2.1雷电放电及防雷保护装置ppt课件

1、第七章第七章 雷电放电及防雷保护装置雷电放电及防雷保护装置 人们对雷电现象的科学认识始人们对雷电现象的科学认识始于于18世纪中叶，著名的富兰克世纪中叶，著名的富兰克林风筝实验，第一次向人们揭林风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一种火花放示了雷电只不过是一种火花放电的秘密，通过大量实验取得电的秘密，通过大量实验取得卓越成就，建立了现代雷电学卓越成就，建立了现代雷电学说，认为雷击是云层中大量阴说，认为雷击是云层中大量阴电荷和阳电荷迅速中和而产生电荷和阳电荷迅速中和而产生的现象。特别是利用高速摄影、的现象。特别是利用高速摄影、自动录波、雷电定向定位等现自动录波、雷电定向定位等现代测量技术对雷电

2、进行的观测代测量技术对雷电进行的观测研究，大大丰富了人们对雷电研究，大大丰富了人们对雷电的认识。的认识。 雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，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，它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、机械效应和热从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。效应。 从电力工程的角度来看，最值得我们注意的从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故压，它是造成电力系统绝缘故障

3、和停电事故的主要原因之一的主要原因之一 ；（着重探讨）；（着重探讨） 产生巨大电流，使被击物体炸毁、熄灭、使产生巨大电流，使被击物体炸毁、熄灭、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。导体熔断或通过电动力引起机械损坏。 第一节第一节 雷电放电和雷电过电压雷电放电和雷电过电压雷云的形成雷云的形成 雷电放电过程雷电放电过程 雷电参数雷电参数 雷电过电压的形成雷电过电压的形成一、雷云的形成一、雷云的形成 雷云的形成机理获得比较雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起广泛认同的是水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正荷分

4、离现象，大水珠带正电，小水沫电，小水沫 带负电，细微带负电，细微水沫被上升水沫被上升 气流带往高空，气流带往高空，形成大片形成大片 带负电的雷云。带负电的雷云。 雷云下部局部正电荷区。雷云下部局部正电荷区。 探测气球所测得的云中电荷分布表明，在雷探测气球所测得的云中电荷分布表明，在雷云的顶部往往充斥着正电荷。（另外一种起电机云的顶部往往充斥着正电荷。（另外一种起电机理解释在离地面理解释在离地面45km的高空，大气温度经常的高空，大气温度经常处于处于-10-20，因而此处的水分已变成冰晶，它，因而此处的水分已变成冰晶，它们与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电、空气带们与空气摩擦时也会起电，冰晶带负电

5、、空气带正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细微碎片向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而微碎片向上运动，使雷云的上部充满正电荷，而带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气带负电的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气温已在温已在0以上，冰晶融化为带负电的水滴。以上，冰晶融化为带负电的水滴。 整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位于雷云的下部、距地面于雷云的下部、距地面50010000m的范围内。的范围内。直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。直接击向地面的放电通常从负电荷中心边缘开始。 雷电放电过程

6、雷电放电过程 作用于电力系统的雷电过电压最常见的作用于电力系统的雷电过电压最常见的约约90%）是由带负电的雷云对地放电引）是由带负电的雷云对地放电引起，称为负下行雷，下面以负下行雷为例起，称为负下行雷，下面以负下行雷为例分析雷电放电过程。负下行雷通常包括若分析雷电放电过程。负下行雷通常包括若干次重复的放电过程，而每次可以分为先干次重复的放电过程，而每次可以分为先导放电、主放电和余辉放电三个阶段。导放电、主放电和余辉放电三个阶段。 雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。火花放电。 雷电放电的发展过程雷电放电的发展过程先导：不连续性分级先导），历时约先导

7、：不连续性分级先导），历时约 0.005 0.010 s。每一级。每一级先导发展速度相当高，但每发展到一定长度平均约先导发展速度相当高，但每发展到一定长度平均约 50m就有就有一个一个 10 100 s 的间隔。发展速度约为光速的的间隔。发展速度约为光速的 1/1000 。主放电：时间主放电：时间 50 100 s，移动速度为光速的移动速度为光速的 1/20 1/2；主放电时电流可达数千安，主放电时电流可达数千安，最大可达最大可达200 300kA。 余辉：雷云中剩下的电荷继余辉：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下移，称为续沿主放电通道下移，称为余辉放电阶段。余辉放电电余辉放电阶段。余辉放电电

8、流仅数百安，但持续的时间流仅数百安，但持续的时间可达可达 0.03 0.15 s。 三、雷电参数三、雷电参数 (一一)雷电活动频度雷电活动频度 雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时 雷暴日雷暴日Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。均计为一个雷暴日。 雷暴小时雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。时。 一个雷暴日折合三个雷暴小时。一个雷

