雷电过电压对于电气设备的危害及其防护策略研究

雷电过电压对于电气设备的危害及其防护策略研究

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（1.国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司江苏省宿迁市223800；2.国网江苏省电力有限公司检修分公司江苏省宿迁市223800）

摘要：近年来，雷电过电压对于电气设备的危害得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了雷电过电压对电气设备的危害，并结合相关实践经验，分别从防雷保护装置等多个角度与方面，就电气设备中雷电过电压的防护对策展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：雷电过电压；电气设备；危害；防护

1前言

作为对于电气设备有着重要危害的因素之一，雷电过电压的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对雷电过电压危害的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其防护相关工作的最终整体效果。

2雷电过电压对电气设备的危害

由于雷电也是一种电流，因此，其具有电流有关的一切效应，其特点在于其可在短时间之内以脉冲形式通过极大的电流，特别是直击雷，其峰值可达几十千安，甚至几百千安。因而雷电流具有极其特殊和强大的破坏作用。具体而言，主要体现在如下方面：

2.1雷电流所具有的热效应可使被击物体瞬间产生大量的热量，雷电流通过时被击物体的温度可超过10000℃，因此十分容易导致火灾的形成；

2.2雷电所形成的激波可在空气中传播，并对建筑物及电气设备带来极大的破坏；

2.3由于雷电流的点动力效应因而使得金属导线发生折断，对电力输电线路造成极大的危害；

2.4雷电电磁及静电感应又被称为二次雷，对于电气设备的危害虽没有直击雷如此猛烈，但是发生几率很大，可使大范围内的小局部同时产生雷电感应，并通过输电线路传输至较远的地方，因此会扩大雷灾的范围。对于电磁感应而言，其会导致导体产生极大的感应电动势，若此导体存在接触不良的情况，将会直接导致此处过热而着火。而对于静电感应而言，其将会在局部地区形成感应过电压，此种感应过电压将会导致高、低压线路以及建筑物电气设备均产生极高的危险电压，因此危害很大。

3电气设备中雷电过电压的防护对策研究

3.1采用有效的防雷保护装置

3.1.1避雷针

作为最为熟悉的避雷装置之一，避雷针主要是由金属制成的，其对电气设备及建筑物的防雷效果较高，且接地装置良好。其主要是通过将雷吸引到自身装置中，然后再将其安全有效的导入地下实现防雷避雷的效果的，因此，可确保其周围比他更矮的电气设备及建筑物免受雷电的攻击。避雷针主要包括了接闪器、引下线以及接地体三个组成部分，其具有引雷作用，因而能够对周围物体产生保护作用。对于避雷针而言，其下一定高度内为一个有效的安全区域，此区域中的任何物体基本都不会受到雷电的危害，因而此区域又被称为避雷针保护范围。根据支数的差异，避雷针可分为单支、双支以及多支避雷针。

3.1.2避雷线

避雷线即所谓的架空地线，其是有高空中悬挂的水平接地导线、接地体以及接地引下线等构成。避雷线主要负责对线路进行保护，因此，其保护长度同线路的长度相同。为了提高避雷线的保护作用，必须将避雷线悬挂高一些。作为送电线路中最为基础的一种防雷保护措施，避雷线不仅可以有效避免雷电对导线的直击，还可以借助于避雷线以及接地引下线将雷电安全送至大地中，因此有效避免了雷电所造成的危害。因此，避雷线通常用来对较大规模的发电厂室外配电装置、电气设备以及建筑物等进行避雷保护。

