变电所防雷保护措施及避雷器的选择

时间：2022-12-21来源：佚名

变电所防雷保护措施及避雷器的选择，抑制大气过电压的防雷措施，分析了雷电的危害，防止感应雷的措施，防止直击雷的措施，以及避雷器与避雷针的选择要求等。

变电所防雷保护措施

一、变电所防雷保护

电力及供电系统中，各种电气设备都有一定的绝缘强度。如果超过了设备所能承受的程度，绝缘就会击穿。

引起电气设备绝缘击穿的电压叫过电压。

引起过电压的原因有两种：①是操作过电压，也叫内部过电压;②是大气过电压，也叫外部过电压。

操作过电压产生的原因有很多种，如弧光接地，切断电感或电容都会产生过电压。

大气过电压的产生是由雷电现象引起。【变电所防雷保护措施及避雷器的选择】

因此，要抑制大气过电压，防雷措施就显得十分重要。

1 雷电的危害

雷电的形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它放电的过程中产生极大的破坏力，雷电的危害主要是以下几个方面：

1.1 雷电的热效应

雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。【变电所防雷保护措施及避雷器的选择】

1.2 雷电的机械效应

雷电强大的电动力可以击毁杆塔，破坏建筑物，人畜已不能幸免。

1.3 雷电的闪络放电

雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，导致供电线路停电。

2、雷电过电压

雷电过电压又称为大气过电压它是由于内的设备或构筑遭受直接雷击或雷电感应而产生的过电压。

由于引起这种过电压的能量来源于外界，固有成为外部过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值。

可高达108V，其电流幅值可高达几十万安，因此对电力系统危害极大，必须采取有效措施加以防护。

二、雷电过电压的基本形式

2.1 雷击过电压(直击雷)

雷电直接击中电气设备，线路或建筑物，强大的雷电流作用，通过该物体泄入大地，在该物体上产生较高的电位差，成为直击雷过电压。

雷电流通过被击物体时，将产生破坏作用的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和对附近物体的闪络放电。

2.2 感应过电压(感应雷)

当雷云在架空线路上方时，由于雷云先导作用，使架空线路上感应出与先导通道符号相反的电荷。

雷云放电时，先导通道中的电荷迅速中和，架空线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生很高的过电压(高压线路可达几十万伏，低压线路可达几万伏)。

2.3 雷电波入侵

由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波，沿架空线路或金属管道侵入变配电所或用户而造成危害。

据统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷电事故，在整个事故中占50%以上。

因此，对其防护问题应予以足够的重视。

3 防止感应雷的措施

防止雷电过电压的主要措施是并联避雷器。

3.1 避雷器

电力系统中的电气设备在运行中除承受正常的工作电压以外，有时还遭受操作过电压和雷电过电压。过电压的数值远超过工作电压，使设备的绝缘寿命缩短，甚至直接遭到破坏。

避雷器是专门用来防止雷电过电压的保护电器，与被保护的电器设备并列连接。它们大量应用在牵引变电所、接触网和电力机车中。

牵引变电所中电气设备的绝缘水平系由大气过电压决定，因为对于最高电压等级目前为110k V的牵引供电系统，其可能遭受的最大操作过电压常小于雷电过电压的作用值。

为防雷害，在变电所的进线、出线侧都并联装设避雷器以"削减"、"限制"侵入所内的雷电波至较低于各避雷器的残压水平，并将雷电流泄入大地，从而保护了其保护范围内的设备。

而这些设备也仅需具有能耐较残压值略高的绝缘水平即可不至于损坏。(电工天下 www.gdzrlj.com)

