第五章雷电及防雷设备课件.ppt

1、第五章第五章 雷电及防雷设备雷电及防雷设备5.1雷电的电气参数雷电的电气参数 电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措施，必须掌握雷电的电气参数。5.1.1雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值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

2、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L0Z0ZL计算雷电流的等值电路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。Zi0Z0ZL计算电流的等值电路jZ流经物体的电流可用下式计算：jLZZZZvi00jZ被击物体的波阻抗（或为被击物体集中参数的阻抗值）流经被击物体的电流波 与被击物体的波阻抗 有关，越大则 越小，反之则 越大。当 时，流经被击物体的电流定义为“雷电流”，以 表示，。但

3、实际上被击物体的波阻抗不可能为零值，故规程建议雷击于低接电阻的物体时流过该物体的电流可以认为等于雷电流 。ZijZjZZiZi0jZLiLLiijLZZZZvi00jLZZZZii00等值电流源电路ZiLijZ0ZZi0Z0ZiLjZ等值电压源电路jLZZZZvi00 雷电流i为一非周期冲击波，其幅值与气象、自然条件等有关，是个随机变量，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。图5.45.1.2雷电流波形 雷电流的波头和波尾皆为随机变量，对于中等强度以上的雷电流，波头在14微秒范围内，其平均波尾约为40微秒。雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为斜

4、角波，其目的是为了便于分析计算；而在设计特殊高杆塔时，可取半余弦波头。5.1.3雷电日与雷电小时 一个地区的雷电活动强度，用雷电日或雷电小时表示。雷电日（雷电小时）是指一年中有雷电的日数（小时数），在一天或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电日或一个雷电小时。由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多年平均值年平均雷电日。全国全国53年年(19542006)平均雷电日数分布图平均雷电日数分布图 我国把年平均雷电日不超过15日的地区叫少雷区少雷区，多于40日的地区叫多雷区多雷区，多于90日的地区叫强雷区强雷区。5.1.4地面落雷密度和输电线路落雷次数 雷云对地放电的频率可用地面落雷密度 来表示。

5、是指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落雷次数。建议：雷电日平方公里次/015.0卫星观测卫星观测10年年(19952005)得到的全国平均闪电密度分布图得到的全国平均闪电密度分布图 输电线路高出地面有引雷作用，会将线路两侧一定宽度内的地面落雷吸引到线路上来。根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h（h为线路平均高度（m），线路年平均遭受雷击的次数可按下式计算：电日数线路经过地区年平均雷线路受雷击次数年公里次TNThN100/100100010雷电日平方公里次/015.05.2避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的作用 将雷电吸引到避雷针（避雷

6、线）上并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备。因此，为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线）。避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不同情况装设在配电构架上，或独立架设。同情况装设在配电构架上，或独立架设。避雷线主要用于保护线路，也可用于保护发、变避雷线主要用于保护线路，也可用于保护发、变电所电所。要避雷针起到保护作用，两个要求：u要求避雷针必须很好接地；u要求被保护物体必须处在避雷针能提供可靠屏蔽保护的一定空间范围内，这就是避雷针的保护范围。由于雷电路径受很多偶然因素的影响，因此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的。

7、一般保护范围是指具有0.1%0.1%左右雷击概率的空间范围而言。实践证明，此雷击概率是可以接受的。避雷针避雷针的保护范围受保护区域受到保护失去保护避雷针图中的受保护区域并非100安全受保护区域只是保证在该区域中雷击概率是很小的数值5.2.1避雷针的保护范围（1）单支避雷针 在高度hx水平面上，其半径rx按下式计算：phhrhhxxx)(2时，phhrhhxxx)25.1(2时，hp避雷针高度（m）高度影响系数。单支避雷针保护范围上图中划定避雷针保护范围的方法称为折线法，用两段斜率不同的折线段确定保护范围（建筑防雷中采用滚球法确定保护范围）折线表达式中的p是修正系数，根据避雷针高度的不同进行有关

8、修正hxhrxh/2rx=(h-hx)prx=(1.5h-2hx)p避雷针受保护区域避雷针保护范围折线法修正系数p避雷针高度30m时避雷针高度h30m时修正系数p1hxhrxh/2rx=h-hxrx=1.5h-2hx避雷针受保护区域避雷针保护范围折线法 h30m30m修正后未修正30mh120m时修正系数：如图可见，避雷针高度超过30m后其保护范围随高度而增大的趋势减缓hp30（2）双支等高避雷针 两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定，O点的高度h0按下式计算：pDhh70D两针间的距离（m）两避雷针之间高度为hx水平面

