第4章 相关设备和部件 4.5 防雷措施

防雷技术 1 避雷器 2 避雷器的选择 3

防雷技术 1 避雷器的型号 2 避雷器的选择 3

防雷技术 1 防雷技术 概述 雷电是自然界中一种常见的放电现象树木、电杆，破坏建（构）筑物和各种工农业设施，同时还会引起火灾和爆炸事故。雷电放电时会产生极高的过电压和巨大的雷电流，不仅能击毙人畜、劈裂。

防雷技术 1 雷电的分类 根据雷电的不同形状，雷电大致可分为片状、线状和球状三种形式。片状雷电是在云间发生，对人们影响不大；线状雷电就是比较常见的闪电落雷现象；球状雷则是一种特殊雷电现象，简称“球雷”。“球雷”是一种紫色或红色的发光球体，直径从几毫米到几十米，存在的时间一般为3～5 s。球雷通常是沿着地面滚动或在空气中飘行，还会通过缝隙进入室内。“球雷”碰到建筑物便可发生爆炸，并往往引起燃烧

防雷技术 1 片状雷电

防雷技术 1 线状雷电

防雷技术 1 球状雷电

在线状雷中直接对建筑物或其他物体放电产生破坏性的热效应和机械效应的雷电叫做直击雷； 防雷技术 1 在线状雷中直接对建筑物或其他物体放电产生破坏性的热效应和机械效应的雷电叫做直击雷； 若是落雷处邻近物体因受静电感应或电磁感应产生高电位引起放电，叫做感应雷； 再一种是落雷时沿架空线和金属管道引起的高电位，称为雷电波。

雷电的危害及其火灾危险性 雷电可烧毁和损坏各种电气设备和设施，造成大规模停电； 防雷技术 1 雷电的危害及其火灾危险性 雷电可烧毁和损坏各种电气设备和设施，造成大规模停电； 可击毁建具有很大的破坏力，其破坏作用是多方面的。比如构筑物；可引起易燃、易爆物发生火灾和爆炸事故等。 其危害表现在雷电放电时所存在的各种物理效应和作用。

防雷技术 1 国外情况据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的一份调查报告表明，美国每年因雷击造成的损失约50～60亿美元。每年因雷击造成的火灾3万多起，50%野外火灾与雷电有关；30%的电力事故与雷电有关；有4／5石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的；由于雷电和操作过电压造成物理装置的损失约占80%。

德国电子保险公司对8722件案例损坏原因的分析图 防雷技术 1 德国电子保险公司对8722件案例损坏原因的分析图 水灾 6,22% 火灾 4,88% 不小心/误操作 22,67% 盗窃 7,01% 过电压 31,68% (雷击及操作过电压) 其它 26,76% 风暴 0,78%

防雷技术 1 我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有20几个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失50～100亿元人民币。 近年来，电子信息系统遭受雷电损失急剧增加，因为电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展。电磁干扰，特别是雷电电磁脉冲干扰对设备和系统的影响越来越突出。 另外，随着城市建筑物的增高，收受雷电的几率也增大。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量。因此，信息时代的到来，已使雷电电磁脉冲的防护成为当务之急。

一个雷电的电磁脉冲可影响几公里范围的电子设备，这也使电子设备受损的几率增大. 防雷技术 1 一个雷电的电磁脉冲可影响几公里范围的电子设备，这也使电子设备受损的几率增大. ABC Company 2 km MCR 110 kV 数据线缆 电话 移动基站 230/400 V TV

防雷技术 1 雷电的危害形式 （1）电效应 雷电放电时，能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、变压器等电气设备和线路，引起绝 缘击穿而发生短路，导致可燃、易燃、易爆物品着火和爆炸。

防雷技术 1 （2）热效应 当几十至上千安的强大雷电流通过导体时，在极短的时间内将转换成大量的热能。雷击点的发热能量可熔化50～200 mm3的钢，故在雷电通道中产生的高温，往往会酿成火灾。 例如，某炼油厂一个容积为1500 m2的钢筋混凝土地下式原油储罐，遭雷击后爆炸起火，罐顶全部爆毁（直径48m），内支撑大部分倒塌，经济损失26万元。

