【正文】 尾雖然每次不同，但都是單極性的脈沖波，電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達(dá)、便于計(jì)算的波形。 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 ti0τ tτ f （ a） 0tiτ f (b) 0 tiτ f (c) 圖 雷擊主放電時(shí)的電流波形 圖 （ a）是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為 0 ()tti I e e ??? ???。當(dāng)被擊物 體的阻抗只是電阻 R蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 時(shí)，作用在 R 上的電壓波形 u 于電流波形 i相同。我過(guò)采用國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)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(shí)間（ s?）。此時(shí)最大陡度出現(xiàn)波頭中間，即 2ft ??,其值為 m ax m ax() 2Ididt ?? ?? （ ） 2 保護(hù)原理 避雷針（線(xiàn)）的保護(hù)原理可歸納為：能使雷云電場(chǎng)發(fā)生突變，使雷電先導(dǎo)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(guò)避雷針（線(xiàn)）及接地裝置瀉入大地而防止避雷針（線(xiàn)）周?chē)脑O(shè)備受到雷擊。 避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電站，可根據(jù)不同情況將避雷針或裝設(shè)蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 在配電構(gòu)架上或獨(dú)立架設(shè)。 三、避雷器，避雷針和避雷線(xiàn)保護(hù)范圍的確定 目前使用的避雷器主要有四種類(lèi)型：①保護(hù)間隙；②排氣式避雷器；③閥式避雷器；④金屬氧化物避雷器。 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(duì)與排氣式避雷器來(lái)說(shuō)在保護(hù)性能上有重大改進(jìn)，是電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要防雷設(shè)備，閥式避雷器的保護(hù)特性是決定高壓電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。普通型有 FS 和 FZ 型；磁吹型有 FCZ 和 FCD 型。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將電阻閥片與工作母線(xiàn)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(dāng)過(guò)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(guò)避雷器，此續(xù)流是在工頻恢復(fù)電壓作用下，其值遠(yuǎn)較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)就將電弧切斷。 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(hù)特性，在普通型基礎(chǔ)上發(fā)展了磁吹型閥式避雷器。 磁吹避雷器的原理和基本結(jié)構(gòu)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。 ②金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器（ MOA）也稱(chēng)為氧化鋅避雷器，是 20 世紀(jì) 70 年代初開(kāi)始出現(xiàn)的種新型避雷器。由于氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的非線(xiàn)性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無(wú)間隙無(wú)續(xù)流，且造價(jià)低廉，因此氧化鋅避雷器已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，取代炭化硅避雷器是大勢(shì)所趨。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(shí)才可將電流泄放，蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 而金屬氧化物避雷器在整個(gè)過(guò)電壓過(guò)程中都有電流通過(guò) ，電壓還未升置很高的數(shù)值之前不斷的泄放過(guò)電壓的能量，這對(duì)抑制過(guò)電壓的發(fā)展是有利的。金屬氧化物避雷器的這種優(yōu)越的陡波響應(yīng)特性（伏秒特性），對(duì)于具有平坦伏秒特性的 SF6氣體變電所（ GIS）的過(guò)電壓保護(hù)尤為合適，易于絕緣配合，增加安全裕度。金屬氧化物避雷器在過(guò)電壓作用后，流過(guò)的續(xù)流為微安級(jí)，可視為無(wú)續(xù)流，它只吸收過(guò)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(fù)載，而且對(duì)系統(tǒng)的影響甚微。并且進(jìn)一步可通過(guò)并聯(lián)閥片或整只避雷器并聯(lián)的方法來(lái)提高避雷器的通流能力，制成特殊用途的重載避雷器，用語(yǔ)長(zhǎng)電纜系統(tǒng)或大電容器組的過(guò)電壓保護(hù)。無(wú)間隙可以大大改善陡度響應(yīng)，提高吸收過(guò)電壓能力，以及可采用閥片并聯(lián)以進(jìn)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(yùn) 行維護(hù)簡(jiǎn)化；可以使避雷器有較好的耐污穢和帶電水沖洗的性能。 無(wú)間隙還可以使避雷器易于制成直流避雷器。 由于金屬氧化物避雷器具有這些炭化硅所沒(méi)有的缺點(diǎn)，使得其 在電力系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是超高壓電力設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合已完全取決于金屬氧化物避雷器的性能。 