避雷器的作用就是通过并联放电间隙或非线性电阻，对入侵的流动电波进行削幅。

降低被保护设备所承受的过电压值。避雷器既可用来防护大气过电压也可用来防护操作过电压。

3.2 避雷器的分类

①放电间隙及管型避雷器。②阀型避雷器，包括：间隙不带并联电阻的，如FS型；间隙带并联电阻的，如FZ,间隙带磁吹的，如FCZ、FCD型。③无间隙氧化锌避雷器。

3.3 结构分析

阀型避雷器由火花间隙和阀型电阻盘两部分组成。阀型避雷器的阀型电阻盘是一个非线性电阻，在工频电压下其电阻值非常大，在冲击高压下其阻值非常低。

正常情况下，火花间隙具有很高的绝缘强度，工频交流电压不能将其击穿，阀型电阻盘上无电流通过；当雷电袭来时，火花间隙被迅速击穿，在冲击电压作用下，阀盘电阻具有很低的电阻值，雷电流通过阀型电阻盘流入大地；当雷电流通过后，由于工频电流很小，阀型电阻又恢复了高阻抗的性质。伏秒特性和伏安特性是阀型避雷器的两个基本特性，磁吹阀型避雷器是采用磁场驱动电流来提高灭弧性能。

氧化锌避雷器的基本结构是阀片，阀片以氧化锌为主要成份，并添加少量的Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金属氧化物添加剂。这种阀片具有优良的非线性和较大的通流容量。氧化锌阀片在运行电压下呈绝缘状态，通过的电流很小，随着阀片承受电压升高，电流也随之增强。

角隙避雷器是利用角形空气间隙放电将泪流泄入大地而起到保护作用的。放电时两个间隙中的电弧因电动力的作用被拉长，在交流过零时被周围空气介质冷却熄灭。

管型避雷器当线路上遭到雷击或产生感应时，大气过电压使管型避雷器的外部和内部间隙击穿，强大的雷击电流通过接地装置进入地下。同时，由于避雷器内部间隙发生强烈的电弧，使管内壁的材料燃烧。产生大量的灭弧气体从管口喷出，在电流过零时电弧熄灭。

3.4 型号

3.5 避雷器的选择

110kV侧的避雷器的选择：选择Y10W5-100/295氧化锌避雷器，其参数为：系统标称电压为11 0kV，额定电压100kV，持续运行电压73kV，8/20us雷电冲击残压(峰值)不大于标称放电电流 10kA时295kV(注：资料来源；制造厂：平顶山天鹰集团有限责任公司；价格：0.95万/台)。

27.5kV侧的避雷器的选择：选择Y10W5-40/142氧化锌避雷器，其参数为：系统标称电压为2 7.5kV，额定电压42kV，持续运行电压30kV，8/20us雷电冲击残压不大于标称放电电流10kA 时为140kV(注：资料来源；制造厂：平顶山天鹰集团有限责任公司；价格：0.75万/台)。

4 防止直击雷的措施

防止直击雷的有效措施就是把雷击放电直接引至大地而使电气设备免遭损害。在输电线路中，一般采用避雷线来防止直击雷和减轻感应雷。而在变电所设备区一般采用安装避雷针来防止直击雷。

4.1 避雷针的作用。

避雷针的作用主要有两个：①当云块接近避雷针时，避雷针可以把因静电感应带电，随时放入空气中与云中的电中和，从而化剧烈的放电为缓和的多次放电，减少雷击。②作为放电通路，使电从避雷针导线中流入大地。而不至于破坏设备或建筑物。

4.2 避雷针的工作原理

避雷针是根据尖端放电原理制成的。当导体带电时，尖端附近的电场特别强，使附近气体电离导致放电。

避雷针针头是尖的。静电感应时避雷针尖端总是聚集最多的电荷。【变电所防雷保护措施及避雷器的选择】

避雷针对带电云层形成一个电容器。由于它较尖，电容器极板面积也很小，电容也很小，它所容纳的电荷也很小。

而它又聚集了大部分电荷，所以避雷针于云层之间的空气很容易击穿成为导体，把雷电引入大地。从而保护了设备或建筑物。

4.3 避雷针的保护范围

避雷针的保护范围与采用的针数及安装高度有关。一般来说针数越多安装的越高保护范围就越大。