第8章_雷電及防雷保護設備

1、相關規(guī)程與手冊：相關規(guī)程與手冊：u交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合u交流電氣裝置的接地u220500kV變電所設計技術規(guī)程u導體和電器選擇設計技術規(guī)定u110750kV架空輸電線路設計技術規(guī)程u電力工程高壓送電線路設計手冊u電氣工程電氣設計手冊，一次部分1第八章第八章 雷電及防雷裝置雷電及防雷裝置2雷電放電實質(zhì)上是一種超長氣隙的火花雷電放電實質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會引起巨大的電磁效應、機械百千安，從而會引起巨大的電磁效應、機械效應和熱效應，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的雷效應和熱效應，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生很高的雷電

2、過電壓，是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電電過電壓，是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一。事故的主要原因之一。38.1 雷電參數(shù)雷電參數(shù)8.2 避雷針、避雷線的保護范圍避雷針、避雷線的保護范圍 8.3 避雷器避雷器 8.4 接地裝置接地裝置 4 按雷電發(fā)展的方向，按雷電發(fā)展的方向，雷電可分為上行雷和下行雷雷電可分為上行雷和下行雷。下行雷是在雷云中產(chǎn)生并向大地發(fā)展的；上行雷是由下行雷是在雷云中產(chǎn)生并向大地發(fā)展的；上行雷是由接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)展的。接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)展的。 對地放電的雷云絕大多數(shù)（對地放電的雷云絕大多數(shù)（75759090）是帶負電）是帶負電荷，所

3、以入地雷電流多為負極性。雷閃放電過程與長荷，所以入地雷電流多為負極性。雷閃放電過程與長間隙極不均勻電場放電過程一樣，主要有間隙極不均勻電場放電過程一樣，主要有先導放電、先導放電、主放電和余輝放電主放電和余輝放電三個階段。三個階段。8.1 雷電參數(shù)5 根據(jù)高速攝影照片繪制的多重雷電放電過程示意圖如圖所示6（一）（一） 雷電放電的等值電路雷電放電的等值電路 主放電過程產(chǎn)生的正電荷沿先導通道向上運動去主放電過程產(chǎn)生的正電荷沿先導通道向上運動去中和通道中的負電荷，而產(chǎn)生的負電荷則沿雷擊點流中和通道中的負電荷，而產(chǎn)生的負電荷則沿雷擊點流過被擊物，形成極大的主放電電流。過被擊物，形成極大的主放電電流。 研

4、究表明，先導通道具有分布參數(shù)的特征，其波研究表明，先導通道具有分布參數(shù)的特征，其波阻抗用阻抗用Z0表示。表示。 7 先導通道中電荷的線密先導通道中電荷的線密度；度； vL主放電速度主放電速度。 則可則可將先導放電的發(fā)展將先導放電的發(fā)展看作是一根均勻分布電荷的看作是一根均勻分布電荷的長導線自雷云向大地延伸長導線自雷云向大地延伸，而將先導頭部接近地面時氣而將先導頭部接近地面時氣隙被擊穿看作是開關突然合隙被擊穿看作是開關突然合閘。閘。 8 當雷擊于避雷針、線路桿塔、架空地線或?qū)Ь€等具有分布參數(shù)特性的物體時，雷擊放電過程可用右圖表示。9 則流經(jīng)被擊物體的電流則流經(jīng)被擊物體的電流iZ為為 Z為被擊物的波

5、阻抗或雷擊點與大地零電位參為被擊物的波阻抗或雷擊點與大地零電位參考點間的集中參數(shù)阻抗。考點間的集中參數(shù)阻抗。 即流經(jīng)被擊物體的電流即流經(jīng)被擊物體的電流iZ與被擊物體的波阻抗與被擊物體的波阻抗Z有關有關。Zvi00LZZZ（1）10 當Z = 0時，流經(jīng)被擊物的電流被定義為“雷電流”，用i表示。由前述可知i = vL。實際上被擊物的波阻抗不可能為零，故國際上通常將雷擊于接地阻抗小于30的物體時流過該物體的電流當成是雷電流i。則上式可改寫為zzz00Z ii（2）11式（2）的等值電路如下圖12 通道向被擊物體傳播通道向被擊物體傳播的過程。其計算模型的過程。其計算模型及彼德遜等值電路如及彼德遜等值

6、電路如圖所示。圖所示。 從地面感受到的實際效果出發(fā)，可將雷擊物體看從地面感受到的實際效果出發(fā)，可將雷擊物體看作是一個入射波為作是一個入射波為 i / 2 的電流波沿一條波阻抗為的電流波沿一條波阻抗為Z0的的13 （二）雷電參數(shù)二）雷電參數(shù) 雷電放電與氣象、地形、地質(zhì)等許多自雷電放電與氣象、地形、地質(zhì)等許多自然因素有關，具有很大的隨機性，所以用來然因素有關，具有很大的隨機性，所以用來表征雷電特性的參數(shù)就帶有統(tǒng)計的性質(zhì)。表征雷電特性的參數(shù)就帶有統(tǒng)計的性質(zhì)。 1. 雷電活動頻度雷電活動頻度雷暴日雷暴日Td與雷暴小時與雷暴小時Th雷暴日雷暴日：一年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要：一年中有雷電的天數(shù)，在一

