新電力系統(tǒng)雷電防護(hù)72-8章課件

第八章電力系統(tǒng)雷電防護(hù)重點(diǎn)避雷針與避雷線(xiàn)金屬氧化物避雷器輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)變電站雷電防護(hù)

防雷保護(hù)設(shè)備雷電放電作為一種強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)是難以制止的，產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓可高達(dá)數(shù)百至數(shù)千kV，如不采取防護(hù)措施，將引起電力系統(tǒng)故障，造成大面積停電。目前人們主要是設(shè)法去躲避和限制雷電的破壞性，基本措施就是加裝避雷針、避雷線(xiàn)、避雷器、防雷接地、電抗線(xiàn)圈、電容器組、消弧線(xiàn)圈、自動(dòng)重合閘等防雷保護(hù)裝置。避雷針、避雷線(xiàn)用于防止直擊雷過(guò)電壓，避雷器用于防止沿輸電線(xiàn)路侵入變電所的感應(yīng)雷過(guò)電壓。8.2.1避雷針?lè)览自砑氨Ｗo(hù)范圍避雷針?lè)览自?/p>

避雷針是明顯高出被保護(hù)物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或鋼管制成，其作用是吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。避雷針需有足夠截面的接地引下線(xiàn)和良好的接地裝置，以便將雷電流安全可靠地引入大地。

2.避雷針的保護(hù)范圍

表示避雷針的保護(hù)效能，通常采用保護(hù)范圍的概念，只具有相對(duì)意義。避雷針的保護(hù)范圍是指被保護(hù)物體在此空間范圍內(nèi)不致遭受直接雷擊。我國(guó)使用的避雷針的保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)小電流雷電沖擊模擬試驗(yàn)確定，并根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了校驗(yàn)。保護(hù)范圍是按照保護(hù)概率99.9%確定的空間范圍（即屏蔽失效率或繞擊率0.1%）。避雷針8.1避雷針與避雷線(xiàn)圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100％安全受保護(hù)區(qū)域只是保證在該區(qū)域中雷擊概率是很小的數(shù)值修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時(shí)避雷針高度h≤80m時(shí)修正系數(shù)p＝1hx被保護(hù)物高度8.1避雷針與避雷線(xiàn)修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時(shí)80m＜h≤120m時(shí)修正系數(shù)：8.1避雷針與避雷線(xiàn)如圖可見(jiàn)，避雷針高度超過(guò)30m后其保護(hù)范圍隨高度而增大的趨勢(shì)減緩兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個(gè)避雷針各自保護(hù)范圍的“并集”，而是比這個(gè)并集要大一些圖中藍(lán)色虛線(xiàn)部分代表單支避雷針保護(hù)范圍的界限8.1避雷針與避雷線(xiàn)單根避雷線(xiàn)保護(hù)范圍8.1避雷針與避雷線(xiàn)雙避雷線(xiàn)聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線(xiàn)在輸電線(xiàn)路上應(yīng)用極為廣泛8.1避雷針與避雷線(xiàn)避雷針與避雷線(xiàn)的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠(chǎng)等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用（集中保護(hù)場(chǎng)合）。避雷線(xiàn)適用于輸電線(xiàn)路防雷（分布保護(hù)場(chǎng)合），在變電所里有時(shí)也在電氣主回路上空布置多條避雷線(xiàn)進(jìn)行雷電防護(hù)。8.1避雷針與避雷線(xiàn)8.2.3避雷器工作原理及常用種類(lèi)

避雷器是專(zhuān)門(mén)用以限制線(xiàn)路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓的一種防雷裝置。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過(guò)電壓限制器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)連接，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)并超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，從而限制了過(guò)電壓的發(fā)展，使電氣設(shè)備免遭過(guò)電壓損壞。避雷器的常用類(lèi)型有：保護(hù)間隙、排氣式避雷器（常稱(chēng)管型避雷器）、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器（常稱(chēng)氧化鋅避雷器）四種。避雷器1避雷器22.排氣式避雷器