為了有效地引雷并將雷電流安全導(dǎo)入地中，避雷針由接閃器（針頭）、引下線(xiàn)和接地裝置三部分構(gòu)成。 避雷針和避雷線(xiàn) [5]可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，因此也稱(chēng)為直擊雷保護(hù)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DL/ 中使用的避雷針（線(xiàn)）保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)雷電沖擊小電流下的模擬實(shí)驗(yàn)研究確定的，并以多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做了校驗(yàn)。實(shí)踐證明，此雷擊概率是可以接受的。 1）單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為軸的近似錐形的空間。 圖 單支避雷針的保護(hù)范圍 高度為 Xh的被保護(hù)物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在 xh高度截面的保護(hù)半徑 Xr可按下式計(jì)算： 當(dāng)12Xhh?時(shí) ()X X ar h h p h p? ? ? （ ） 當(dāng)12X?時(shí) ( 2 )XXr h h p?? （ ） 式中 h─避雷針的高度； ah─避雷針的有效高度， aXh h h??； p─ 考 慮 避 雷 針 的 高 度 影 響 的 校 正 系 數(shù) ， 30hm?，1p?30 120hm??時(shí)，30 h h?? （ ） 2）兩支等高避雷針 當(dāng)兩根避雷針距離不太遠(yuǎn)時(shí)，由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)有所擴(kuò)大。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍 Xr按式 和式 計(jì)算。 O 點(diǎn)的高度 0h按式 計(jì)算。 hhxhar xooRD/7Ph 0h/2D b xr xh x 水平面上保護(hù)范圍的截面 圖 高度為 h 的二等高避雷針保護(hù)范圍 兩針間 Xh水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的保護(hù)范圍最小處的最大保護(hù)寬度 Xb按式 計(jì)算。 3）兩支不等高避雷針 其保護(hù)范圍按下法確定：如圖 兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍先按單針作出高針 1 的保護(hù)范圍，然后經(jīng)過(guò)較低針 2 的頂點(diǎn)作水平線(xiàn)與之交于點(diǎn) 3，再設(shè)點(diǎn) 3為一假想針的頂點(diǎn)，做出兩等高 2 和 3 的保護(hù)范圍，圖中39。 D39。 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 D12bx12D 23b x23 rx 圖 三支等高避雷針的保護(hù)范圍圖 5）避雷線(xiàn) 因?yàn)楸芾拙€(xiàn)對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小，所以其引雷作用和保護(hù)寬度比避雷針要小。 單根避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍如圖 所示。 兩根等高避雷線(xiàn)外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單根避雷線(xiàn)時(shí)確定。 0 4Dhhp?? （ ） 式中 0h— 兩避雷線(xiàn)間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度， m； D— 兩避雷線(xiàn)間的距離， m； h— 避雷線(xiàn)的高度， m。單根避雷線(xiàn)的保護(hù)角不能做的太小，一般在 020～ 030。 Df=D/5a 圖 兩根平行避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍 四、接地方案的確定 1749 年富蘭克林發(fā)明第一支避雷針，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)有意識(shí)防雷的歷史。近代，隨著科技進(jìn)步，人工建筑的高度越來(lái)越高，電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于避雷針保護(hù)范圍具有不確定性，引雷過(guò)程中產(chǎn)生電磁感應(yīng)過(guò)電壓，雷電反擊產(chǎn)生二次雷擊和跨步電壓等，避雷針已跟不上時(shí)代的步伐。 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 目前已投入使用的各種防雷裝置，各有所長(zhǎng) ，也都各有局限性。 種金屬線(xiàn)路、管道感應(yīng)或引進(jìn)的感應(yīng)雷。 那么，按照“系統(tǒng)論”的觀點(diǎn)，建立一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng) [2]，就能實(shí)現(xiàn)有效的防雷安全。 ②地面或室內(nèi)外各種天線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、電源線(xiàn)進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備前，裝設(shè)線(xiàn)路避雷器。 ④埋地電纜用金屬裸線(xiàn)平行屏蔽。 所謂接地 [7]，就是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作為電氣上的連接，使其對(duì)地保持一個(gè)低的電位差。 按其目的接地可分為四種： (1)工作接地：電力系統(tǒng)為了運(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對(duì)地電位與繼電保護(hù)上的需要。 