7、天內(nèi)只要聽到雷聲就算作一個雷暴日。聽到雷聲就算作一個雷暴日。 雷暴小時雷暴小時：在一個小時內(nèi)只要聽到雷聲就算作：在一個小時內(nèi)只要聽到雷聲就算作一個雷暴小時。一個雷暴小時。14中國雷暴日分布中國雷暴日分布我國把年平均雷暴日不超過我國把年平均雷暴日不超過15的定為少雷區(qū)，超過的定為少雷區(qū)，超過40的地區(qū)定的地區(qū)定為多雷區(qū)，超過為多雷區(qū)，超過90的地區(qū)為強雷區(qū)。在防雷設計中，我國標準的地區(qū)為強雷區(qū)。在防雷設計中，我國標準雷暴日數(shù)取為雷暴日數(shù)取為40。2. 地面落雷密度 表示在一個雷暴日中，每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。 一般Td較大的地區(qū)，其值也較大。對雷暴日為40的地區(qū)，我國標準取 = 0.07

8、（次/雷暴日km2）3. 雷電流的極性 負極性雷約占7590%。164. 雷電流幅值 DL/T620-1997“交流電氣裝置的過電壓保護和交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合絕緣配合”給出了我國年平均雷暴日20地區(qū)雷電流幅值概率分布公式： 式中：I 雷電流幅值，kA； P 幅值大于I 的雷電流出現(xiàn)的概率。 對雷電活動較弱的地區(qū)改用下式計算：88lgIP（3）44lgIP（4）175. 雷電流的波前時間雷電流的波前時間 、波長、波長 、陡度、陡度 1T2Ts50/6 . 2我國在防雷設計中取我國在防雷設計中取)/(6 . 2skAI波前的平均陡度：波前的平均陡度：sT41:1sT10020:2實測

9、表明：實測表明：18從雷電放電過程可知，雷電流的波形是一個沖擊波，在極從雷電放電過程可知，雷電流的波形是一個沖擊波，在極短的時間內(nèi)短的時間內(nèi)(一般只有幾微秒一般只有幾微秒)達到峰值，此后幾十微秒內(nèi)緩慢達到峰值，此后幾十微秒內(nèi)緩慢衰減，最后的低電流部分可以維持最長到達毫秒級。衰減，最后的低電流部分可以維持最長到達毫秒級。標準雙指數(shù)波標準雙指數(shù)波斜角波頭斜角波頭半余弦波頭半余弦波頭T1-波頭時間，從波頭時間，從0到峰值的時間；到峰值的時間；T2-波尾時間，從波尾時間，從0到衰減后的半峰值時間到衰減后的半峰值時間通常通常T1的值大致為的值大致為14s，平均值取，平均值取2.6s，T2的值大約為的值大

10、約為50s。因此，我國規(guī)程推薦采用。因此，我國規(guī)程推薦采用T1/T2=2.6/50s的雷電流波形。的雷電流波形。)(0tteeIi)()(111TtIaTiTtati)cos1 (2tIi6. 雷電流極性及計算波形雷電流極性及計算波形小小 結結 雷電放電實質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電，下行的負極性雷通常可分為三個主要階段：先導放電、主放電、余輝放電。 雷電流的基本參數(shù)包括雷電流的幅值、陡度、波形和極性。與氣象、地形、地質(zhì)等許多自然因素有關，具有很大的隨機性。20 8.2 避雷針、避雷線的保護范圍避雷針、避雷線的保護范圍 避雷針（線）由避雷針（線）由接閃器、引下線和接地體接閃器、引下線和接地體三

11、部三部分構成：分構成：21 在一定高度的避雷針（線）下面，有一個在一定高度的避雷針（線）下面，有一個安全區(qū)域，在這個區(qū)域中物體遭受雷擊的概率安全區(qū)域，在這個區(qū)域中物體遭受雷擊的概率很小（約很?。s0.1%左右），這個安全區(qū)域稱為避雷左右），這個安全區(qū)域稱為避雷針（線）的保護范圍針（線）的保護范圍 。 避雷針（線）的保護范圍通過模擬試驗并避雷針（線）的保護范圍通過模擬試驗并結合運行經(jīng)驗確定。結合運行經(jīng)驗確定。22 一、避雷針的保護范圍一、避雷針的保護范圍1. 單支避雷針23當hxh/2時, 當hxh/2時，式中 rx避雷針在高度hx水平面上的保護半徑，m。 P 高度影響系數(shù)。當h30 m 時,

12、p = 1； 當30 mh120m時 , 。phphhraxx)(phhrx)25 . 1 (xhp5 . 5（6）（7） 2. 兩支等高避雷針（1）兩針外側的保護范圍按單支針的計算方法確定。（2）兩針間的保護范圍可通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣的最低點o的圓弧確定。25兩支等高避雷針的保護范圍兩支等高避雷針的保護范圍O點為假想避雷針的高點為假想避雷針的高度，度，O點的高度為：點的高度為：PDhhO7式中式中 hO 兩針間保護范圍上部邊緣最低點高度，兩針間保護范圍上部邊緣最低點高度，m； D 兩避雷針間的距離，兩避雷針間的距離，m； P 高度影響系數(shù)。高度影響系數(shù)。兩支等高避雷針的保護范圍兩支

13、等高避雷針的保護范圍兩等高兩等高(h)避雷針間保護范圍的一側最小寬度避雷針間保護范圍的一側最小寬度(bx)與與 的關系的關系PhDa(a) ; (b) 70PhDa75PhDaxxrb 當當 時，取時，取 。求得。求得bx后，可繪出兩針間的保護范圍。后，可繪出兩針間的保護范圍。兩針間的距離與針高之比兩針間的距離與針高之比D/h不宜大于不宜大于5。xxrb 由于兩針之間的空間電場比單針情況下更均勻，由于兩針之間的空間電場比單針情況下更均勻，雷電難以擊到離針腳較近的兩針之間的地面上，由雷電難以擊到離針腳較近的兩針之間的地面上，由折線法得出的兩支等高避雷針的聯(lián)合保護范圍在兩折線法得出的兩支等高避雷針

