高电压技术_西南交通大学10 8 1--教案8 3、8 4_W

1、8.2防雷保护设备本节内容8.2.1避雷针防雷原理及保护范围8.2.2避雷线防雷原理及保护范围8.2.3避雷器工作原理及常用种类雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千千伏，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积停电。常用的防雷措施避雷针避雷线避雷器防止直击雷过电压防止感应雷过电压8.2 防雷保护设备其他防雷保护措施：防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸38.2.1 避雷针防雷原理及保护范围1、避雷针防雷原理避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成， 其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被

2、保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。41、避雷针的保护范围保护范围：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）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于0.1的绕击率。（1）单支避雷针保护半径rx用下式计算：hrX= (h - hX )p = ha phX h2（8-19）8.2.1 避雷针防雷原理及保护范围rX=（1.5h - 2hX) phX 2（8-20）图8-6 单支避雷针的保护范围5（2）两支等高避雷针两针外侧的保护范围按单根避雷针方法确定

3、；两针内侧的保护高度由两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定。O点为假想避雷针的顶点，其高度按下式计算：h= h -D（8-21）O7 p式中hO两针间保护范围上部边缘最低点高度，单位为m8.2.1 避雷针防雷原理及保护范围图8-7 高度为h的两支等高避雷针的保护范围D两避雷针之间的距离，单位为m68.2.1 避雷针防雷原理及保护范围（2）两支等高避雷针两针间的保护范围由于相互屏蔽效应而使保护范围增大，其范围按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R0两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx应按图8-8确定。(a)D/haP07(b)D/haP57图8-8 两等

4、高(h)避雷针间保护范围的一侧最小宽度(bx)与D/haP的关系78.2.1 避雷针防雷原理及保护范围（2）两支不等高避雷针图8-9 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如图8-9所示。外侧保护范围分别按单支避雷针的方法确定。针间保护范围先按单支避雷针的计算方法，确定较高避雷针1的保护范围，然后由低避雷针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为等效顶点，再按两支等高避雷针计算。88.2.1 避雷针防雷原理及保护范围（2） 多支等高避雷针由于发电厂或变电所的面积较大，实际上都采用多支等高避雷针保护。 三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围如图8-10（a）所示，

5、图8-10（b）所示为四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围。a) 三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围b) 四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围图8-10 三、四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围9本节内容8.2.1避雷针防雷原理及保护范围8.2.2避雷线防雷原理及保护范围8.2.3避雷器工作原理及常用种类避雷线，通常又称架空地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所，近年来许多国家采用避雷线保护500kV大型超高压变电所。在hX水平面上每侧保护范围计算公式：hrX = 0.47(h - hX ) p hX 2 r = (h -1.53h )

6、 p h h XXX 2（8-23）（8-24）8.2.2 避雷线防雷原理及保护范围图8-11 单根避雷线的保护范围118.2.2 避雷线防雷原理及保护范围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。两线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定；两线内侧的保护高度由两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定。O点的高度应按下式计算：h= h -D（8-25）O4 p图8-12 双避雷线的保护范围128.2.2 避雷线防雷原理及保护范围保护角是指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角。保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。一般=2030， 这时即认为导线已处于避雷线的保护范围之

7、内。220 330kV双避雷线线路，一般采用保护角20左右，500kV一般保护角不大于15，山区宜采用较小的保护角。图8-13 避雷线的保护角13本节内容8.2.1避雷针防雷原理及保护范围8.2.2避雷线防雷原理及保护范围8.2.3避雷器工作原理及常用种类8.2.3 避雷器工作原理及常用种类避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接。当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。避雷器的常用类型有： 保护间隙 排气式避雷器（管型避雷器） 阀式避雷器 金属氧

8、化物避雷器（氧化锌避雷器）避雷器158.2.3 避雷器工作原理及常用种类优点：结构简单，价格便宜。缺点：伏秒特性曲线较陡，放电分散性大，与被保护设备的绝缘配合不理想，熄弧能力低。保护间隙适用于除有效接地系统和低电阻接地系统外的低压配电系统中1、保护间隙保护间隙是一种简单的避雷器，按其形状可分为：角形，棒形，环形和球形， 常用的角形保护间隙如图8-14所示：图8-14 角形保护间隙168.2.3 避雷器工作原理及常用种类1、保护间隙保护间隙的主间隙距离不应小于表8-1所列数值。辅助间隙的距离可采用表8-1所列数值表8-1 保护间隙的间隙距离系统标称电压/kV36102035主间隙距离最小值/mm

