過電壓及防雷保護變電所的進線段保護進線段保護在變電所1-2km的一段線上加強防雷保護措施作用：降低通過避雷器的雷電流

減小侵入波的陡度進線段保護要求未沿全線架設避雷線的35kV～110kV架空送電線路避雷線保護角宜不超過20°，最大不應超過30°35kV～110kV變電所的進線段保護接線進線段保護要求110kV及以上有避雷線架空送電線路進線段為2km耐雷水平應達到規程要求的最大值來波陡度a不超過允許值進線段保護計算

進線段外落雷時各級變電所流經避雷器的雷電流最大計算值額定電壓（kV）避雷器型號殘壓Ur最大值（kV）線路絕緣的U50%（kV）IF最大值（kA）35Y5W-41/1301303501.43110Y5W-100/2602607002.85220Y5W-200/520Y10W-200/496520496（10kA）1200~14104.7~5.754.76~5.81330Y10W5-300/693693（10kA）16456.49500Y10W5-444/995995（10kA）2060~23107.81~9.06進入變電所雷電流波陡度的計算

空間陡度

35kV小容量變電所的簡化進線保護35kV小容量變電所的簡化進線保護通過本知識點的學習，使學生掌握不同電壓等級變電所的進線段保護，會計算最不利情況下雷電流及其陡度。過電壓及防雷保護變電所如何架設避雷針避雷針避雷針獨立避雷針構架避雷針獨立避雷針

獨立避雷針

獨立避雷針

獨立避雷針

構架避雷針應用范圍：110kV及以上變電所要求：構架附近埋設輔助集中接地裝置，與重要又絕緣較弱的設備接地點沿接地體的距離不少于15m構架避雷針變壓器的門型框架不允許裝設避雷針（線）110kV及以上的配電裝置可以將線路避雷線引至出線門則架上；但在土壤電阻率大于1000Ω·m的地區，應加設集中接地裝置發電廠廠房一般不裝避雷針通過本知識點的學習，使學生掌握避雷針的裝設原理，會計算避雷針與被保護設備之間的最小距離。過電壓及防雷保護侵入波過電壓的防護侵入波過電壓的防護雷擊輸電線路后產生雷電波侵入發電廠、變電所侵入波過電壓的防護措施：安裝避雷器裝設可靠的進線段保護安裝避雷器避雷器與被保護設備連接在一起由避雷器的沖擊放電電壓和殘壓來決定避雷器上的電壓，即作用在被保護設備上的電壓避雷器與被保護設備之間有一定的距離被保護設備上的電壓與避雷器的殘壓存在差別，安裝避雷器

避雷器上的電壓

避雷器上的電壓

變壓器上的電壓

變壓器上的電壓

電壓波形(a)避雷器上的電壓

(b)變壓器上的電壓

變壓器上實際所受電壓的典型波形變壓器上實際所受電壓的典型波形最大允許電氣距離

最大允許電氣距離系統標稱電壓（kV）進線長度（km）進

線

路

數123≥411011.525590125851201701051452051151652302202

125195235265330290140170190注：本表也適用于電站碳化硅磁吹避雷器(FM)的情況。

金屬氧化物避雷器至主變壓器間的最大允許電氣距離（單位：m）降低被保護設備上過電壓的措施降低避雷器的殘壓限制雷電波陡度減少避雷器和被保護設備的電氣距離通過本知識點的學習，使學生掌握發電廠、變電所侵入波過電壓的防護措施及其原理，會計算避雷器和被保護設備最大允許電氣距離。過電壓及防雷保護直擊雷過電壓的防護直擊雷過電壓的防護目的：避免雷擊導致發電廠、變電所的重要電氣設備損壞，造成大面積停電，嚴重影響國民經濟和人民生活來源：一是雷直擊于發電廠、變電所；二是雷擊輸電線路后產生的雷電波沿該導線侵入發電廠、變電所直擊雷過電壓的防護避雷針避雷線良好的接地網避雷針（線）的裝設原則所有設備均在保護范圍內雷擊避雷針（線）后，避雷針（線）不對被保護設備放電雷擊避雷針（線）后，避雷針（線）接地裝置不與被保護設備的接地裝置放電避雷針避雷針獨立避雷針構架避雷針獨立避雷針35kV及以下電壓等級的變電所和構架附近和土壤電阻率較大的地區（