14、的聯(lián)合保護范圍在兩針之間比兩支單針的保護范圍之和更大。針之間比兩支單針的保護范圍之和更大。三針及三針以上的多針聯(lián)合保護范圍，最終都三針及三針以上的多針聯(lián)合保護范圍，最終都可以轉化為多個兩針的情況，可分別驗算其保護范可以轉化為多個兩針的情況，可分別驗算其保護范圍，只要在被保護物最大高度水平面上各相鄰避雷圍，只要在被保護物最大高度水平面上各相鄰避雷針間保護范圍的一側最小寬度針間保護范圍的一側最小寬度 ，則以避雷針為，則以避雷針為頂點形成的面積都可受到保護。頂點形成的面積都可受到保護。0 xb 二、避雷線的保護范圍二、避雷線的保護范圍1. 單根避雷線的保護范圍當hx h / 2 時當hx h/2時P

15、hhr)(47.0 xxP)53.1(xxhhr式中 rx每側保護范圍的寬度，m。29 2. 兩根等高避雷線的保護范圍 兩根避雷線外側的保護范圍按單根避雷線的計算兩根避雷線外側的保護范圍按單根避雷線的計算方法來確定。方法來確定。 兩避雷線之間橫截面的保護范圍由通過兩避雷線兩避雷線之間橫截面的保護范圍由通過兩避雷線1、2點及保護上部邊緣最低點點及保護上部邊緣最低點O的圓弧確定。的圓弧確定。 O點的高度按下式計算點的高度按下式計算 式中式中：避雷線的高度避雷線的高度，。，。 h0兩避雷線間保護范圍上部邊緣最低點高度兩避雷線間保護范圍上部邊緣最低點高度，m； D兩避雷線間距離兩避雷線間距離，m；PD

16、hh403031避雷線用于輸電線路保護避雷線用于輸電線路保護當避雷線用于輸電線路保護當避雷線用于輸電線路保護時，對其下方的導線的保護性能時，對其下方的導線的保護性能與保護角與保護角有很大關系。有很大關系。保護角保護角是指避雷線與導線的連線與通過是指避雷線與導線的連線與通過避雷線的鉛垂線之間的夾角。避雷線的鉛垂線之間的夾角。導導線在避雷線的外側稱保護角為正，線在避雷線的外側稱保護角為正，反之保護角為負。保護角越小，反之保護角為負。保護角越小，雷電繞擊導線雷電繞擊導線的可能性越小。的可能性越小。只要兩避雷線間的距離不超只要兩避雷線間的距離不超過避雷線與中間導線高差的過避雷線與中間導線高差的5倍，倍

17、，中間導線就能受到可靠保護。中間導線就能受到可靠保護。小小 結結 避雷針（線）由接閃器、引下線和接地體三部分構成，是防止直擊雷的保護設備。其保護范圍是指雷擊概率約為0.1%的空間范圍，使用時應使被保護設備處于避雷針（線）的保護范圍之內(nèi)。避雷針（線）應有良好的接地裝置。33348.3 8.3 避雷器避雷器 避雷器的作用：限制由線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內(nèi)部過電壓以保護電氣設備的絕緣。其保護性能對被保護設備絕緣水平的確定有直接的影響。 對避雷器的要求：（1）具有良好的伏秒特性、較小的沖擊系數(shù)，從而易于實現(xiàn)合理的絕緣配合；（2）具有較強的快速切斷工頻續(xù)流，快速自動恢復絕緣強度的能力。35帶狀

18、伏秒特性曲線帶狀伏秒特性曲線曲線配合不好曲線配合不好曲線配合好曲線配合好絕緣配合曲線絕緣配合曲線按發(fā)展歷程看：按發(fā)展歷程看：保護間隙、管型避雷器、普通閥式避雷器、磁吹保護間隙、管型避雷器、普通閥式避雷器、磁吹避雷器、金屬氧化物避雷器等。避雷器、金屬氧化物避雷器等。一、保護間隙和管式避雷器一、保護間隙和管式避雷器 1. 保護間隙 保護間隙與被保護絕緣并聯(lián)，它的擊穿電壓比后者低，使過電壓波被限制到保護間隙F的擊穿電壓Ub。37缺點： 1）伏秒特性很陡； 2）保護間隙沒有專門的滅弧裝置； 3）產(chǎn)生大幅值的截波。 應用范圍：10kV以下配電系統(tǒng)、線路、變電所進線段的保護。38避雷器的分類避雷器的分類管

19、式避雷器管式避雷器管式避雷器實質(zhì)上是一個管式避雷器實質(zhì)上是一個具有較高熄弧能力的保護間隙，具有較高熄弧能力的保護間隙，其基本元件為安裝在產(chǎn)氣管內(nèi)的火花間隙其基本元件為安裝在產(chǎn)氣管內(nèi)的火花間隙。管式避雷器由兩個串聯(lián)間隙組成管式避雷器由兩個串聯(lián)間隙組成，一個間隙裝在管內(nèi)稱為，一個間隙裝在管內(nèi)稱為滅弧間隙滅弧間隙S1，另一個間隙在管外稱為外間隙，另一個間隙在管外稱為外間隙S2，管子由絕緣的，管子由絕緣的產(chǎn)氣材料做成。當間隙上出現(xiàn)雷電過電壓時，兩個間隙均被擊產(chǎn)氣材料做成。當間隙上出現(xiàn)雷電過電壓時，兩個間隙均被擊穿，雷電流被釋放入地。過電壓消失后有工頻續(xù)流流過，工頻穿，雷電流被釋放入地。過電壓消失后有工