9、上保护范围的一侧的最小宽度：)(5.10 xxhhb 为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于不宜大于5。两支避雷针联合保护范围h折线的确定方法同单支避雷针避雷针1两支避雷针联合保护范围避雷针2h0=h-D/7pDAA A-A展开 BB B-B展开 两支避雷针的联合保护范围不是两个避雷针各自保护范围的“并集”，而是比这个并集要大一些图中蓝色虚线部分代表单支避雷针保护范围的界限（3）两支不等高避雷针 2132h1hfDD 两针外侧的保护范围仍按单针计算。两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之

10、交于点3，再设点3为一假想的顶点，作出两等高针2和3的保护范围。5.2.2避雷线（又称架空地线）的保护范围（1）单根避雷线的保护范围可按下式计算：phhrhhxxx)53.1(2时，phhrhhxxx)(47.02时，单根避雷线保护范围hxhrxh/2rx=0.47(h-hx)prx=(h-1.53hx)p避雷线受保护区域避雷线保护范围（2）两根等高平行避雷线的保护范围 两线外侧的保护范围应按单线计算，两线横截面的保护范围可以通过两线1，2点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，O点的高度应按下式计算：pDhh40D两线间的距离（m）双避雷线联合保护范围hh/2rx=0.47(h-hx)prx

11、=(h-1.53hx)p避雷线1受保护区域双避雷线联合保护范围D/4p避雷线2D双避雷线在输电线路上应用极为广泛避雷针与避雷线的应用范围 避雷针在变电所、发电厂等场合有广泛的应用（集中保护场合）。避雷线适用于输电线路防雷（分布保护场合），在变电所里有时也在电气主回路上空布置多条避雷线进行雷电防护。避雷针是不是越高越好？答案：随着避雷针高度的增加，其保护范围的增加越来越有限，同时其保护范围内免受雷击的概率变得不确定。在提高避雷针高度上下功夫不如采用多针联合保护。5.3管型避雷器与阀型避雷器管型避雷器与阀型避雷器避雷器的作用 限制过电压以保护电气设备，同时提高系统工作的可靠性。当系统中出现过电压时

12、，避雷器既要保证电气设备不受过电压的损害，又要保证系统不会跳闸停电保证能可靠运行。避雷器的保护原理 将流动过电压波中的雷电荷引入地中，限制过电压，保护其他电气设备。避雷器的类型u 保护间隙u 管型避雷器u 阀型避雷器u 氧化锌避雷器 主要用来限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。避雷器的基本要求绝缘强度的合理配合绝缘强度的合理配合：避雷器的放电电压必须在一个确定的范围内才能发挥保护作用。因此避雷器与被保护设备的伏秒特性伏秒特性（即冲击绝缘强度）应有合理的配合。绝缘强度的自恢复能力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

13、路电流（工频续流）要流过此间隙，它以电弧放电的形式出现。当工频短路电流第一次过零时，避雷器应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，不致于跳闸停电。5.3.1保护间隙与管型避雷器主气隙辅助气隙瓷瓶保护间隙被保护设备角型保护间隙及其与被保护设备的连接保护间隙 保护间隙由两个电极（即主间隙和辅助间隙）组成，它是最简单的一种避雷器。电极做成角型是为了使工频电弧在自身电动力和热气流作用下易于上升被拉长而自行熄灭。为使被保护设备得到可靠保护，间隙的伏秒特性上限应低于被间隙的伏秒特性上限应低于被保护设备绝缘的冲击放电伏秒特性的下限并有一定的安全裕度。保护设备绝缘的冲击放电伏秒

14、特性的下限并有一定的安全裕度。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。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，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。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

15、配合自动重合闸使用。通常可将间隙配合自动重合闸使用。S2S1内间隙外间隙产气管棒形电极工作母线环形电极管型避雷器管型避雷器 管型避雷器实质上是一个能自动熄弧的保护间隙。它有两个互相串联的间隙:u一个在大气中称为外间隙s2，其作用是隔离工作电压避免产气管被流经管子的工频泄露电流所烧坏；u另一个间隙s1装在管内称为内间隙或灭弧间隙。外间隙内间隙 管由纤维、塑料或橡胶等产气材料产气材料制成。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