排氣式避雷器實(shí)質(zhì)上是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙，其結(jié)構(gòu)如圖8-15所示，內(nèi)間隙固定裝在管內(nèi)，管子由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成，其電極一端為棒形電極2，另一端為環(huán)形電極3。外間隙裸露在大氣中，由于產(chǎn)氣材料在泄漏電流作用下會(huì)分解，因此管子不能長(zhǎng)時(shí)間接在工作電壓上，正常運(yùn)行靠外間隙來(lái)隔離工作電壓。

圖8-15排氣式避雷器1—產(chǎn)氣管2—棒形電極3—環(huán)形電極S1—內(nèi)間隙S2—外間隙4-動(dòng)作指示器3.閥式避雷器

閥式避雷器是由裝在密封瓷套中的多組火花間隙和多組非線(xiàn)性電阻閥片串聯(lián)組成。它分普通型和磁吹型兩大類(lèi)。

普通閥式避雷器的單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)如圖8-16所示，電極由黃銅圓盤(pán)沖壓而成，兩電極間以云母墊圈隔開(kāi)形成間隙，間隙距離為0.5～1.0mm，間隙電場(chǎng)接近均勻電場(chǎng)，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為2.7～3.0kV(有效值)。閥片的伏安特性如圖8-17所示。

磁吹閥式避雷器（簡(jiǎn)稱(chēng)磁吹避雷器）的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥式避雷器相同，主要區(qū)別在于，磁吹閥式避雷器采用了磁吹式火花間隙，它是利用磁場(chǎng)對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)并延伸，使間隙的去游離作用增強(qiáng)，從而提高了滅弧能力，磁吹式火花間隙的結(jié)構(gòu)和電弧運(yùn)動(dòng)如圖8-18所示。

圖8-18磁吹式火花間隙角形電極2—滅弧盒3—并聯(lián)電阻4—滅弧柵

氧化鋅閥片具有極好的非線(xiàn)性伏安特性，如圖8-19所示，可分為小電流區(qū)、非線(xiàn)性區(qū)和飽和區(qū)。圖8-20氧化鋅閥片的伏安特性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(mǎn)表面凹孔、防止電流在局部過(guò)于集中。金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線(xiàn)性電阻元件由多片ZnO閥片堆疊而成，根據(jù)電壓等級(jí)的不同堆疊層數(shù)也不同。圖中給出是目前最為先進(jìn)的硅橡膠復(fù)合外套避雷器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。金屬氧化物避雷器ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連接都是星形接法。星形接法下長(zhǎng)期工作中的避雷器承受的是相電壓。避雷器的接地要求絕對(duì)可靠。8.2金屬氧化物避雷器對(duì)避雷器性能的要求良好的非線(xiàn)性（提高保護(hù)水平）。大的通流容量（能夠吸收更強(qiáng)的雷電能量）。小的工頻續(xù)流（雷擊時(shí)防止系統(tǒng)注入過(guò)大的電流）。良好的伏秒特性（無(wú)論侵入波陡度如何都保證首先動(dòng)作）。8.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的特性曲線(xiàn)ZnO避雷器具有顯著的非線(xiàn)性伏安特性。當(dāng)過(guò)電壓襲來(lái)時(shí)，ZnO避雷器電流劇增，有效地吸收過(guò)電壓的能量并遏制住系統(tǒng)電壓的上升趨勢(shì)。8.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運(yùn)行電壓為有效值，1mA參考電壓常在直流下測(cè)得8.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)壓比：荷電率：壓比反映了避雷器伏安特性的非線(xiàn)性程度，壓比越小非線(xiàn)性程度越大、保護(hù)性能越好（1.55-1.6）。荷電率反映了長(zhǎng)期工作條件下避雷器承擔(dān)電壓負(fù)荷的輕重，荷電率較高時(shí)避雷器老化速度加快。8.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)劣評(píng)判 顯然避雷器A的非線(xiàn)性程度好于避雷器B，其保護(hù)性能也優(yōu)于避雷器B8.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)點(diǎn)無(wú)串聯(lián)間隙非線(xiàn)性程度好、保護(hù)性能優(yōu)越通流容量大工頻續(xù)流極小、可忽略不計(jì)8.2金屬氧化物避雷器避雷針作用是吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。避雷線(xiàn)，又稱(chēng)架空地線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)地線(xiàn)。主要用于輸電線(xiàn)路的保護(hù)，也可用來(lái)保護(hù)發(fā)電廠(chǎng)和變電所。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過(guò)電壓限制器。保護(hù)間隙排氣式避雷器閥式避雷器金屬氧化物避雷器小結(jié)返回（本節(jié)完）8.4接地的基本概念及原理8.4.1接地概念及分類(lèi)8.4.2接地電阻，接觸電壓和跨步電壓8.4.3接地和接零保護(hù)返回8.4.1接地概念及分類(lèi)

