T2 : 20 ~ 100 s
我国在防雷设计中取 2.6 / 40s
I ( kA / s ) 波前的平均陡度： 2 .6
5. 雷电流极性及计算波形 75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计 中一般按负极性考虑 常用计算波形：
(1). 双指数波
i
I 0.5I 0
i I 0 (e
t
二. 雷电参数
1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数。
雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数。
地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日
中受到的平均雷击次数。 2. 雷道波阻抗 Z 0
Z 0 300
先导

A
主放电

A
s
i0
A
Z0
s
Zj
Zj
A
Zj
Z j 很小
2i0
Z0
F
基本分类：
保护间隙
管式避雷器
避雷器 阀式避雷器 金属氧化物避雷器
对避雷器的基本技术要求：
●过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由
两者的全伏秒特性的配合来保证；
●避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次
过零时的工频续流，使系统恢复正常；
u
2 1 3 0 P 1－被保护绝缘 2－保护间隙或管式避雷器 3－阀式避雷器
e
t
)
T1
T2
t
(2).等值斜角平顶波前
i
I
i t (t≤T1)
i T1 I(t>T1)
0
T1
t
(3).等值半余弦波前
i
I
0.5I 0
T1
t
I i (1 cos t ) 2


T1
§6.2 防雷保护装置
防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击， 而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。 一. 避雷针和避雷线(lightning-conductor,lightning-rod) 1 . 保护原理：当雷云放电时使空间电场畸变，在避
▼工频放电电压：工频放电电压除了有上限值外，还有
一个下限值，以保证避雷器不至于在内部过电压作用下误 动作。
▼灭弧电压：指避雷器能可靠地熄灭续流电弧时的最
大工频作用电压，换言之，如果作用在避雷器上的工频电压超过
了灭弧电压，避雷器将因为不能熄灭续流电弧而损坏。灭弧电压 是一只避雷器最重要的设计依据。
▼冲击系数：等于避雷器的冲击放电电压与工频放电电压幅
hx
≥
h/ 2
＜
hx
h/ 2
h —避雷针高度，m p —高度修正系数 h ≤30m p 1
30＜
h ≤120m p
5.5 h
5 . 等高双避雷针的保护范围
1 2
h
hx
h0
1.5h
xh 水平面上
D
rx
bx
的保护范围
两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，
两针中间的保护范围用下式求得：
第五讲.雷电及防雷保护装置
雷电是大自然中最宏伟壮观的气体放电现象，雷电放电所产生的 雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效 应、机械效应和热效应。从电力工程的角度看，最值得我们 注意的两个方面是： 1. 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压；
2. 雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧，
D h0 h 7p
bx 1.5(h0 hx )
h0 — 两针联合保护范围上部边缘的最低点高度
2bx — 在高度 hx 的水平面上，保护范围的最小宽度
一般情况下取 D 5h
Байду номын сангаас
6 . 单根避雷线的保护范围
h

