电力系统继电保护课程高电压技术（五）：雷电及防雷保护装置
雷电放电过程
1、雷电放电的本质是一种超长气隙极不均匀电场的火花放电现象。
2、雷电放电的基本过程：
先导放电：电流不大，仅数十到数百安培；
主放电：时间极短(50μs~100μs)，电流幅值高达数十甚至数百千安；
余辉放电：电荷泄入大地的主要阶段，电流约为数百安。
雷电参数
雷电过程是雷电过电压计算和防雷设计的基础，目前采用的参数是建立在现有雷电观测数据的基础之上的。
1、雷电活动频度
雷暴日：一年中发生雷电的天数，在一天内只要听到雷声就按一个雷暴日统计；
雷暴小时：一年中发生雷电的小时数，1个雷暴日大致折合为3个雷暴小时。
我国规程规定：取标准雷暴日为40，等于或少于15雷暴日的地区称为少雷区，40雷暴日以上的称多雷区，超过90日的地区称强雷区。
2、地面落雷密度
地面落雷密度：每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。
有关规程建议：对标准雷暴日取地面落雷密度为0.07。
3、雷电流
雷电流幅值I：雷击于低接地电阻(≤30Ω)物体时，流过雷击点的电流。我国测得的最大雷电流幅值为300kA。
雷电流的波前时间T1、波长T2、陡度α
雷电流的波前时间多在1~4μs内，平均为2.6μs左右，波长在20μs~100μs内。
我国规定在防雷设计中采用2.6/40μs的波形。
雷电流的幅值和波形时间决定其上升的陡度(电流随时间的变化率)，雷电流的平均陡度α=I/2.6。
雷电流极性：负极性雷占75%~90%，防雷计算中一般按负极性考虑。
雷电流的计算波形
双指数波：标准冲击波形，与实际雷电流波形最为接近，但计算比较繁琐；
斜角波：一般线路设计中采用；
斜角平顶波
半余弦波：大跨越、特殊高塔线路防雷设计中采用。
4、雷道波阻抗：我国规程建议取300Ω。
防雷保护装置
1、电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针、避雷线(架空地线)、避雷器和防雷接地等装置。
2、避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护的物体，因此称为直击雷保护。
3、避雷器可以防止沿输电线侵入变电所的雷电过电压波，因为也称为侵入波保护。
4、接地装置的作用是减少避雷针、避雷线、避雷器与大地之间的电阻值，以达到降低雷电过电压幅值的目的。
5、避雷针
避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以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。
绕击：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象。
反击(逆闪络)：当强大雷电流通过避雷针流入大地时，必然在避雷针上产生幅值很高的过电压，此时避雷针与被保护物体之间的间隙可能击穿，称为反击或逆闪络。
保护范围：我国有关规程推荐的保护范围对于0.1%的绕击率。
6、避雷线
避雷线的作用原理避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用于保护发电厂和变电所。
保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角。显然，保护角越小，雷击导线的概率越小，保护范围越大。
高压输电线路杆塔设计中，避雷线的保护角一般取20°~30°；220kV~330kV双避雷线线路，一般为20°左右；500kV线路一般不大于15°，山区宜采用较小的保护角。
对于同塔双回或多回路，110kV线路的保护角不宜大于10°，220kV及以上线路的保护角不宜大于0°。
7、避雷器
避雷器的类型
保护间隙
管型避雷器(排气式避雷器)：一种具有较高熄弧能力的保护间隙
阀型避雷器
无间隙金属氧化物避雷器
对避雷器的技术要求：
正常工作隔离导线和大地(放电电压高于系统最大工作电压)；
动作时限制雷电侵入波(避雷器先于被保护设备放电)；
动作后可靠切断工频续流(具有一定的熄弧能力)；
动作后不易产生截波。
阀式避雷器的额定电压为电网的额定线电压。
金属氧化锌避雷器的额定电压为允许施加的最大工频电压有效值，最大持续运行电压为电网额定相电压。
阀式避雷器的冲击系数越接近于1，切断比越接近于1，保护比越小，保护性能越好。
金属氧化锌避雷器的残压比越小，荷电率越大，保护比越小，保护性能越好。
8、接地装置
接地装置包括接地体和接地线。
电力系统的接地可分为三类：
工作接地：根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，如中性点接地。接地电阻值0.5~10Ω。
保护接地：为了人身安全而将电气设备的金属外壳等接地。接地电阻值1~10Ω。
防雷接地：用来将雷电流顺利泄入地下，以减小它所引起的过电压。接地电阻值1~30Ω。
冲击接地电阻：防雷接地装置在流过冲击大电流时呈现的电阻，简称冲击接地电阻。与此相对应，工频或直流下的接地电阻称为稳态接地电阻。
冲击系数为冲击接地电阻与稳态接地电阻的比值，其值一般小于1。
火花效应使冲击接地电阻小于稳态接地电阻；电感效应使冲击接地电阻大于稳态接地电阻。可见，火花效应对接地电阻的影响一般大于电感效应。
降低接地装置接地电阻的方法：
有效或大接地装置的地中极面积；
增加地网埋设深度；
局部换土，采用降阻剂；
导体引外接辅助接地体。
