防雷设计

5.8.1 雷电的危害

雷电的形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它放电的过程中产生极大的破坏力，雷电的危害主要是以下几个方面：

(1) 雷电的热效应

雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。

(2) 雷电的机械效应

雷电强大的电动力可以击毁杆塔，破坏建筑物，人畜已不能幸免。

(3) 雷电的闪络放电

雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，导致供电线路停电。

5.8.2 雷电过电压

雷电过电压又称为大气过电压，它是由于屋内的设备或建筑遭受直接雷击或雷电感应而产生的过电压。由于引起这种过电压的能量来源于外界，故又称为外部过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达108V，其电流幅值可高达几十万安，因此对电力系统危害极大，必须采取有效措施加以防护[10]。

雷电过电压的基本形式有以下三种：

(1) 雷击过电压(直击雷)：雷电直接击中电气设备，线路或建筑物，强大的雷电流作用，通过该物体泄入大地，在该物体上产生较高的电位降，称为直击雷过电压。雷电流通过被击物体时，将产生具有破坏作用的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和对附近物体的闪络放电。

(2) 感应过电压(感应雷)：当雷云在架空线路上方时，由于雷云先导作用，使架空线路上感应出与先导通道符号相反的电荷。雷云放电时，先导通道中的电荷迅速中和，架空线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生很高的过电压(高压线路可达几十万伏，低压线路可达几万伏)。

(3) 雷电波入侵：由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波，沿架空线路或金属管道侵入变配电所或用户而造成危害。据统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷电事故，在整个事故中占50%以上。因此，对其防护问题应予以足够的重视。

5.8.3 避雷器

电力系统中的电气设备在运行中除承受正常的工作电压以外，有时还遭受操作过电压和雷电过电压。过电压的数值远超过工作电压，使设备的绝缘寿命缩短，甚至直接遭到破坏。避雷器是专门用来防止雷电过电压的保护电器，与被保护的电器设备并列连接。

它们大量应用在牵引变电所、接触网和电力机车中。

牵引变电所中电气设备的绝缘水平由大气过电压决定，因为对于最高电压等级目前为110kV的牵引供电系统，其可能遭受的最大操作过电压常小于雷电过电压的作用值。为防雷害，在变电所的进线、出线侧都并联装设避雷器以“削减”、“”侵入所内的雷电波至较低于各避雷器的残压水平，并将雷电流泄入大地，从而保护了其保护范围内的设备；而这些设备也仅需具有能耐较残压值略高的绝缘水平即可不至于损坏。

(1) 避雷器种类

① 放电间隙及管型避雷器；

② 阀型避雷器，包括：间隙不带并联电阻的，如FS型；间隙带并联电阻的，如FZ型；间隙带磁吹的，如FCZ、FCD型；

③ 无间隙氧化锌避雷器。

(2) 结构分析

阀型避雷器由火花间隙和阀型电阻盘两部分组成。阀型避雷器的阀型电阻盘是一个非线性电阻，在工频电压下其电阻值非常大，在冲击高压下其阻值非常低。在正常情况下，火花间隙具有很高的绝缘强度，工频交流电压不能将其击穿，阀型电阻盘上无电流通过；当雷电袭来时，火花间隙被迅速击穿，在冲击电压作用下，阀型电阻盘具有很低的电阻值，雷电流通过阀型电阻盘流入大地。当雷电流通过后，由于工频电流很小，阀型电阻盘又恢复了高阻抗的性质。伏秒特性和伏安特性是阀型避雷器的两个基本特性。磁吹阀型避雷器是采用磁场驱动电流来提高灭弧性能的。

氧化锌避雷器的基本结构是阀片。阀片以氧化锌为主要成份，并添加少量的BiO3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金属氧化物添加剂。这种阀片具有优良的非线性和较大的通流容量。氧化锌阀片在运行电压下呈绝缘状态，通过的电流很小，随着阀片承受电压升高，电流也随之增强。

5.8.4 避雷器的选择

(1) 110kV侧避雷器的选择

选择Y10W—100/295型无间隙氧化锌避雷器作为电气设备过电压保护。其主要技术数据为：额定电压有效值100kV，系统额定电压有效值110kV，8/20微妙雷电冲击波残压峰值不大于295kV。

(2) 27.5kV侧避雷器的选择

选择Y5C4—42/117Z型铁道专用串联间隙氧化锌避雷器。其主要技术数据为：系统标称电压27.5kV，额定电压42kV，工频放电电压有效值不小于80kV，标称电流下残压峰值不大于

117kV。