大于2000Ω·m）特點：避雷針接地轉置與主接地網有足夠距離架空避雷線避雷線兩端接地避雷線一端經配電裝置構架接地，一端絕緣通過本知識點的學習，使學生掌握直擊雷保護措施，避雷針或避雷線裝設方式、原則和應用范圍，為后續課程打基礎。過電壓及防雷保護普通三繞組變壓器的防雷保護問題三/雙繞組變壓器運行情況雙繞組變壓器在正常運行時，高、低壓側斷路器都是閉合的，兩側都有避雷器保護。三繞組變壓器正常運行時可能出現高、中壓繞組工作而低壓繞組開路的情況三繞組變壓器運行情況在低壓側開路，高壓或中壓側有雷電侵入波作用，由于低壓繞組對地電容較小，開路的低壓繞組上的靜電感應分量可達很高的數值，將危及絕緣為了限制這種過電壓，在低壓繞組直接出口處對地處加裝避雷器即可，當低壓繞組接有25m以上金屬外皮電纜時，因對地電容增大，可不必再裝避雷器通過本知識點的學習，使學生理解普通三繞組變壓器的防雷保護及避雷器裝設在低壓繞組出口處的原因。過電壓及防雷保護氣體絕緣變電所的防雷保護氣體絕緣變電所氣體絕緣變電所(GIS)是將除變壓器以外變電所內的高壓電器設備及母線封閉在一個接地的金屬殼內，殼內充以3~4個大氣壓的SF6氣體作為相間及相對地的絕緣。氣體絕緣變電所優點：體積小，占地面積小，維護工作量小，不受周圍環境條件影響，對環境無電磁干擾，運行性能可靠GIS變電所防雷保護特點GIS絕緣具有比較平坦的伏秒特性其沖擊系數約為1.2~1.3，其雷電沖擊絕緣水平與操作沖擊絕緣水平比較接近，而且負極性擊穿電壓比正極性擊穿電壓低，因此，GIS變電所的絕緣水平主要決定于雷電沖擊水平，需采用性能優異的金屬氧化物避雷器加以保護GIS變電所防雷保護特點GIS變電所的波阻抗小GIS變電所的波阻抗一般在60~100Ω，約為架空線路的1/5，雷電侵入波從架空線路傳入GIS，折射系數較小，折射電壓也就較小GIS變電所防雷保護特點GIS變電所結構緊湊，各電氣設備之間的距離較小，避雷器離被保護設備較近，因此可使雷電過電壓限制在更低的水平GIS變電所防雷保護特點

絕緣配合上留有足夠的裕度GIS絕緣中完全不允許產生電暈，因為一旦產生電暈，絕緣會立即發生擊穿，這樣將會導致整個GIS變電所絕緣的破壞。GIS變電所防雷保護特點受外界環境影響小，對導體和內壁要求高由于GIS變電所的封閉性，所以電氣設備不會因受大氣污穢、降水等的影響而降低絕緣強度。GIS變電所防雷接線無電纜段進線的GIS保護接線GIS變電所防雷接線三芯電纜段進線的GIS變電所保護接線GIS變電所防雷接線單芯電纜段進線的GIS變電所保護接線通過本知識點的學習，使學生了解氣體絕緣變電所及其防雷保護，了解有電纜進線段和無電纜進線段的GIS變電所保護接線。過電壓及防雷保護旋轉電機的防雷保護問題旋轉電機旋轉電機包括發電機、調相機、大型電動機等，是電力系統的重要設備，要求具有十分可靠的防雷保護。旋轉電機的防雷保護特點絕緣水平低由于結構和工藝上的特點，在相同電壓等級的電氣設備中，旋轉電機的絕緣水平是最低的，它只能依靠固體介質絕緣，不能像變壓器那樣放在絕緣油中旋轉電機的防雷保護特點絕緣容易老化電機在運行中受到發熱、機械振動、臭氧、潮濕等因素的作用使絕緣容易老化。特別在槽口部分，電場極不均勻，在過電壓作用下容易受傷旋轉電機的防雷保護特點電機沖擊耐壓與避雷器的特性比較電機額定電壓（kV）電機出廠工頻試驗電壓（有效值，kV）電機出廠沖擊耐壓估計值（幅值，kV）同級變壓器出廠沖擊耐壓估計值（幅值，kV）運行中交流耐壓2.5Ue（幅值，kV）運行中直流耐壓2.5Ue（kV）相應的磁吹避雷器3kA殘壓（幅值，kV）相應的金屬氧化鋅避雷器3kA殘壓（幅值，kV）3.152Ue+110.343.56.77.99.57.86.32Ue+119.26013.415.81915.610.52Ue+334.08022.326.3312613.82Ue+343.310829.334.54034.215.752Ue+348.810833.439.44539旋轉電機的防雷保護特點絕緣配合裕度小保護旋轉電機用的磁吹避雷器(FCD型)的保護性能與電機絕緣水平的配合裕度很小，電機出廠沖擊耐壓值與磁吹避雷器殘壓勉強相配合，金屬氧化鋅避雷器殘壓則勉強能與運行中的直流耐壓值相配合旋轉電機的防雷保護特點必須將侵入波陡度限制在5kV/μs以下由于電機繞組的匝間電容K很小，所以當沖擊波作用時，匝間所受電壓為

，要使該電壓低于電機繞組的匝間耐壓，必須把來波陡度a限制得很低，試驗結果表明，為了保護匝間絕緣必須將侵入波陡度限制在5kV/μs以下旋轉電機的防雷保護特點中性點一般不接地電機繞組中性點一般是不接地的，三相進波時在直角波頭情況下，中性點電壓可達進波電壓的兩倍，因此必須對中性點采取保護措施直配電機和非直配電機電機不經變壓器直接與架空配電線連接的稱為直配電機，經過變壓器后再與架空線路連接的稱為非直配電機。直配電機直接受雷電侵入波的作用，可靠性比非直配電機差，故我國規定，單機容量為60MW以上的電機不允許采取直配方式。直配電機防雷保護直配電機防雷保護主絕緣匝間絕緣中性點絕緣直配電機防雷保護直配電機防雷保護避雷器保護電容器保護進線段保護電抗器保護通過本知識點的學習，使學生掌握旋轉電機的防雷保護，了解直配電機和非直配電機及其防雷保護方法。過電壓及防雷保護自耦變壓器的防雷保護問題自耦變壓器

