雷电过电压及防护
雷电放电涉及气象、地形地质等许多自然因素，有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就带有统计的性质。许多国家地区都选择典型地区地点建立雷电观测站，并在输电线路和变电站中附设观测装置，进行长期而系统的雷电观测，将观测的数据进行系统的分析，得到相应的雷电参数，为研究和防雷提供依据，从而进行保护。
一、雷电参数
雷暴日：每年中有雷电的天数。
雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区
地面落雷密度γ：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数 。电力行业标准DL/T620-1997建议取 γ = 0.07次／平方公里. 雷电日。 雷电通道波阻抗：雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗 （规程建议取 300 ~ 400Ω）
雷电流的极性：国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占 75 ~ 90 %。
雷电流幅值
雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流规程规定，雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。
雷电流波头： 1 ~ 5 μs 范围内变化，多为 2.5 ~ 2.6 μs，规程规定取
2.6 μs；雷电流波长： 20 ~ 100 μs ，多数为 50 μs 左右。为简化计算，视为无限长；雷电流陡度：陡度 α 与幅值 I 有线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般认为陡度超过 50 kA/μs 的雷电流出现的概率已经很小（约为0.04） 波形：
二、防雷的基本措施
1、避雷针和避雷线
避雷针（线）的保护原理
当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）
放电，
从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。
对避雷针（线）的要求
（1）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。
（2）被保护设备全面位于避雷针（线）的保护范围内。但为了防止与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击），它们之间应保持一定的距离
2、避雷器
避雷器的保护原理
当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于与其并联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。 避雷器的技术要求
（1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者的全伏秒特性的配合来保证；
（2）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。
避雷器的种类
保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）
防雷接地
接地：就是把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，使其对地保持一个低的电位差。
办法：在大地表面土层中埋设金属电极，这种埋入地中并直接与大地接触的金属导体，叫做接地体，有时也称为接地装置。
①工作接地：为了运行的需要，将电网某一点接地，其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。
②保护接地：为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。
③防雷接地：导泄雷电流，消除过电压对设备的危害。
④静电接地：在可燃物场所的金属物体接地。
三、架空线路的雷击过电压
输电线路防雷的任务：采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行
部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。
输电线路防雷的措施（“四道防线”）：
（1）防止雷直击导线
沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合
（2）防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络
降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等
（3） 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧
适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式
（4）防止线路中断供电
采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施
衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平（单位：kA）
雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
雷击跳闸率（单位：次/ l00km·40雷电日）
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度。
四、无避雷线时的感应雷过电压 雷击线路附近地面： 雷击杆塔或线路附近避雷线：
α —— 感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/μs为单位的雷电流平均陡度值，即 α = I / 2.6。
hd ——导线平均高度，m。
实测表明，感应过电压峰值最大可达300 ~ 400kV。这对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故；110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络。
雷击导线的过电压及耐雷水平
雷击点电压： 输电线耐雷水平： 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平 塔顶电位： 导线电位：
绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝耐雷水平
耐雷水平：
五、发电厂和变电所的防雷保护
发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线及良好的接地网。 装设避雷针（线）的原则
装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避雷线的保护范围之内。另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后，它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电，或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力设备上，有可能导致电力设
备的绝缘损坏。
直击雷过电压的保护
由避雷针和避雷器及浪涌吸收器组成。避雷针来保护附近的设施不会被雷击，避雷器来抑制雷电波的高度，浪涌吸收器将过电压波形的陡度放缓
侵入波过电压的保护
变压器与避雷器之间允许的最大电气距离： 气体绝缘变电所的防雷保护
（1）全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以 (3 ~ 4)×1.01325×105 Pa大气压的SF6气体作为相间和对地的绝缘。
GIS变电所雷电过电压保护的特点