防雷技术 1 雷击电流热效应使设备烧损的事例

以上三种效应是直接雷击所造成的，这种直接雷击所产生的电、热、机械的破坏作用都很大。 防雷技术 1 （3）机械效应 由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木材纤维缝隙和其他结构中间缝隙里的空气剧烈膨胀，同时使水分及其他物质分解为气体，因而，在被雷击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或造成爆炸。 以上三种效应是直接雷击所造成的，这种直接雷击所产生的电、热、机械的破坏作用都很大。

防雷技术 1 遭到雷电袭击的树木、房屋

防雷技术 1 （4）静电感应 当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感应出大量的电荷。雷云放电后，云与大地间的电场虽然消失，但金属物上所感生积聚的电荷却来不及立即逸散，因而产生很高的对地电压。这种对地电压，称为静电感应电压，往往高达数万伏，可击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。因此，对于存放可燃物品及易燃、易爆物品的仓库仍是很危险的。

防雷技术 1 静电感应示意图 城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体上将出现反极性的感应电荷

防雷技术 1 金属屋面静电感应 架空线静电感应

防雷技术 1 （5）电磁感应 雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是在极短暂的时间内发生的。因此在它周围的空间里，将产生强大的交变电磁场。不仅会使处在这一电磁场中导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物上（如露天堆垛物捆扎用的铁皮、铁丝等）产生感应电流。如果这时回路上有的地方接触电阻较大，就会局部发热或发生火花放电。这对于存放易燃、易爆物品的建筑物以及易燃、可燃材料的露天堆场也是非常危险的。

雷电流在泄放中其磁场在环路中产生的感应电压 防雷技术 1 雷电流在泄放中其磁场在环路中产生的感应电压

防雷技术 1 （6）雷电波侵入 雷击在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播。若侵入建筑物内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿产生短路，或使建筑物内的易燃、易爆物品燃烧和爆炸。

防雷技术 1 雷电感应示意图 雷电感应示意图

（7）防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用 防雷技术 1 （7）防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用 当防雷装置接受雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都具有很高的电压。如果防雷装置与建筑物内、外的电气设备、电气线路或其他金属管道相距很近，它们之间就会产生放电，这种现象称为反击。反击可能引起电气设备绝缘损坏，金属管道烧穿，甚至造成易燃易爆物品着火和爆炸。

防雷技术 1 雷击损坏设备的渠道

需做防雷保护的建、构筑物 按照国家防雷规范，公共场所需要做防雷保护的建筑属于第一、二类民用建筑防雷保护对象。 防雷技术 1 需做防雷保护的建、构筑物 按照国家防雷规范，公共场所需要做防雷保护的建筑属于第一、二类民用建筑防雷保护对象。 第一类防雷建筑物主要是具有重大政治意义的建筑物，如大型会堂、国家的重要机关、展览馆、大型宾馆、大型体育馆、大型火车站、博物馆等建筑物。 第二类防雷建筑物主要是其他重要或人员密集的公共建筑，如大型商场、市场、影剧院，历史上雷害事故较多的地区的较重要建筑物和构筑物以及高度在15m以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物和构筑物。 第一、二类民用建筑物和构筑物应有防直击雷和防雷电波侵人的措施。

防雷保护装置 （1）直击雷的防护包括三部分：接闪器、引下线和接地体。 防雷技术 1 防雷保护装置 （1）直击雷的防护包括三部分：接闪器、引下线和接地体。 接闪器：是指避雷针、避雷线、避雷带、避雷网的直接接受雷电的部分，以及用作接闪的金属屋顶、金属构件等。 避雷针是指使用最广的一种接闪器，它是用圆钢或焊接钢管制成，传统的接闪器可用直径为10－12mm的圆钢作为避雷针，根据滚球法确定避雷针的保护范围； 避雷网和避雷带宜用圆钢或扁钢制作；避雷线一般采用镀锌绞线。避雷网或避雷带应沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷击的部位敷设。 避雷针是靠它对雷云电场引起的畸变来吸引雷电的，因此也称为引雷针。

