧化鋅避雷器具有如下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)保護(hù)性能優(yōu)越保護(hù)性能優(yōu)越 不需間隙動作不需間隙動作，電壓稍微升高，即可迅速吸收過電壓能量，電壓稍微升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓發(fā)展。如圖抑制過電壓發(fā)展。如圖13-17所示，其實(shí)際保護(hù)效果比碳化硅避所示，其實(shí)際保護(hù)效果比碳化硅避雷器好。雷器好。 良好的溫度響應(yīng)特性良好的溫度響應(yīng)特性，在低電流范圍內(nèi)，在低電流范圍內(nèi)(65m時(shí)時(shí)：Ug2525 I hc/s 由于雷擊地面時(shí)，被擊點(diǎn)的自然接地電阻較大，最大雷電由于雷擊地面時(shí)，被擊點(diǎn)的自然接地電阻較大，最大雷電流幅值一般不會超過流幅值一般不

48、會超過100kA。實(shí)測表明，實(shí)測表明，感應(yīng)過電壓的幅值一感應(yīng)過電壓的幅值一般約為般約為300400kV，這，這可能引起可能引起35kV及以下電壓等級的線路及以下電壓等級的線路閃絡(luò)閃絡(luò)。同時(shí)，。同時(shí)，由于各相導(dǎo)線的感應(yīng)過電壓基本上相同，所以由于各相導(dǎo)線的感應(yīng)過電壓基本上相同，所以不會出現(xiàn)相間閃絡(luò)不會出現(xiàn)相間閃絡(luò)。 與直擊雷過電壓相比，感應(yīng)過電壓還有以下與直擊雷過電壓相比，感應(yīng)過電壓還有以下特點(diǎn)特點(diǎn)：它的：它的波波形較平緩，波頭由幾形較平緩，波頭由幾s到幾十到幾十s，而波長可達(dá)數(shù)百，而波長可達(dá)數(shù)百s。第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE2.雷擊線路附近大地時(shí)

49、有避雷線導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓雷擊線路附近大地時(shí)有避雷線導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓 當(dāng)架空輸電線路有避雷線，雷擊線路附近大地時(shí)，當(dāng)架空輸電線路有避雷線，雷擊線路附近大地時(shí)，避雷線對架空輸避雷線對架空輸電線路有屏蔽作用，能夠降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。電線路有屏蔽作用，能夠降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。 設(shè)導(dǎo)線和避雷線對地平均高度分別為設(shè)導(dǎo)線和避雷線對地平均高度分別為hc和和hs，應(yīng)用，應(yīng)用疊加原理疊加原理計(jì)算：計(jì)算： 先假設(shè)避雷線不接地先假設(shè)避雷線不接地，則導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓和避雷線上的感應(yīng)，則導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓和避雷線上的感應(yīng)雷過電壓分別為：雷過電壓分別為：Uc25 I hc/sUs25 I hs/sUc

50、 hs/ hc 但實(shí)際上避雷線是接地的，避雷線電位保持零值。為此，可設(shè)想在但實(shí)際上避雷線是接地的，避雷線電位保持零值。為此，可設(shè)想在不接地的避雷線上疊加一個(gè)不接地的避雷線上疊加一個(gè)-Us的電壓，于是此電壓將在導(dǎo)線上產(chǎn)生耦的電壓，于是此電壓將在導(dǎo)線上產(chǎn)生耦合電壓合電壓 k0(-Us)，k0是避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)。是避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)。 于是，線路有避雷線時(shí)，導(dǎo)線上實(shí)際的感應(yīng)過電壓將為：于是，線路有避雷線時(shí)，導(dǎo)線上實(shí)際的感應(yīng)過電壓將為： 上式表明，避雷線使導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓下降至（上式表明，避雷線使導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓下降至（1k0）倍。耦）倍。耦合系數(shù)愈大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓愈低。合系數(shù)

51、愈大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓愈低。000(1)(1)sccsccchUUk UUkUkh第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE三、架空輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平三、架空輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平 我國我國110kV及以上線路多數(shù)全線裝有避雷線，有避雷線輸及以上線路多數(shù)全線裝有避雷線，有避雷線輸電線路落雷有三種情況：電線路落雷有三種情況：雷擊桿塔塔頂雷擊桿塔塔頂（雷擊桿塔），（雷擊桿塔），雷繞雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線過避雷線擊于導(dǎo)線（繞擊導(dǎo)線），（繞擊導(dǎo)線），雷擊檔距中間的避雷線雷擊檔距中間的避雷線（雷擊避雷線），如圖（雷擊避雷線），如圖13-20所示。