16、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。管型避雷器的主要缺点：（1）伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般变压器和其他设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好配合；（2）管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截断波，对变压器绝缘不利。（3）管型避雷器放电特性受大气条件影响较大。管型避雷器与保护间隙比较仅有一点改进，即能自动熄弧，其他

17、缺点与保护间隙完全一样。因此，管型避雷器目前只用于保护输电线路的个别地段，如大跨越和交叉跨越处，或变电所的进线段。主气隙辅助气隙瓷瓶内间隙管型避雷器5.3.2阀型避雷器 保护间隙和管型避雷器的共同严重缺点是：动作时产生截断波，伏秒特性陡，击穿电压不稳定动作时产生截断波，伏秒特性陡，击穿电压不稳定。所以不能担负主变、发电机及变电站内主要设备的保护任务。进一步改进就出现了阀型避雷器阀型避雷器。工作母线间隙电阻阀片阀型避雷器 阀型避雷器的基本元件为间隙间隙和非线性电阻非线性电阻，间隙与非线性电阻（又称阀片）相串联。（1）工作原理 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

18、压在电阻阀片中产生的电流烧坏阀片。当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，由于间隙放电的伏秒特性低于被保护设备的冲击耐压强度，使被保护设备得保护。间隙击穿后，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片的间隙击穿后，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片的非线性特性非线性特性，电流愈大电阻愈小，故在阀片上产生的压降，电流愈大电阻愈小，故在阀片上产生的压降（称为残压）将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐（称为残压）将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备就得到了保护。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（称为工频续流）仍将继续流过避雷器，此续流受阀片

19、电阻的非线性特性所限制，使其小于80A（最大值），间隙能在工频续流第一次经过零值时就将电弧切断。以后，就依靠间隙的绝缘强度能够耐受电网恢复电压的作用而不会发生重燃。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恢复正常。（2）基本元件1）火花间隙 普通型阀型避雷器的火花间隙由许多单个间隙串联而成，间隙距离为.51.0mm。避雷器动作后，工频续流被许多单个间隙分割成许多短弧，利用短间隙的自然熄弧能力使电弧熄灭。间隙绝缘强度恢复的快慢与工频续流的大小有关。我国生产的FS和FZ型避雷器，当工频续流分别不大于50A和80A（峰值）时，能够在续流第1次过零时使电弧熄

20、灭。2）火花间隙的并联电阻 阀型避雷器的间隙是由许多个单个间隙串联而成，多间隙串联后间隙电容将形成一等值电容链，由于间隙各电极对地和对高压端有寄生电容存在，放电电压在间隙上的分布是不均匀的，并且瓷套表面状况对此也有影响，例如淋雨或湿污秽而使外套上的电压分布改变时，间隙串的电压分布也就随之改变，这样避雷器动作后每个单个间隙上的恢复电压的分布既不均匀也不稳定，从而降低了避雷器的灭弧能力，其工频放电电压也将下降和显得不稳定。为解决这个问题，可在每个间隙上并联一个分路电阻。FZ型是每4个间隙组成一组，每组并联一分路电阻。在工频电压和恢复电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分路电阻阻值较小，故间隙上的电压

21、分布将主要由分路电阻决定。因分路电阻阻值相等，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。我国生产的普通阀型避雷器在火花间隙上并联了分路电阻的为FZ型（又称电站型），没有并联分路电阻的为FS型（称线路型）。3）阀片（非线性电阻）阀型避雷器的限流电阻是一种非线性电阻盘，常称为阀片。它是用碳化硅颗粒，以陶料粘合剂（水玻璃），焙烧而成。阀片有非常显著的非线性特性。阀片有非常显著的非线性特性。阀片的作用主要是：u限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；u当雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波。在雷电流通过阀片时将在阀片上出现电压，称为残压。残压将作用在被保护设备绝缘上，因此不能太高。