9、暴日折合三个雷暴小时。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关地貌有关 Td 40，多雷区；，多雷区； Td 90，强雷区强雷区 (二二)地面落雷密度地面落雷密度( )和雷击选择性和雷击选择性 表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。击次数。 我国标准对我国标准对Td 40的地区，取的地区，取 0.07 (三三)雷道波阻抗雷道波阻抗Z0） 雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道条分布参数线路，具有

10、某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。波阻抗。 主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的的雷道投射到雷击点的波过程。雷道投射到雷击点的波过程。 我国有关规程建议取我国有关规程建议取Z0 300 (四四)雷电的极性雷电的极性 负极性雷击均占负极性雷击均占7590%，对设备绝缘危害较大，对设备绝缘危害较大,防雷计算中一般均按负极性考虑。防雷计算中一般均按负极性考虑。 (五五)雷电流幅值雷电流幅值 （ ） 通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻( 30)的的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射物体时流过雷击点的电流。它近似等

11、于电流入射波波 的两倍，的两倍， 即即 。 一般地区，雷电流幅值超过一般地区，雷电流幅值超过 的概率可按下式计的概率可按下式计算算 II88lgIP0I02II (六六)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长 雷电流的波前时间雷电流的波前时间T1处于处于14us的范围内，的范围内，平均为平均为2.6us。波长。波长T2半峰值时间）半峰值时间） 处于处于20100us的范围内，多数为的范围内，多数为40us左右。左右。 我国防雷设计采用我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为形

12、定为1.2/50us 。 我国规定波前时间我国规定波前时间T1=2.6 us 雷电流波前的平均陡度雷电流波前的平均陡度 (kA/us) 波前陡度的最大极限值一般可取波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左左右。右。 (八八)雷电的多重放电次数及总延续时间雷电的多重放电次数及总延续时间 有有55的对地雷击包含两次以上的重复冲击；的对地雷击包含两次以上的重复冲击；35次冲击者有次冲击者有25%；10次以上者有次以上者有4%。平均重复冲击次数取平均重复冲击次数取3次。次。 一次雷电总延续时间，有一次雷电总延续时间，有50%小于小于0.2s。 (九九)放电能量放电能量 放电能量其实不大，但是在极

13、短时间内放出放电能量其实不大，但是在极短时间内放出的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象的，因而所对应的功率很大。雷电放电就象把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返把原先产生雷云时所吸收的能量在一瞬间返还给大自然。还给大自然。 雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的雷击所造成的危害主要有两种形式。一是带电的云层对大地上的某一点发生猛烈放电，叫云层对大地上的某一点发生猛烈放电，叫“直击直击雷雷”。当。当“直击雷发生时，往往会对地面的物直击雷发生时，往往会对地面的物体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。体产生强大的打击作用，其破坏力也是巨大的。另一种叫另一种叫“感应雷感应雷”，它的形成过程

14、是由带电云，它的形成过程是由带电云层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电层的静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当荷。当“雷电发生后，云层带电迅速消失，而雷电发生后，云层带电迅速消失，而地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在，地面某些范围内由于地电阻或导体电阻的存在，当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的当瞬间大电流流过时，就会导致小范围或局部的瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大瞬间过电压。或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而的脉冲电流周围的导线或金属物产生电磁感应而发生瞬间过电压，以致形成闪击的现象，称发生瞬间过电压，以致形成闪击的

15、现象，称“感感应雷应雷”。“感应雷造成的瞬间过电压，指在微感应雷造成的瞬间过电压，指在微秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。秒到毫秒之内产生的尖峰冲击电压。四、雷电过电压的形成 1.直击雷过电压 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已充电的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。图图 雷击大地时的计算模型雷击大地时的计算模型(a)(a)模拟先导放电模拟先导放电 (b)(b)模拟主放电模拟主放电 (c)(c)主放电通道电路主放电通道电路 (d)(d)等值电路等值电路+0Z 雷电先导通道中带有与雷云极性相同的电荷一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。 由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云

16、极性相反的电荷。主放电前0Z 当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。L先导中的电荷线密度主放电速度（实测表明，其速度约为0.10.5倍光速）0Z波阻抗主放电时0ZjZZiZi雷击物体时电流波的运动 若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线时，则雷击时电流的运动可描述如图，负极性电流波将自雷击点“0沿被击物流动，同时，相同数量的正极性电流波将自雷击点“0沿通道向上发展。2.感应雷过电压 由于雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在

17、附近线路的导线上产生过电压。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图a所示当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到释放，以波的形式向导线两侧运动，如图b所示。 图图 感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成(a)先导放电阶段先导放电阶段 （b主放电阶段主放电阶段 在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的较小，可忽略。主放电阶段，负电荷迅

