【正文】 針來滿足保護要求。避雷針可單獨立桿，也可利用戶外配電裝置的構架或投光燈的桿塔：但變壓器的門型構架不能用來裝設避雷針，以防止雷擊產(chǎn)生的過電壓對變壓器閃絡放電。 避雷針一般采用鍍鋅圓鋼 (針長 1m 以下時直徑不應小于 12mm，針長 1 至2m 時直徑不應小于 16mm)或鍍鋅鋼管 (針長 1m 以下時直徑不應小于 20mm，針長 1 至 2m 時直徑不應小于 25mm)制成，通常安裝在電桿或構架，建筑物上。它的下端要經(jīng)引下線與接地裝置相連接。 (2).裝設架空避雷線 避雷線也稱架空地線，在變電所進出線上方架設避雷線，可避免進出線遭受直接雷擊，危害變電所內(nèi)部設備：當進出線在避雷線保護范圍外遭受直接雷擊或感應過電壓時，可以降低過電壓的幅值，減輕對變電所內(nèi)部設備的危害。在變電所 110KV 進線和 饋出線均裝設架空避雷線進行保護。 (3).裝設避雷器 避雷器是為防止沿線路期侵入變電所的雷電沖擊波對電氣設備的破壞，把雷電波 (或感應雷電波 )限制在避雷器殘壓值范圍內(nèi)，從而使變壓器及其他電氣設備免受過電壓的危害，其接地電阻不得大于 10Ω。在變電所每路進線終端，主要變壓器的低壓側(cè)出線，主變壓器器中性點到出線， 饋出現(xiàn)蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 6 上，一般都應裝設避雷器。 (4).裝設抗雷線圈 在變電所 饋出線上，串聯(lián)抗雷線圈，和避雷器配合使用，可有效地降低雷電入侵波的陡度，加強防雷效果 。 二、防雷裝置選擇 雷擊地面由先導放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^程可以用一根已經(jīng)充電的垂直導線突然于被擊物體接同來比擬，如圖 （ a）所示 。圖中 Z 是被擊物體于大地（零地位）之間的阻抗， ?是先導放電通道中電荷的線密度，開關 S 未閉合之前相當于先導放電階段。當先導通道到達地面或與地面目標上發(fā)出迎面先導相遇時，主放電即開始，相當于開關 S 合上。此時將有大量的正、負電荷沿先導通道逆向運動，并使其中來自雷云的負電賀中和，如圖 （ b）所示。與此同時，主放電電流即雷電流 i流過雷擊點 A 并通過阻抗 Z， 此時 A 點電位u 也突然升至 uiZ?。顯然，電流 i的數(shù)值于先導通道的電荷密度 ?及主放電的發(fā)展速度 v 有關，并且還受阻抗 的影響。因為先導通道的電荷密度很難測定，主放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測大體判斷，唯一容易測知的量是主放電以后（相當于 S 合上以后）流過阻抗 Z的電流 i。因此利用雷電放電過程簡化成一個數(shù)學模型，進而用到彼德遜等值電路 [如圖 (c)、 (d)所示 ]以求得比較統(tǒng)一的分析方法。圖 (c)、 (d)中 Z為主放電通道的波阻抗。 0u和i則式從雷云向地面?zhèn)鱽淼男胁ǖ碾妷汉碗娏鳌? 蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 7 SAZ+_SAZAZiU 0 i0Z 02U 0Z 0Zi(a) (b) (c) (d) (a)模擬電路 （ b）主放電電路 （ c）主放電通道電 （ d）等值電路 圖 雷擊放電計算模型 因為雷電波流經(jīng)被擊物體時的電流與被擊物體的波阻抗 Z有關，因此，我們把流經(jīng)被擊物體的波阻抗為零時的電流被定義為“雷電流”，用 i來表示。根據(jù)雷電放電的等值電路，可知流經(jīng)被擊物體的波阻抗為 Z時的電流 Zi與雷電流 i的關系為： 00ZZiiZZ? ? （ ） 目前，我國規(guī)程建議雷電通道的波阻抗為 300～ 400Ω。 雷電流 i為一非周期的沖擊波，它與氣象、自然等條件有關，是一個隨機變量。下面我們介紹它的幅值、波頭、陡度、波長及其波形。 1）幅值 雷電流的幅值與氣象、自然等條件等有關，只有通過大量實測才能正確估計其概率分布規(guī)律。我國現(xiàn)行標準推薦雷電流幅值分布的概率如下： lg 88IP?? （ ） 蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 8 式中： I為雷電流幅值， kA； P為幅值大于 I的雷電概率。 例如，當雷擊時，出現(xiàn)大于 88kA 的雷電流幅值的概率 p 約為 10%。 我國西北地區(qū)內(nèi)蒙古等雷電活動較弱，雷電流幅值較小， P可按下式計算： lg 44IP?? （ ） 2）波頭、陡度及波長 根據(jù)實測結(jié)果，雷電沖擊波的波頭是在 1～ 5181。s 的范圍內(nèi)變化，多為 ～；波長在 20～ 100181。s 的范圍內(nèi)，多數(shù)為 50181。s 左右。波頭及波長的長度變化范圍很大，工程上根據(jù)不同情況的需要，規(guī)定出相應的波頭于波長的時間。 