2 防雷保护设备
避雷针防雷原理及保护范围
a.作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。 b.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。 c.单根和双根等高避雷针的保护范围
避雷线（地线）防雷原理及保护范围:a.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 b.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。
c.用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位 e.避雷线对导线的耦合作用还可以降低导线上的感应雷过电压。 f.单根及双根避雷线的保护原理 避雷器工作原理及常用种类
a.避雷针(线)不能完全避免设备不受雷击;从输电线路上也可能有危及设备绝缘的过电压波传入发电厂和变电所。
b.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。
c.避雷器的常用类型有：保护间隙、管型避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器。
对避雷器的基本要求a.绝缘强度的合理配合: 避雷器与被保护设备的伏秒特性应有合理的配合。在绝缘强度的配合中，要求避雷器的伏秒特性比较平直、分散性小。
b.绝缘强度的自恢复能力:避雷器一旦在冲击电压作用下放电，就造成对地短路。随之工频短路电流（工频续流）要流过此间隙，避雷器应当具有自行截断工频续流，恢复绝缘强度的能力，使电力系统得以继续正常工作 c.阀型避雷器的保护原理及阀片的作用d.残压、灭弧电压的重要概念 第6章 输电线路的防雷保护
输电线路落雷次数:每100km线路每年的雷击次数
耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值,以kA为单位。
雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起跳闸次数。这是衡量线路防雷性能的综合指标。 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
我国110kV及以上线路一般全线都装设避雷线，而35kV及以下线路一般不装设避雷线，中性点直接接地系统有避雷线的线路遭受直击雷一般有三种情况：a.雷击杆塔塔顶；b.雷击避雷线档距中央； c.雷电绕过避雷线击于导线
线路跳闸需满足的条件：a.线路落雷
b.雷电流超过线路耐雷水平，线路绝缘发生冲击闪络，雷电流沿闪络通道流入大地，但作用时间很短，线路开关来不及动作
c.当闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时，才会跳闸停电
雷击跳闸率计算
雷击杆塔时的跳闸率 n1?NgP1?n?n1?n2绕击跳闸率 n2?NPP??2?N(gP1?P?P2)?输电线路雷击跳闸率
输电线路的防雷保护措施
a.架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、采用不平衡绝缘、装设自动重合闸、采用消弧线圈、装设避雷器、加强绝缘是主要的防雷方式 b. 确定输电线路防雷方式时，还应全面考虑线路综合因素，因地制宜地采取合理的保护措施。 第7章 发电厂变电所的防雷保护
发电厂、变电所遭受雷害的两个方面：a.雷直击于发电厂、变电所: 防护措施是采用避雷针或避雷线 b.雷击输电线后产生的雷电波侵入发电厂、变电所: 防护措施是装设避雷器，同时还应限制流过避雷器的雷电流幅值和陡度。 发电厂、变电所的直击雷保护a.110kV及以上的配电装置,一般将避雷针装在构架上.但在土壤电阻率 的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击b.35kV及以下的配电装置仍宜采用独立避雷针
500c.60kV的配电装置,在 ? ? ? ? m 地区宜采用独立避雷针?, ? 500 ? ? m 的地区采用构架避雷针
l阀式避雷器的保护作用
Uj:多次截波耐压值 Ub.5?2??Uj ?lm?
Uj?Ub.52?/?