18、速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 感应雷击过电压与相邻导线间的感应电压有感应雷击过电压与相邻导线间的感应电压有很大的不同：很大的不同： （1感应雷击过电压的极性一定与雷云的感应雷击过电压的极性一定与雷云的极性相反，而相邻导线间的感应电压的极性极性相反，而相邻导线间的感应电压的极性一定与感应源相同。一定与感应源相

19、同。 （2这种感应过电压一定要在雷云及其先这种感应过电压一定要在雷云及其先导通道中的电荷被中和后，才能出现，而相导通道中的电荷被中和后，才能出现，而相邻导线间的感应电压却与感应源同生同灭。邻导线间的感应电压却与感应源同生同灭。 （3感应雷击过电压的波前平缓感应雷击过电压的波前平缓T1=数微数微妙到数十微妙）、波长较长妙到数十微妙）、波长较长T2=数百微数百微妙）。妙）。 （4感应雷击过电压在三相导线上同时出感应雷击过电压在三相导线上同时出现，且数值基本相等，故不会出现相间电位现，且数值基本相等，故不会出现相间电位差和相间闪络；如幅值较大，也只可能引起差和相间闪络；如幅值较大，也只可能引起对地闪

20、络。对地闪络。 以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有以上是没有避雷线的情况，如果在导线上方装有接地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导接地的避雷线，由于它的电磁屏蔽作用，会使导线上的感应过电压降低，因为在导线的附近出现线上的感应过电压降低，因为在导线的附近出现了带地电位的避雷线，会使导线的对地电容了带地电位的避雷线，会使导线的对地电容C增大，增大，另一方面，避雷线位于导线之上，吸引了一部分另一方面，避雷线位于导线之上，吸引了一部分电力线，使导线上感应出来的束缚电荷电力线，使导线上感应出来的束缚电荷Q减少。导减少。导线的对地电压为线的对地电压为: U=Q/C 显然显然Q的减少和的减少和C

21、的增大将使电压的增大将使电压U降低。降低。 另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线另一方面，从电磁感应的角度来看，装设避雷线相当于在相当于在“导线导线大地回路的近旁增加了一个大地回路的近旁增加了一个“避雷线避雷线大地短路环，因而部分抵消导线上大地短路环，因而部分抵消导线上的电磁感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁的电磁感应电动势，所以感应雷击过电压的电磁分量会受到削弱。分量会受到削弱。第二节第二节 防雷保护装置防雷保护装置避雷针和避雷线避雷针和避雷线 保护间隙和避雷器保护间隙和避雷器 防雷接地防雷接地 现代电力系统中实际采用的防雷保护装置现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、

22、避雷线、保护间隙、各主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。组、消弧线圈、自动重合闸等等。 一、避雷针和避雷线一、避雷针和避雷线 电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为避雷针和避雷线又称架空地线）。用的即为避雷针和避雷线又称架空地线）。 避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的保护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展保护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。很广的保护对象。 保护原理

23、：当雷云放电时使地面电场畸变，在避保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击。免遭雷击。 保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护范围是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击概是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击概率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物

24、体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对物体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于应于0.1的绕击率。的绕击率。 避雷针的基本构成：避雷针的基本构成： 一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接地装置组成。接闪器是指避雷针最上端地装置组成。接闪器是指避雷针最上端12m长的一段，一般由直径不小于长的一段，一般由直径不小于12mm的圆钢的圆钢或直径不小于或直径不小于20mm的焊接钢管制成。接地的焊接钢管制成。接地引下线是连接接闪器和接地装置的一段导体，引下线是连接接闪器和接地装置的一段导体，采用直径不小于采用直径不小于8mm的圆钢或截面积不小于的圆钢或截面积不

25、小于48mm2、厚度不小于、厚度不小于4mm的扁钢制作。接地的扁钢制作。接地装置是接地体和接地线的总和，是为了降低装置是接地体和接地线的总和，是为了降低接地电阻而完成的接地整体。既然避雷针的接地电阻而完成的接地整体。既然避雷针的实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。 避雷线避雷线 作用原理同避雷针，主要用于输电线路的作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也可用于保护发电厂和变电所保护，也可用于保护发电厂和变电所 保护范围的长度与线路等长，而且两端还保护范围的长度与线路等长，而且两端

26、还有其保护的半个圆锥体空间有其保护的半个圆锥体空间 在架空输电线路上多采用保护角在架空输电线路上多采用保护角来表示避来表示避雷线的保护程度雷线的保护程度 保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角，线连线的夹角， 越小，雷击导线的概率越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏蔽保护越可靠越小，对导线的屏蔽保护越可靠双根等高避雷针保护范围单根避雷针保护范围x/2hhxxh()rhhp当 时：当 时：x/2hhxxh(1.52)rhhp0hx0 x/71.5()hhDpbhhhx-被保护物体高度；被保护物体高度； h-避雷针高度避雷针高度 P-高度修正系数高度修