接地就是指將電力系統(tǒng)中電氣裝置和設(shè)施的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線(xiàn)連接至接地極。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地極。電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地極連接用的金屬導(dǎo)電部分稱(chēng)為接地線(xiàn)。接地極和接地線(xiàn)合稱(chēng)接地裝置。接地按用途可分為：工作接地保護(hù)接地防雷接地靜電接地返回8.4.2接地電阻，接觸電壓和跨步電壓

大地具有一定的電阻率，如果有電流經(jīng)過(guò)接地極注入，電流以電流場(chǎng)的形式向大地作半球形擴(kuò)散，則大地就不再保持等電位，將沿大地產(chǎn)生電壓降。設(shè)土壤電阻率為,大地內(nèi)的電流密度為,則大地中電場(chǎng)強(qiáng)度為在靠近接地極處，電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度最大，離電流注入點(diǎn)愈遠(yuǎn)，地中電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度就愈小，因此可以認(rèn)為在相當(dāng)遠(yuǎn)（約20～40m）處，為零電位。電位分布曲線(xiàn)如圖8-42所示。圖8-42接地裝置的電位分布Ut—接觸電壓Us—跨步電壓

接地裝置對(duì)地電位u與通過(guò)接地極流入地中電流i的比值稱(chēng)為接地電阻。

人處于分布電位區(qū)域內(nèi)，可能有兩種方式觸及不同電位點(diǎn)而受到電壓的作用。當(dāng)人觸及漏電外殼，加于人手腳之間的電壓，稱(chēng)為接觸電壓。當(dāng)人在分布電位區(qū)域內(nèi)跨開(kāi)一步，兩腳間（水平距離0.8m）的電位差，稱(chēng)為跨步電位差，即跨步電壓。8.4.3接地和接零保護(hù)1.發(fā)電廠(chǎng)、變電所的接地保護(hù)

發(fā)電廠(chǎng)、變電所中的接地網(wǎng)是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的良好接地裝置。一般的作法是：除利用自然接地極以外，根據(jù)保護(hù)接地和工作接地要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后再在避雷針和避雷器安裝處增加3～5根集中接地極以滿(mǎn)足防雷接地的要求。

按照工作接地要求，發(fā)電廠(chǎng)、變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻應(yīng)滿(mǎn)足：

2.輸電線(xiàn)路的接地保護(hù)

高壓線(xiàn)路每一桿塔都有混凝土基礎(chǔ)，它也起著接地極的作用，其接地裝置通過(guò)引線(xiàn)與避雷線(xiàn)相連，目的是使擊中避雷線(xiàn)的雷電流通過(guò)較低的接地電阻而進(jìn)入大地。高壓線(xiàn)路桿塔的自然接地極的工頻接地電阻簡(jiǎn)易計(jì)算式為,k為各種型式接地裝置簡(jiǎn)易計(jì)算式系數(shù)，為土壤電阻率。