hx
rx
h
rx rx
h
h 30m : 25

避雷线保护范围的长度与其本身的长度相同，两端各
●通流容量：包括冲击通流容量和工频通流容量。冲击
通流容量是用具有一定波形和幅值的电流所允许通过的次
数来表示，工频通流容量以一定幅值的半波电流所允许通
过的次数来表示。
●保护水平U p (l )：它表示避雷器上可能出现的最大冲击电
压的峰值。IEC和我国标准都规定以残压、标准雷电冲击放电 电压及陡波放电电压除以1.15后所得电压值三者之中的最大值 作为避雷器的保护水平。阀式避雷器的保护水平越低越好。
雷针的顶端形成局部强场区，影响雷电先导放电的发
展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷
电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。
雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，
才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称
为定向高度。
当h≤30m时，H=20h; 当h＞30m时，H≈600m 2 . 保护范围、绕击率
磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)
FS：配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护
FZ：变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护
FCZ：变电所型，适用330～500kV变电所电气设备的保护
FCD：旋转电机型，适用旋转电机的保护
1. 原理结构图
Z F T R
瓷套
i
Ri
F—火花间隙 R—工作电阻（阀片）
U p(l ) max[U R ,Ub(l ) ,U st / 1.15]
●保护比 =
残压 灭弧电压
越小保护 性能越好
4. 结构特征
●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙
单个平板火花间隙：1－黄铜电极； 2－云母垫圈；3－间隙放电区 普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成
旋弧型磁吹间隙： 主要用于FCD系列中 1－永磁铁 2－内电极 3－外电极 4－电弧
使导体熔断等，在本课程中着重讨论前一类问题。
雷电放电起源于雷云的形成，也就是云的起电，这基本上是 一个气象物理问题，我们在这里不作深入探讨。
§6.1 雷电过程与雷电参数
一.雷电放电过程 （lightning) 1.先导阶段 2.主放电阶段 3. 余辉阶段
7 6
H(km)
5
4 3 2 1
箭状先导
箭状先导
值之比，一般希望它接近1，这样间隙的伏秒特性比较平坦，
容易与绝缘配合。 越小灭弧 性能越好
▼切断比 =
工频放电电压下限 灭弧电压
●残压 U R ：指波形为 8 / 20s 的一定幅值的冲击电流流
过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值。我国标准规定，220kV 及以下的避雷器冲击电流幅值为5kA，330kV及以上的避雷器相 应幅值为10kA。
管式避雷器：
实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。伏秒特性陡峭、 动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比 较薄弱的地方和变电站、发电厂的进线段保护。
1－产气管；2－棒电极 3－环电极 4－导线 S1－灭弧间隙 S2－外间隙
（二）. 阀式避雷器
阀式避雷器 普通阀式避雷器（FS/FZ)
绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。
我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。
3 . 适用范围
避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集
中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸 展很广的保护对象。
4 . 单支避雷针的保护范围
h

hx
1.5h
xh 水平面上
rx
h 30m : 45
有一个受到保护的半个圆锥体空间。单根避雷线的保
护范围一侧宽度为：
rx 0.47(h hx ) p rx (h 1.53hx ) p
hx hx
≥
h/ 2 h/ 2
＜
保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角
D
h

二. 避雷器(lightning arrester)
避雷器是一种过电压限制器，它与被保护 设备并联运行，当作用电压超过一定幅值 以后避雷器总是先动作，泄放大量能量， T 限制过电压，保护电气设备。
2 MCOV ▼荷电率（Applied Voltage Ratio） AVR U1mA 荷电率是影响MOA老化性能和保护水平的一项重要指标。 AVR越高，保护性能较好，但老化快，寿命降低；AVR越 小，寿命延长，工作可靠，但保护性能变坏。
▼保护比:是标称放电电流下的残压UR(I)与参考电压之比。
Zj
U A 2I 0 Z j
3. 雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻
（≤
30 ）的物体时流过雷击点的电流。
I 2I 0
经验公式：
I 一般地区： lg P 88 I 少雷地区： lg P 44 I—雷电流幅值（kA)
P—幅值大于I的雷电流出现的概率
4. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T2 、陡度 实测表明： T1 : 1 ~ 4s
有效值。即系统发生短时工频电压升高时，避雷器能正
常可靠工作一段时间
▼容许最大持续运行电压(MCOV)：指避雷器能长期持
续运行的最大工频电压有效值，一般等于系统的最高工作相
电压
▼起始动作电压 U1mA :大致位于MOV伏安特性曲线由小
电流区上升部分进入大电流区平坦部分的转折处，可以认为 避雷器此时开始进入动作状态以限制过电压。通常以通过 1mA电流时的电压作为起始动作电压。
2. 动作过程
在系统正常工作时，间隙将阀片与工作导线隔开，以免由于工作电压在 阀片中产生的电流使阀片长期受热而烧坏。 2. 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，冲击电 流通过阀片流入大地，由于阀片的非线性特性，其电阻在流经冲击电流 时变得很小，故在阀片上产生的压降（即残压）得到限制，使其低于被 保护设备的冲击耐压。 3.当过电压消失后，间隙中的电弧并不随之熄灭，由工频电压产生的电弧电 流（工频续流）仍将继续存在，工频续流比冲击电流小得多，故阀片电 阻变大，进一步限制了工频续流的数值，使间隙能在工频续流第一次经 过零点时就将电弧熄灭。以后，间隙的绝缘能够耐受电网恢复电压的作 用而不会发生重燃。 避雷器从间隙击穿到工频续流切断不超过半个周期，而且工频续流数值不大， 因此继电保护来不及反应，系统就已经恢复正常了。 1.