22、采用非线性电阻有助于解决这一矛盾。u在雷电流作用下，电流大，阀片呈低电阻，限制了残压的升高。u雷电流过后，由于作用在阀片上的工频电压值相对较低，阀片电阻变大，因而限制了续流。阀片允许通过的电流是有限的，以通过能力来表示，亦即指阀片允许通过之最大电流和时间。长时间通过大电流可能使阀片爆炸。根据我国实测统计，在具有规程（SDJ7-79）建议的防雷接线的35220KV的变电站中，流经阀型避雷器的雷电流超过5KA的概率是非常小的。因此我国对35220KV的阀型避雷器以5KA作为设计依据，此类电网的电气设备的绝缘水平也以避雷器5KA的残压作为绝缘配合的依据；对330KV及更高的电网，由于线路绝缘水平较高

23、，入侵雷电波的幅值也高，故流过避雷器的雷电流较大，我国规定取10KA作为计算标准。普通型阀型避雷器型有FS和FZ两种型号。FS型适用于配电系统，FZ型适用于变电站。FZ型由一些结构和性能都已标准化的单件所组成，这些单件分别适用于3，6，10，15，20和30KV额定电压，由它们的组合，可以适用于各种电压等级；为了使火花间隙放电电压稳定不受外界气象条件的影响，均将火花间隙和阀片密封在瓷套内，保证其工作可靠。（3）主要参数1）额定电压 我国习惯把安装避雷器的系统额定电压称为避雷器的额定电压。根据国际电工委员会（根据国际电工委员会（IEC）的规定，避雷器的额定电）的规定，避雷器的额定电压是指避雷器两

24、端允许施加的最高工频电压压是指避雷器两端允许施加的最高工频电压有效值有效值，相当，相当于灭弧电压。于灭弧电压。2）冲击放电电压 指预放电时间为1.520微秒 的冲击放电电压，即是在冲冲击电压作用下避雷器动作的最小电压幅值。击电压作用下避雷器动作的最小电压幅值。从防雷角度要求冲击放电电压低一些好，但是为保证避雷器的其他性能，也不能太低，通常选择低于被保护设备的冲击绝缘水平的2025。5）工频放电电压 在工频电压作用下避雷器发生放电的电压值。对避雷器的工频放电电压要规定上限和下限。3）残压 指避雷器动作后雷电流流过阀片在阀片上形成的压降。指避雷器动作后雷电流流过阀片在阀片上形成的压降。这是避雷器动

25、作后作用于被保护设备的一种过电压，应保证残压低于被保护设备的冲击绝缘水平的2025。残压主要决定于阀片电阻的大小，从降低残压的角度来看，阀片电阻值低些好，但为了不产生截断波和保证间隙可靠熄弧，阀片电阻值又不能取得太低。另外残压除与避雷器本身结构有关外，还与通过的雷电流大小有关。4）灭弧电压 指避雷器在保证可靠熄灭工频续流电弧的条件下，允许指避雷器在保证可靠熄灭工频续流电弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。加在避雷器上的最高工频电压。灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则避雷器可能因为不能熄弧而爆炸。这个最高工频电压不能仅按正常工作时的相电压来考虑，而应考虑到电网在

26、发生单相接地时非故障相的电压升高，正好该相的避雷器在这时动作的情况。因此单相接地时非故障相的电压升高就成为可能出现的最高工频电压，避雷器的灭弧电压应当高于这个数值。6）保护比K 保护比是说明避雷器保护性能的指标，保护比越小，说明残压越低或灭弧电压越高，避雷器的保护性能越好。FS和FZ系列保护比约为2.5和2.3左右。灭弧电压残压K7）直流电压下的电导电流 运行中常以测量直流电压作用下避雷器的电导电流来判断间隙分路电阻的性能。u电导电流太小，意味着分路电阻值太大，均压效果减弱；u电导电流太大，意味着分路电阻太小，在工作电压作用下流经分路电阻的电流增大，发热较多，易烧毁。5.3.3磁吹阀型避雷器