3.計(jì)算用土壤電阻率

接地電阻除與接地極的形狀、尺寸大小有關(guān)外，還跟土壤電阻率密切相關(guān)。土壤電阻率主要取決于其化學(xué)成分及濕度大小，計(jì)算防雷接地裝置所采用的土壤電阻率應(yīng)取雷季中最大可能的數(shù)值，一般按下式計(jì)算：式中：——土壤電阻率，單位為Ω·m；——雷季中無(wú)雨時(shí)所測(cè)得的土壤電阻率，單位為Ω·m；——考慮土壤干燥所取的季節(jié)系數(shù)

接地按用途可分為：工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、靜電接地大地具有一定的電阻率，電流以電流場(chǎng)的形式向大地作半球形擴(kuò)散，將沿大地產(chǎn)生電壓降。發(fā)電廠(chǎng)、變電所中的接地網(wǎng)是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的良好接地裝置小結(jié)返回（本節(jié)完）電力系統(tǒng)防雷保護(hù)

電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)包括了線(xiàn)路、變電所、發(fā)電廠(chǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)8.3.1輸電線(xiàn)路的防雷保護(hù)

在整個(gè)電力系統(tǒng)的防雷中，輸電線(xiàn)路的防雷問(wèn)題最為突出。這是因?yàn)檩旊娋€(xiàn)路綿延數(shù)千里、地處曠野、又往往是周邊地面上最為高聳的物體，因此極易遭受雷擊。

輸電線(xiàn)路防雷性能的優(yōu)劣，工程中主要用耐雷水平和雷擊跳閘率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。所謂耐雷水平，是指雷擊線(xiàn)路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值（單位為kA）。1.輸電線(xiàn)路上的感應(yīng)雷過(guò)電壓

雷擊線(xiàn)路附近地面時(shí)，在線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)雷過(guò)電壓，由于雷擊地面時(shí)雷擊點(diǎn)的自然接地電阻較大，雷電流幅值I一般不超過(guò)100kA。實(shí)測(cè)證明，感應(yīng)過(guò)電壓一般不超過(guò)300-400kV，對(duì)35kV及以下水泥桿線(xiàn)路會(huì)引起一定的閃絡(luò)事故；對(duì)110kV及以上的線(xiàn)路，由于絕緣水平較高，所以一般不會(huì)引起閃絡(luò)事故。感應(yīng)雷過(guò)電壓同時(shí)存在于三相導(dǎo)線(xiàn)，故相間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)，如果二相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)即形成相間閃絡(luò)事故。

設(shè)避雷線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)懸掛的對(duì)地平均高度分別為hg和hc,若避雷線(xiàn)不接地，則根據(jù)教材公式(8-18)可求得避雷線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)上的感應(yīng)過(guò)電壓分別為和。于是

2.輸電線(xiàn)路的耐雷水平

我國(guó)110kV及以上線(xiàn)路一般全線(xiàn)都裝設(shè)避雷線(xiàn)，而35kV及以下線(xiàn)路一般不裝設(shè)避雷線(xiàn)，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有避雷線(xiàn)的線(xiàn)路遭受直擊雷一般有三種情況：①雷擊桿塔塔頂；②雷擊避雷線(xiàn)檔距中央；③雷電繞過(guò)避雷線(xiàn)擊于導(dǎo)線(xiàn)，如圖8-21所示。圖8-21有避雷線(xiàn)線(xiàn)路直擊雷的三種情況（1）雷擊桿塔塔頂時(shí)的耐雷水平

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雷擊桿塔的次數(shù)與避雷線(xiàn)的根數(shù)和經(jīng)過(guò)地區(qū)的地形有關(guān)，雷擊桿塔次數(shù)與雷擊線(xiàn)路總次數(shù)的比值稱(chēng)為擊桿率g，DL/T620—1997標(biāo)準(zhǔn)，擊桿率g可采用表8-5所列數(shù)據(jù)。表8-5桿率g避雷線(xiàn)根數(shù)12平原1/41/6山丘1/31/4