GIS绝缘的全伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为1.2 ~ 1.3。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。
（2）GIS变电所的波阻抗一般在60 ~ 100Ω之间，远比架空线路低，这对变电所的侵入波保护有利。
（2）（3）GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。
（4）GIS绝缘完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿；而且没有自恢复能力。
变电所防雷的具体措施
变电所遭受的雷击是下行雷,主要雷直击在变电所的电气设备上,或架空线路的感应雷过电压和直雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此,避免直击
雷和雷电波对变电所进线及变压器产生破坏就成为变电所雷电防护的关键。
1、变电所应装设避雷针对直击雷进行防护
架设避雷针是变电所防直击雷的常用措施,避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器,其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中,从而起到保护设备效果。变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内。
2、变电所的进线防护
要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陂度就必须对变电所进线实施保护。当线路上出现过电压时,将有行波导线向变电所运动,起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压,线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此,在接近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如不架设避雷线,当遭受雷击时,势必会对线路造成破坏。
3、变电站对侵入波的防护
变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻。目前, SFZ系列阀型避雷器,主要有用来保护中等及大容量变电所的电气设备。FS系列阀型避雷器,主要用来保护小容量的配电装置。
4、变压器的防护
变压器的基本保护措施是在接近变压器处安装避雷器,这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。
装设避雷器时,要尽量接近变压器,并尽量减少连线的长度,以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时,避雷器的连线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起,这样就有效减少了雷电对变压器破坏的机会。
变电站的每一组主母线和分段母线上都应装设阀式避雷器,用来保护变压器和电气设备。各组避雷器应用最短的连线接到变电装置的总接地网上。避雷器的安装应尽可能处于保护设备的中间位置。
5、变电所的防雷接地
变电所防雷保护满足要求以后,还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网,然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求,或者在防雷装置下敷设单独的接地体。
6、变电所防雷感应
采取防雷感应保护的措施主要有:多分支接地引线,减少引线雷电流;改善汇流系统的结构,减少引下线对弱电设备的感应;除了在电源入口装设处压敏电阻等限制过压装置外,还可在信号线接入处使用光耦元件;所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层共用一个接地极;在控制室和通信室铺设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流牌连接。
雷电过电压及防护
雷电放电涉及气象、地形地质等许多自然因素，有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就带有统计的性质。许多国家地区都选择典型地区地点建立雷电观测站，并在输电线路和变电站中附设观测装置，进行长期而系统的雷电观测，将观测的数据进行系统的分析，得到相应的雷电参数，为研究和防雷提供依据，从而进行保护。
一、雷电参数
雷暴日：每年中有雷电的天数。
雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区
地面落雷密度γ：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数 。电力行业标准DL/T620-1997建议取 γ = 0.07次／平方公里. 雷电日。 雷电通道波阻抗：雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗 （规程建议取 300 ~ 400Ω）
雷电流的极性：国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占 75 ~ 90 %。
雷电流幅值
雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流规程规定，雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。
雷电流波头： 1 ~ 5 μs 范围内变化，多为 2.5 ~ 2.6 μs，规程规定取
2.6 μs；雷电流波长： 20 ~ 100 μs ，多数为 50 μs 左右。为简化计算，视为无限长；雷电流陡度：陡度 α 与幅值 I 有线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般认为陡度超过 50 kA/μs 的雷电流出现的概率已经很小（约为0.04） 波形：
二、防雷的基本措施
1、避雷针和避雷线
避雷针（线）的保护原理
当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）
放电，
从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。
对避雷针（线）的要求
（1）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。
（2）被保护设备全面位于避雷针（线）的保护范围内。但为了防止与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击），它们之间应保持一定的距离
2、避雷器
避雷器的保护原理
当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于与其并联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。 避雷器的技术要求
（1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者的全伏秒特性的配合来保证；
（2）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。
避雷器的种类
保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）
防雷接地
接地：就是把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，使其对地保持一个低的电位差。
办法：在大地表面土层中埋设金属电极，这种埋入地中并直接与大地接触的金属导体，叫做接地体，有时也称为接地装置。
①工作接地：为了运行的需要，将电网某一点接地，其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。