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 (3)靜電接地：在可燃物場(chǎng)所的金屬物體，蓄有靜電后，往往爆發(fā)火花，以致造成火災(zāi)。 (4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，以消除過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的危害。 我們知道避雷針或避雷器因雷擊而動(dòng)作時(shí)，幅值極高的雷電流將經(jīng)過(guò)避雷針或避雷器及其接地裝置而流入大地，如果接地裝置不符合要求，接地電阻過(guò)大時(shí)，被擊物（如避雷針、避雷線(xiàn)等）仍將會(huì)有很高的電位，以致被 保護(hù)設(shè)備有可能遭到反擊，因此防雷接地裝置起著十分重要的作用。 _Toc323202211 雙繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，高壓側(cè)與低壓側(cè)斷路器都是閉合的，兩側(cè)都應(yīng)該裝設(shè)避雷器。 110kV 以上的變電所有的采用三繞組變壓器，即具有高壓、中壓和低壓三個(gè)繞組。三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)只有高、中壓繞組工作，低壓繞組開(kāi)路的情況。由于靜電感應(yīng)分量將使低壓繞組三相的電位同時(shí)升高，故為了限制這種過(guò)電壓，只要在任一相低壓繞組直接出口處對(duì)地架裝一個(gè)避雷器即可。 _Toc323202212 自耦變壓器除有高、中壓自耦繞組外，還采用三角形連接的低壓非自耦繞組，以減小零序阻抗和改善電壓波形。此外，當(dāng)雷電波從高、中壓繞組的一側(cè)侵入而另一側(cè)開(kāi)路時(shí)，將在開(kāi)路側(cè)出現(xiàn)過(guò)電壓，因此，必須在自耦變壓器的兩個(gè)自耦合的繞組出線(xiàn)上裝設(shè)避雷器，此避雷器應(yīng)該裝在自耦變壓器和斷路器之間。 FZ 3FZ 2FZ 1AA39。繞組中的初始電壓分布，穩(wěn)態(tài)蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 電壓分布及最大電位包線(xiàn)，都和前面分析中性點(diǎn)接地的單相變壓器相同。所以應(yīng)在中壓端套管與斷路器間裝設(shè)一組避雷器 所示。 在震蕩中，高壓端子最大電壓可能達(dá) 2K39。 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 圖 高壓端和斷路器間加裝一組避雷器 FV1 同時(shí)應(yīng)注意 ：當(dāng)中壓側(cè)接有出線(xiàn)時(shí)（相當(dāng)于39。A點(diǎn)的電位接近于零，大部分電壓作用在 AA’ 段，是很危險(xiǎn)的； 同樣的，高壓側(cè)有出線(xiàn)，中壓側(cè)進(jìn)波也會(huì)造成類(lèi)似的結(jié)果。一般在 K＜ 時(shí)，還應(yīng)在AA’ 之間再跨接一組避雷器 FV3。 圖 跨接一組避雷器 FV3。凡中性點(diǎn)絕緣與相線(xiàn)端的絕緣水平相等，叫全絕緣。如果中性點(diǎn)絕緣低于相線(xiàn)端絕緣水平，叫分級(jí)絕緣。本次設(shè)計(jì)中平北站中變壓器中性點(diǎn)即為分級(jí)絕緣。這種電網(wǎng)因額定電壓較低，所以線(xiàn)路絕緣不高，加上 35kV 及以下的線(xiàn)路又不架避雷線(xiàn)，所以常有沿線(xiàn)路三相來(lái)雷電波的機(jī)會(huì)，這理論上會(huì)造成威脅。 35～ 60kV 中性點(diǎn)雷害之所以較少，是由于以下幾方面的原因： ①流過(guò)避雷器的雷電流小于 5kV，一般只有 ～ ； ② 實(shí)際上變電所進(jìn)線(xiàn)不只是一條，它是多路進(jìn)線(xiàn)， 一條線(xiàn)的來(lái)波可由其他的線(xiàn)路流走一部分電流，這就減少了流經(jīng)避雷器的雷電流； ③ 大多數(shù)來(lái)波是以線(xiàn)路遠(yuǎn)處襲來(lái)的，其陡度很??； ④ 變壓器絕緣有一定的裕度； ⑤ 避雷器到變壓器的距離實(shí)際值比允許值近一些； ⑥ 三相來(lái)波的概率很小。 對(duì)于多雷區(qū)、單路進(jìn)線(xiàn)的中性點(diǎn)非直接接地的變電所，宜在中性點(diǎn)上加蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 裝避雷妻保護(hù)。 （ 2） 110kV 及以上電網(wǎng) 我國(guó) 110kV 以上的電網(wǎng)的中性①點(diǎn)一般是直接接地的，但為了繼電保護(hù)的需要，其中一部分變壓器的中性點(diǎn)是不接地的，如中性點(diǎn)采用分級(jí)絕緣且未裝設(shè)保護(hù)間隙，應(yīng)在中性點(diǎn)加裝避雷器，且宜選變壓器中性點(diǎn)金屬氧化物避雷器。這些保護(hù)裝置應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足下列條件： ① 其沖擊放電電壓應(yīng)低于中性點(diǎn)沖擊絕緣水平； ② 避雷器的滅弧電壓應(yīng)大于因電網(wǎng)一相接地而引起的中性點(diǎn)電位升高的穩(wěn)態(tài)值，以免避雷器爆炸。 對(duì) 110kV 分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如選用 FZ— 35 或 FCZ— 35，則其滅弧電壓低于電網(wǎng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的電位升高穩(wěn)態(tài)值，因此一般不可采用，因考慮選用 FZ— 40 閥型避雷器或氧化鋅避雷器。其分布電感阻礙了電流流經(jīng)接地裝置較遠(yuǎn)的部分，此時(shí)沖擊電流在接地裝置全部長(zhǎng)度上的電流擴(kuò)散密度是不相同的，這使接地裝置蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 的利用程度降低，使沖擊接地電阻增加，接地裝置的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則電感的效應(yīng)愈顯著，沖擊接地電阻增加的也愈多，因此對(duì)于水平鋪設(shè)的升長(zhǎng)接地體，為了得到在沖擊電流作用下較好的接地效果，要求單根水平鋪設(shè)的升長(zhǎng)接地體的長(zhǎng)度有一定限制。 接地裝置一般可分為人工接地體裝置和自然接