第八章 雷电过电压及防护
8-1试述雷电放电的基本过程及各阶段的特点。
8-2试述雷电流幅值的定义，分别计算下列雷电流幅值出现的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。
8-3雷电过电压是如何形成的？
8-4某变电所配电构架高11m，宽10.5m，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架至少5m。试计算避雷针最低高度。
8-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为25m，布置在边长为42m的正方形的四个顶点上，试绘出高度为11m的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度。
8-6什么是避雷线的保护角？保护角对线路绕击有何影响？ 8-7试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点。
8-8试比较普通阀式避雷器与金属氧化物避雷器的性能，说说金属氧化物避雷器有哪些优点？
8-9试述金属氧化物避雷器的特性和各项参数的意义。
8-10限制雷电过电压破坏作用的基本措施是什么？这些防雷设备各起什么保护作用？ 8-11平原地区110kV单避雷线线路水泥杆塔如图所示，绝缘子串由6×X－7组成，长为1.2m，其正极性U50%为700kV，杆塔冲击接地电阻Ri为7Ω，导线和避雷线的直径分别为21.5mm和7.8mm，15℃时避雷线弧垂2.8m，下导线弧垂5.3m，其它数据标注在图中，单位为m，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。
习题8-11图
8-12某平原地区550kV输电线路档距为400m，导线水平布置，导线悬挂高度为28.15m，相间距离为12.5m，15℃时弧垂12.5m。导线四分裂，半径为11.75mm，分裂距离0.45m(等
值半径为19.8cm)。两根避雷线半径5.3mm，相距21.4m，其悬挂高度为37m，15℃时弧垂9.5m。杆塔电杆15.6μH，冲击接地电阻为10Ω。线路采用28片XP-16绝缘子，串长4.48m，其正极性U50%为2.35MV，负极性U50%为2.74MV，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。
8-13为什么110kV及以上线路一般采用全线架设避雷线的保护措施，而35kV及以下线路不采用？
8-14输电线路防雷有哪些基本措施。 8-15变电所进线段保护的作用和要求是什么？
8-16试述变电所进线段保护的标准接线中各元件的作用。
8-17某110kV变电所内装有FZ-110J型阀式避雷器，其安装点到变压器的电气距离为50m，运行中经常有两路出线，其导线的平均对地高度为10m，试确定应有的进线保护段长度。
8-18试述旋转电机绝缘的特点及直配电机的防雷保护措施。 8-19说明直配电机防雷保护中电缆段的作用。 8-20试述气体绝缘变电所防雷保护的特点和措施。 8-21什么是接地？接地有哪些类型？各有何用途？ 8-22什么是接地电阻，接触电压和跨步电压？
8-23试计算如图8-44所示接地装置的冲击接地电阻。已知垂直接地极是由6根直径为1.8cm、长3m的圆管组成，土壤电阻率为200Ω·m，雷电流为40A时冲击系数?为0.5，冲击利用系数? i为0.7。
8-24某220kV变电所，采用?型布置，变电所面积为194.5m×201.5m，土壤电阻率为300Ω·m，试估算其接地网的工频接地电阻。
8-1试述雷电放电的基本过程及各阶段的特点。
答：雷电放电的基本过程包括先导放电、主放电和余辉放电三个阶段。
（1）先导放电阶段——开始产生的先导放电是跳跃式向前发展。先导放电常常表现为分枝状，这些分枝状的先导放电通常只有一条放电分支达到大地。整个先导放电时间约0.005~0.01s，相应于先导放电阶段的雷电流很小。
（2）主放电阶段——主放电过程是逆着负先导的通道由下向上发展的。在主放电中，雷云与大地之间所聚集的大量电荷，通过先导放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中和，放出巨大的光和热。在主放电阶段，雷击点有巨大的电流流过，主放电的时间极短。
（3）余辉放电阶段——当主放电阶段结束后，雷云中的剩余电荷将继续沿主放电通道下移，使通道连续维持着一定余辉。余辉放电电流仅数百安，但持续的时间可达0.03~0.05s。
8-2试述雷电流幅值的定义，分别计算下列雷电流幅值出现的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。
答：根据式（8-4），P?10?I88。其中，P为雷电流幅值超过I的概率，I为雷电流幅值。
则雷电流幅值为30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA时，对应的概率分别为45.61%、27.03%、10.00%、7.31%、1.97%、0.53%。
8-3雷电过电压是如何形成的？
答：雷电过电压的形成包括以下几种情况。 （1）直击雷过电压
a.雷直击于地面上接地良好的物体（图8-3）时，流过雷击点A的电流即为雷电流i。采用电流源彼德逊等值电路，则雷电流
i?Z02i0?2i0Z0?Z
沿雷道波阻抗Z0下来的雷电入射波的幅值I0=I/2，A点的电压幅值UA?IRi。 b.雷直击于输电线路的导线（图8-4）时，电流波向线路的两侧流动，如果电流电压均以幅值表示，则
iZ?2U0IZ0?ZZZ0?Z0?22
导线被击点A的过电压幅值为
UA?iZ（2）感应雷过电压
ZZ0Z??I22Z0?Z
雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压（图8-5）。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图8-5（a）所示，这些电荷对导线产生静电感应，在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导放电的速度很慢，所以导线上电荷的运动也很慢，由此引起的导线中的电流很小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，导线电位将与远离雷云处的导线电位相同。当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到解放，以波的形式向导线两侧运动，如图8-5（b）所示。电荷流动形成的电流i乘以导线的波阻抗Z即为两侧流动的静电感应过电压波U?iZ。
8-4某变电所配电构架高11m，宽10.5m，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架至少5m。试计算避雷针最低高度。
解：由题意可知，rx=10.5+ 5=15.5m，hx?11m 分别令p=1，p=5.5/h，列出以下式子
??rx?(h?hx) ?r?(1.5h?2h)5.5/h?x?x 代入数值解得
?h1?26.5m ?h?48.8m?2所以避雷针的最低高度为26.5米。
8-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为25m，布置在边长为42m的正方形的四个顶点上，试绘出高度为11m的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度。
解：略
8-6什么是避雷线的保护角？保护角对线路绕击有何影响？
答：避雷线的保护角指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角，用来表示
避雷线对导线的保护程度。保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。
8-7试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点。 答：
避雷器类型 保护间隙 比较异同 a) 当雷电波侵入时，间隙先击穿，雷电流经间隙泄入大地，从而保护了电气设备； b) 过电压消失后，保护间隙中仍有工频续流流过，且相同点 切断电流有限； c) 伏秒特性曲线较陡，放电分散性大，与被保护设备的绝缘配合不理想，并且动作后会形成截波，对变压器纵绝缘不利。 结构 熄弧能力 简单 低 当间隙不能自行熄弧时，排气式避雷器动作多次 辅助设备 不同点 将引起断路器跳闸。为减少线后，管壁将变薄，故应装设路停电事故，应加装自动重合简单可靠的动作指示器。 闸装置。 除有效接地系统和低电阻接地系统外的低压配电系线路保护和发、变电所应用范围 统； 的进线段保护 排气式避雷器的灭弧能力不能符合要求的场合
8-8试比较普通阀式避雷器与金属氧化锌避雷器的性能，说说金属氧化锌避雷器有哪些优点？
答：由于氧化锌阀片优异的非线性伏安特性，使金属氧化锌避雷器（MOA）与普通阀式避雷器相比具有以下优点：（1） 保护性能好；（2）无续流；（3）通流容量大；（4）运行
复杂 高 排气式避雷器
高电压技术第8章习题答案
