【正文】 了方便描述不取統(tǒng)一時間為起點，分析時分別以各點出現(xiàn)電壓的時刻為各自的時間零點。 圖 63（ a） 是某 變電所主接線圖及其等效電路圖，由于一般電氣設(shè)備的等值入口電容都不大，因此可以忽略其影響，被保護(hù)設(shè)備處可以認(rèn)為是開路，故得到等效電路如圖 63（ b） 所示。因此，避雷器與各電氣設(shè)備都不可避免的有一段長度的距離。其他時刻避雷器上的電壓 ub可按此用圖解法求得。 避雷器動作后，兩端的電壓可由圖 72 所示的圖解法求解。此時，避雷器上電壓上升為 2u(t)，避雷器上的電壓 ub也等于 2u(t)。為簡化分析，不計變壓器的對地入口電容，并假定避雷器的伏秒特性和伏安特性ub=f(ib)已知。避雷器動作前后的電壓等效電路分別如圖 61（ b） 、 (c)所示。 避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離（ l=0） 避雷針 直接連接在變壓器旁，如圖 61（ a） 所示，即認(rèn)為變壓器與避雷器之間的電氣距離為零。為了對變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)，避雷器伏秒性的上限應(yīng)低于變壓器伏秒特性的下限。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴(kuò)散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動化控制等各個系統(tǒng) 。 14 6 變電站的入侵波過電壓保護(hù) 變電站遭受雷害一般來自兩方面 ,一是雷直擊變電站 ,二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波侵入變電站。 根據(jù) DL/T6201997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》的有關(guān)規(guī)定提出了保護(hù)配置意見：（ 1）對 110kV 有 效接地系統(tǒng)中可能形成的局部不接地系統(tǒng)（如接地變壓器誤跳開關(guān)等原因引起等）、低壓側(cè)有電源的變壓器不接地中性點應(yīng)裝設(shè)間隙保護(hù)；（ 2）經(jīng)驗算，如斷路器因操作機構(gòu)出現(xiàn)非全相和嚴(yán)重不同期產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點為標(biāo)準(zhǔn)分級絕緣、運行中性點不接地110kV 變壓器中性點絕緣，宜在中性點裝設(shè)間隙保護(hù)；（ 3）變壓器中性點間隙值的確定應(yīng)綜合考慮：間隙標(biāo)準(zhǔn)雷電波動作值小于主變壓器中性點的標(biāo)準(zhǔn)雷電波13 耐受值；因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時間隙應(yīng)動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行，發(fā)生單相接地故障時，間隙不應(yīng)動作。其中繼電保護(hù)有：母線 3U0過電壓、間隙零序過電流、直接接地零序過電流；過電壓保護(hù)分 為：避雷器保護(hù)、間隙保護(hù)、避雷器保護(hù)與間隙聯(lián)合保護(hù)。 綜合上述中性點過電壓分析，可列出各級變電站在各種過電壓形式下的過電壓穩(wěn)態(tài)值匯總表，如 12 表 51 各級變電站中 性點過電壓大?。ㄓ行е担? 變電站級別 /kV 有效接地系統(tǒng)單相接地故障 /kV 構(gòu)成局部中性點絕緣的單相接地故障 非全相分、合閘過電壓 /最大值 /kV 35 14 23 23/46 110 73 72/146 220 146 146/292 中性點過電壓的保護(hù)措施 對中性點的過電壓 保護(hù)應(yīng)根據(jù)實際的具體情況選擇最佳的保護(hù)方式，應(yīng)與二次側(cè)保護(hù)設(shè)備相互配合。由于現(xiàn)在斷路器都是連動的，因此出現(xiàn)上述情況出現(xiàn)的概率非常少。 非全相分合閘過電壓 由于斷路器非全相分合閘造成中性點過電壓。 系統(tǒng)單相接地時接地變壓器側(cè)斷路器跳閘，不接地變壓器側(cè)斷路器拒動，則系統(tǒng)形成局部不接地系統(tǒng)，此時的中性點過電壓值更高，其值視近視為相電壓值，如在 110kV 變壓器中性點電位穩(wěn)態(tài)值為 73kV。此時中性點穩(wěn)態(tài)過電壓公式計算為： U0=Ue K（ K+2）。正常網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)允許其工作 2h 左右，在斷路器調(diào)開單相接地故障之前，變壓器中性點產(chǎn)生過電壓值大小與 K=X0/X1 有關(guān)，其中： X0 為零序阻抗， X1 為正序阻抗。反映 在中性點上的內(nèi)部過電壓主要表現(xiàn)為發(fā)生單相接地時中性點過電壓和斷路器非全相分合閘造成中性點過電壓。 （ 2） 內(nèi)部過電壓 在電力系統(tǒng)正常運行方式下，由于斷路器操作和各類故障如接地、斷線等，使得電 電力系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起電磁能量變化，從而引起電磁能量的振蕩轉(zhuǎn)化和傳遞而出現(xiàn)的電壓升高，稱為內(nèi)部過電壓。變電站的中性點過電壓產(chǎn)生也是基于上述原因，當(dāng)變壓器中性點不接地時反映在中性點上的過電壓形式有：雷電過電壓、內(nèi)部過電壓。 eR — 工頻電流下的電阻 ) iR ＝ 10＝ ? i?10 5 變壓器中性點保護(hù) 變壓器中性點的過電壓 雷電過電壓即為通常所說的大氣過電壓，其原因是由雷擊下引起電力系統(tǒng)變化所至。 查接地裝置 i? (沖擊系數(shù) )與 i? (接地裝置的沖擊利用系數(shù) )表 ,選用一字形的接地體。但它又是保障人身安全的有力措施 ,而且只有在故障下才發(fā)揮作用，它又有些像保護(hù)接地 ,它的阻值一般在 130?的范圍內(nèi)。 保護(hù)接地 :不設(shè)這種接地，電力系統(tǒng)也能正常運行 ,但為了人身安全而將電氣設(shè)備的金屬外殼等加以接地 ,它是在故障的條件下才發(fā)揮作用的 ,它所要求的接地電阻值處于 110?的范圍內(nèi)。將雷電泄入大地，才能有效地發(fā)揮其保護(hù)作用。 D12＝ D34＝ 。因此，為了對本站覆蓋 ,采用四支避雷針。為了避免這種情況發(fā)生 ,被保護(hù)物體與避雷針間在空氣中以及地下接地裝置間應(yīng)有足夠的距離。如果這一距離不夠大，則有可能在它們之間發(fā)生放電，這種現(xiàn)象稱避雷針 (線 )對電氣設(shè)備的反擊或閃絡(luò) 。裝設(shè)避雷針 (線 )應(yīng)該使變電所的所有設(shè)備和建筑物處于保護(hù)范圍內(nèi)。對雷電侵入波的防護(hù)的主要措施是閥式避雷器限制過電壓幅值 ,同時輔之以相應(yīng)措施 ,以限制流過閥式避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度。二是雷擊輸電線路產(chǎn)生的雷電波沿線路侵入變電所。因此 ,變電所實際上是完全耐雷的。 8 4 變電站防雷保護(hù)方案與接地 防雷保護(hù)方案 變電所是重要的電力樞紐 ,一旦發(fā)生雷擊事故 ,就會造成大面積停電。對 10kV 線路，則每條進(jìn)線均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進(jìn)行防護(hù)。 由于雷電侵入波主要對 35kV 以下系統(tǒng)危害較大，變電站著重對 35kV 和 10kV線路入侵波進(jìn)行了防護(hù)。 表 31 限流型避雷針性能指標(biāo) 型號 雷電通流容量 KA 200 300 陡度衰減倍率 ≥ 25 ≥ 33 幅值衰減倍率 (％ ) ≤ 80 ≤ 80 電阻Ω ≤ 1 ≤ 1 高度 m 3 2 質(zhì)量 KG 20 42 最大抗風(fēng)強度 40 40 避雷器 為了防護(hù)感應(yīng)雷和輸電線路的雷電侵入波的危害，變電站內(nèi)采用了避雷器。 消弱空間雷電電磁脈沖強度、降低跳火的有效方法，就是減小雷電流的強度。因為避雷針將強大的直擊雷電流，通過建筑鋼筋或引下線泄放置地網(wǎng)，可能 會造成附近設(shè)備遭受雷電電磁脈沖的干擾。由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機會和程度一般來說是增加了。按該式在年雷暴日為 40的地區(qū)， 35kV 室外終端變電站，母線構(gòu)架 高，受雷擊概率為每年 次，而加 1根 30m 高避雷針后，則每年將受 次雷擊。 k(l+5h)(b+5h)106計算。 避雷針的年雷擊次數(shù)，可按經(jīng)驗公式 N=如中等強度的雷云 (U0=50MV),按雷電先導(dǎo)的閃擊距離公式 rs= ，可得球的半徑為 133m，在此情況下得出的保護(hù)半徑比有關(guān)設(shè)計規(guī)程的大一些。到碰到避雷針尖為止。滾球法理論認(rèn)為直擊和繞擊與雷云帶電量有關(guān)，能量越小的雷越易產(chǎn)生繞擊。 獨立避雷針的保護(hù)范圍對地面為 （針高），對超過針高一半的空間其保護(hù)范圍只能在 45 角內(nèi)校核。 6 3 變電站防雷措施 避雷針 為免遭直擊雷破壞，變電站一般采用獨立避雷針和構(gòu)架避雷針進(jìn)行防雷保護(hù)。當(dāng)雷擊過后，雷擊點地表變?yōu)殡姾傻南鄬昭ǎ車唠姾蓞^(qū)域內(nèi)與地電位相對絕緣的導(dǎo)體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波一樣沖向雷擊點，導(dǎo)致設(shè)備打火，絕緣受損和電子設(shè)備失效。靜電感應(yīng)還可用雷電的二次效應(yīng)理論來解釋。此波為電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)共同作用的結(jié)果。