20、頻續(xù)流流過，工頻續(xù)流的高溫使產(chǎn)氣管的纖維材料氣化，管內(nèi)氣壓增加到幾十個續(xù)流的高溫使產(chǎn)氣管的纖維材料氣化，管內(nèi)氣壓增加到幾十個大氣壓，高壓氣體將從環(huán)形電極的中心孔急速噴出，對電弧形大氣壓，高壓氣體將從環(huán)形電極的中心孔急速噴出，對電弧形成強烈的縱吹作用，使電弧電流在工頻電流過零時熄滅。外間成強烈的縱吹作用，使電弧電流在工頻電流過零時熄滅。外間隙隙S2的作用是在正常工作時隔離系統(tǒng)電壓與產(chǎn)氣管的作用是在正常工作時隔離系統(tǒng)電壓與產(chǎn)氣管S1 。避雷器的分類避雷器的分類管式避雷器管式避雷器管式避雷器的滅弧能力是由工頻續(xù)流的大小決定的管式避雷器的滅弧能力是由工頻續(xù)流的大小決定的，續(xù)流，續(xù)流太大產(chǎn)生氣體過多，管

21、內(nèi)氣壓太高，會使管子炸裂；續(xù)流太小太大產(chǎn)生氣體過多，管內(nèi)氣壓太高，會使管子炸裂；續(xù)流太小產(chǎn)氣過少，管內(nèi)氣壓太小滅弧能力又不夠。因此管式避雷器所產(chǎn)氣過少，管內(nèi)氣壓太小滅弧能力又不夠。因此管式避雷器所能熄滅的續(xù)流有一定的上下限，通常在型號中表示，如能熄滅的續(xù)流有一定的上下限，通常在型號中表示，如GXS35/1-5型號的避雷器表示：其額定電壓為型號的避雷器表示：其額定電壓為35kV，可熄滅的，可熄滅的工頻續(xù)流的上下限分別為工頻續(xù)流的上下限分別為5kA和和1kA。雖然管式避雷器在滅弧能力上比保護間隙有改進，但雖然管式避雷器在滅弧能力上比保護間隙有改進，但避免避免不了氣體間隙放電固有的缺點不了氣體間隙放

22、電固有的缺點(伏秒特性太陡；放電分散性大，伏秒特性太陡；放電分散性大，放電特性易受大氣條件影響；會產(chǎn)生高幅值的截波；運行維護放電特性易受大氣條件影響；會產(chǎn)生高幅值的截波；運行維護麻煩等麻煩等)，因此，因此，管式避雷器目前僅用于保護輸電線路的個別管式避雷器目前僅用于保護輸電線路的個別弱絕緣地段，如大跨越和交叉跨越處，或與電纜段配合，用于弱絕緣地段，如大跨越和交叉跨越處，或與電纜段配合，用于直配電機的侵入波防護直配電機的侵入波防護。像像變壓器變壓器這樣的重要電氣設備的防雷保護這樣的重要電氣設備的防雷保護要求保護裝置的要求保護裝置的伏秒特性平坦，且不產(chǎn)生截波伏秒特性平坦，且不產(chǎn)生截波，因此保護間隙或

23、管式避雷器不，因此保護間隙或管式避雷器不能滿足要求。閥式避雷器與管式避雷器相比，保護性能有很大能滿足要求。閥式避雷器與管式避雷器相比，保護性能有很大的改進，是最初廣泛應用于的改進，是最初廣泛應用于220kV及以下系統(tǒng)的防雷保護設備。及以下系統(tǒng)的防雷保護設備。閥式避雷器由裝在密封瓷套中的閥式避雷器由裝在密封瓷套中的非線性電阻閥片和火花間非線性電阻閥片和火花間隙串聯(lián)組成隙串聯(lián)組成，其中非線性電阻閥片的材料主要成分是碳化硅，其中非線性電阻閥片的材料主要成分是碳化硅（SiC，亦稱金剛砂），添加結合劑后在，亦稱金剛砂），添加結合劑后在300350的溫度下燒的溫度下燒結成圓餅狀的閥片，許多閥片串聯(lián)成閥片電

24、阻。結成圓餅狀的閥片，許多閥片串聯(lián)成閥片電阻。 二、閥式避雷器二、閥式避雷器 工作原理工作原理：當系統(tǒng)正常工作時，間隙將閥片電阻與工作母線隔離，以免由于工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生的電流使閥片燒壞。 當系統(tǒng)中出現(xiàn)雷電過電壓且其峰值超過間隙的放電電壓時，火花間隙迅速擊穿，雷電流通過閥片流入大地，從而使作用于設備上的電壓幅值受到限制。 42 當過電壓消失后，當過電壓消失后，間隙中將流過工頻續(xù)間隙中將流過工頻續(xù)流流，由于受到閥片電阻的非線性特性的限制，由于受到閥片電阻的非線性特性的限制，工頻續(xù)流遠較沖擊電流為小，使間隙能在工工頻續(xù)流遠較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時將電流切斷，使系頻續(xù)

25、流第一次經(jīng)過零值時將電流切斷，使系統(tǒng)恢復正常工作。統(tǒng)恢復正常工作。43（一）普通閥型避雷器 普通閥型避雷器有配電型（FS）和電站型（FZ）兩類。 1. 火花間隙 普通閥型避雷器的火花間隙由很多個短間隙串聯(lián)而成 44 間隙絕緣強度恢復的快慢與工頻續(xù)流的大間隙絕緣強度恢復的快慢與工頻續(xù)流的大小有關小有關，我國生產(chǎn)的，我國生產(chǎn)的FS和和FZ型避雷器，當工型避雷器，當工頻續(xù)流分別不大于頻續(xù)流分別不大于50A和和80A（峰值峰值）時，能時，能夠在續(xù)流第一次過零時使電弧熄滅夠在續(xù)流第一次過零時使電弧熄滅。 避雷器動作后，避雷器動作后，工頻續(xù)流電弧被間隙的電工頻續(xù)流電弧被間隙的電極分割成許多個短弧極分割成許