自耦變壓器的防雷保護高、低壓繞組運行，中壓開路中、低壓繞組運行，高壓開路自耦變壓器的防雷保護接線自耦變壓器的防雷保護接線高壓側和中壓側各裝設一組避雷器，保護中壓和高壓繞組絕緣通過本知識點的學習，使學生掌握自耦變壓器的防雷保護，理解避雷器裝設在中壓側和高壓側的原因。過電壓及防雷保護避雷器的常用種類避雷器的常用種類避雷器保護間隙排氣式避雷器閥式避雷器金屬氧化物避雷器保護間隙工作原理：保護間隙與被保護設備的并聯連接，當雷電波侵入時，間隙先擊穿，線路接地，從而保護了電氣設備常見種類：角型、棒形、環形和球型優點：結構簡單，價格便宜缺點：伏秒特性曲線較陡，放電分散性大保護間隙角型保護間隙1—主間隙2—輔助間隙排氣式避雷器實質上是一種具有較高熄弧能力的保護間隙工作原理：當雷電波侵入時，內外間隙同時擊穿，雷電流經間隙泄入大地，從而保護了電氣設備優點：熄弧能力提高缺點：伏秒特性曲線較陡，放電分散性大排氣式避雷器排氣式避雷器1—產氣管；2—膠木管套；3—棒電極4—環形電極；5—貯氣室；6—動作指示器閥式避雷器閥式避雷器是由裝在密封瓷套中的多組火花間隙和多組非線性電阻閥片串聯組成單個火花間隙結構1—黃銅電極；2—云母墊圈閥式避雷器工作原理：正常工作時，串聯間隙將電阻閥片與工作母線隔離，承擔了全部電壓，閥片中無電流流過。出現過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流人大地，使其低于被保護設備的沖擊耐壓閥式避雷器種類閥式避雷器普通型FZFS磁吹型FCDFCZ金屬氧化物避雷器氧化鋅閥片的伏安特性金屬氧化物避雷器的優點保護性能好通流容量大運行安全可靠無續流體積小重量輕維護方便

通過本知識點的學習，使學生掌握避雷器的各種類型、工作原理及其優缺點，為學生從事避雷器相關工作提供理論指導。過電壓及防雷保護避雷器工作原理避雷器防止過電壓損壞設備的一種保護裝置實質是一種限壓器避雷器工作原理電路正常工作時，流過避雷器的電流很小電路中出現過電壓時，避雷器放電。避雷器的基本要求雷擊輸電線路時，過電壓波沿著導線入侵發電廠或變電所在危及被保護絕緣時，要能瞬時動作要迅速截斷工頻續流，恢復絕緣強度的能力避雷器的基本要求要有平直的伏秒特性曲線具有一定通流容量

通過本知識點的學習，使學生掌握避雷器的工作原理、了解避雷器的要求、使用和選擇。過電壓及防雷保護避雷針防雷原理避雷針的構成避雷針接閃器引雷引下線引流接地體泄流接閃器主要作用：引雷材料：一般為具有一定的機械強度、直徑10-12mm的圓鋼避雷針防雷原理防雷原理：吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護物體免遭直接雷擊高于被保護的設備，且頭部尖銳，針尖電荷最先游離，從而吸引下行先導向其發展、放電，避免雷擊設備避雷針避雷針一般用于保護發電廠和變電站，可根據不同情況裝設在配電構架上，或獨立架設避雷針

通過本知識點的學習，使學生掌握避雷針的防雷原理、了解避雷針的構成，為后續避雷針保護范圍課程打好理論基礎。過電壓及防雷保護單支避雷針的保護范圍避雷針的保護范圍定義：在此空間范圍內，被保護物體遭受直接雷擊的概率小于等于0.1%。依據：小電流雷電沖擊模擬試驗確定方法：折線法折線法

單支避雷針的保護范圍折線法

避雷針的保護范圍特點

通過本知識點的學習，使學生掌握單只避雷針的保護范圍及其算法，會依據給定的條件選擇避雷針的高度。過電壓及防雷保護發電廠、變電所的接地發電廠、變電所一般接地方法根據要求敷設一個統一的接地網，然后再在避雷針和避雷器安裝處增加接地極。接地網接地網以水平接地極為主有長孔接地網和方孔接地網接地網的外緣應圍繞設備區域連成閉合環形接地網

接地網人工接地網配電系統接地形式保護接地：設備的外露可導電部分經各自的保護線（PE線）接地保護接零：設備的外露可導電部分經公共的PE線或保護中性線（PEN線）接地配電系統接地形式TN—S系統：PE和N導體在整個系統中是分開的配電系統接地形式TN—C—S系統：系統中一部分PE和N導體合一配電系統接地形式TN—C系統：PE和N導體在整個系統中是合一的配電系統接地形式TT系統：電力系統有一個直接接地點，電氣裝置的外露可導電部分接到在電氣上與電力系統接地點無關的獨立的接地極上配電系統接地形式IT系統：電力系統可接地點不接地或通過阻抗（電阻期貨電抗器）接地，電氣裝置外露可導電部分單獨直接接地配電系統接地形式電力系統可接地點不接地或通過阻抗（電阻期貨電抗器）接地，電氣裝置外露可導電部分通過保護導體接到電力系統的接地極上通過本知識點的學習，使學生掌握發電廠、變電所的接地的一般方法，理解配電系統保護接地形式，了解接地網。過電壓及防雷保護接地的分類接地的分類接地目的工作接地保護接地靜電接地防雷接地工作接地定義：電力系統電氣裝置中，為運行需要所設的接地目的：穩定地電位和繼電保護的需要工作接地又稱為系統接地中性點的直接接地、中性點經消弧線圈、電阻接地保護接地定義：為防止其危及人身和設備的安全而設的接地目的：保護接觸人員人身安全和設備安全電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構架和線路桿塔的接地靜電接地定義：將帶靜電的物體或可能產生靜電的物體通過導體與大地構成回路的接地目的：除靜電易燃油、天然氣貯罐、氫氣貯罐和管道的接地防雷接地定義：為雷電保護裝置向大地泄放雷電流而設的接地防雷接地也稱為雷電保護接地避雷針、避雷線和避雷器的接地本知識點主要介紹了接地的種類，各類接地的定義、目的以及常用場合，使學生進一步了解接地。過電壓及防雷保護接地的概念接地接地：指將電力系統中電氣裝置和設施的某些導電部分，經接地線連接至接地極（體）接地的相關概念接地極：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體自然接地極：兼作接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎、金屬管道和設備等接地的相關概念接地線：電氣裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導線接地極（體）和接地線合稱接地裝置接地裝置的分類接地裝置自然接地裝置人工接地裝置水平接地垂直接地復合接地垂直接地裝置