52、所示。圖圖13-20雷擊有避雷線輸電線路的三種情況雷擊有避雷線輸電線路的三種情況-雷擊桿塔；-繞擊導(dǎo)線；-雷擊避雷線 第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE圖圖13-21 雷擊塔頂示意圖及等值電路雷擊塔頂示意圖及等值電路(a) 雷擊塔頂示意圖; (b) 等值電路1雷擊桿塔塔頂雷擊桿塔塔頂 當(dāng)雷擊桿塔塔頂時(shí)，雷電流大部當(dāng)雷擊桿塔塔頂時(shí)，雷電流大部分流經(jīng)被擊桿塔及其接地電阻流入分流經(jīng)被擊桿塔及其接地電阻流入大地，小部分電流則經(jīng)過避雷線由大地，小部分電流則經(jīng)過避雷線由兩相鄰桿塔入地。從雷擊線路接地兩相鄰桿塔入地。從雷擊線路接地部分部分(避雷線、桿塔等避雷線、桿塔

53、等)而引起絕緣子而引起絕緣子串閃絡(luò)的角度來看，這是最嚴(yán)重的串閃絡(luò)的角度來看，這是最嚴(yán)重的情況，情況，產(chǎn)生的雷電過電壓最高產(chǎn)生的雷電過電壓最高。 由于一般桿塔不高，其接地電阻由于一般桿塔不高，其接地電阻Ri較小，因而從接地點(diǎn)反射回來的較小，因而從接地點(diǎn)反射回來的電流波立即到達(dá)塔頂，使入射電流電流波立即到達(dá)塔頂，使入射電流加倍，因而注入線路的總電流即為加倍，因而注入線路的總電流即為雷電流雷電流i，而不是沿雷道波阻抗傳播，而不是沿雷道波阻抗傳播的入射電流的入射電流i/2。因?yàn)楸芾拙€有分流。因?yàn)楸芾拙€有分流作用，所以流經(jīng)桿塔的電流作用，所以流經(jīng)桿塔的電流 it 將小將小于雷電流于雷電流i，有：，有：i

54、t i 表表13-1 桿塔分流系數(shù)桿塔分流系數(shù)線路額線路額定電壓定電壓 /kV/kV避雷避雷線根線根數(shù)數(shù)線路額線路額定電壓定電壓 /kV/kV避雷避雷線根線根數(shù)數(shù)1101101 12 20.960.960.860.863303302 20.880.882202201 12 20.920.920.880.885005002 20.880.88第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE 設(shè)雷電流波前為斜角平頂波，取波前時(shí)間為設(shè)雷電流波前為斜角平頂波，取波前時(shí)間為T12.6s，則，則 aI/2.6，由圖，由圖13-26(b)所示的等值電路可求出所示的等值電路可求出塔

55、頂電位塔頂電位為：為：()ttopittitdidiuR iLR iLdtdt 以以di/dtI/TI/2.6代入上式，則代入上式，則塔頂電位幅值塔頂電位幅值Utop為為 ：UtopI（RiLt/2.6） 無避雷線時(shí)，無避雷線時(shí)，1，則有：，則有：UtopI（RiLt/2.6） 比較上述兩式可知，比較上述兩式可知，由于避雷線的分流作用，降低了雷擊塔頂由于避雷線的分流作用，降低了雷擊塔頂時(shí)塔頂電位時(shí)塔頂電位。 當(dāng)塔頂電位為當(dāng)塔頂電位為utop時(shí)，因避雷線與塔頂相連，避雷線上電位也時(shí)，因避雷線與塔頂相連，避雷線上電位也為為utop。由于避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用，導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電位由于避雷線與導(dǎo)線

56、間的耦合作用，導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電位k0utop。此外，因雷電流通道電磁場的作用，導(dǎo)線上還有感應(yīng)過電。此外，因雷電流通道電磁場的作用，導(dǎo)線上還有感應(yīng)過電壓壓hc（1k0hs/ hc），其極性與雷電流相反，其極性與雷電流相反，導(dǎo)線電位導(dǎo)線電位uc為：為：0000(1)(1)sctopctopcchuk uhkk uahkh第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE以以I/2.6代入，得代入，得 ：0()(1)2.62.6tcliiLhUIRk 當(dāng)線路絕緣子串上的電位差當(dāng)線路絕緣子串上的電位差Uli大于或等于線路絕緣子大于或等于線路絕緣子串的沖擊耐壓串的沖擊耐壓U5