27、正系数双根不等高避雷针保护范围单根避雷线保护范围两平行避雷线保护范围避雷线保护角 单支避雷针的保护范围是一个以其本体为轴线的单支避雷针的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，像一座圆帐篷。它的侧面边界线实曲线圆锥体，像一座圆帐篷。它的侧面边界线实际上是曲线，但我国规程建议近似地用折线来拟际上是曲线，但我国规程建议近似地用折线来拟合，以简化计算。合，以简化计算。 不难看出：最大的保护半径即为地面上不难看出：最大的保护半径即为地面上hx=0的保护半径的保护半径rg=1.5h。 从从h越高、修正系数越高、修正系数P越小可知：为了增大保护范越小可知：为了增大保护范围，而一味的提高避雷针的高度并非良

28、策，合理围，而一味的提高避雷针的高度并非良策，合理的解决办法应是采用多支等高或不等高避雷的解决办法应是采用多支等高或不等高避雷针做联合保护。针做联合保护。 单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半径小得多径小得多 ，这是因为它的引雷空间要比同样高度，这是因为它的引雷空间要比同样高度的避雷针小。的避雷针小。 某变电所配电构架高某变电所配电构架高11m，宽，宽10.5m，拟在，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架至少距构架至少5m。试计算避雷针最低高度。试计算避雷针最低高度。二、保护间隙和避雷器二、保护间

29、隙和避雷器 避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。 避雷器的种类：避雷器的种类： 保护间隙：保护间隙： 用于限制大气过电压。一般用于用于限制大气过电压。一般用于配电配电 管型避雷器：系统、线路和发、变电所进线段管型避雷器：系统、线路和发、变电所进线段保护保护 阀型避雷器：发电厂、变电所保护；阀型避雷器：发电厂、变电所保护；220kV 以下用于限制大气过电压，超高压系统用于限以下用于限制大气过电压，超高压系统用于限制内过电压或做内过电压后备保护制内过电压或做内过电压后备保护 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器MOA）：）： 对避雷器的基本技术要求对避雷器的

30、基本技术要求 正常运行时，避雷器内部如何隔离工作电压，正常运行时，避雷器内部如何隔离工作电压， 过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保护绝缘强度配合由两者的伏秒特性的配合来保护绝缘强度配合 V-SV-S曲线）曲线） 避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次过避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在某次过零时的工频续流，使系统恢复正常绝缘强度的自恢复能零时的工频续流，使系统恢复正常绝缘强度的自恢复能力）力） 以上两条对有间隙的避雷器保护间隙、管型避雷器、阀以上两条对有间隙的避雷器保护间隙、管型避雷

31、器、阀型避雷器是适宜的，对于型避雷器是适宜的，对于MOAMOA的基本要求则不同的基本要求则不同 无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电压，无间隙，长期工作在系统工作电压和间或承受各种过电压，工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残压应小于被保护工频下流过很小的泄漏电流，过电压下残压应小于被保护设备冲击绝缘强度，它必须具有长时间工频稳定性和过电设备冲击绝缘强度，它必须具有长时间工频稳定性和过电压下的热稳定性压下的热稳定性二、保护间隙和避雷器二、保护间隙和避雷器 避雷器的理论依据：避雷器的理论依据： 感应雷或入侵波作用在被保护设备感应雷或入侵波作用在被保护设备上时，可能使设备的绝缘破坏，如何

32、来上时，可能使设备的绝缘破坏，如何来保护设备免受危险电压的破坏呢？保护设备免受危险电压的破坏呢？ 气体间隙的放电现象气体间隙的放电现象如右图所示，如右图所示，两个间隙在同一个冲击电压的作用下，两个间隙在同一个冲击电压的作用下，如果间隙如果间隙2总是先于间隙总是先于间隙1放电，即间隙放电，即间隙2的伏秒特性完全位于间隙的伏秒特性完全位于间隙1的伏秒特性的伏秒特性曲线的下面，并且要有足够低的残压，曲线的下面，并且要有足够低的残压，那么先放电的间隙那么先放电的间隙2就能保护后放电的就能保护后放电的间隙间隙1，即间隙，即间隙1是被保护设备，间隙是被保护设备，间隙2是保护设备。于是发明了第一种避雷是保护

33、设备。于是发明了第一种避雷器器保护间隙。避雷器要保护被保护物保护间隙。避雷器要保护被保护物的基本条件就是避雷器总要先于被保护的基本条件就是避雷器总要先于被保护设备放电，并且要有足够低的残压。设备放电，并且要有足够低的残压。 （一保护间隙（一保护间隙保护间隙保护间隙当雷电波入侵时：当雷电波入侵时：间隙先击穿、工作母线接地间隙先击穿、工作母线接地过电压消失后：过电压消失后： 间隙中仍有由工作电压间隙中仍有由工作电压所产生的工频电弧电流所产生的工频电弧电流续流续流缺陷：缺陷： 1伏秒特性很陡；伏秒特性很陡； 2保护间隙没有专门保护间隙没有专门的灭弧装置的灭弧装置 3产生大幅值的截波。产生大幅值的截波