水平接地裝置

形狀系數序號123456接地體形式形狀系數A00.380.480.871.692.14接地裝置的沖擊系數定義：沖擊接地電阻與公平接地電阻的比值沖擊接地電阻

復合接地體的電阻

復合接地體的電阻

過電壓及防雷保護感應雷過電壓危害感應雷過電壓感應雷過電壓是雷擊線路附近大地，由于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，在導線上產生的過電壓。過電壓有兩個分量，一個是電磁耦合分量，一個是靜電感應分量感應雷過電壓模型先導放電階段在雷云放電的先導階段，先導通道中充滿了電荷，如左圖。這些電荷對導線產生靜電感應，在負先導附近的導線上積累了異號的正束縛電荷，而導線上的負電荷則被排斥到導線的遠端感應雷過電壓模型主放電階段當先導到達附近地面時，主放電開始，先導通道中的電荷被中和，與之相應的導線上的束縛電荷得到釋放，以波的形式向導線兩側運動，如左圖所示感應雷過電壓模型

感應雷過電壓特點

感應雷過電壓危害與直擊雷過電壓相比，感應雷過電壓的波形較平緩，波頭時間在幾μs到幾十μs，波長較長，對電力系統危害相對較小，但頻次較高。由于感應雷過電壓一般不超過400kV，感應雷對110kV及以上電壓等級線路絕緣閃絡影響不大，但仍能使35kV及以下電壓等級線路絕緣閃絡

通過本知識點的學習，使學生掌握感應雷電過電壓的概念、模型及其危害，為后續輸電線路防雷保護課程打好理論基礎。過電壓及防雷保護雷電參數雷電參數

雷電參數

雷電參數

雷電參數雷電流極性據統計，負極性雷占總數75-90%負極性的沖擊過電壓線路傳播時衰減少，對設備危害大，計算時，一般按負極性雷來考慮為什么負極性雷占多數？雷電參數

雷電參數

雷電參數

雷電流的等值波形(a)雙指數波；(b)斜角波；(c)半余弦波雷電參數

通過本知識點的學習，使學生掌握雷電的一些基本參數，理解各參數的意義和用途，為今后的課程學習打好基礎。過電壓及防雷保護雷電放電過程雷電雷電（lightning）雷電是自然界的一種常見現象，它由帶電荷的雷云引起。在帶有大量不同極性或不同數量的電荷的雷云之間、雷云和大地之間形成很強的電場，其電位差可達數十至數百兆伏。本質上屬于長間隙放電的一種形式雷云帶電云的形成水水蒸氣水滴或冰晶云雷云帶電強氣流使云中水滴吹裂，較大的水滴帶正電，較小的水滴帶負電，小水滴同時被氣流帶走，使云中各部分帶不同的電荷水在結冰時，冰粒會帶正電，被吹走的水帶負電帶電過程也可能和他們吸收離子、碰撞或融合有關蒸發上升冷卻聚集雷云帶電雷云中的電荷分布一般不均勻，形成若干個電荷密集中心，每個電荷中心的電荷約為0.1-10C平均電場強度：1.5kV/cm實測雷云放電前的最大場強：3.4kV/cm大氣壓下均勻空氣間隙的擊穿場強：30kV/cm雷云放電過程先導主放電余輝放電雷云放電過程

雷云放電過程主放電迎面先導與下行先導相遇，發生強烈的中和過程，形成極大的電流，稱為主放電，放電電流大，時間短余輝放電主放電結束后，雷云中剩余的電荷沿主放電通道下移，稱為余輝放電。放電電流小，時間長雷云放電過程雷電是自然界的一種常見現象，本質上是長間隙放電。本節主要介紹雷電、雷云帶電及雷云放電過程，讓學生進一步認識雷電。過電壓及防雷保護直擊雷過電壓危害直擊雷過電壓雷電放電作為一種強大的自然力的爆發是難以制止的，產生的雷電過電壓可高達數百至數千kV，雷電過電壓可分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。直擊雷過電壓是由于雷電放電，強大的雷電流直接流經被擊物產生的過電壓特征流過被擊物的電流大負極性雷過電壓居多形成的過電壓高常見形式雷擊輸電導線雷擊線路檔距中央雷擊桿塔塔頂直擊雷過電壓模型