27、普通阀型避雷器熄弧完全依靠间隙的自然熄弧能力。另外，阀片的热容量有限，不能承受较长持续时间的内过电压冲击电流的作用，因此此类避雷器通常不容许在内过电压作用下动作。磁吹避雷器中火花间隙也是由许多单个间隙串联而成的。利用磁场使电弧产生运动（如旋转或拉长）来加强去游离以提高间隙的灭弧能力。磁吹间隙种类繁多，我国目前生产的主要是限流式间隙，又称拉长电弧型间隙。间隙由一对角状电极组成，磁场是轴向的。工频续流被轴向磁场拉入灭弧栅中，其电弧的最终长度可达起始长度的数10倍，电弧在灭弧栅中受到强烈去游离而熄灭，由于电弧形成后很快就被拉到远离击穿点的位置，故间隙绝缘强度恢复很快，熄弧能力很强，可切断450A左右

28、的续流。此外，由于电弧被拉得很长且处于去游离很强的灭弧栅中，所以电弧电阻很大，可以起到限制续流的作用，因而称为限流间隙。这样，采用限流间隙后就可以适当减少阀片数目，使避雷器残压得到降低。磁场是由与间隙相串联的线圈所产生。考虑到过电压作用下放电电流通过磁吹线圈时将在线圈上产生很大的压降，使避雷器的保护性能变坏，为此在磁吹线圈两端装设一辅助间隙，在冲击过电压作用下，主间隙被击穿，放电电流遂经过辅助间隙、主间隙和电阻阀片而流入大地，使避雷器的压降不致增大。磁吹阀型避雷器的阀片也是用碳化硅为主要原料，通过高温（13501390）焙烧而成，其通流容量大，但非线性和系数较高。除可以用来限制雷过电压外，还可

29、以限制内过电压。5.4金属氧化物避雷器 20世纪70年代初期出现了氧化锌避雷器，也有的称金属氧化物避雷器。ZnO阀片 在ZnO阀片的侧面上釉是为了防止沿面放电。表面镀铝的的作用是填满表面凹孔、防止电流在局部过于集中。上 釉镀 铝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。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ZnO阀片堆叠而成ZnO避雷器在系统中的连接 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

30、的避雷器承受的是相电压。避雷器的接地要求绝对可靠。对避雷器性能的要求 良好的非线性（提高保护水平）。大的通流容量（能够吸收更强的雷电能量）。小的工频续流（雷击时防止系统注入过大的电流）。良好的伏秒特性（无论侵入波陡度如何都保证首先动作）。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，有效地吸收过电压的能量并遏制住系统电压的上升趋势。系 统 相 电 压U /kVI/A10-510-410-310-210-1110102103104ZnO避雷器的优劣评判显然避雷器A的非线性程度好于避雷器B，其保护性能也优于避雷器B系统相电压U /kVI/A10

31、-510-410-310-210-1110102103104ABIU理想避雷器氧化锌避雷器碳化硅避雷器线性电阻100A10KAIUI3kA小电流区非线性区饱和区ZnO避雷器的优点 无串联间隙 非线性程度好、保护性能优越 通流容量大 工频续流极小、可忽略不计5.4.1氧化锌避雷器的主要优点（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。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的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应特性，不存在间隙放电电压随

32、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。（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（此值称为起始动作电压）时，将发生“导通”，其后，氧化锌阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压以下时，氧化锌的“导通”状态终止，又相当于一绝缘体，因此不存在工频续流。（3）电气设备所受过电压可以降低）电气设备所受过电压可以降低 氧化锌避雷器在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压。（4）通流容量大）通流容量大 由于氧化锌阀片的通流能力大（必要时也可采用两柱或三柱阀片并联），提高了避雷器的动作负载能力，因此可以用来限制内部过电

33、压。（5）氧化锌避雷器特别适用于直流保护）氧化锌避雷器特别适用于直流保护 因为直流续流不像工频续流那样会通过自然零点，所以串联间隙型直流避雷器难于熄弧，氧化锌避雷器则就没有熄弧问题。因无续流熄弧问题，氧化锌避雷器也运用于多雷区，多重雷击区。此外，氧化锌避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维护方便，使用寿命长。5.4.2氧化锌避雷器的电气特性（1）额定电压）额定电压 指允许短期加在避雷器上的最大工频电压（有效值）。（2）最大长期工作电压）最大长期工作电压 指允许长期加在避雷器上的系统最大工作电压（有效值）。（有效值）。（3）工频参考电压工频参考电压（又称起始动作电压、转折电压）指氧化锌阀片伏安特