变压器承受雷电波能力变电所中变压器距避雷器的最大允许电气距离
变电所的进线段保护
a.为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，必须限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA（330kV-500kV为10kA)、限制侵入波陡度α不超过一定的允许值。
b.35-110kV无避雷线线路,雷击变电所附近导线时,两者都有可能超过。 c.进线段保护是指在临近变电所1-2km的一段线路上加强防雷保护措施，从而使避雷器雷电流的幅值和陡度都降低到合理范围内。 35kV及以上变电所的进线段保护
保护角不宜超过20度 变压器的防雷保护
（1) 三绕组变压器的防雷保护 （2）自耦变压器的防雷保护 （3）变压器中性点的防雷保护 全绝缘、分级绝缘的概念
旋转电机的防雷保护
（1）旋转电机的防雷保护特点
a.旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值 b.运行中的旋转电机主绝缘低于出厂时的核定值
c.保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小（主绝缘) d.由于电机绕组匝间电容较小，匝间承受电压正比于陡度，要求来波陡度较小(匝间绝缘) e.电机绕组中性点一般不接地，三相进波时，中性点电压可达进波电压的两倍(中性点绝缘） (2)直配电机的防雷措施a.避雷器保护b.电容器保护c.电缆段保护d.电抗器保护 第8、10章 电力系统稳态（工频、铁磁谐振）过电压
内部过电压:电力系统中,除了雷电过电压外,还存在由于自己内部原因而引起的过电压,包括稳态过电压和操作过电压
操作过电压:当开关操作或事故状态时引起系统拓扑结构发生改变时,各储能元件的能量重新分配时发生振荡,从而出现的电压升高的现象，持续时间0.1s以内
稳态过电压：由工频电压升高和谐振现象引起，持续时间比操作过电压长得多，有些甚至长期存在 过电压的分类
内部过电压的能量来自电网本身,一般用最大运行相电压的倍数表示 2U?kUNm 工频过电压的特点 3（1)工频电压升高的大小会直接影响操作过电压的实际幅值。 操作过电压是叠加在工频电压升高之上的，从而达到很高的幅值。
（2）它的大小会影响保护电器的工作条件和保护效果 避雷器的最大允许工作电压是由避雷器安装处工频过电压值来决定的。如工频电压过高，避雷器
的最大允许工作电压也越高，避雷器的冲击放电电压和残压也将提高，相应被保护设备的绝缘水平要随之提高
(3）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响 例如引起油纸绝缘内部电离,污秽绝缘子闪络,铁心过热,电晕等 2 不对称短路引起的工频电压升高
a.不对称短路是电力系统中最常见的故障形式，当发生单相或两相对地短路时，健全相上的电压都会升高，其中单相接地引起的电压升高更大一些。b.阀式避雷器的灭弧电压通常也就是根据单相接地时的工频电压升高来选定的。c.单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的，为了计算健全相上的电压升高，通常采用对称分量法和复合序网进行分析。 分析:a.对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的1.1倍。 在选择避雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷器
b.对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地时健全相上电压接近线电压。 在选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器
c.对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电压约为0.8倍线电压 避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器 3 工频电压升高的限制措施
在考虑线路的工频电压升高时，如果同时计及空载线路的电容效应、单相接地及突然甩负荷等三种情况，那么工频电压升高可达到相当大的数值。
实际运行经验表明:在一般情况下，220kV及以下的电网中不需要采取特殊措施来限制工频电压升高
在330～500kV超高压电网中，应采用并联电抗器或静止补偿装置等措施，将工频电压升高限制到1.3～1.4倍相电压以下 4 谐振过电压的分类
(1) 线性谐振:电感参数L与电容C、电阻R一样,都是线性参数，不随电流、电压而变化,设计和运行时应设法避开谐振条件 (2) 参数谐振:电感参数周期性变化,设计时应当避开谐振点 (3) 铁磁谐振:带铁心电感的饱和现象 第9章 电力系统操作过电压
1 切断空载线路过电压:a.切除空载线路是电网中常见操作之一
b.在切空载线路的过程中，虽然断路器切断的是几十安到几百安的电容电流，比短路电流小的多
c.如果使用的断路器灭弧能力不强，在切断这种电容电流时就可能出现电弧的重燃，从而引起电磁振荡，造成过电压。 限制措施::限制切除空载线路过电压的最根本措施是设法消除断路器的重燃现象
a.采用灭弧性能强的快速动作断路器b. 利用避雷器保护c.断路器线路侧接电磁式电压互感器
d:线路侧接并联电抗器: 并联电抗器与线路电容构成振荡回路,使线路上的残余电压转化为交流电压 e.使用带并联电阻的断路器 3 空载线路合闸过电压
a.电力系统中，空载线路合闸过电压也是一种常见的操作过电压。通常分为两种情况，即正常操作和自动重合闸。 b.由于初始条件的差别，重合闸过电压的情况更为严重。