先導放電模型直擊雷過電壓模型彼得遜等效電路

直擊雷過電壓模型

直擊雷過電壓模型

直擊雷過電壓危害電效應破壞電性質的破壞作用，表現在雷擊形成的數十萬乃至數百萬伏的沖擊電壓，畸變線路電壓、電流；巨大的雷電流流入地下，會在雷擊點接地周圍的5~10m范圍內形成極高的電壓，可直接導致接地電壓和跨步電壓的觸電事故。如雷擊輸電線路時，線路電壓畸變嚴重直擊雷過電壓危害

直擊雷過電壓危害機械效應破壞機械性質的破壞作用，表現為被擊物直接遭到破壞，甚至爆裂成碎片，這是由于巨大的雷電流通過被擊物時，使被擊物縫隙中的氣體劇烈膨脹，縫隙中的水分也急劇蒸發為大量氣體，致使被擊物破壞或爆炸。此外，同性電荷之間的斥力、電流拐彎處的電磁推力、發生雷擊時的氣浪都有較強的破壞作用如線路被擊中后，絕緣子直擊爆炸

通過本知識點的學習，使學生掌握直擊雷電過電壓的概念、模型及其危害，為后續輸電線路防雷保護課程打好理論基礎。過電壓及防雷保護工頻過電壓的分類工頻過電壓定義：在正?；蚬收蠒r，電力系統所出現的幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻（50HZ）的過電壓工頻過電壓空載線路電容效應不對稱短路甩負荷工頻過電壓工頻過電壓對電力系統運行的影響工頻電壓升高的大小直接影響操作過電壓的實際值工頻電壓升高的大小影響保護電器的工作條件和保護效果工頻電壓升高持續時間長影響設備絕緣和運行性能工頻過電壓空載線路電容效應引起的工頻過電壓定義：空載線路末端電壓較線路首端電壓有較大的升高根本原因：線路中容性電流在感抗上的壓降使得電容上的電壓高壓電源電壓一條空載線路的總容抗一般遠大于導線的感抗，因此線路各點的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高工頻過電壓

工頻過電壓空載線路電容效應引起的工頻過電壓限制方法末端、首端或中部并聯電抗器工頻過電壓不對稱短路引起的工頻過電壓系統通常以單相接地短路引起的工頻過電壓值作為確定避雷器額定電壓、滅弧電壓的依據對中性點絕緣的3-10kV系統，單相接地時，健全相的工頻過電壓可達最高運行線電壓Um的1.1倍工頻過電壓甩負荷引起的工頻過電壓當系統滿負荷運行時，輸電線路傳送功率最大，此時由于某種原因，斷路器跳閘，電源突然甩負荷后引起的過電壓通過本知識點的學習，使學生掌握工頻過電壓及其分類，理解三類工頻過電壓產生的原因，了解過電壓的限制措施。過電壓及防雷保護工頻過電壓對電力系統的影響工頻過電壓常見的工頻過電壓空載線路電容效應引起的工頻過電壓不對稱短路引起的工頻過電壓甩負荷引起的工頻過電壓工頻過電壓的影響一般而言，工頻過電壓對220kV電壓等級以下、線路不太長的系統的正常絕緣的電氣設備是沒有危險的，但對超高壓、遠距離傳輸系統絕緣水平的確定卻起著決定性的作用。工頻過電壓的影響工頻過電壓對電力系統運行的影響工頻電壓升高的大小直接影響操作過電壓的實際值工頻電壓升高的大小影響保護電器的工作條件和保護效果工頻電壓升高持續時間長影響設備絕緣和運行性能工頻過電壓的影響工頻電壓升高的大小直接影響操作過電壓的實際值工頻電壓升高時，同時出現操作過電壓，操作過電壓幅值就會達到很高的倍數工頻過電壓的影響工頻電壓升高的大小影響保護電器的工作條件和保護效果避雷器最大允許工作電壓是由工頻電壓升高決定的，如要求避雷器最大允許工作電壓較高，則其沖擊放電電壓和殘壓也將提高，相應地，被保護設備的絕緣強度亦應隨之提高。工頻過電壓的影響工頻電壓升高持續時間長影響設備絕緣和運行性能工頻過電壓會使油紙絕緣內部游離、污穢絕緣子閃絡、鐵心過熱、電暈及其干擾加劇等