3.1.3阀式避雷器

阀式避雷器是电气设备的其中一种主要的避雷保护装置，其主要是由密封瓷套中所包含的火花间隙同非线性电阻共同构成的。由于阀型避雷器中的火花间隙是多个平板电极之间的单间隙串联。因此，若电气设备中无过电压存在时，火花间隙的对地绝缘强度足够大，当然也不会受到正常电压的影响而被击穿。然而，一旦系统中有过电压情况出现，此时，火花间隙将迅速被击穿，导致电流迅速通过阀片并流入大地中。对于国内的普通阀式避雷器而言，其主要包括FS及FZ两种系列。其中，FZ主要负责进行大容量及中等容量变电所电气设备的防雷保护，而FS主要负责对小容量配电装置中的电气设备进行保护。阀式避雷器的避雷保护原则即对雷电过电压进行限制，并相应地减少阀片的数量和串联单间隙的数量，以实现放电电压的大幅降低。此外，还应从确保系统顺利运行的原则入手，增加阀片以及串联单间隙的数目，以便切实提高避雷器的灭弧电压与放电电压。

3.1.4金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器的特点是流通的容量大、反应动作快、体积小巧、结构简单，而且保护作用特别好，是良好的避雷器。通常金属氧化物避雷器是由氧化锌和压敏电阻构成的。

3.1.5保护间隙

在众多的避雷防护措施中，保护间隙结构最为简单的避雷装置，而且成本较低、维修和养护简单，但是保护设备的性能不高。角型保护间隙是在10kv以下电网中常用的避雷装置，当电气设备出现过电压时，保护间隙会自动放电来保护电气设备。但过电压有可能击穿保护间隙造成工频短路，造成相间短路电弧不能熄灭，必须重合闸装置才可以保护电路和电气设备的安全。

3.2对输电线路的雷电过电压防护策略

输电线路在电力的传输中起着承上启下的作用，如果输电线路遭到了雷电过电压的破坏，过电压会通过输电线路传入到变电设备，甚至传入发电设备，对所有绝缘产生威胁。地下输电线路遭受到雷电过电压的危害较小，而地上输电线路一旦遭到雷电过电压的打击，会发生高温闪络现象。闪络会在电路中形成低阻抗，使电路通道中产生工频电弧，造成断电或者短路。对输电线路的雷电过电压的具体保护措施大致分为以下几类：

3.2.1安装避雷线。避雷线可以避免杆塔、导线等遭到雷电直击，将雷电电流分流并降低塔顶电位对导线的反击概率。此外，避雷线还有耦合作用，使导线耦合，从而减小杆塔与导线的电位差，降低绝缘子过电压。

3.2.2为了防止反击导线的发生，可以通过降低杆塔的接地电阻来降低塔顶在雷击时的点位。

3.2.3增加输电线路的绝缘部分，提升抗雷击能力。

3.2.4使用采用经消弧线圈接地或中性点不接地方式运行，提高线路的耐雷能力。

3.2.5安装管式避雷器。避免线路中绝缘子上的闪络，使绝缘子的冲击放电电压高于管式避雷器的冲击放电电压，从而限制过电压。管式避雷器还有灭弧的作用，降低跳闸率。

3.3对变配电站的雷电过电压防护策略

在变配电站中，通常安装有大量的变电和配电设备，如果雷电侵入到变配电站，雷电过电压会破坏变、配电设备。雷电过电压在输电线路中会发生特性改变，通常会使输电线路的波阻抗不同于电气设备的波阻抗，改变波的行为。因此，变配电站的雷电过电压防护工作特别复杂。为了保证电气设备的安全可以安装阀式避雷器等避雷装置，避雷装置所承受的电压与电气设备电压一致，时刻保护着电气设备的安全，但在实际的变配电站中，不可能做到一个电气设备一个避雷装置，通常是多个设备共用一个避雷装置。

在变配电站，金属氧化物避雷器和阀式避雷器是最常用避雷装置，将避雷设备装到线路中靠近变压器的母线上，对变配电站的电气设备进行过电压保护。在架空输电线路上安装避雷设施可以完成进线段保护措施，降低雷电的电波陡度和电流幅值。由于阀式避雷器通流容量的限制，必须降低雷电电流幅值，从而使电气设备超过避雷装置的电压与雷电波陡度成正比关系。

4结束语

综上所述，加强对雷电过电压危害及防护策略的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的雷电过电压防护工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

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