u u1
SiC避雷器限制的过电压
t
图 3-8 氧化锌避雷器的保护效果
ZnO避雷器限制的过电压 侵入的雷电过电压
u2 3.4.3 直击雷防护
装设避雷针是直击雷防护的主要措施, 避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上, 并安全导人地中, 从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。变电站装设避雷针时, 应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。此外, 装设避雷针时对于35KV变电站必须装有独立的避雷针, 并满足不发生反击的要求；对于110KV及以上的变电站, 由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高, 可以将避雷针直接装设在配电装置的架构上, 因此, 雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。 （1） 年预计累计次数计算
假设35KV变电站，占地面积长50m，宽40m,变电站的最高点高度为20m,当地年平均雷电日为40，故有：
据
N?kNgAe?0.024kTdAe1.3
?6Ae?[LW?2(L?W)H(200?H)??H(200?H)]*10
?6
?[50?40?2(50?40)20(200?20)?3.14?20(200?20)]?10
=0.024104 k=1；Td=40；
Td1.3=401.3=120.97
故 N=0.024×1×120.97×0.0241=0.0700次/a
1?14.286由于0.0700（2） 反击
年/次，即该变电站可能平均运行14年就要遭受一次雷击。
所谓反击是指雷击避雷针（线）瞬间，强大的雷电流通过避雷针顶端的接闪器及引下线和接地体向大地泄放时产生的高电位。如果避雷针（线）与附近的金属物体的空间距离，或者其接地装置与其
i 他接地装置之间的地中距离不符合要求，将会发生放电现象，成为反击或为逆闪络。 Sk A h
图3-9 雷击独立避雷针时的高电位分析
如图3-9所示，高度为h的A点电位记为Uk，避雷针辅助接地装置上的电位记为Ud，则有：
Uk?iRch?Ldidt
1 L 2 G Sd
Ud?iRch
式中，i为雷电流，kA，幅值取150kA，斜角波长2.6μs；Rch为独立避雷针辅助接地装置的冲击接地电阻，Ω；L为A点到地面，接地引下线h长度上的电感,μH,可取L0=1.6μH/m，L=L0h。
为防止发生反击，避雷针距金属物体空间间隙Sk应满足：
Sk?UkEk
避雷针辅助接地装置与其他接地装置的地中间隙Sd应满足：
Sd?UdEd
Ek
和
Ed分别为空气间隙和土壤的击穿场强，单位kV/m，可取Ek=500kV/m，
Ed=300kV/m。 《标准》规定：
Sk?0.3Rch?0.1hSd?0.3Rch
一般情况下，要求
。对于35KV及以下电压级的配电装置和土壤电阻率
Sk?5m；
Sd?3m大于500Ω·m的地区，不宜采用构架式避雷针。
装设避雷针的构架应埋设辅助集中接地装置。辅助接地装置与变电站的主接地网相连接时，
其连接点距离变压器与主接地网的连接点不得小于15m，目的是保证雷击避雷针时，在接地装置上产生的高电压波经过这段距离的衰减，传播到变压器连接点不会对变压器造成反击。 特别指出，变压器的进线门型构不允许装设避雷针，因为变压器是变电站的重要电气设备，其绝缘较弱，万一发生反击，必将造成严重后果。 (3)35kv变电站直击雷防护避雷针设计
变电站所处地区土壤电阻率2×10Ω·m，虽然不大于500Ω·m，但由于是35KV电压级的配电装置，故不宜采用构架式避雷针。
①采用两根等高避雷针进行防护设计
由于此35KV变电站，占地面积长50m，宽40m,变电站的最高点高度为20m,在变电站宽两侧对称位置上距5m处设立两等高避雷针。如图3-10所示。
50m 60m 避雷针1 10.5KV母线架 20m 门型框架 避雷针2
20m 35KV母线架 2
变配电装置 图3-10 两等高避雷针位置图
据题有：两针间距D=5+50+5=60m。设避雷针高度为h，又变电站的最高点为20m，故hx=20m。 在避雷针1或2的一侧按单避雷针来计算 显然有 hx rx?(1.5h?2hx)p 且要 rx?20m ，故h?42m。 在避雷针1号2号之间，D12=60m, 两等高避雷针针在hx=20m高度处的最小保护宽度有bx?(25?5)?2022，故有 bx?36m； D7p 所以h?56 m。 又 bx?1.5(h0?hx)h0?h?且 综上所述，只用两根等高避雷针实现对变电站的直击雷防护，需要求避雷针高度不小于56m。 由于不宜采用构架式避雷针，只能用两根60m的避雷针按图3-4-1设计联合保护。其中支架高58m， 接闪器选2m长，直径为12～16mm的圆钢，引下线选截面12mm×4mm扁钢。接闪器和引下线要做防腐处理。 ②采用四根等高避雷针进行防护设计 变电站的最高建筑物是门型框架，高度为20m，35KV与10.5KV母线架高度都为15m,变电装置屋高为8m。采用四根等高避雷针对变电站进行防护，避雷针1号与2号，3号与4号处于水平位置上，如图3-11所示。 图3-11 四等高避雷针的位置图 门型框架两侧，1号和2号针之间，假设选高度为40m的避雷针，即40m,20m。 显然 hx=h/2 故1号2号单根保护半径rx为： 50m 60m 避雷针1 10.5KV母线架 避雷针3 35KV母线架 2m 避雷针4 变配电装置 门型框架 2m 避雷针2 rx?(h?hx)p = （40-20）×0.79 =15.8m 两等高避雷针针联合保护范围 D12=60m h0=40-60/(7×0.79)=29.2m bx=1.5×(29.2-20)=13.8m 35KV侧，3号和4号之间，选用40m高的避雷针即h=40m,hx=15m。 显然 hx rx?(1.5h?2hx)p =（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m 两等高避雷针针联合保护范围 D34=60m h0=40-60/(7×0.79)=29.2m bx=1.5×(29.2-15)=21.3m 35KV与10.5KV同一侧，2号与4号避雷针之间，选用40m 高的避雷针即h=40m , hx= 15m。 显然 hx rx?(1.5h?2hx)p =（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m 两等高避雷针针联合保护范围 D24=36m h0=40-36/(7×0.79)=33.5m bx=1.5×(33.5-15)=27.8m 35KV与10.5KV对角线一侧，2 号和3 号针之间, 选用40m 高的避雷针即h=40m，hx= 15m。 显然 hx rx?(1.5h?2hx)p =（1.5×40-2×15）×0.79 =23.7m 两等高避雷针针联合保护范围 D24=62m h0=40-62/(7×0.79)=28.8m bx=1.5×(28.8-15)=20.7m 由以上计算结果可见, 这四根针可以将整个变电站站都保护到位。所以可选四根40m的避雷针按图3-4-2设计联合保护。其中支架高38.5m，接闪器选1.5m长，直径为12～16mm的圆钢，引下线选截面12mm×4mm扁钢。接闪器和引下线要做防腐处理。 3.4.4变电站雷电侵入波防护 （1）变电站对雷电侵入波防护概述 雷击输电线路的次数远多于雷击变电站，所以沿线路侵入变电站的雷电侵入波较常见。再加上输电线路的绝缘水平（即绝缘子串50%冲击放电电压U50%）比变压器及其他电气设备的冲击绝缘水平高得多，因此，变电站对雷电侵入波的防护显得很重要。 在变电站内装设避雷器是变电站对侵人波防护的主要措施。现阶段, 大部分变电站都采取使用氧化锌避雷器代替原来的阀型避雷器。主要由于氧化锌避雷 器除具有较理想的非线性伏安特性外, 还有无