雷擊塔頂前，雷電通道的負(fù)電荷在桿塔及架空地線(xiàn)上產(chǎn)生感應(yīng)正電荷；當(dāng)雷擊塔頂時(shí)，雷通道中的負(fù)電荷與桿塔及架空地線(xiàn)上的正感應(yīng)電荷迅速中和形成雷電流，如圖8-22（a）所示。圖8-22（a）雷擊塔頂時(shí)雷電流的分布(b)雷擊塔頂時(shí)等值電路

對(duì)于一般高度(40m以下)的桿塔，在工程近似計(jì)算中采用圖8-22（b）的集中參數(shù)等值電路進(jìn)行分析計(jì)算，考慮到雷擊點(diǎn)的阻抗較低，故略去雷電通道波阻的影響。

圖8-22（a）雷擊塔頂時(shí)雷電流的分布(b)雷擊塔頂時(shí)等值電路（2）雷擊避雷線(xiàn)檔距中央

雷擊避雷線(xiàn)檔距中央時(shí)，雷擊點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的過(guò)電壓，如圖8-23所示，根據(jù)彼德遜法則，由教材中公式（8-15），雷擊點(diǎn)A的電壓為：

式中—避雷線(xiàn)的波阻抗圖8-23雷擊避雷線(xiàn)檔距中央1—避雷線(xiàn)2—導(dǎo)線(xiàn)（3）雷電繞擊于導(dǎo)線(xiàn)時(shí)的耐雷水平

裝設(shè)避雷線(xiàn)的線(xiàn)路仍然有雷繞過(guò)避雷線(xiàn)而擊于導(dǎo)線(xiàn)的可能性，雖然繞擊的概率很小，但一旦出現(xiàn)此情況，則往往會(huì)引起線(xiàn)路絕緣子的閃絡(luò)。3.輸電線(xiàn)路的雷擊跳閘率

雷電流超過(guò)線(xiàn)路的耐雷水平，會(huì)引起線(xiàn)路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)。這時(shí)，雷電流沿閃絡(luò)通道入地，但持續(xù)時(shí)間只有幾十

，線(xiàn)路斷路器來(lái)不及動(dòng)作。閃絡(luò)后是否會(huì)引起線(xiàn)路跳閘，還要看閃絡(luò)能不能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的工頻電弧。其概率稱(chēng)為建弧率以

表示，與沿絕緣子串和空氣間隙的平均運(yùn)行電壓梯度有關(guān)。可用下式表示：式中：E—絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，kV(有效值)/m。

雷擊桿塔頂部發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧引起跳閘的次數(shù),雷繞過(guò)避雷線(xiàn)擊于導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生閃絡(luò)并建立電弧引起跳閘的次數(shù)。有避雷線(xiàn)線(xiàn)路的雷擊跳閘率n可按下式計(jì)算：式中：N—落雷次數(shù)，次/(100km·a)；