34、。 通常把间隙的电极做成角型，它有助于使工频电通常把间隙的电极做成角型，它有助于使工频电弧在电动力和上升热气流的作用下，向上运动并弧在电动力和上升热气流的作用下，向上运动并拉长，以利于电弧的自熄。为了防止主间隙被外拉长，以利于电弧的自熄。为了防止主间隙被外物例如小鸟短接而引起误动作，在下方还串物例如小鸟短接而引起误动作，在下方还串接了一个辅助间隙接了一个辅助间隙2。 目前仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果目前仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场合，例如那些低压配电网和中性点非有效接的场合，例如那些低压配电网和中性点非有效接地电网中。地电网中。 当雷电波入侵时，间隙先击穿，工作母线接地

35、，避免了被保护设备上当雷电波入侵时，间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。的电压升高，从而保护了设备。 过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生的工频短路电流称为续过电压消失后，间隙中仍有由工作电压所产生的工频短路电流称为续流），由于间隙的熄弧能力差，往往不能自行熄灭，将引起断路器的跳闸，流），由于间隙的熄弧能力差，往往不能自行熄灭，将引起断路器的跳闸，这样，虽然保护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成线路跳闸事故，这样，虽然保护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成线路跳闸事故，破坏系统的工作可靠性。破坏系统的工作可靠性。 此外，间隙间的电场是极不均匀电场

36、，又裸露在大气环境中，受气象条此外，间隙间的电场是极不均匀电场，又裸露在大气环境中，受气象条件的影响很大，因此它的伏秒特性很陡，且分散性大，这将直接影响到它件的影响很大，因此它的伏秒特性很陡，且分散性大，这将直接影响到它的保护效果。的保护效果。 还有当间隙被击穿后是直接接地，将会有截波产生，不能用来保护有绕还有当间隙被击穿后是直接接地，将会有截波产生，不能用来保护有绕组的设备。由于它有以上的不足，也就限制了它的使用范围。组的设备。由于它有以上的不足，也就限制了它的使用范围。 通常可将间隙配合自动重合闸使用。通常可将间隙配合自动重合闸使用。 （二管式避雷器（二管式避雷器 （亦称排气式避雷器，用于

37、输电线路）（亦称排气式避雷器，用于输电线路） 它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙，其基本元件为装在消弧管内的火花间隙，其基本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接一只外火花间隙。间隙，在安装时再串接一只外火花间隙。 增设火花间隙增设火花间隙F2的目的是为了在正常运行的目的是为了在正常运行时把消弧管与工作电压隔开，以免管子加时把消弧管与工作电压隔开，以免管子加速老化或在管壁受潮时发生沿面放电。速老化或在管壁受潮时发生沿面放电。外间隙内间隙1产气管；2胶木管套；3棒电极；4环形电极；5贮气室；6动作指示器 管由纤维、塑料或橡胶等产气材料制成。管由纤维

38、、塑料或橡胶等产气材料制成。 雷击时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，内外雷击时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，内外间隙的击穿状态将由导线上的工作电压所维持，此时流经间隙的工频电弧电流间隙的击穿状态将由导线上的工作电压所维持，此时流经间隙的工频电弧电流为工频续流，其值为管型避雷器安装处的短路电流，工频续流电弧的高温，使为工频续流，其值为管型避雷器安装处的短路电流，工频续流电弧的高温，使管内产生大量气体，其压力可达数十以至上百个大气压，气体从开口端喷出，管内产生大量气体，其压力可达数十以至上百个大气压，气体从开口端喷出，强烈地吹动电弧，使其在工频续流

39、第一次经过零值时熄灭。强烈地吹动电弧，使其在工频续流第一次经过零值时熄灭。 管型避雷器的熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大产气过多，管内气压管型避雷器的熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大产气过多，管内气压太高将造成管子炸裂；续流太小，产气过少，管内气压太低不足以熄弧，故管太高将造成管子炸裂；续流太小，产气过少，管内气压太低不足以熄弧，故管型避雷器熄灭工频续流有上下限的规定，通常在型号中表明。型避雷器熄灭工频续流有上下限的规定，通常在型号中表明。缺陷：缺陷： 1续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂 2伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似

40、伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似 维护较麻烦维护较麻烦 3应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电厂的进线段保护中。厂的进线段保护中。(三三)普通阀式避雷器普通阀式避雷器 变电所的防雷保护主要依变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器，其主要由靠阀式避雷器，其主要由火花间隙火花间隙F及与之串联的及与之串联的工作电阻工作电阻R阀片两大阀片两大部分组成。间隙冲击放电部分组成。间隙冲击放电电压低于被保护设备的冲电压低于被保护设备的冲击耐压强度。击耐压强度。 阀型避雷器的基本工作原理如下：阀型避雷器的基本工作原理如下