在線路防雷計算時，規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭的時間為 ，波長對防雷計算結(jié)果幾乎無影響，為簡化計算，一般可視為無限長。 雷電流的幅值與波頭，決定了雷電流的上升陡度，也就是雷電流隨時間的變化率。雷電流 的陡度對雷擊過電壓影響很大，也是一個常用參數(shù)?？烧J為雷電流的陡度α與幅值 I 有線性關系，即幅值愈大，陡度愈大。一般認為陡度超過 50kA/181。s 的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很小了。 3）波形 實測結(jié)果表明，雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次不同，但都是單極性的脈沖波，電力設備的絕緣強度實驗和電力系統(tǒng)的防雷保護設計，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達、便于計算的波形。常用的等值波形有三種，如圖 所示。 蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 9 ti0τ tτ f （ a） 0tiτ f (b) 0 tiτ f (c) 圖 雷擊主放電時的電流波形 圖 （ a）是標準沖擊波，它可表示為 0 ()tti I e e ??? ???。試中 0I為某一固定電流值， ?、 ?是兩個常數(shù)， t為作用時間。當被擊物體的阻抗只是電阻 R蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 10 時，作用在 R 上的電壓波形 u 于電流波形 i相同。雙指數(shù)波形也用做沖擊絕緣強度實驗的標準電壓波形。我過采用國際電工委員會（ IEC）國際標準。 圖 (b)為斜角平頂波，其陡度α可由給定的雷電流幅值 I 和波頭時間決定，α =I/ f?在防雷保護計算中，雷電流波頭 f?采用 。這樣，α可取為I/圖 (c)為等值余弦波，雷電流波形的波頭部分，接近半弦波，其表達式為 ? ?1 cos2Iit??? （ ） 式中： I為雷電流幅值， kA； ω為角頻率， 61/ 1 .2 1 0f s? ? ? ?? ? ?, f?為波頭時間（ s?）。 這種等值波形多用于分析雷電流波頭的作用，因為用余弦函數(shù)波頭計算雷電流通過電感支路時所引起的壓降比較方便。此時最大陡度出現(xiàn)波頭中間，即 2ft ??,其值為 m ax m ax() 2Ididt ?? ?? （ ） 2 保護原理 避雷針（線）的保護原理可歸納為：能使雷云電場發(fā)生突變，使雷電先導的發(fā)展沿著避雷針的方向發(fā)展，直擊于其上，雷電流通過避雷針（線）及接地裝置瀉入大地而防止避雷針（線）周圍的設備受到雷擊。避雷針需要有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全地引入大地。 避雷針一般用于保護發(fā)電廠和變電站，可根據(jù)不同情況將避雷針或裝設蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 11 在配電構架上或獨立架設。避雷線主要用于保護線路，一般架設在線路三相導線的上方，也可用于保護發(fā)電站和變電站。 三、避雷器，避雷針和避雷線保護范圍的確定 目前使用的避雷器主要有四種類型：①保護間隙；②排氣式避雷器；③閥式避雷器；④金屬氧化物避雷器。保護間隙和排氣式避雷器主要用于變電所進線段保護；閥式避雷器和金屬氧化物避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護。 下面主要介紹以下閥式避雷器： 在變電所和發(fā)電廠大量使用閥式避雷器，它相對與排氣式避雷器來說在保護性能上有重大改進，是電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要防雷設備，閥式避雷器的保護特性是決定高壓電氣設備絕緣水平的基礎。它分普通型和磁吹型兩大類。普通型有 FS 和 FZ型；磁吹型有 FCZ 和 FCD 型。 1）普通型閥式避雷器 結(jié)構與工作原 理 閥式避雷器是由火花間隙和非線性電阻這兩基本部件組成。在系統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生電流使閥片燒壞。當系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流入大地，從而使設備得到保護。當過電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的工頻續(xù)流仍將繼續(xù)流過避雷器，此續(xù)流是在工頻恢復電壓作用下，其值遠較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時就將電弧切斷。