②保护接地：为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。
③防雷接地：导泄雷电流，消除过电压对设备的危害。
④静电接地：在可燃物场所的金属物体接地。
三、架空线路的雷击过电压
输电线路防雷的任务：采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行
部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。
输电线路防雷的措施（“四道防线”）：
（1）防止雷直击导线
沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合
（2）防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络
降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等
（3） 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧
适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式
（4）防止线路中断供电
采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施
衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平（单位：kA）
雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
雷击跳闸率（单位：次/ l00km·40雷电日）
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度。
四、无避雷线时的感应雷过电压 雷击线路附近地面： 雷击杆塔或线路附近避雷线：
α —— 感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/μs为单位的雷电流平均陡度值，即 α = I / 2.6。
hd ——导线平均高度，m。
实测表明，感应过电压峰值最大可达300 ~ 400kV。这对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故；110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络。
雷击导线的过电压及耐雷水平
雷击点电压： 输电线耐雷水平： 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平 塔顶电位： 导线电位：
绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝耐雷水平
耐雷水平：
五、发电厂和变电所的防雷保护
发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线及良好的接地网。 装设避雷针（线）的原则
装设的避雷针（线）应该使所有设备均处于避雷针及避雷线的保护范围之内。另外，要注意防止反击。即雷击于避雷针及避雷线后，它们的地电位可能提高，如果它们与被保护设备的距离不够大，则有可能在避雷针、避雷线与被保护设备之间发生放电，或叫做逆闪络。此类放电现象不但会在空气中发生，而且还会在地下接地装置间发生，一旦出现，高电位就将加到电力设备上，有可能导致电力设
备的绝缘损坏。
直击雷过电压的保护
由避雷针和避雷器及浪涌吸收器组成。避雷针来保护附近的设施不会被雷击，避雷器来抑制雷电波的高度，浪涌吸收器将过电压波形的陡度放缓
侵入波过电压的保护
变压器与避雷器之间允许的最大电气距离： 气体绝缘变电所的防雷保护
（1）全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内，壳内充以 (3 ~ 4)×1.01325×105 Pa大气压的SF6气体作为相间和对地的绝缘。
GIS变电所雷电过电压保护的特点
GIS绝缘的全伏秒特性比较平坦，其冲击系数很小，约为1.2 ~ 1.3。因此它的绝缘水平主要决定于雷电冲击电压。
（2）GIS变电所的波阻抗一般在60 ~ 100Ω之间，远比架空线路低，这对变电所的侵入波保护有利。
（2）（3）GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。
（4）GIS绝缘完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿；而且没有自恢复能力。
变电所防雷的具体措施
变电所遭受的雷击是下行雷,主要雷直击在变电所的电气设备上,或架空线路的感应雷过电压和直雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此,避免直击
雷和雷电波对变电所进线及变压器产生破坏就成为变电所雷电防护的关键。
1、变电所应装设避雷针对直击雷进行防护
架设避雷针是变电所防直击雷的常用措施,避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器,其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中,从而起到保护设备效果。变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内。
2、变电所的进线防护
要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陂度就必须对变电所进线实施保护。当线路上出现过电压时,将有行波导线向变电所运动,起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压,线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此,在接近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如不架设避雷线,当遭受雷击时,势必会对线路造成破坏。
3、变电站对侵入波的防护
变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻。目前, SFZ系列阀型避雷器,主要有用来保护中等及大容量变电所的电气设备。FS系列阀型避雷器,主要用来保护小容量的配电装置。
4、变压器的防护
变压器的基本保护措施是在接近变压器处安装避雷器,这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。
装设避雷器时,要尽量接近变压器,并尽量减少连线的长度,以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时,避雷器的连线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起,这样就有效减少了雷电对变压器破坏的机会。
变电站的每一组主母线和分段母线上都应装设阀式避雷器,用来保护变压器和电气设备。各组避雷器应用最短的连线接到变电装置的总接地网上。避雷器的安装应尽可能处于保护设备的中间位置。
5、变电所的防雷接地
变电所防雷保护满足要求以后,还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网,然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求,或者在防雷装置下敷设单独的接地体。
6、变电所防雷感应
采取防雷感应保护的措施主要有:多分支接地引线,减少引线雷电流;改善汇流系统的结构,减少引下线对弱电设备的感应;除了在电源入口装设处压敏电阻等限制过压装置外,还可在信号线接入处使用光耦元件;所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层共用一个接地极;在控制室和通信室铺设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流牌连接。