9、81525100210辅助间隙距离/mm510101520保护间隙与被保护设备并联连接，当雷电波侵入时，间隙先击穿，线路接地，从而保护了电气设备。保护间隙击穿后形成工频续流，当间隙能自行熄弧时，系统恢复正常运行，当间隙不能自行熄弧时，将引起断路器跳闸。为减少线路停电事故，应加装自动重合闸装置。178.2.3 避雷器工作原理及常用种类2、排气式避雷器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，在安装时再串接一只外火花间隙，如图8-15。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。图8-15 排气式避雷器188.2.3 避雷器工

10、作原理及常用种类3、阀式避雷器（1）普通阀式避雷器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0.51.0mm ， 间隙电场接近均匀电场。如图8-16所示。阀片的电阻呈非线性，伏安特性如图8-17所示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。它分普通型和磁吹型两大类。图8-16 单个火花间隙结构198.2.3 避雷器工作原理及常用种类普通阀式避雷器的阀片是由碳化硅和结合剂在低温下烧结形成的圆饼形电阻 片。阀片的电阻值呈现非线性，在幅值高的过电压作用下，电流很大而电阻很小； 在幅值低的工作电压作用下，电流很小而电阻很大。伏安特

11、性如图8-17所示阀片的伏安特性公式：u = Cia（8-26）式中C常数，等于阀片上流过1A电流时的压降，取决于阀片的材料和尺寸非线性系数，普通阀片的一般在0.2左右图8-17 阀片的伏安特性20（2）磁吹阀式避雷器8.2.3 避雷器工作原理及常用种类磁吹阀式避雷器采用了磁吹式火花间隙， 它是利用磁场对电弧的电动力，迫使间隙中 的电弧加快运动并延伸，使间隙的去游离作 用增强，从而提高灭弧能力，如图8-18所示。间隙是由一对角形电极构成，磁场是轴 向的，在电磁作用下产生的电动力将电弧拉 入灭弧栅中，电弧的最终长度可达到初始长 度的几十倍。灭弧栅由陶瓷或云母玻璃制成， 电弧在其中受到强烈去游离而

12、熄灭，使间隙 绝缘强度迅速恢复。图8-18 磁吹式火花间隙21（2） 磁吹阀式避雷器多个间隙串联电路中，由于寄生电容存在，灭弧过程工频电压在各个间隙上的分布是不均匀的，将影响每个间隙作用的充分发挥，减弱了灭弧能力。通常将四个火花间隙放在 一个瓷套筒里组成标准间隙组， 在每个标准间隙组的侧面并有 两个串联的半环形非线性分路 电阻，以便起均压作用。(a) 标准火花间隙组(b)原理图图8-19 磁吹式火花间隙8.2.3 避雷器工作原理及常用种类228.2.3 避雷器工作原理及常用种类4、金属氧化物避雷器（MOA）金属氧化物避雷器的阀片是由以氧化锌、（ZnO）为主要原料，并添加其它微量的氧化铋（Bi2

13、O3）、氧化钴（Co2O3） 氧化锰（MnO2）、氧化锑（Sb2O3）、氧化铬（Cr2O3）等金属氧化物作添加剂。氧化锌(ZnO)具有极其优异的非线性伏安特性，如图8-20所示。图8-20 氧化锌阀片的伏安特性23由于氧化锌阀片优异的伏安特性，使MOA与碳化硅避雷器相比具有以下优点：保护性能好无续流通流容量大运行安全可靠8.2.3 避雷器工作原理及常用种类MOA具有体积小，重量轻，结构简单，元件通用性强，运行维护方便，使用寿命长，造价相对较优点，使得其在电力系统中运用越来越广泛。由于其无续流的特性，还可以制成直流避雷器以及其他特殊用途的避雷器，如适用于气体绝缘变电所（GIS）中的避雷器、地下电缆系统的避雷器、高海拔地区的避雷器、严重污秽地区的避雷器等。24金属氧化物避雷器电气性能基本技术指标：额定电压参考电压通流容量荷电率最大持续运行电压残压电压比保护比国外自20世纪80年始研制复合绝缘外套金属氧化物避雷器。与瓷套金属氧化物避雷器相比，复合绝缘外套金属氧化物避雷器具有制造工艺简单，体积小，重量轻，散热性好，耐污型强的特点，在很大程度上消除了避雷器受潮的隐患、裙套爆炸的危8