這樣，避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流的切斷不超過蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 12 半個周期，而且工頻續(xù)流數(shù)值也不大，繼電保護來不及動 作系統(tǒng)就已恢復正常。 ①磁吹型閥式避雷器（磁吹避雷器） 為了改善閥式避雷器的保護特性，在普通型基礎上發(fā)展了磁吹型閥式避雷器。與普通型相比較，它具有更高的熄弧能力和較低的殘壓，因此它更合適用于電壓等級較高的變電所電氣設備的保護以及絕緣水平較低的旋轉(zhuǎn)電機的保護。 磁吹避雷器的原理和基本結(jié)構與普通型避雷器相同，主要區(qū)別在于采用了磁吹式火花間隙。它是由許多單個間隙串聯(lián)而成的，它利用磁場對電弧的電動力，迫使間隙中的電弧加快運動并延伸，使間隙的去游離作用增強，從而提高了滅弧能力。 ②金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器（ MOA）也稱為氧化鋅避雷器，是 20 世紀 70年代初開始出現(xiàn)的種新型避雷器。氧化鋅避雷器是由氧化鋅非線性電阻片組成的。由于氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實現(xiàn)避雷器無間隙無續(xù)流，且造價低廉，因此氧化鋅避雷器已得到越來越廣泛的應用，取代炭化硅避雷器是大勢所趨。 金屬氧化物避雷器的主要優(yōu)點： 與普通閥型避雷器相比，氧化鋅避雷器具有優(yōu)越的保護性能： (1)保護性能好。雖然 10KA 雷電流下殘壓目前仍與炭化硅閥型避雷器相同，但后者串聯(lián)間隙要等到電壓升置較高的沖擊放電電壓時才可將電流泄放，蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 13 而金屬氧化物避雷器在整個過電壓過程中都有電流通過，電壓還未升置很高的數(shù)值之前不斷的泄放過電壓的能量，這對抑制過電壓的發(fā)展是有利的。由于沒有間隙，金屬氧化物避雷器在陡波頭下伏秒特性上翹要比炭化硅型避雷器小的多，這樣在陡波頭下的沖擊放電電壓的升高也小很多。金屬氧化物避雷器的這種優(yōu)越的陡波響應特性（伏秒特性），對于具有平坦伏秒特性的 SF6氣體變電所（ GIS）的過電壓保護尤為合適，易于絕緣配合，增加安全裕度。 (2)無續(xù)流和通流容量大。金屬氧化物避雷器在過電壓作用后，流過的續(xù)流為微安級，可視為無續(xù)流，它只吸收過電 壓能量，不吸收工頻續(xù)流能量，這不僅減輕了其本身的負載，而且對系統(tǒng)的影響甚微。再加上閥片通流能力要比炭化硅閥片大 4～ 倍，又沒有共頻續(xù)流引起串聯(lián)間隙燒傷的制約，金屬氧化物避雷器的通流能力很大，所以金屬氧化物避雷器具有耐受重復雷和重復動作的操作過電壓或一定持續(xù)時間短時過電壓的能力。并且進一步可通過并聯(lián)閥片或整只避雷器并聯(lián)的方法來提高避雷器的通流能力，制成特殊用途的重載避雷器，用語長電纜系統(tǒng)或大電容器組的過電壓保護。 (3)無間隙。無間隙可以大大改善陡度響應，提高吸收過電壓能力，以及可采用閥片并聯(lián)以進一步提高 通流容量；可以大大縮減避雷器尺寸和重量；可以使運行維護簡化；可以使避雷器有較好的耐污穢和帶電水沖洗的性能。有間隙的閥式避雷器瓷套在嚴重污穢，或在帶電水沖洗時，由于瓷套表面電位分布的不均勻或發(fā)生局部閃絡，通過電容耦合，使瓷套內(nèi)部間隙放電電壓降低，甚至此時在工作電壓下動作，不能熄滅電弧而爆炸。 無間隙還可以使避雷器易于制成直流避雷器。因為直流續(xù)流不象工頻續(xù)蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 14 流那樣會自然過零，而金屬氧化物避雷器當電壓恢復到正常時，其電流非常小，所以只要改進閥片電阻的配合以使其能長期陳承受直流電壓作用，就可以制成直流避雷器。 由于金 屬氧化物避雷器具有這些炭化硅所沒有的缺點，使得其在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應用，特別是超高壓電力設備的過電壓保護和絕緣配合已完全取決于金屬氧化物避雷器的性能。 避雷針（線）是防止直擊雷的主要設備，它的作用是將雷吸引到金屬針（線）上并安全導入地中，從而保護附近的被保護物免受雷擊。 為了有效地引雷并將雷電流安全導入地中，避雷針由接閃器（針頭）、引下線和接地裝置三部分構成。避雷線本身就相當于接閃器，它也必須經(jīng)引下線與接地裝置可靠連接。 避雷針和避雷線 [5]可以防止雷電直接擊中被保護物體，因 此也稱為直擊雷保護。 避雷針（線）的保護范圍是指被保護物在此空間范圍內(nèi)不致遭受雷擊。我國標準 DL/ 中使用的避雷針（線）保護范圍的計算方法，是根據(jù)雷電沖擊小電流下的模擬實驗研究確定的，并以多年運行經(jīng)驗做了校驗。保護范圍是按保護概率 %確定的。實踐證明，此雷擊概率是可以接受的。 由于雷電的路徑受到很