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13．防雷及过电压保护一、考试大纲要求13.1了解电力系统过电压的种类和过电压水平；13.2熟悉交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施；13.3掌握建筑物防雷的分类及措施；13.4掌握建筑物防雷设计的计算方法和设计要求。二、本章相关规程规范1.《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T6202.《建筑物防雷设计规范》GB500572.《高压输变电设备的绝缘配合》GB311.13.《建筑物电气装置》GB/T16895.11(第4部分：安全防护第44章：过电压保护第446节：低压电气装置对高压接地系统接地故障的保护)13防雷及过电压保护13.1电力系统过电压的种类和过电压水平13.1.1系统运行中出现于设备绝缘上的电压13.1.1.1系统运行中出现于设备绝缘上的电压有:（1）正常运行时的工频电压；（2）暂时过电压（工频过电压、谐振过电压）;（3）操作过电压；（4）雷电过电压；13.1.1.2相对地暂时过电压和操作过电压的标么值如下：（1）工频过电压的1.0p.u=Um/；（2）谐振过电压和操作过电压的1.0p.u.=Um/注：Um为系统最高电压；p.u.为过电压标么值。32313.1.1.3系统最高电压的范围：（1）范围Ⅰ，3.6≤Um≤252kV；（2）范围Ⅱ，Um252kV。系统的标称电压（Un）和系统最高工作电压（Um）见13-1表13-1系统标称电压和系统最高工作电压单位：kV（有效值）Un3610203566110220330500Um3.67.2122440.572.512625236355013.1.2电气设备在运行中承受的过电压（略）13.1.3电力系统的过电压水平13.1.3.1工频过电压的允许水平110kV及以下电力系统的工频过电压一般不超过下列数值：110kV1.3p.u.35-66kVp.u.3-6kV1.1p.u.13.1.3.2操作过电压的允许水平目前，在选择配电装置及电气绝缘水平时，计算用操作过电压水平如下：相对地：110kV（直接接地系统）3.0p.u.66kV及以下（除低电阻接地系统外的非直接接地系统）4.0p.u.35kV及以下（低电阻接地系统）3.2p.u.相间：3~110kV相间操作过电压取相对地过电压的1.5倍。3313.2交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施13.2.1雷电过电压及其对保护设计的要求13.2.1.1雷电过电压（1）设计和运行中应考虑直接雷击、雷电反击和感应雷电过电压对电气装置的危害。（2）架空线路上的雷电过电压。1）距架空线路S65m处，雷云对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值可按式（13-2-1）计算Ui≈25（13-2-1）式中Ui——雷击大地时感应过电压最大值，kV；I——雷电流幅值（一般不超过100），kASIhchc——导线平均高度，m；S——雷击点与线路的距离，m。线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300~400kV，一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。2）雷击架空线路导线产生的直击雷过电压，可按式（13-2-2）确定Us≈100I（13-2-2）式中Us——雷击点过电压最大值，kV。雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络。架设避雷线可有效地减少雷直击导线的概率。3）因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。宜适当选取杆塔接地电阻，以减少雷电反击过电压的危害。（3）变电所内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、反击和架空进线上出现的雷电侵入波。13.2.1.2变电所的直击雷过电压保护（1）变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。下列设施应设直击雷保护装置：1）屋外配电装置；2）油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、易燃材料仓库等建筑物；3）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢所罐储存室、天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐。（2）为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的控制室和35kV及以下变电所的屋顶上。但有用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。（3）露天布置的GIS的外壳不需装设直击雷保护装置，但应接地。（4）变电所有爆炸危险且爆炸后可能波及变电所内主设备或严重影响供电的建筑物（如制氢站、露天氢气贮罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、露天易燃油贮罐、架空易燃油管道、装卸油台和天然气管道以及露天天然气贮罐等），应用独立避雷针保护，并应采取防止雷电感应的措施。（5）13.2.1.2（1）中所述设施上的直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等，其接地可利用变电所的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。（6）独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。（7）110kV配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房项上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。66kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。（8）在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω·m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω·m，则应根据方案比较确有经济效益，经过计算采取相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方可在变压器门型架构上装设避雷针、避雷线：1）装在变压器门型架构上的避雷针应与接地网连接，并应沿不同方向引出3~4根放射形水平接地体，在每根水平接地体上离避雷针架构3~m处装设一根垂直接地体。2）直接在3~35kV变压器的所有绕组出线上或在离变压器电气距离不大于5m条件下装设阀式避雷器。高压侧电压35kV变电所，在变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地电阻不应超过4Ω（不包括架构基础的接地电阻）。（9）110kV配电装置，可将线路避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集中接地装置。35kV、66kV配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω·m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500Ω·m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。严禁在装有避雷针、避雷线的构筑物上架设未采取保护措施的通信线、广播线和低压线。（10）独立避雷线、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离。1）独立避雷针与配电装置带电部分、变电所电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气距离，应符合式（13-2-3）的要求Sa≥0.2Ri+0.1h（13-2-3）式中Sa——空气中距离，m；Ri——避雷针的冲击接地电阻，Ω；h——避雷针校验点的高度，m。2）独立避雷针的接地装置与变电所接地网间的地中距离，应符合式（13-2-4）的要求Se≥0.3R（13-2-4）式中Se——地中距离，m。除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。对66kV及以下配电装置，包括组合导线、母线廊道等，应尽量降低感应过电压，当条件许可时，Sa应尽量增大。13.2.1.3范围Ⅰ变电所高压配电装置的雷电侵入波过电压保护（1）变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35~110kV架空送电线路，应在变电所1~2km的进线段架设避雷线。35kV线路在1~2km进线保护段范围内的杆塔耐雷水平应该符合表12-2-4的要求。进线保护段上的避雷段保护角宜不超过20O，最大不应超过30O。（2）未沿全线架设避雷线的35~110kV线路，其变电所的进线段应采用图13-2-1所示的保护接线。13.2.1.4气体绝缘全封闭组合电器（GIS）变电所的雷电侵入波过电压保护（1）66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路的连接处，应装设金属氧化物避雷器（FMO1），其接地端应与管道金属外壳连接，如图13-2-5所示。如变压器或GIS一次回路的任何电气部分至FMO1间的最大电气距离不超过下列参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，则图13-2-5中可只装设FMO1：66kV50m110kV130m连接GIS管道的架空线路进线保护段的长度应不小于2km。（2）66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆段与架空线路的连接处应装设金属气化物避雷器（FMO1），其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地[图13-2-6（a）]；对单芯电缆，应经金属氧化物电缆护层保护器（FC）接地[图13-2-6（b）]。电缆末端至变压器或GIS一次回路的任何电气部分间的最大电气距离不超过13.2.1.4（1）中的参考值或虽超过，但经校验，装一组避雷器即能符合保护要求，图13-2-6中可不装设FMO2。对连接电缆段的2km架空线路应设避雷线。（3）进线全长为电缆的GIS变电所内是否需装设金属氧化物避雷器，应视电缆另一端有无雷电过电压波侵入的可能，经校验确定。13.2.1.5小容量变电所雷电侵入波过电压的简易保护（略）13.2.1.6配电系统的雷电过电压保护（1）3~10kV配电系统中的配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点（中性点不接