—建弧率；

g—擊桿率；

—超過(guò)雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平的雷電流概率；

—超過(guò)雷繞擊導(dǎo)線(xiàn)時(shí)耐雷水平的雷電流概率；

—繞擊率(包括平原和山區(qū))。輸電線(xiàn)路

雷擊分類(lèi)8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)輸電線(xiàn)路遭受雷擊后引發(fā)的后果導(dǎo)線(xiàn)—避雷線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)—桿塔、導(dǎo)線(xiàn)—大地閃絡(luò)。侵入波沿線(xiàn)路侵入變電所、配電所、發(fā)電廠(chǎng)。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)輸電線(xiàn)路防雷四道防線(xiàn)防止雷電直接擊中導(dǎo)線(xiàn)——解決：架設(shè)避雷線(xiàn)防止雷電擊中桿塔或避雷線(xiàn)后反擊引起絕緣閃絡(luò)——解決：降低桿塔接地電阻防止雷擊后的絕緣閃絡(luò)發(fā)展為穩(wěn)定燃燒的工頻電弧——解決：增大絕緣子片數(shù)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地防止因雷擊導(dǎo)致的線(xiàn)路供電中斷——解決：自動(dòng)重合閘、環(huán)網(wǎng)供電8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)衡量輸電線(xiàn)路防雷水平的指標(biāo)耐雷水平——雷擊線(xiàn)路不至使絕緣發(fā)生閃絡(luò)的最小雷電流幅值（注意耐雷水平指的是雷電流而不是雷電壓）。雷擊跳閘率——標(biāo)準(zhǔn)條件下（雷暴日數(shù)＝40、線(xiàn)路長(zhǎng)度＝100km）每年雷擊引起的跳閘次數(shù)。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)雷擊導(dǎo)線(xiàn)引起的過(guò)電壓計(jì)算圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約為300Ω，Z2為輸電導(dǎo)線(xiàn)的波阻抗，其數(shù)值為300Ω～400Ω。從彼德遜等效電路中可以求出：將Z1、Z2帶入可得u≈100i，這也是有關(guān)規(guī)程中推薦的公式。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)雷擊情況分析—繞擊在懸掛有避雷線(xiàn)的情況下，雷電還有可能繞過(guò)避雷線(xiàn)擊中導(dǎo)線(xiàn)，這種情況稱(chēng)作繞擊。圖中φ稱(chēng)為保護(hù)角，φ越小則繞擊概率越低、保護(hù)越完善，在必要的情況下甚至需要負(fù)的保護(hù)角φ。注意參考“避雷線(xiàn)保護(hù)范圍”部分的內(nèi)容。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來(lái)代表。當(dāng)雷擊中桿塔時(shí)，雷電流在L、R上產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個(gè)壓降足夠高時(shí)將使絕緣子與桿塔之間發(fā)生閃絡(luò)。因而，降低桿塔接地電阻具有極其重要的意義。當(dāng)雷擊中避雷線(xiàn)時(shí)也可能造成反擊。反擊引起的閃絡(luò)雷擊情況分析—反擊8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)雷擊情況分析——感應(yīng)雷過(guò)電壓18.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)雷云發(fā)出的下行先導(dǎo)，其中有大量負(fù)電荷下行先導(dǎo)負(fù)電荷在導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)出束縛電荷，極性為正雷擊情況分析——感應(yīng)雷過(guò)電壓28.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)導(dǎo)線(xiàn)上束縛電荷失去束縛開(kāi)始向兩側(cè)自由流動(dòng)，其電流在導(dǎo)線(xiàn)波阻抗上形成過(guò)電壓主放電發(fā)生后下行先導(dǎo)中負(fù)電荷全部被中和 感應(yīng)雷過(guò)電壓主要威脅到35kV及以下輸電線(xiàn)路輸電線(xiàn)路避雷器 對(duì)于雷擊頻繁的線(xiàn)路常使用線(xiàn)路避雷器加強(qiáng)保護(hù)8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)避雷線(xiàn)有關(guān)問(wèn)題—避雷線(xiàn)損耗 如圖可知，兩端接地的避雷線(xiàn)相當(dāng)于在輸電導(dǎo)線(xiàn)上加裝了一個(gè)“短路環(huán)”，而這個(gè)“短路環(huán)”與輸電線(xiàn)路存在電磁耦合，并通過(guò)這個(gè)電磁耦合消耗一部分輸電線(xiàn)路輸送的電能8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)避雷線(xiàn)有關(guān)問(wèn)題—采用架空絕緣地線(xiàn)通過(guò)在避雷線(xiàn)和桿塔之間加裝一片絕緣子就可以解決上述損耗問(wèn)題。一片絕緣子的閃絡(luò)電壓相對(duì)來(lái)說(shuō)很低，故不影響避雷線(xiàn)的防雷保護(hù)效果。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)避雷線(xiàn)有關(guān)問(wèn)題—光纖復(fù)合架空地線(xiàn)—OPGW常規(guī)避雷線(xiàn)為鋼芯鋁絞線(xiàn)，在鋼芯鋁絞線(xiàn)中央安裝一根或數(shù)根光纖就構(gòu)成了光纖復(fù)合架空地線(xiàn)（OPGW）。OPGW既可以完成避雷線(xiàn)所需完成的任務(wù)，其中的光纖又可以組建一個(gè)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。8.3輸電線(xiàn)路雷電防護(hù)8.4發(fā)電廠(chǎng)和變電所雷電防護(hù)8.3.2發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù)