工頻過電壓存在于各個電壓等級，影響各不相同。通過本知識點的學習，使學生掌握工頻過電壓對電力系統的影響及具體體現形式。過電壓及防雷保護內部過電壓的分類內部過電壓定義：由于電力系統中某些內部的原因引起的過電壓內部原因：系統中斷路器的操作、系統中故障以及系統中電感、電容在特定情況下的配合不當內部過電壓操作過電壓暫時過電壓操作過電壓定義：由電網參數突變（如倒閘操作或故障）引起的過電壓主要類型：斷續電弧接地過電壓（非直接接地系統）切除空載線路過電壓空載線路合閘過電壓切除空載變壓器過電壓操作過電壓特點（相對于暫時過電壓）過電壓幅值高存在振蕩強阻尼持續時間短暫時過電壓暫時過電壓包括工頻過電壓和諧振過電壓工頻過電壓：在正?；蚬收蠒r，電力系統所出現的幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻（50HZ）的過電壓工頻過電壓空載線路電容效應不對稱短路甩負荷暫時過電壓諧振過電壓：當系進行操作或發生故障時，振蕩回路與外加電源發生諧振現象，導致系統中某些部分（或設備）上出現的過電壓。諧振過電壓線性諧振鐵磁諧振參數諧振通過本知識點的學習，使學生掌握內部過電壓的概念、特點及分類，為后續內部過電壓的進一步分析打基礎。過電壓及防雷保護感應雷過電壓的產生感應雷過電壓的產生感應雷過電壓是雷擊線路附近大地，由于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，在導線上產生的過電壓。過電壓有兩個分量，一個是電磁分量，一個是靜電感應分量感應雷過電壓的產生先導放電階段在雷云放電的先導階段，先導通道中充滿了電荷，如左圖。這些電荷對導線產生靜電感應，在負先導附近的導線上積累了異號的正束縛電荷，而導線上的負電荷則被排斥到導線的遠端感應雷過電壓的產生主放電階段當先導到達附近地面時，主放電開始，先導通道中的電荷被中和，與之相應的導線上的束縛電荷得到釋放，以波的形式向導線兩側運動，如左圖所示感應雷過電壓的產生由于先導通道中電荷所產生的靜電場突然消失而引起的感應電壓為感應過電壓的靜電分量感應雷過電壓的產生雷電流在通道周圍建立了強大的變化的磁場，一部分磁力線穿過導線與大地形成回路，產生的高電壓為感應過電壓的電磁分量通過本知識點的學習，使學生掌握感應雷過電壓產生，理解感應雷過電壓的兩個分量，為感應雷過電壓計算打基礎。過電壓及防雷保護感應雷過電壓的計算感應雷過電壓的計算感應雷過電壓的計算雷擊線路附近大地無避雷線有避雷線雷擊線路桿塔無避雷線的感應雷過電壓計算

無避雷線的感應雷過電壓特點

無避雷線的感應雷過電壓特點雷電流幅值一般不超過100kA感應過電壓一般不超過300—400kV對35kV及以下電壓等級線路絕緣有危險一般為對地閃絡有避雷線的感應雷過電壓計算

有避雷線的感應雷過電壓計算

有避雷線的感應雷過電壓計算

雷擊桿塔時感應過電壓的計算

通過本知識點的學習，使學生掌握輸電線路感應雷過電壓的計算，了解各因素對輸電線路感應過電壓的影響。過電壓及防雷保護建弧率建弧率

建弧率

建弧率

建弧率

建弧率

降低建弧率可采取的措施適當增加絕緣子片數，減少絕緣子串上工頻電場強度采用不接地或經消弧線圈接地方式，防止建立穩定的工頻電弧通過本知識點的學習，使學生掌握建弧率的概念、影響因素及計算方法，為后續雷擊跳閘率的計算打基礎。過電壓及防雷保護采用不平衡絕緣方式不平衡絕緣方式同一桿塔上，不同回路的絕緣水平不一樣例如在220kV同塔雙回線路上一回采用13片絕緣，一回采用15片絕緣子不平衡絕緣方式防雷原理雷擊時絕緣子串片數少的回路先閃絡，閃絡后的導線相當于地線，增加了對另一回路導線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發生閃絡，保障了另一回路的連續供電不平衡絕緣方式一般認為雙回路絕緣水平的差異宜為相電壓峰值的

倍，差異過大將使線路的總跳閘率增加在輸電線路兩側環境不同時，雷擊概率較大的一側增強絕緣通過本知識點的學習，使學生掌握采用不平衡絕緣方式這一防雷措施的防雷原理和采用這一防雷措施的慣例。過電壓及防雷保護架設耦合地線耦合地線一般應用于雷電活動強烈的地方或經常發生雷擊故障的桿塔和線段一般架設在導線下方耦合地線耦合地線可起兩個作用一是降低接地電阻，連續伸長接地線是沿線路在地中埋設1～2根接地線，并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連二是起一部分架空地線的作用，既有避雷線的分流作用，又有避雷線的耦合作用耦合地線是降低高土壤電阻率地區桿塔接地電阻的有效措施之一。通過本知識點的學習，使學生掌握耦合地線架設原則和作用。過電壓及防雷保護耦合地線耦合地線架空線路導線下面增設的架空地線主要作用：降低接地電阻分流作用耦合作用耦合地線降低接地電阻國內外的運行經驗證明，它是降低高土壤電阻率地區桿塔接地電阻的有效措施之一分流作用兼做避雷線，對雷電流分流耦合作用與避雷線、導線耦合，使耦合系數增大通過本知識點的學習，使學生進一步認識耦合地線這一防雷措施、理解架設耦合地線的三種作用和防雷原理。過電壓及防雷保護如何架設避雷線避雷線避雷線，通常又稱架空地線，簡稱地線。避雷線的防雷原理與避雷針相同，主要用于輸電線路的保護，也可用來保護發電廠和變電所避雷線架設避雷線是高壓和超高壓輸電線線路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直擊于導線，同時還有分流作用以減小流經桿塔入地電流，從而降低塔頂電位；通過對導線耦合作用可以減小線路絕緣承受的電壓；對導線還有屏蔽作用，可以降低感應過電壓。避雷線

避雷線工程中采用保護角α來表示避雷線對導線的保護程度保護角是指避雷線和外側導線的連線與避雷線的垂線之間的夾角。保護角愈小，避雷線就愈可靠地保護導線免遭雷擊。避雷線為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，減小繞擊率，ll0kV及以上電壓等級的輸電線路都應全線架設避雷線。平原上的220kV及ll0kV線路可用單根避雷線，保護角為