引下线：引下线一般用直径为8mm的圆钢，沿建筑物的四角引下到接地网上。 防雷技术 1 引下线：引下线一般用直径为8mm的圆钢，沿建筑物的四角引下到接地网上。 第一类建筑物防雷引下线不少于两根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置, 当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按规范要求跨度设引下线。 接地装置：传统的方法是：互距5m采用长2.5m的规格为40×40×4mm三根镀锌角钢打入地中并联，并与引下线连接。 当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用基础内的钢筋作为接地装置。 避雷装置的作用就是当接闪器接受电流后，经过引下线将电流导人接地装置进而安全地进人大地，保证建筑物内设备和人身的安全。至于选择何种防雷措施，则应根据所保护对象的重要性、当地雷电活动情况进行比较确定。一般来说，避雷针主要作为露天变电设备、建筑物和构筑物等的保护；避雷线主要作为电力线路的保护；避雷网或避雷带主要作为建筑物的保护。

防雷技术 1

第一类工业建、构筑物为防静电感应要将其内部的所有金属物和突出屋面的金属物连接，并接在接地装置上。 防雷技术 1 （2）感应雷击的防护 防感应雷主要是对工业建、构筑物而采取的，因为这类建、构筑物中有很多的金属管道和构件等，雷击放电时，导体上会发生静电感应和电磁感应，金属部件之间产生电火花或电弧放电，易引燃爆炸物和爆炸性混合气体造成火灾。 第一类工业建、构筑物为防静电感应要将其内部的所有金属物和突出屋面的金属物连接，并接在接地装置上。 第二类工业建、构筑物内所有金属体（设备、管道、构件、钢窗等）都应接地。接地干线与防直击雷接地装置连接点不少于两处。

避雷器是防止雷电过电压侵袭配电和其他电气设备的保护装置。避雷器安装在被保护设备的引入端，其上端接在架空输电线路上，下端接地。 防雷技术 1 （3）雷电波侵入的防护 为防止直击雷或感应雷的高压冲击波沿架空线路或金属管道侵入建筑物内，应将架空引入线在入户处加装避雷器（管形或蝶阀型），并将电缆外皮、绝缘子铁脚等金属部分连在一起接地；对进出建筑物的架空金属管道，在建筑物进出处就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独立接地。 避雷器是防止雷电过电压侵袭配电和其他电气设备的保护装置。避雷器安装在被保护设备的引入端，其上端接在架空输电线路上，下端接地。 平时避雷器对地保持绝缘状态，不影响系统的正常运行；当线路受雷击时，避雷器间隙被击穿，将雷电引入大地。这时能够进入被保护设备的电压，仅为雷电波通过避雷器及其引线和接地装置产生的所谓“残压”。 雷电流通过以后，避雷器又恢复绝缘状态，系统则仍可正常运行。

防雷技术 1 （4）其他防雷措施 在建、构筑物上接近接闪器的固定照明、彩灯、信号的线路，应防雷电波侵入。一般线路宜穿钢管并装避雷器或留出空气间隙，在接近接闪器一端，还应将钢管和防雷装置相连。 球雷较多的地区，应加装防球雷的措施。其做法是：雷雨时关闭门窗，并在门窗上安装金属纱网，且有良好接地；烟囱或通风管道上口及孔洞，可装设网眼不大于4 cm2的金属网，并接到防雷系统上。

防雷技术 1 避雷器 2 避雷器的选择 3

1 避雷器的定义 2 避雷器的作用 3 避雷器与避雷针的区别 4 避雷器的分类 5 避雷器的参数 6 避雷器的命名原则 7 避雷器的组成

避雷器 避雷器又称过电压限制器 定义1： 一种能释放过电压能量、限制过电压幅值的设备。当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电气设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正常状态。 定义2： 保护电气设备免受大气过电压的电器。

电力系统输变电和配电设备在运行中会受到以下几种电压的作用： 1.长期作用的工作电压； 2.由于接地故障、谐振以及其他原因产生的暂态过电压； 3.雷电过电压； 4.操作过电压。

1.能长期承受系统的持续运行电压，并可短时承受可能经常出现的暂态过电压； 避雷器应符合下列基本要求： 1.能长期承受系统的持续运行电压，并可短时承受可能经常出现的暂态过电压； 2.在过电压作用下，其保护水平满足绝缘水平的要求； 3.能承受过电压作用下放电电流产生的能量； 4.过电压之后能迅速恢复正常工作状态。

避雷器作用 避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备，当雷电冲击波沿线路传入变电站超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，将雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电器设备受到保护。 氧化锌避雷器具有无间隙、无续流、残压低等优点。它除了能限制雷电过电压外，还具有限制电力系统内部过电压的能力。主要用于输电线路中限制雷电过电压及操作过电压。