c.近年来由于采用了种种措施（如采用不重燃断路器、改进变压器铁芯材料等）限制或降低了其他幅值更高的操作过电压，空载线路合闸过电压的问题就显得更加突出。
计划性合闸由 过电压幅值＝稳态值＋（稳态值－起始量=UΦ+UΦ=2UΦ 自动重合闸 最大值为=－UΦ＋[-UΦ-(0.91～.98 )UΦ] =(-2.91～2.98) UΦ。 限制措施:a.装设并联合闸电阻b.同步合闸c.利用避雷器来保护d.单相重合闸 4 切除空载变压器过电压a.正常运行时,空载变压器表现为一励磁电感。
b.切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷，会在变压器和断路器上出现很高的过电压。 c.开断并联电抗器、电动机等，也属于切断感性小电流的情况。
发展过程 研究表明：a.切断100A以上的交流电流时，开关触头间的电弧通常是在工频电流自然过零时熄灭的，等值电感中储存的磁场能量为零；b.当所切除的电流很小时（变压器的空载电流非常小，只有几安到几十安），开关中的去游离作用又很强，电弧往往提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切断，即所谓的截流现象。 c.出现截流时，等值电感中储存的磁场能量全部转化为电场能量，从而出现很高的过电压
限制措施:1、采用避雷器保护: 在断路器的变压器侧装设阀型避雷器,非雷雨季节也不能退出运行。
2、装设并联电阻: 在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻，其限值应接近于被切电感的工作激磁阻抗（数万欧）。 5 断续电弧接地过电压:中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流)较大，接地点的电弧将不能自熄，而以断续电弧（断续地熄灭和重燃）的形式存在，就会产生另一种严重的操作过电压——断续电弧接地过电压。
防护措施:1、采用中性点直接接地方式:若中性点接地，单相接地故障将在接地点产生很大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底消除电弧接地过电压。目前，110kV及以上电网大多采用中性点直接接地的运行方式。 2、采用中性点经消弧线圈接地方式:采用中性点直接接地方式能够解决断续电弧问题，但每次发生单相接地故障都会引起断路器频繁跳闸，严重影响供电的连续性。所以，我国35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。 第11章 电力系统绝缘配合 1 绝缘配合的概念
根据电气设备在系统中可能承受的各种电压,并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘性能后来确定电气设备的绝缘水平，以便把作用于电气设备上的各种电压（正常工作电压及过电压）所引起的绝缘损坏降低到经济上和运行上所能接受的水平。 其核心问题为确定设备的绝缘水平。
2 绝缘水平: 设备可以承受(不发生闪络、击穿或其他损坏）的试验电压标准 3 变电站电气设备绝缘水平的确定
避雷器对设备的保护可有以下两种方式:（1）避雷器只用作雷电过电压的保护,而不用来保护内部过电压. 220kV及以下系统都采用此种方式,内部过电压对正常绝缘无危险
（2）避雷器主要于雷电过电压的保护,但也用作内部过电压的后备保护
超高压系统中采用，依靠断路器将内部过电压限制在一定水平。避雷器在内过电压下一般不动作，只有很大时才动作。 220kV(最大工作电压为252kV)及以下等级和220kV以上电压等级在过电压保护措施、绝缘耐压试验、最大工作电压倍数、绝缘裕度等方面都存在差异，可分为以下两部分： 范围I：3 kV m ? 252 kV 范围II: um?252kV.5? u雷电过电压下BIL 、操作过电压SIL下的绝缘配合
短时工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度。
?1雷电冲击系数,取1.48 ?2操作冲击系数，66kV及以下1.3，110kV及以上取1.35
4 绝缘子串中绝缘子片数的确定
线路绝缘子串应满足三方面的要求：a.在工作电压下不发生污闪； b.雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；c.具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平。 选工作电压和操作过电压两者要求的大者作为绝缘子的片数，再按雷电过电压的要求进行验算即可
风偏角的影响:就塔头空气间隙上可能出现的电压幅值来看，一般是雷电过电压最高、操作过电压次之、工频工作电压最低。 而三种情况下可能出现的风偏角则刚好相反:a.由于工作电压长期作用在导线上，其可能引起的风偏角最大
b.雷电过电压持续时间最短，可能出现的风偏角最小c.操作过电压持续时间较短，可能出现风偏角介于以上两者之间 导线与杆塔之间距离的确定
求得以上净间距后,结合风偏角,可求各种过电压下所对应的最小距离
L0?S0?Lsin?0Ls?Ss?Lsin?s Li?Si?Lsin?i导线与杆塔之间的水平距离由下式决定
L?max[L0,Ls,Li]
习题 10.4 10.5 10.6
避雷针高度为
h?73?2?75m?0.635
，由于
120m?h?30m，则
p?5.5h?5.575(1)
hxh?38m的建筑 由于hx??37.5m，x2r?(h?hx)p?23.5?40
?(1.5h?2hx)p?58.7?50
因此，高38m的建筑不在保护范围内。
hh??37.5m，rx（2）hx?10m 的建筑 由于x2因此，高10m的建筑在保护范围内