；山區220kV線路也要采用雙避雷線，保護角在

以下。避雷線300～500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設雙避雷線，保護角在

左右。35kV及以下的線路絕緣水平很低，全線架設避雷線依然有可能造成閃絡，故一般不沿全線架設避雷線，可采用中性點經消弧線圈接地或不接地

架設避雷線是高壓和超高壓輸電線線路最基本的防雷措施。通過本知識點的學習，使學生掌握避雷線防雷原理、保護范圍和架設方法。過電壓及防雷保護輸電線路防雷原則輸電線路防雷目的：提高線路的耐雷性能，降低線路的雷擊跳閘率原則：采用技術與經濟合理的措施，使系統雷害事故降低到運行部門可以接受的程度，保證系統安全可靠經濟運行。輸電線路防雷在確定輸電線路的防雷方式時，應全面考慮線路的重要程度、系統運行方式、線路經過地區雷電活動的強弱、地形地貌的特點、土壤電阻率的高低等條件，結合當地原有線路的運行經驗，根據技術經濟比較的結果，因地制宜，采取合理的保護措施輸電線路防雷四道防線：防止雷電直擊輸電線路防止輸電線路雷擊后絕緣閃絡防止雷擊閃絡后建立穩定的工頻電弧防止工頻電弧引起電力供應中斷輸電線路防雷防止雷電直擊輸電線路架設避雷線、裝設避雷針、桿塔側針等防止輸電線路雷擊后絕緣閃絡增強線路絕緣降低桿塔接地電阻、架設耦合地線防止雷擊閃絡后建立穩定的工頻電弧采用中性點非有效接地方式增強絕緣防止工頻電弧引起電力供應中斷裝設避雷器裝設自動重合閘裝置通過本知識點的學習，使學生掌握輸電線路防雷原則、了解輸電線路防雷的四道防線和一些常用的防雷措施。過電壓及防雷保護雷擊避雷線檔距中央雷擊避雷線檔距中央根據模擬試驗和實際運行經驗，雷擊避雷線檔距中央約有10％的概率雷擊避雷線檔距中央雷擊避雷線檔距中央雷擊避雷線檔距中央等值電路

雷擊避雷線檔距中央

雷擊避雷線檔距中央

雷擊避雷線檔距中央

雷擊避雷線檔距中央

通過本知識點的學習，使學生掌握雷擊避雷線檔距中央過電壓的相關計算。為后續輸電線路防雷保護課程打好基礎。過電壓及防雷保護雷擊桿塔塔頂的過電壓和耐雷水平輸電線路直擊雷過電壓直擊雷過電壓雷擊桿塔塔頂雷擊避雷線或檔距中央雷擊導線或繞擊導線雷擊桿塔塔頂以有避雷線的線路為例，作用在線路絕緣子串上的電壓由3個分量組成電流在桿塔電感和接她電阻上形成的壓降避雷線和導線間的耦合作用而在導線上具有的電位雷電流產生的迅速變化的電磁場在導線上感應的電位雷擊桿塔塔頂雷電流分布及等值電路

分布圖等值電路雷擊桿塔塔頂

雷擊桿塔塔頂

雷擊桿塔塔頂

雷擊桿塔塔頂

耐雷水平

耐雷水平

耐雷水平反擊現象原來被認為接地的桿塔卻帶上了高電位，對輸電線路放電的現象通過本知識點的學習，使學生掌握雷擊桿塔塔頂各部分電位的計算、理解耐雷水平和反擊的概念，會采取有關措施提高耐雷水平。過電壓及防雷保護繞擊時過電壓雷擊導線等值電路(不考慮導線工作電壓)雷擊導線或雷電繞過避雷線繞擊導線等值電路雷擊點電壓(不考慮導線工作電壓)

雷擊點電壓(不考慮導線工作電壓)

雷擊點電壓(不考慮導線工作電壓)導線上的電壓即為雷擊點的電壓，隨雷電流的增大而增大若導線上的電壓幅值超過線路絕緣子串的沖擊閃絡電壓，則絕緣將發生閃絡雷擊點電壓(考慮導線工作電壓)

通過本知識點的學習，使學生掌握雷電繞擊時過電壓的相關計算，了解計算的一般模型和參數的一般取值。過電壓及防雷保護繞擊時耐雷水平耐雷水平定義：雷擊線路絕緣不發生閃絡的最大雷電流幅值耐雷水平反擊耐雷水平繞擊耐雷水平耐雷水平

耐雷水平

耐雷水平110、220、330kV線路的繞擊耐雷水平分別為7、12和16kA。110、220kV線路的反擊耐雷水平為40—85、80—120kA耐雷水平額定電壓（kV）356011022033050020-3030-6045-8580-12014015068-5353-2842-1618-7.854通過本知識點的學習，使學生掌握直擊雷保護措施，避雷針或避雷線裝設方式、原則和應用范圍，為后續課程打基礎。過電壓及防雷保護彼得遜等值法則的應用某一變電所上接有N條出線，每條線路的波阻抗均為Z。如有一條線路上落雷，有一幅值為u(t)的直角波沿線路襲來，求母線上的電壓和各線路電壓幅值及電壓折射系數。應用彼得遜法則，將上圖化簡為下圖的等值計算電路，母線上的電壓計算如下：各出線承受的電壓就是母線電壓為,電壓折射系數為