41、： 在电力系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，在电力系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免由母线的工作电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧以免由母线的工作电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧坏。当系统中出现过电压且其峰值超过间隙放电电压时，坏。当系统中出现过电压且其峰值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片碳化间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片碳化硅硅SiC，亦称金刚砂为主要原料的非线性特性，亦称金刚砂为主要原料的非线性特性， 故在阀片上产生的压降残压将得到限制，使其低于被故在阀片上产生的压降残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设

42、备就得到了保护。当过电压消失保护设备的冲击耐压，设备就得到了保护。当过电压消失后，间隙中由工作电压产生的工频电弧电流工频续流后，间隙中由工作电压产生的工频电弧电流工频续流将继续流过避雷器，此续流受阀片电阻的非线性特性所限将继续流过避雷器，此续流受阀片电阻的非线性特性所限制远小于冲击电流，使间隙能在工频续流在第一次经过零制远小于冲击电流，使间隙能在工频续流在第一次经过零值时就将电流切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的值时就将电流切断。这样避雷器从间隙击穿到工频续流的切断不超过半个工频周期，继电保护来不及动作系统就已切断不超过半个工频周期，继电保护来不及动作系统就已恢复正常。恢复正常。 特点：特

43、点： 对工作电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，对工作电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。 当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀片流入大地；之后，阀片仅受到工频电压作用，由于非线性片流入大地；之后，阀片仅受到工频电压作用，由于非线性关系，阀片电阻值增高，使流过的工频续流受到限制，并在关系，阀片电阻值增高，使流过的工

44、频续流受到限制，并在第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。留意：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，留意：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，因此电网在整个过程均保持正常供电。因此电网在整个过程均保持正常供电。 阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；阀片的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波; 阀式避雷器 阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。它分花间隙和多

45、组非线性电阻阀片串联组成。它分普通型和磁吹型两大类。普通型和磁吹型两大类。 普通阀式避雷器的单个火花间隙结构如图所示，普通阀式避雷器的单个火花间隙结构如图所示，电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为开形成间隙，间隙距离为0.51.0mm，间隙电场，间隙电场接近均匀电场，单个间隙的工频放电电压约为接近均匀电场，单个间隙的工频放电电压约为2.73.0kV(有效值有效值)。 普通阀式避雷器火花间隙、非线性电阻）普通阀式避雷器火花间隙、非线性电阻）单个火花间隙的结构单个火花间隙的结构a.保证间隙中保证间隙中的电场为均匀的电场为均匀

46、电场，伏秒特电场，伏秒特性平缓；性平缓；b.电电晕可缩短间隙晕可缩短间隙放电时间放电时间 多个短间隙串联易多个短间隙串联易于切断工频续流。于切断工频续流。（复合与散热）（复合与散热） 多个间隙串联电压分布多个间隙串联电压分布不均匀，使避雷器灭弧不均匀，使避雷器灭弧能力降低。可使用并联能力降低。可使用并联电阻使电压分布均匀。电阻使电压分布均匀。 a. 当电流增大时，阀片呈现当电流增大时，阀片呈现低阻值，使避雷器上电压降低阻值，使避雷器上电压降低，增加了避雷器的保护效低，增加了避雷器的保护效果。果。b. 希望在工频电压升高希望在工频电压升高后流过间隙阀片的续流不超后流过间隙阀片的续流不超过规定值，

47、此时阀片呈现的过规定值，此时阀片呈现的电阻要有足够的数值。电阻要有足够的数值。 阀式避雷器的火花间隙由大量单元间隙串联组成，阀式避雷器的火花间隙由大量单元间隙串联组成，例如例如110kv避雷器中，上述单元间隙的数目就达避雷器中，上述单元间隙的数目就达到到96只。只。 多重间隙是一电容链式电路，多重间隙是一电容链式电路， 由于间隙各电极对由于间隙各电极对地和对高压端有寄生电容存在，电压沿这种电路地和对高压端有寄生电容存在，电压沿这种电路的分布是很不均匀的，对阀式避雷器来说，在冲的分布是很不均匀的，对阀式避雷器来说，在冲击放电过程中，电压沿着多重间隙的不均匀分布击放电过程中，电压沿着多重间隙的不均