34、性曲线上由小电流区转入击穿区所对应的电压值。从这一点开始电流值随电压增加而迅速增加，这时氧化锌避雷器进入了限制过电压的工作状态。ZnO避雷器的参数U /kVI/A10-510-410-310-210-1110102103104额 定 电 压容 许 最 大 持 续运 行 电 压起 始 动 作 电 压（1 m A参 考 电 压）残 压 1 m A 电 流（雷 电、操 作）冲 击 电 流 幅 值额定电压和容许最大持续运行电压为有效值，1mA参考电压常在直流下测得（4）压比）压比 指氧化锌避雷器通过额定冲击放电电流下的残压（简称额定残压）与工频参考电压之比。压比越小，表明通过冲击大电流时的残压越低，则

35、氧化锌避雷器的保护性能越好，目前此值约1.62.0。工频参考电压之比残压压比（5）荷电率）荷电率 指最大长期工作电压峰值与工频参考电压之比。目前一般采用45%75%的荷电率。在设计中，如果荷电率向“高”选取，直接结果是电气特性变好，而产品寿命、可靠性降低；如果荷电率向“低”选取，虽然产品寿命延长，但保护性能变差，因而也是不合理的。正确的荷电率应按IEC第69条第2款的规定选取：进行老化试验该荷电率下的产品寿命按100年考虑。工频参考电压长期工作电压峰值荷电率（6）工频耐受特性）工频耐受特性 这是考核氧化锌避雷器对工频过电压的耐受能力。按我国规定，对中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，氧化锌避雷

36、器应在如下时间内耐受下列工频过电压的倍数mmmuuu4.13.12.1sss11001000最大允许工作电压mu 这是无间隙氧化锌避雷器的重要试验，它将氧化锌电阻片的通流容量、压比与设计参数联系在一起的一次性容量试验。（7）保护比）保护比 氧化锌避雷器的保护比定义为：荷电率压比值）最大长期工作电压（峰额定残压K所以，压比最小，表明通过冲击大电流时的残压越低，避雷器的保护性能越好。由于氧化锌避雷器具有上述一系列的优点，且造价较低，使用氧化锌避雷器是大势所趋。目前，美国已在756KV系统中使用氧化锌避雷器。我国已生产各种电压等级的氧化锌避雷器。5.5防雷接地装置防雷接地装置 电气设备的接地，按其目

37、的的不同可以分为：（1）保护接地（2）工作接地（3）防雷接地（1）保护接地 为保证人身安全，无论在发、配电还是用电系统中都将电气设备的金属外壳接地，以保证金属外壳经常固定为地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时不致有危险的电位升高引起工作人员触电伤亡。在正常情况下接地没有电流流入，金属外壳保持地电位，但当设备发生故障而有接地短路电流流入大地时，接地点和它紧密相连的金属导体的电位都会升高，有可能威胁到人身的安全。（2）工作接地 根据电力系统正常运行方式的需要而接地，例如将系统的中性点接地。（3）防雷接地 针对防雷保护的需要而设置的，目的是减小雷电流通过接地装置的地电位升高。防雷接地与保护接地、工

38、作接地的两点区别：l雷电流幅值大l雷电流的等值频率高区别之一：雷电流幅值大 雷电流幅值大，就会使地中电流密度增大，因而提高了土壤中的电场强度，在接地体附近尤为显著。若此电场强度超过土壤击穿场强时，在接地体周围的土壤中便会发生局部火花放电，使土壤导电性增大，接地电阻减小。因此，同一接地装置在幅值甚高的冲击电流作用下，其接地电阻要小于工频电流下的数值。这种效应称为火花效应火花效应。区别之二：雷电流的等值频率高 雷电流等值频率较高，使接地体自身电感的影响增加，阻碍电流向接地体远端流通，对于长度长的接地体，这种影响更加明显。结果会使接地体得不到充分利用，使接地装置的电阻值大于工频接地装置电阻值。这种现

39、象称为电感影响。由于上述两方面的原因，同一接地装置在冲击和工频电流作用下，将具有不同的电阻值。用冲击系数表示两者的关系：gchRR工频电流下的电阻冲击电流下的电阻（应为阻抗，习惯称为冲击接地电阻），指接地体上的冲击电压幅值与流经该接地体中的冲击电流幅值之比值。与接地体的几何尺寸、雷电流的幅值和波形以及土壤电阻率有关，一般依靠实验确定。在一般情况下，由于火花效应大于电感效应，其值小于1，但对电感影响明显的情况，也有时大于等于1。接地装置由埋入地中的接地体和连接到设备接地部分的接地线组成。当接地装置中流过电流时，接地电流经过接地体以电流场的形式向四处扩散。由于大地不是理想的导体，它具有一定的电压降