發(fā)電廠(chǎng)和變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，設(shè)備相對(duì)集中，一旦發(fā)生雷害事故，往往導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、變壓器等重要電氣設(shè)備的損壞，更換和修復(fù)困難，并造成大面積停電，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活。因此，發(fā)電廠(chǎng)和變電所的防雷保護(hù)要求十分可靠。

變電所中出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓的兩個(gè)來(lái)源：雷電直擊變電所；沿輸電線(xiàn)入侵的雷電過(guò)電壓波。1.直擊雷過(guò)電壓的防護(hù)

直擊雷防護(hù)的措施主要是裝設(shè)避雷針或避雷線(xiàn)，使被保護(hù)設(shè)備處于避雷針或避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍之內(nèi)，同時(shí)還必須防止雷擊避雷針或避雷線(xiàn)時(shí)引起與被保護(hù)物的反擊事故。當(dāng)雷擊獨(dú)立避雷針時(shí)，如圖8-27所示。圖8-27雷擊獨(dú)立避雷針1—母線(xiàn)2—變壓器雷電流經(jīng)避雷針及其接地裝置在避雷針h高度處和避雷針的接地裝置上將出現(xiàn)高電位UA(kV)和UG(kV)。圖8-27雷擊獨(dú)立避雷針1—母線(xiàn)2—變壓器式中:i——流過(guò)避雷針的雷電流，kA；

Ri——避雷針的沖擊接地電阻，單位為Ω；

L——避雷針的等值電感；

——雷電流的上升陡度，kA／

。

為了防止避雷針與被保護(hù)的配電構(gòu)架或設(shè)備之間的空氣間隙Sa被擊穿而造成反擊事故，必須要求Sa大于一定距離，取空氣的平均耐壓強(qiáng)度為500kV／m；為了防止避雷針接地裝置和被保護(hù)設(shè)備接地裝置之間在土壤中的間隙Se被擊穿，必須要求Se大于一定距離，取土壤的平均耐電強(qiáng)度為300kV／m，Sa和Se應(yīng)滿(mǎn)足下式要求:

Sa≥0.2Ri＋0.1hSe≥0.3Ri2.侵入波過(guò)電壓的防護(hù)

變電所中限制雷電侵入波過(guò)電壓的主要措施是裝設(shè)避雷器。如果三臺(tái)避雷器分別直接連接在變壓器的三個(gè)出線(xiàn)套管端部，只要避雷器的沖擊放電電壓和殘壓低于變壓器的沖擊絕緣水平，變壓器就得到可靠的保護(hù)。但在實(shí)際中，變電所有許多電氣設(shè)備需要防護(hù)，而電氣設(shè)備總是分散布置在變電所內(nèi)，常常要求盡可能減少避雷器的組數(shù)，又要保護(hù)全部電氣設(shè)備的安全，加上布線(xiàn)上的原因，避雷器與電氣設(shè)備之間總有一段長(zhǎng)度不等的距離。3.變電所的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)

變電所的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)是對(duì)雷電侵入波保護(hù)的一個(gè)重要輔助措施，就是在臨近變電所1～2km的一段線(xiàn)路上加強(qiáng)防護(hù)。進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)的作用在于限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值和侵入波的陡度。35kV～110kV變電所的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)接線(xiàn)如圖8-32所示。