26、多個短弧，靠極板上復合與散熱作，靠極板上復合與散熱作用，去游離程度較高，更易于切斷工頻續(xù)流。用，去游離程度較高，更易于切斷工頻續(xù)流。45 當多個間隙串聯(lián)使用時，當多個間隙串聯(lián)使用時，間隙的電極對間隙的電極對地和高壓端有寄生電容存在地和高壓端有寄生電容存在，使間隙上的電，使間隙上的電壓分布不均勻和不穩(wěn)定。這樣，將使避雷器壓分布不均勻和不穩(wěn)定。這樣，將使避雷器的的滅弧能力降低、工頻放電電壓也下降且不滅弧能力降低、工頻放電電壓也下降且不穩(wěn)定。穩(wěn)定。 為了解決這個問題，對FZ系列避雷器可采用分路電阻使電壓分布均勻。 分路電阻的作用：分路電阻的作用：改善間隙上的工頻電改善間隙上的工頻電壓分布，以提高滅弧

27、電壓和工頻放電電壓。壓分布，以提高滅弧電壓和工頻放電電壓。46 在工頻電壓在工頻電壓作用下，由于間隙作用下，由于間隙的的等值容抗大于分路電阻等值容抗大于分路電阻，所以，所以電壓分布主要取決于并聯(lián)電阻值。電壓分布主要取決于并聯(lián)電阻值。只要電阻選取合適，可使電壓分只要電阻選取合適，可使電壓分布得以改善。布得以改善。 在在沖擊電壓沖擊電壓作用下，由于作用下，由于其等值頻率很高，其等值頻率很高，間隙上的電壓間隙上的電壓分布主要由電容決定。由于電場分布主要由電容決定。由于電場不均勻，所以沖擊放電電壓較低，不均勻，所以沖擊放電電壓較低，沖擊系數(shù)一般為沖擊系數(shù)一般為1 1左右。左右。47 閥片的電阻值與閥片

28、的電阻值與流過電流的大小有關，流過電流的大小有關，呈非線性變化。電流呈非線性變化。電流越大時電阻越?。浑娫酱髸r電阻越?。浑娏髟叫r電阻越大流越小時電阻越大。 （IR） 2. 閥片電阻48iuc 其伏安特性的表達式為式中：C常數(shù)，等于閥片上流過1A電流時的壓降，與閥片的材料和尺寸有關； 閥片的非線性系數(shù)，01，其值與閥片材料及燒制的溫度有關，愈小非線性愈好愈小非線性愈好。 iuc49（二）（二）磁吹型閥式避雷器磁吹型閥式避雷器 目前采用的將電弧拉長的磁吹間隙。這種磁吹間隙能切斷450A左右的工頻續(xù)流。 由于電弧被拉的很長，且處于去游離很強的滅弧柵中，故電弧電阻很大，可起到限制續(xù)流的作用。 50磁

29、吹避雷器的原理接線圖51 磁吹避雷器所采用的閥片電阻也是以SiC為主要原料加粘合劑在1350C1390C的高溫下焙燒的，所以稱高溫閥片。其通流容量較大，不易受潮，但非線性系數(shù)較高（0.24）。 磁吹避雷器有保護旋轉電機用的FCD型及電站用的FCZ型兩種。52 （三）閥型避雷器的電氣參數(shù) 1. 額定電壓 指正常運行時，加在避雷器上的工頻工作電壓，應與其安裝地點的電力系統(tǒng)的電壓等級相同。 2. 滅弧電壓 指保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次過零第一次過零值時滅弧的條件下值時滅弧的條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應大于避雷器安裝地點可能出現(xiàn)的最大工頻電壓。53 3. 工頻放電電壓工頻放電

30、電壓 指在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓指在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值。值。由于間隙的擊穿電壓具有分散性，工頻放電電壓由于間隙的擊穿電壓具有分散性，工頻放電電壓都是給出上限和下限值。作用在避雷器上的工頻電壓都是給出上限和下限值。作用在避雷器上的工頻電壓超過下限值時，避雷器將會擊穿放電。超過下限值時，避雷器將會擊穿放電。 由于普通閥型避雷器的滅弧能力和通流容量都是由于普通閥型避雷器的滅弧能力和通流容量都是有限的，一般不允許它們在內(nèi)部過電壓作用下動作，有限的，一般不允許它們在內(nèi)部過電壓作用下動作，因此通常規(guī)定其因此通常規(guī)定其工頻放電電壓的下限應不低于該系統(tǒng)工頻放電電壓的下限應

31、不低于該系統(tǒng)可能出現(xiàn)的內(nèi)部過電壓值可能出現(xiàn)的內(nèi)部過電壓值。54 4. 沖擊放電電壓沖擊放電電壓 指在沖擊電壓作用下避雷器的放電電壓（幅值），通常給出的是上限值。 5. 殘壓殘壓（峰值） 指雷電流通過避雷器時，在閥片電阻上產(chǎn)生的電壓降（峰值）。由于殘壓的大小與通過的雷電流的幅值有關，我國標準規(guī)定：通過避雷器的額定雷電沖擊電流，220kV及以下系統(tǒng)取5kA，330kV及以上系統(tǒng)取10kA，波形為8/20s。55 此外，還有幾個常用來綜合評價避雷器整體保護性能的技術指標：（1）沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)。 指避雷器沖擊放電電壓與工頻放電電壓幅值之比，與避雷器的結構有關。一般希望沖擊系數(shù)接近于1，這樣避雷器的伏