通過本知識點的學習，使學生掌握靈活應用彼得遜等值法則，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護波的折射和反射現象一、節點在實際工程中分析過電壓保護問題時，經常會遇到---分布參數的長導線或與集中阻抗（如接地電阻R）相連接的情況，不同波阻抗導線之間的連接點稱之為節點。二、波的折射和反射

若有一行波來到節點時，由于波要在節點前后保持單位長度導線的電場能和磁場能總和相等的規律，這就意味著波傳播到節點處必然要發生能量重新分配的過程，即會在節點處發生行波的折射和反射。

當一行波我們稱為入射波，當入射波到達節點A時，由于連接節點兩端的導線波阻抗，入射波在節點A處要發生電磁能量的重新分配，也就是在節點A處電壓、電流重新調整分配的過程。這就是波的折射和反射現象。

一部分能量通過節點A并沿繼續前行，稱折射波，一部分能量未能通過結點Ａ將沿導線返回，稱反射波。

通過本知識點的學習，使學生掌握折射波和反射波的基本過程，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護分析線路末端電壓波形一、直流電源在t=0時合閘于長度為L的空載線路，如圖所示，求線路末端點的電壓波形。

解：設τ為電磁波通過長度為L的線路時所需的時間。當0＜t＜τ時，由線路首端發生的第一次電壓入射波u1q=E尚未到達線路末端，B點電壓為零。當τ≤t＜2τ時，由于線路末端開路，在末端發生正電壓全反射，產生第一次反射波u1f=E，UB=2E。當2τ≤t＜3τ時，到達線路首端，由于首端電源內阻為零，對波的傳輸來說，相當于發生末端對地短路的情況，從而在首端發生負電壓全反射，產生u2q=-E的第二次電壓入射波。但此時尚未到達B點，因而仍有UB=2E。當3τ≤t＜5τ時，u2q已到B點，并產生第二次反射波u2f=-E，UB=u1q+u1f+u2q+u2f=0。當5τ≤t＜7τ時，u2f=-E到達首端，產生的第三次入射波u3q=E到達B點，故在此時間內UB=2E。如此反復下去得到周期為4τ，振幅為2E的振蕩方波。

通過本知識點的學習，使學生掌握分析線路末端電壓波形的方法，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護計算折射波的等值電路在圖中有一前行波沿波阻抗為的線路傳到波阻抗為的線路時，在節點A所引起的折射和反射，是用集中參數的等值電路來求解的問題。節點A的邊界條件把i1q=u1q/z、i1f=-u1f/z代入上式中的電流方程中，與電壓方程聯立求解得到：可以看出，要計算分布參數上節點A的電壓u2q，可以應用下圖的集中參數等值電路。彼得遜法則：①線路波阻抗用數值相等的集中參數電阻代替；②把線路上的入射電壓波的兩倍2u1q作為等值電壓源。彼得遜法則使用條件：①入射波必須是沿分布參數線路傳來的；②節點A后面的線路中沒有反行波或反行波尚未到達節點A。

通過本知識點的學習，使學生掌握折射波如何計算，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護線路末端短路的折射、反射波一、線路末端短路相當于故有入射波u1q到達末端后，發生了負的全反射，負反射的結果是使線路末端電壓下降為零，并逐步向首端發展。電流波i1q發生了正的全反射，線路末端的電流i2q=2i1q，即電流上升到原來的2倍，且逐步向首端發展。二、線路末端短路參數變化

從能量守恒的角度來看，這是由于末端短路接地，末端電壓為零，入射波的全部電場能量轉變為磁場能量之故。

通過本知識點的學習，使學生掌握線路末端短路時波發生折射和反射時各物理量的變化，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護末端接負載電阻的折射、反射波一、線路末端接負載相當于故有

入射波到達與線路波阻抗相同的負載時，沒有反射現象，既沒有電壓反射波，也沒有電流反射波，由Z1傳過來的能量全部消耗在R中。線路上的電壓電流波形保持不變。相當于線路末端接于另一波阻抗相同的線路（Z2=Z1），也是均勻線路的延伸。這種情況我們又稱之為阻抗匹配。二、線路末端短路參數變化

從能量角度看兩者是有本質的區別的，前者是把能量全部消耗在負載中，后者是把能量儲存在線路中并向前傳播。阻抗匹配在實際中的應用：在高壓測量中，我們常在電纜末端接上和電纜波阻相等的匹配電阻來消除在電纜末端折、反射所引起的測量誤差。

通過本知識點的學習，使學生掌握線路末端接負載時波發生折射和反射時各物理量的變化，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護線路末端開路的折射、反射波一、線路末端開路相當于故有

電壓入射波u1q到達開路的末端時發生了正的全反射,結果是使線路末端的電壓上升到入射波的兩倍。隨著電壓反射波的逆向傳播,其所到之處均加倍達2u1q。電流反射波i1f=-u1f/z1=-u1q/z1=-i1q，可見電流發生了負的全反射,隨著電流反射波的逆向傳播,其所到之處電流全部降為零。二、線路末端開路參數變化

從能量守恒的角度來看，這是由于末端開路時，末端電流為零，入射波的全部磁場能量轉變為電場能量之故。應用：過電壓波在開路末端的加倍升高對絕緣是很危險的，在考慮過電壓防護措施時應引起充分的重視。

通過本知識點的學習，使學生掌握線路末端開路時波發生折射和反射時各物理量的變化，為今后的課程學習打下了良好的基礎。過電壓及防雷保護折射波和反射波的計算一、折射波和反射波的大小

在節點處只能有一個電壓值和電流值，即節點左側及右側的電壓和電