48、匀分布是有好处的，因为它能降低整个火花间隙的冲击是有好处的，因为它能降低整个火花间隙的冲击放电电压，使各个单元间隙迅速地相继击穿，为放电电压，使各个单元间隙迅速地相继击穿，为保护绝缘提供可靠的保护。保护绝缘提供可靠的保护。 另一方面，这一现象对火花间隙的工频击穿特性另一方面，这一现象对火花间隙的工频击穿特性和灭弧性能却是不利的，因为电压的不均匀分布和灭弧性能却是不利的，因为电压的不均匀分布使得整个火花间隙的工频击穿电压降低了、续流使得整个火花间隙的工频击穿电压降低了、续流的灭弧条件恶化了。的灭弧条件恶化了。 为解决这个问题，在火花间隙加装分路电阻。为解决这个问题，在火花间隙加装分路电阻。 在工

49、频电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分在工频电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分路电阻阻值较小，故间隙上电压分布均匀，从而路电阻阻值较小，故间隙上电压分布均匀，从而提高了熄弧电压和工频放电电压。提高了熄弧电压和工频放电电压。 在冲击电压的作用下，间隙电容的阻抗小于分路在冲击电压的作用下，间隙电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布主要取决于电容分布，电阻，间隙上的电压分布主要取决于电容分布，由于间隙对地和对瓷套寄生电容的存在，使电压由于间隙对地和对瓷套寄生电容的存在，使电压分布很不均匀，因此其冲击放电电压较低。分布很不均匀，因此其冲击放电电压较低。 采用分路电阻均压后，在工作电压作用下，分路采

50、用分路电阻均压后，在工作电压作用下，分路电阻将长期有电流流过，因此分路电阻必须有足电阻将长期有电流流过，因此分路电阻必须有足够的热容量。分路电阻亦应是非线性的，其主要够的热容量。分路电阻亦应是非线性的，其主要原料是原料是SiC。 我国生产的普通阀式避雷器有我国生产的普通阀式避雷器有FS和和FZ两种系列两种系列 配电所型配电所型FS 结构特点：有火花间隙和阀片，但无分路电阻，结构特点：有火花间隙和阀片，但无分路电阻，阀片直径阀片直径55mm, 额定电压：额定电压：3，6，10kv 应用范围：配电网中变压器、电缆头、柱上开关应用范围：配电网中变压器、电缆头、柱上开关等设备的保护。等设备的保护。 变

51、电所型变电所型FZ 结构特点：有火花间隙、阀片和分路电阻，阀结构特点：有火花间隙、阀片和分路电阻，阀片直径片直径100mm 额定电压：额定电压：3220kv 应用范围：应用范围：220kv及以下变电所电气设备的保及以下变电所电气设备的保护护 避雷器的参数避雷器的参数 1、额定电压：指使用此避雷器的电网额定、额定电压：指使用此避雷器的电网额定电压，也就是正常运行时作用在避雷器上的电压，也就是正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压。工频工作电压。 2、灭弧电压：是指保证避雷器在工频续流、灭弧电压：是指保证避雷器在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下，允许加在第一次经过零值时灭弧的条件下，允许加在避

52、雷器上的最高工频电压。灭弧电压应该大避雷器上的最高工频电压。灭弧电压应该大于避雷器安装点可能出现的最大工频电压。于避雷器安装点可能出现的最大工频电压。 3、冲击放电电压：在冲击电压作用下避雷、冲击放电电压：在冲击电压作用下避雷器的放电电压幅值。器的放电电压幅值。 4、工频放电电压：指工频电压作用下避雷、工频放电电压：指工频电压作用下避雷器发生放电的电压有效值，它表明间隙器发生放电的电压有效值，它表明间隙的绝缘强度。的绝缘强度。 5、残压：冲击电流流过避雷器时，在阀片、残压：冲击电流流过避雷器时，在阀片电阻上产生的最大压降。电阻上产生的最大压降。 阀式避雷器的保护水平：阀式避雷器的保护水平：表示

53、该避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。表示该避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。是指残压、标准雷电波是指残压、标准雷电波1.2/50us下冲击放电电下冲击放电电压和陡波压和陡波1200kV/us冲击放电电压除以系数冲击放电电压除以系数1.15三者中的最大值。三者中的最大值。阀式避雷器的冲击系数阀式避雷器的冲击系数 ：冲击放电电压与工频放电电压幅值之比。冲击放电电压与工频放电电压幅值之比。切断比：避雷器间隙的工频放电电压下限与续切断比：避雷器间隙的工频放电电压下限与续流过零后间隙所能承受的最大工频电压灭弧电压流过零后间隙所能承受的最大工频电压灭弧电压之比，其值越小越好。之比，其值越小越好。保

54、护比：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越保护比：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越好。好。 （四磁吹阀式避雷器（四磁吹阀式避雷器 提高避雷器切断工频续流值的方法之一是提高避雷器切断工频续流值的方法之一是“磁吹磁吹”，即，即利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间隙灭弧能力。隙灭弧能力。 1电极；2灭弧盒；3分路电阻；4灭弧栅；5主间隙；6磁吹线圈；7辅助间隙 间隙由一对角形电极间隙由一对角形电极 1 组成，组成，磁场是轴向的，续流电弧被轴向磁场是轴向的，续流电弧被轴向磁场力拉长，吹入灭弧栅磁场力拉长，吹入灭弧栅 4，电，电弧最