32、秒特性就比較平坦，有利于絕緣配合。 56 （2）切斷比切斷比。 它等于避雷器的工頻放電電壓（下限）與滅弧電壓之比。是表示間隙滅弧能力的一個技術指標。切斷比愈小，說明絕緣強度的恢復愈快，滅弧能力愈強。一般普通閥型避雷器的切斷比為1.8， 磁吹避雷器的切斷比為1.4。57（3）保護比保護比。 等于避雷器的殘壓與滅弧電壓之比。保護比愈小，說明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，因而保護性能愈好。FS和FZ系列的保護比分別為2.5和2.3左右，F(xiàn)CZ系列為1.71.8。58氧化鋅（氧化鋅（ZnO）避雷器也叫金屬氧化物避雷器（）避雷器也叫金屬氧化物避雷器（MOA）。）。日本松下電氣公司于日本松下電氣公司于1968年

33、成功研制出無間隙氧化鋅避雷器，年成功研制出無間隙氧化鋅避雷器，到到1980年初就已經(jīng)研制出年初就已經(jīng)研制出500kV超高壓避雷器。超高壓避雷器。目前我國氧化目前我國氧化鋅避雷器的技術和市場已達到成熟的階段，在很大程度上取代鋅避雷器的技術和市場已達到成熟的階段，在很大程度上取代了了SiC避雷器。避雷器。氧化鋅避雷器得到廣泛的推廣和應用，是源于氧化鋅電阻氧化鋅避雷器得到廣泛的推廣和應用，是源于氧化鋅電阻片具有非常優(yōu)異的非線性特征。片具有非常優(yōu)異的非線性特征。在電網(wǎng)工作電壓下，無間隙氧在電網(wǎng)工作電壓下，無間隙氧化鋅避雷器上流過的泄漏電流只有化鋅避雷器上流過的泄漏電流只有50150A，比，比SiC避雷

34、器的避雷器的泄漏電流低泄漏電流低6個數(shù)量級，可視為無工頻續(xù)流個數(shù)量級，可視為無工頻續(xù)流，因此可做成無間，因此可做成無間隙氧化鋅避雷器，簡化避雷器的結構，減小尺寸。隙氧化鋅避雷器，簡化避雷器的結構，減小尺寸。 三、氧化鋅避雷器三、氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器的非線性電阻片是以氧化鋅為主要材料，添氧化鋅避雷器的非線性電阻片是以氧化鋅為主要材料，添加少量的氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化銻、氧化鉻等，經(jīng)過加少量的氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化銻、氧化鉻等，經(jīng)過粉碎、混合、成型、燒結（粉碎、混合、成型、燒結（1000以上的高溫）、表面處理等以上的高溫）、表面處理等工序制成金屬氧化物電阻片。工序制成金屬氧化物電阻

35、片。氧化鋅電阻片的微觀結構氧化鋅電阻片的微觀結構 氧化鋅電阻片的微觀結構中，氧化鋅電阻片的微觀結構中，ZnO晶粒內(nèi)含有微量鈷、錳元素，晶粒內(nèi)含有微量鈷、錳元素，其粒徑為其粒徑為10m左右，電阻率為左右，電阻率為110cm； ZnO晶粒外包圍著晶粒外包圍著Bi2O3晶界層，厚度為晶界層，厚度為0.1m左右，左右，電阻率大于電阻率大于10101011m；還有零；還有零散分布于晶界層中的尖晶石。散分布于晶界層中的尖晶石。避雷器的分類避雷器的分類氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器在低電場強度作用下，在低電場強度作用下，Bi2O3晶界層的電阻率為晶界層的電阻率為10101011m，可視為絕緣狀態(tài)；可視為絕緣狀態(tài)；

36、當晶界層承受的電場強度達當晶界層承受的電場強度達到到104105V/cm時，電阻率會驟然時，電阻率會驟然下降，呈低阻態(tài)。下降，呈低阻態(tài)。氧化鋅閥片的非線性特性主氧化鋅閥片的非線性特性主要由晶界層決定。要由晶界層決定。晶界層的顯著晶界層的顯著壓敏特性帶給氧化鋅閥片非常優(yōu)壓敏特性帶給氧化鋅閥片非常優(yōu)異的非線性。異的非線性。氧化鋅電阻片的非線性伏安特性分為三個典型區(qū)域：氧化鋅電阻片的非線性伏安特性分為三個典型區(qū)域：(1) 低電場區(qū)低電場區(qū)（小電流區(qū)），電流密度與電場強度開方成正比，（小電流區(qū)），電流密度與電場強度開方成正比，非線性系數(shù)非線性系數(shù)約為約為0.10.2；(2) 中電場區(qū)中電場區(qū)（非線性區(qū)

37、），晶界層電阻（非線性區(qū)），晶界層電阻Rv 減小，非線性系數(shù)減小，非線性系數(shù)大為下降，約為大為下降，約為0.010.04；(3) 高電場區(qū)高電場區(qū)（飽和區(qū)），（飽和區(qū)），ZnO本體電阻本體電阻R 起主要作用，電流起主要作用，電流與電壓成正比，伏安特性曲線向上翹，非線性變差。與電壓成正比，伏安特性曲線向上翹，非線性變差。避雷器的分類避雷器的分類氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器 與與SiC閥片相比，閥片相比，ZnO閥片具有很理想閥片具有很理想的非線性伏安特性。的非線性伏安特性。 圖中假定圖中假定ZnO、SiC電阻閥片在電阻閥片在10kA電流下的殘壓相電流下的殘壓相同，那么在額定電壓下，同，那么在額定電壓下