圖8-3235kV～110kV變電所進(jìn)線(xiàn)保護(hù)接線(xiàn)4.變壓器防雷保護(hù)的幾個(gè)具體問(wèn)題（1）變壓器中性點(diǎn)防雷保護(hù)。當(dāng)三相來(lái)波時(shí)，在變壓器中性點(diǎn)的電位理論上會(huì)達(dá)到繞組首端電壓的兩倍，因此需要考慮變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)問(wèn)題。（2）三繞組變壓器的防雷保護(hù)。高壓側(cè)有雷電過(guò)電壓波時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)出現(xiàn)一定過(guò)電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。圖8-35自耦變壓器的防雷保護(hù)接線(xiàn)（3）自耦變壓器的防雷保護(hù)自耦變壓器除高、中壓自耦繞組之外，還有三角形接線(xiàn)的低壓非自耦繞組。高低壓繞組運(yùn)行而中壓開(kāi)路時(shí)，若有侵入波從高壓端線(xiàn)路襲來(lái)，繞組中電位的起始與穩(wěn)態(tài)分布以及最大電位包絡(luò)線(xiàn)都和中性點(diǎn)接地的繞組相同。自耦變壓器的防雷保護(hù)接線(xiàn)如圖8-35所示。

配電變壓器的防雷保護(hù)接線(xiàn)如圖8-36所示，其3～10kV側(cè)應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器FS-3～10或保護(hù)間隙來(lái)保護(hù)，構(gòu)成變壓器高壓側(cè)FS的接地端點(diǎn)、低壓繞組的中性點(diǎn)和變壓器金屬外殼三點(diǎn)聯(lián)合接地。（4）配電變壓器的防雷保護(hù)圖8-36配電變壓器的保護(hù)接線(xiàn)變電站雷擊來(lái)源8.4變電站雷電防護(hù)雷電直擊變電所雷電沖擊波沿線(xiàn)路入侵變電所直擊雷防護(hù)避雷針——在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。避雷線(xiàn)——在變電所內(nèi)主接線(xiàn)上方安裝數(shù)根避雷線(xiàn)聯(lián)合保護(hù)。8.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—獨(dú)立避雷針為防止雷擊避雷針后引起的反擊，獨(dú)立避雷針與變電所構(gòu)架的空氣距離s1和接地體距離s2不應(yīng)小于規(guī)程的要求。35kV及以下等級(jí)變電所必須安裝獨(dú)立避雷針。8.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—構(gòu)架避雷針對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)系統(tǒng)，由于外絕緣水平相對(duì)較高不易發(fā)生反擊，可以考慮將避雷針安裝在構(gòu)架上。8.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)對(duì)雷電侵入波的防護(hù)通過(guò)以下兩種方法進(jìn)行：避雷器——吸收雷電侵入波的能量限制電壓升高進(jìn)線(xiàn)段——將靠近變電所1km～2km的輸電線(xiàn)路劃為進(jìn)線(xiàn)段，對(duì)進(jìn)線(xiàn)段加強(qiáng)防雷保護(hù)（采用小的避雷線(xiàn)保護(hù)角、降低桿塔接地電阻、必要時(shí)安裝線(xiàn)路避雷器）以保證進(jìn)線(xiàn)段（幾乎）不發(fā)生雷擊；當(dāng)進(jìn)線(xiàn)段以外線(xiàn)路發(fā)生雷擊后，侵入波在進(jìn)入變電站之前通過(guò)進(jìn)線(xiàn)段后其波前陡度和幅值會(huì)進(jìn)一步降低這兩種方法往往結(jié)合進(jìn)行。8.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響首先對(duì)有關(guān)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化：假設(shè)侵入波為斜角波假設(shè)分析過(guò)程中變壓器處于開(kāi)路狀態(tài)假設(shè)避雷的殘壓等于動(dòng)作電壓假設(shè)變壓器開(kāi)路由右圖可見(jiàn)，避雷器將通過(guò)的波頭進(jìn)行了限壓。8.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響由于假設(shè)