顯然，感應(yīng)雷危害是大面積的，是電子設(shè)備的克星。感應(yīng)雷的破壞也稱為二次破壞。 感應(yīng)雷 直擊雷放電 的能量通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)方式向四周輻射，導(dǎo)致設(shè)備過電壓放電，則為感應(yīng)雷。雷電流沿變電站的接地網(wǎng)散流，支線上的雷電流和各點電位差異很大。 不僅僅是輸電線路、動力電纜，凡是引進(jìn)變電站的金屬管線都會引起雷電反擊。假如地電阻為 10Ω，一個 30kA的雷電流將會使地網(wǎng)電位上升至 300kV。 一次雷擊主放電一般為幾萬安培到十幾萬安培，釋放的能量相當(dāng)大，瞬間所產(chǎn)生的強大電流、灼熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和強烈的電磁輻射等物理效應(yīng)給人們的生產(chǎn)生活帶來多種危害，如引起火災(zāi)和大爆炸，金屬導(dǎo)體連接部分?jǐn)嗔哑茡p，建筑物倒塌，電氣設(shè)備損壞等等。原因是高為 h 的避雷針可影響雷云單體向下的 始發(fā)先導(dǎo)發(fā)展方向的半徑，用公式表述為： R＝ 。兩者相接，進(jìn)入直擊或繞擊的主放電階段。如果途經(jīng)變電站的避雷針或地表其他突出物，地電荷會導(dǎo)致突出物頂端電場畸變集中。但是一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化，從而造成設(shè)備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。 為此，當(dāng)今時代的防雷工作的重要性、迫切性、復(fù)雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護(hù)到系統(tǒng)防護(hù)，我們必須站到歷史時代的新高度來認(rèn)識和研究現(xiàn)代防雷技術(shù) 。雷電的本身并沒有變，而是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人類社會的生產(chǎn)生活狀況變了。例如一九九九年八月二十七日凌晨 2點，某尋呼臺遭受雷擊，導(dǎo)致該臺中斷尋呼數(shù)小時，其直接損失是有限的，但間接損失將大大超過直接損失。例如二 000 年七月二十五日 14點 40分左右，一次閃電造成漕寶路桂菁路附近二家單位同時受到雷災(zāi)，而不是以往的一次閃電只是一個建筑物受損。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落，無空不入地造成災(zāi)害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應(yīng)雷進(jìn)入防雷電電磁脈沖（ LEMP）。 但需要說明，避雷針必須有足夠可靠，并且有接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的損害程度。避雷針不但不能避雷反而引雷，它是自身的多受雷擊而保護(hù)周圍免受雷擊 。 當(dāng)高空出現(xiàn)雷雨云的時候，大地上由于靜電感應(yīng)作用，必然帶上與雷雨云相反的電荷，避雷針處于地面建筑物的最高處，與雷雨云的距離最近，由于它與有良好的電氣連接，所以它于大地有相同的電位，使避雷針附近空間的電場強度比較大，容易吸引雷電先驅(qū)，使主放電都集中到它的上面，從而保護(hù)附近比它低的物體遭受雷擊的幾率大大減少。 工作原理 雷雨云形成以后對大地的電壓，低則幾百萬伏，高則數(shù)千伏甚至更高，雷雨云對大地的一次閃擊放電的峰 值電流平均為 30多 KA，它的瞬時功率為 1091012W以上。第二種解析認(rèn)為，避雷針是靠把雷雨云所帶的異種電荷引導(dǎo)到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護(hù)建筑物不受雷擊。我們國內(nèi)許多物理課本，甚至大學(xué)的教課書也把避雷針的原理說成是靠尖端放電中和云層電荷從而消除閃電的，這是錯誤的。 避雷針的英文名字 Lightning rod，直譯為 閃電棍 更準(zhǔn)確些，本無避免雷擊之意。 2 從公元 1753 年，富蘭克林發(fā)明了避雷針以來，避雷針作為接閃器唯一的形式，延續(xù)了上百年的歷史，從十九世紀(jì)以后，逐漸有出現(xiàn)了避雷線、避雷帶和避雷網(wǎng)。 接閃器 ： 直接截受雷擊，及用作接閃的器具、金屬構(gòu)件和金屬屋面等，稱為接閃器。他們通過大量實驗建立了雷電學(xué)說，認(rèn)為雷擊是云層中大量陰電荷和陽電荷迅速中和而產(chǎn)生的現(xiàn)象；并且創(chuàng)立了避雷理論，發(fā)明了避雷針 。BB 由于雷擊會給人類帶來災(zāi)害，因此，人類很早就與雷害進(jìn)行斗爭。因此，可以說，是雷電促使地球成為 文明的星球。但是電離層的正電荷以平均約 1800A 的電流強度向大地放電，可想而知，如果得不到補充，電離層的電荷恨快便會放盡。這些物質(zhì)的出現(xiàn)，是生命起源的基礎(chǔ)，