55、终长度可达起始长度的数十弧最终长度可达起始长度的数十倍，灭弧盒倍，灭弧盒2 用陶瓷或云母、玻用陶瓷或云母、玻璃等材料制成，电弧在灭弧栅中璃等材料制成，电弧在灭弧栅中受到强烈的去游离作用，因而电受到强烈的去游离作用，因而电弧电阻很大，能起到限制续流的弧电阻很大，能起到限制续流的作用，故称为限流间隙，它可切作用，故称为限流间隙，它可切断断 450A 左右的续流。左右的续流。 磁吹避雷器是如何产生磁吹的？磁吹避雷器是如何产生磁吹的？ 磁场是由与间隙串联的磁吹线圈产生的：在过电压作磁场是由与间隙串联的磁吹线圈产生的：在过电压作用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，在线圈上用下，主间隙被击穿，放电电

56、流通过磁吹线圈，在线圈上产生很大的压降，使辅助间隙击穿，放电电流经过辅助间产生很大的压降，使辅助间隙击穿，放电电流经过辅助间隙、主间隙、阀片而流入大地；隙、主间隙、阀片而流入大地； 在工频续流通过时，磁吹线圈上的压降不足以维持辅在工频续流通过时，磁吹线圈上的压降不足以维持辅助间隙中电弧的燃烧，工频续流很快转入磁吹线圈中，即助间隙中电弧的燃烧，工频续流很快转入磁吹线圈中，即工频续流是通过主间隙、磁吹线圈、阀片流入大地的，续工频续流是通过主间隙、磁吹线圈、阀片流入大地的，续流在磁吹线圈中产生磁吹。流在磁吹线圈中产生磁吹。 磁吹避雷器采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和磁吹避雷器采用了灭弧能力较强的磁

57、吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。通流能力较大的高温阀片。 目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种：目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种： FCDFCD型型-保护旋转电机保护旋转电机 电压一般电压一般2-15KV2-15KV FCZ FCZ型型-保护高压设备保护高压设备 电压一般电压一般35-500KV35-500KV （五金属氧化物避雷器（五金属氧化物避雷器系统相电压U / kVI / A10-510-410-310-210-1110102103104图 氧化锌阀片的伏安特性ZnO避雷器的特性曲线 ZnO避雷器具有显著的非线性伏安特性。 当过电压袭来时，ZnO避雷器电流剧增，有效地吸收过

58、电压的能量并遏制住系统电压的上升趋势。下法兰上法兰下法兰承担机械负荷，玻璃钢绝缘套筒承担外绝缘，硅橡胶避雷器芯体，多片Z n O 阀片堆叠而成ZnO避雷器的结构ZnO避雷器中起主要作用的非线性电阻元件由多片ZnO阀片堆叠而成，根据电压等级的不同堆叠层数也不同。图中给出是目前最为先进的硅橡胶复合外套避雷器的简化结构。绝大部分情况下，避雷器在系统中的连接都是星形接法。星形接法下长期工作中的避雷器承受的是相电压。避雷器的接地要求绝对可靠 7070年代初期出现了氧化锌避雷器，其阀片以氧化年代初期出现了氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，锌为主要材料，附以少量精选过的金属

59、氧化物，经高温焙烧而成。经高温焙烧而成。 无间隙无间隙ZnOZnO避雷器与传统的有串联间隙的避雷器与传统的有串联间隙的SiCSiC相比相比的优点：的优点： （1 1无间隙无间隙 在工作电压作用下，氧化锌实际上相当一绝在工作电压作用下，氧化锌实际上相当一绝缘体，因而工作电压不会使氧化锌阀片烧坏，所缘体，因而工作电压不会使氧化锌阀片烧坏，所以可以不用串联间隙来隔离工作电压。以可以不用串联间隙来隔离工作电压。 由于无间隙，当然也就没有因串联间隙而带由于无间隙，当然也就没有因串联间隙而带来的一系列问题。如污秽、内部气压变化对间隙来的一系列问题。如污秽、内部气压变化对间隙的电位分布和放电电压的影响等。的

60、电位分布和放电电压的影响等。 同时，因无间隙，故大大改善了陡波下的响同时，因无间隙，故大大改善了陡波下的响应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增加应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增加而增大的问题，提高了对设备保护的可靠性。而增大的问题，提高了对设备保护的可靠性。（2 2无续流无续流 当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值此值当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值此值称为起始动作电压时，将发生称为起始动作电压时，将发生“导通导通”，其后，氧，其后，氧化锌阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当化锌阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压以下时，氧化锌的系统电压降至