避雷器与避雷针的区别 避雷针——直接接地 利用电荷尖端放电现象不让雷击发生。避雷针和被保护物体是分开的，可以保护比较集中的重要物体。避雷针实际是引雷针，一般避雷针比所有的被保护物体高，避雷针的顶部为金属尖端，底部与接地网作良好连接，接地电阻一般在10欧姆以下。在雷雨天气，由于顶部尖端对电场的强烈畸变作用，吸引附近雷云对避雷针尖端放电，通过良好的接地中和雷云电荷，从而保护其它物体免遭雷击。

避雷器——间接接地 利用过电压放电现象让雷击电压通过避雷器进入大地。 避雷器和被保护物体是连接的，可以保护带电物体，如输电线路。 在正常状态下避雷器内部是不导电的，遇到雷击的时候，它是导电的。 避雷器实际上是一种非线性极好的电阻，在高电压下电阻很小，在低电压下电阻很高，作用类似于稳压二极管。 目前避雷器一般为氧化锌避雷器，主要元件为氧化锌阀片。避雷器在电力系统中与被保护设备并联，正常时泄漏电流很小，不影响系统运行。当系统有过电压时（即超过正常运行电压的高电压），避雷器即呈现低电阻泄放能量，同时限制系统电压的幅值，确保电气设备的绝缘不被击穿。

避雷器按其发展的先后可分为 1 保护间隙——是最简单形式的避雷器 2 管型避雷器——也是一个保护间隙，但是能在放电后自行灭弧 3 阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能 4 磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力

5 氧化锌避雷器——利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。 嘿嘿

避雷器的主要参数 1 标称电压Un 被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。 2 额定电压Uc 能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。

给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。 3 额定放电电流Isn 给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。 4 最大放电电流Imax 给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。 5 电压保护级别Up 保护器在下列测试中的最大值：1KV/μs斜率的跳火电压；额定放电电流的残压。

6 响应时间tA 主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间，在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜率。 7 数据传输速率Vs 表示在一秒内传输多少比特值，单位：bps；是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值，防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。

8 插入损耗Ae 在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。 9 回波损耗Ar 表示前沿波在保护设备（反射点）被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。 10 最大纵向放电电流 指每线对地施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

11 最大横向放电电流 指线与线之间施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。 12 在线阻抗 指在标称电压Un下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称为“系统阻抗”。 13 峰值放电电流 分两种：额定放电电流Isn和最大放电电流Imax 14 漏电流 指在75或80标称电压Un下流经保护器的直流电流。

避雷器的命名原则

防雷技术 1 避雷器 2 避雷器的选择 3

防雷接地装置 相关标准： 目前没有颁布明确的相关设计标准 参考标准 《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000) 《交流电气装置的接地》 DL/ T 621 1997 SJ/T 11127-1997 光伏(PV)发电系统过电压保护－导则 IEC 60364-7-712-2002、IEC 61557-4-2007

大型光伏电站典型防雷方案

避雷器选型指导 确定系统最高工作电压 确定系统中性点运行方式 确定被保护设备绝缘水平 合理选择避雷器持续运行电压Uc 特殊运行条件

避雷器选型指导 确定系统最高工作电压（中国境内电压等级）

避雷器选型指导 确定系统中性点运行方式 接地故障因素 接地故障持续时间

避雷器选型指导 避雷器的分类 ABB 中压配电型及电站型避雷器的标称放电电流均为10kA，如：POLIM D ，MWD，MWK。

恰当地选择避雷器的额定值是选好避雷器的关键，因为... 避雷器选型原则 恰当地选择避雷器的额定值是选好避雷器的关键，因为... 额定值太高，会导致高残压， 并降低了保护范围 额定值过低，将使避雷器过压运行，并导致永久性损坏（ 热 崩 溃 原 因） Transfer of hydrophobicity from silicone rubber to pollution layer Test have cleary shown that very thin monomolecular layers of silicone are sufficient to siliconize (encapsulate) the pollution particles. The plates shown above were both covered with a 0.6 mm layer of quartz powder and natrium chloride dissolved therein. After drying of the layers both test plates were sprayed with water. While the pollution layer on the porcelain plate immediately absorbed the water drops, the water drops did not wet the pollution layer on the silicone rubber plate. As a result, it was impossible to dissolve the salts within the layer and to convert this layer in a continuously conductive condition. 16 6 6

第4章 完