57、0時(shí)，將發(fā)生絕緣子串的閃絡(luò)。于是，可時(shí)，將發(fā)生絕緣子串的閃絡(luò)。于是，可求得雷擊塔桿時(shí)線路的耐雷水平求得雷擊塔桿時(shí)線路的耐雷水平I 為：為：50%0(1) ()2.62.6tciUILhkR 線路絕緣子串上兩端電壓為塔頂電位線路絕緣子串上兩端電壓為塔頂電位utop和導(dǎo)線電位和導(dǎo)線電位uc之差，之差，uli可寫為：可寫為： 000(1)()(1)litopctoptopctopcuuuuk uhkuahk第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE2雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線 模擬試驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測都已表明，模擬試驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測都已表明，

58、繞擊率繞擊率P與避雷線與避雷線對邊相導(dǎo)線的保護(hù)角對邊相導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度、桿塔高度ht和線路所經(jīng)過的地形地貌和地質(zhì)和線路所經(jīng)過的地形地貌和地質(zhì)條件有關(guān)，規(guī)程建議用下式計(jì)算條件有關(guān)，規(guī)程建議用下式計(jì)算P： 對對平原線路平原線路： 對對山區(qū)線路山區(qū)線路：lg3.986thPlg3.3586thP 如圖如圖13-22所示，假定所示，假定Z0為雷電通為雷電通道的波阻抗，道的波阻抗，Z/2為雷擊點(diǎn)兩邊導(dǎo)線為雷擊點(diǎn)兩邊導(dǎo)線的并聯(lián)波阻抗，其等值電路如圖的并聯(lián)波阻抗，其等值電路如圖13-22(b) 所示。若計(jì)及沖擊電暈的影響，所示。若計(jì)及沖擊電暈的影響，可取可取Z=400，Z0200，則，則雷擊點(diǎn)雷擊點(diǎn)電

59、壓電壓UA為：為：UA(I/2) (Z/2)100I圖圖13-22 雷繞擊導(dǎo)線示意圖及等值電路雷繞擊導(dǎo)線示意圖及等值電路(a) 雷繞擊導(dǎo)線示意圖雷繞擊導(dǎo)線示意圖; (b)等值電路等值電路 由此可見，由此可見，雷擊導(dǎo)線的過電壓與雷電流的大小成正比雷擊導(dǎo)線的過電壓與雷電流的大小成正比。如果此過。如果此過電壓超過線路絕緣的耐受電壓，則將發(fā)生沖擊閃絡(luò)，由此可得電壓超過線路絕緣的耐受電壓，則將發(fā)生沖擊閃絡(luò)，由此可得線路的線路的耐雷水平耐雷水平為：為：I2U50/100第三節(jié)第三節(jié) 架空輸電線路的防雷保護(hù)架空輸電線路的防雷保護(hù)HUST_CEEE3雷擊檔距中間的避雷線雷擊檔距中間的避雷線 雷擊于檔距中間的避

60、雷線雷擊于檔距中間的避雷線A點(diǎn)，如點(diǎn)，如圖圖13-23所示，雷擊點(diǎn)會出現(xiàn)較大的過所示，雷擊點(diǎn)會出現(xiàn)較大的過電壓。半檔避雷線可近似用集中參數(shù)電電壓。半檔避雷線可近似用集中參數(shù)電感感Lb來表示，來表示，雷擊點(diǎn)電位雷擊點(diǎn)電位uA為：為：22bbALLdiudt圖圖13-23 雷擊檔距中間避雷線示意圖雷擊檔距中間避雷線示意圖 在檔距中間，避雷線與導(dǎo)線的空氣間隙在檔距中間，避雷線與導(dǎo)線的空氣間隙S上承受的上承受的雷電過電壓雷電過電壓為：為：00(1)(1)2bSALuukk 當(dāng)超過空氣間隙當(dāng)超過空氣間隙S的絕緣強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生避雷線與導(dǎo)線間的閃絡(luò)，為的絕緣強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生避雷線與導(dǎo)線間的閃絡(luò)，為了避免閃絡(luò)，