40、。离电流注入点越远，地中电流的密度越小，因此可以认为在相当远（或叫无穷远）处，地中电流密度已接近零。电场强度也接近零，该处的电位为零电位。由此可见，当接地点有电流流入大地时该点相对于远处的零电位来说，将具有确定的电位升高。降低接地电阻的原因 此时地面上的接地物体（如变压器外壳），也具有电位 ，因而不利于电气设备的绝缘以及人身安全，这就是为什么要力求降低接地电力求降低接地电阻阻的原因。IURM接地电阻接地点处的电位 接地电流MU 如图，半球形接地体，其接地电阻相当于把电极外土壤分成无数个具有一定厚度的同心半球壳的电阻串联而成。22 rdrdR020rdRRr 接地电阻并不同一般具有恒定截面的导体

41、电阻一样与电极表面积成反比。事实上，它主要只决定于电极的延伸程度，即沿某一方向（垂直或水平）的最大线性尺寸。因此采用上述半球形接地体是很不经济的，在实际上很少实用。通常使用的是以垂直地棒、水平接地带以及它们的组合。5.4.1工程实用的接地装置 工程实用的接地装置主要是用扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋于地表下0.51m处。水平接地体多用扁钢，宽度一般为2040mm，厚度不小于4mm，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用角钢或钢管，长度约取2.5m。根据接地装置的装设地点，又分为输电线路接地及变电所接地。（1）典型接地体的接地电阻1）垂直接地体lddllR4ln2u当采用扁钢时，d=b/

42、2，b是扁钢宽度；u当采用角钢时，d=0.84b，b是角钢每边宽度。多根（n根）垂直接地体 总接地电阻可按并联电阻计算，但立体略大于R/n。nRR称为利用系数，它表示由于电流互相屏蔽而使接地体不能充分利用的程度。其值小于1，一般约为0.650.8。I值与流经电流是工频或是冲击电流有关，还与接地体间距离 与接地长度 之比 有关。ll/l/n20n10n5n3n2n2）水平接地体)(ln22AdhLLRuL是接地体的总长度（m）,uh是接地体进设深度（m），uA是表示因受屏蔽影响使接地电阻增加的系数。序号12345678接地体形式A00.38 0.48 0.87 1.69 2.14 5.27 8.

43、813）伸长接地 在土壤电阻率较高的岩石地区，为了减少接地电阻，有时须加大接地体的尺寸，主要是增加水平埋设的扁钢的长度，通常称这种接地体为伸长接地体。由于雷电流等值频率甚高，接地体自身的电感将会产生很大影响，此时接地将表现出具有分布参数的传输线的阻抗特性，加之火花效应的出现将使伸长接地体的电流流通成为一个很复杂的过程。一般在简化的条件下通过理论分析，对这一问题作出定性的描述，并结合实验以得到工程应用的依据。通常，伸长接地体只是有40600m的范围内有效，超过这一范围接地阻抗基本上不再变化。（2）输电线路的防雷接地 高压输电线路在每一个基塔下一般都设有接地装置，并通过引线与避雷线相连，其目的是使

44、击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻而进入大地。高压线路杆塔都有混凝土基础，它也起着接地体的作用，称为自然接地电阻。大多数情况下单纯依靠自然接地电阻是不能满足要求的，须要装设人工接地装置。土壤电阻率工频接地电阻100及以下10100以上至50015500以上至1000201000以上至2000252000以上30，或敷设68根总长不超过500m的放射线，或用两根连续伸长接地线，阻值不作规定。装有避雷线的线路杆塔工频接地电阻值（上限）（3）发电厂和变电所的防雷接地 一般的作法：根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地的要求。接地网由扁钢水平连接，埋入地下0.60.8m处，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。其总接地电阻可估算为：接地网构成网孔形的目的主要在于均压，接地网中两水平接地带之间的距离，一般可取310m，然后校核接触电位和跨步电位后再予以调整。SLSR5.044.0长孔方孔