38、，SiC閥片中將流過閥片中將流過100A左右的電左右的電流，而流，而ZnO閥片中流過的電流為微安級，即閥片中流過的電流為微安級，即在工作電壓下，在工作電壓下，ZnO閥片實際上相當一絕緣體閥片實際上相當一絕緣體。避雷器的分類避雷器的分類氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器ZnO閥片具有更平坦的伏安特性，流過的電流范圍更大。閥片具有更平坦的伏安特性，流過的電流范圍更大。ZnO避雷器性能優(yōu)越，與傳統(tǒng)的避雷器性能優(yōu)越，與傳統(tǒng)的SiC避雷器相比具有以下優(yōu)點：避雷器相比具有以下優(yōu)點： 無間隙，保護特性優(yōu)異無間隙，保護特性優(yōu)異。正常工作電壓不會使正常工作電壓不會使ZnO電阻片電阻片燒壞，可以不用串聯(lián)火花間隙來隔離工作電

39、壓，因此其結燒壞，可以不用串聯(lián)火花間隙來隔離工作電壓，因此其結構簡單，體積縮小、重量輕，而且避免了構簡單，體積縮小、重量輕，而且避免了SiC避雷器由于避雷器由于瓷套外污穢、內(nèi)部氣壓變化等因素而使串聯(lián)火花間隙放電瓷套外污穢、內(nèi)部氣壓變化等因素而使串聯(lián)火花間隙放電電壓不穩(wěn)的缺點。電壓不穩(wěn)的缺點。 無續(xù)流。無續(xù)流。當過電壓作用結束后，當過電壓作用結束后，ZnO電阻片恢復絕緣狀態(tài)，電阻片恢復絕緣狀態(tài)，續(xù)流僅為微安級，可認為無續(xù)流。在雷電或內(nèi)部過電壓的續(xù)流僅為微安級，可認為無續(xù)流。在雷電或內(nèi)部過電壓的作用下，只需吸收過電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量。作用下，只需吸收過電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量。 耐

40、重復動作能力強。耐重復動作能力強。ZnO電阻片只需吸收過電壓的能量，電阻片只需吸收過電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量，減輕了閥片所受負荷，而且晶體結而不需吸收續(xù)流能量，減輕了閥片所受負荷，而且晶體結構和特性穩(wěn)定，具有耐受多重雷擊和重復發(fā)生的操作過電構和特性穩(wěn)定，具有耐受多重雷擊和重復發(fā)生的操作過電壓的能力。壓的能力。 通流容量大。通流容量大。ZnO避雷器的通流能力僅與閥片本身的通流避雷器的通流能力僅與閥片本身的通流能力有關。能力有關。 ZnO電阻片單位面積的通流能力要比電阻片單位面積的通流能力要比SiC閥片閥片大大44.5倍，提高了避雷器的動作負載能力。倍，提高了避雷器的動作負載能力。采用多閥片

41、柱采用多閥片柱并聯(lián)的辦法可進一步增大避雷器的通流容量。并聯(lián)的辦法可進一步增大避雷器的通流容量。通流容量大通流容量大的優(yōu)點使得的優(yōu)點使得ZnO避雷器完全可以用來限制操作過電壓，也避雷器完全可以用來限制操作過電壓，也可以耐受一定持續(xù)時間的暫時過電壓?？梢阅褪芤欢ǔ掷m(xù)時間的暫時過電壓。 易于制成直流系統(tǒng)保護用的避雷器。易于制成直流系統(tǒng)保護用的避雷器。直流續(xù)流不像工頻續(xù)直流續(xù)流不像工頻續(xù)流一樣存在自然過零點，所以直流系統(tǒng)保護用的避雷器如流一樣存在自然過零點，所以直流系統(tǒng)保護用的避雷器如采用串聯(lián)間隙將難以滅弧。采用串聯(lián)間隙將難以滅弧。ZnO避雷器不用串聯(lián)間隙，所避雷器不用串聯(lián)間隙，所以易于制成直流系統(tǒng)保

42、護用的避雷器。以易于制成直流系統(tǒng)保護用的避雷器。 適于大批量生產(chǎn)，造價低，經(jīng)濟性好。適于大批量生產(chǎn)，造價低，經(jīng)濟性好。 注意：氧化鋅閥片長期直接受工頻電壓的作用，在運行中會注意：氧化鋅閥片長期直接受工頻電壓的作用，在運行中會有老化現(xiàn)象，需定期監(jiān)測其泄漏電流等參數(shù)以保證安全。有老化現(xiàn)象，需定期監(jiān)測其泄漏電流等參數(shù)以保證安全。ZnO避雷器的電氣參數(shù)避雷器的電氣參數(shù) 額定電壓。額定電壓。是指能施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓是指能施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值。有效值。即在系統(tǒng)短時工頻過電壓直接加在即在系統(tǒng)短時工頻過電壓直接加在ZnO閥片上時，閥片上時，避雷器仍能正常的工作避雷器仍能正常

43、的工作（允許吸收規(guī)定的雷電及操作過電（允許吸收規(guī)定的雷電及操作過電壓能量，特性基本不變，不發(fā)生熱崩潰）。壓能量，特性基本不變，不發(fā)生熱崩潰）。 最大持續(xù)運行電壓。最大持續(xù)運行電壓。在運行中允許持續(xù)地施加在避雷器上在運行中允許持續(xù)地施加在避雷器上的最大工頻電壓有效值。避雷器吸收過電壓能量后溫度升的最大工頻電壓有效值。避雷器吸收過電壓能量后溫度升高，在此電壓下能正常冷卻，不發(fā)生熱擊穿。其值一般應高，在此電壓下能正常冷卻，不發(fā)生熱擊穿。其值一般應不小于額定電壓的不小于額定電壓的0.8倍，且不低于系統(tǒng)的最高運行相電壓。倍，且不低于系統(tǒng)的最高運行相電壓。 起始動作電壓起始動作電壓(參考電壓或轉折電壓參考

44、電壓或轉折電壓)。位于。位于ZnO電阻片伏電阻片伏安特性曲線由小電流區(qū)上升部分進入大電流區(qū)平坦部分的安特性曲線由小電流區(qū)上升部分進入大電流區(qū)平坦部分的轉折處，避雷器此時開始進入動作狀態(tài)以限制過電壓。通轉折處，避雷器此時開始進入動作狀態(tài)以限制過電壓。通常指通過常指通過1mA工頻電流峰值或直流電流時避雷器端電壓的工頻電流峰值或直流電流時避雷器端電壓的峰值峰值U1mA。 標稱放電電流。標稱放電電流。沖擊波形為沖擊波形為8/20s的放電電流峰值，單位的放電電流峰值，單位kA，用以區(qū)分避雷器的等級。我國規(guī)定的標稱電流有，用以區(qū)分避雷器的等級。我國規(guī)定的標稱電流有1kA、1.5kA、2.5kA、5kA、1

45、0kA和和20kA幾個等級。幾個等級。 殘壓。殘壓。指沖擊電流通過避雷器時，在閥片電阻上產(chǎn)生的峰指沖擊電流通過避雷器時，在閥片電阻上產(chǎn)生的峰值電壓。殘壓包括值電壓。殘壓包括標稱放電電流下的殘壓、陡波電流下的標稱放電電流下的殘壓、陡波電流下的殘壓和操作沖擊電流下的殘壓殘壓和操作沖擊電流下的殘壓。其中陡波電流波形為。其中陡波電流波形為1/5s，操作沖擊電流的波頭時間為操作沖擊電流的波頭時間為30100s。 雷電沖擊保護水平。雷電沖擊保護水平。避雷器標稱放電電流下的殘壓值為其避雷器標稱放電電流下的殘壓值為其雷電沖擊保護水平。陡波電流下的殘壓與標稱放電電流下雷電沖擊保護水平。陡波電流下的殘壓與標稱放電

46、電流下的殘壓之比不得大于的殘壓之比不得大于1.15。 操作沖擊保護水平。操作沖擊保護水平。避雷器在操作沖擊電流避雷器在操作沖擊電流(波頭時間為波頭時間為30100s)下的最大殘壓。下的最大殘壓。 壓比。壓比。指避雷器在波形為指避雷器在波形為8/20s的標稱沖擊電流作用下的的標稱沖擊電流作用下的殘壓與起始動作電壓之比。壓比愈小，表明避雷器的非線殘壓與起始動作電壓之比。壓比愈小，表明避雷器的非線性愈好。通過沖擊大電流時的殘壓愈低，避雷器的保護性性愈好。通過沖擊大電流時的殘壓愈低，避雷器的保護性能愈好。能愈好。 荷電率。荷電率。指最大持續(xù)運行電壓的幅值與起始電壓的比值，指最大持續(xù)運行電壓的幅值與起始

47、電壓的比值，是表示單位電阻片上電壓負荷程度的參數(shù)。荷電率愈高說是表示單位電阻片上電壓負荷程度的參數(shù)。荷電率愈高說明避雷器穩(wěn)定性愈好，耐老化，能在靠近轉折點長期工作。明避雷器穩(wěn)定性愈好，耐老化，能在靠近轉折點長期工作。選定的荷電率大小對于電阻片的老化速度有很大影響。一選定的荷電率大小對于電阻片的老化速度有很大影響。一般選用般選用45%75%或更高?；蚋摺?保護比。保護比。氧化鋅避雷器的保護比定義為標稱放電電流下的氧化鋅避雷器的保護比定義為標稱放電電流下的殘壓與最大持續(xù)運行電壓峰值的比值或壓比與荷電率之比。殘壓與最大持續(xù)運行電壓峰值的比值或壓比與荷電率之比。降低壓比或提高荷電率均可降低氧化鋅避雷

48、器的保護比。降低壓比或提高荷電率均可降低氧化鋅避雷器的保護比。100500kV變電站用變電站用ZnO避雷器的電氣特性避雷器的電氣特性 為了降低大電流時的殘壓而又不加大閥片在正常運行中的電壓負擔，以減輕氧化鋅閥片的老化，往往也采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。右圖為帶并聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器原理圖。 目前生產(chǎn)的氧化鋅避雷器在電壓等級較低時大部分是采用無間隙的結構。對超高電壓或需大對超高電壓或需大幅度降低壓比時，則采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法幅度降低壓比時，則采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。 70小小 結結避雷器的作用保護間隙和排氣式避雷器閥式避雷器氧化鋅避雷器71 第四節(jié) 接地裝置 一、接地和接地電阻的基本概念一、接地和接地電阻的基本概念 電工中“地”是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。 接地接地就是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導體與大地相連，使該物體或節(jié)點與大地經(jīng)常保持等電位。 72接地體接地體：埋入地中與土壤有良好接觸的金屬 導體。接地線接地線：電氣設備接地部分與接地體之間的 連接線。接地裝置接地裝置：接地體和接地線的總稱。73 設土壤電阻率為，地中某