1．什么叫过电压？过电压是如何分类的？

    由于雷电放电、系统中操作、故障或其它原因，在电力系统中的某些部分的电压可能异常升高，有时可能大大超过电气设备正常运行的额定电压，使设备绝缘造成损坏。电力系统中这种危及绝缘的电压升高，称为过电压。

    过电压按其能量来源的不同，可分为大气过电压和内部过电压两种。

    大气过电压是由于雷击电力系统设施、雷电感应或雷电过电压沿线路侵袭至变电所造成的，称为直击雷过电压、感应雷过电压和高电位侵入。由于其能量来源于电力系统之外，故又称为外部过电压。大气过电压的幅值取决于雷电参数和防雷措施，与电网的额定电压无直接关系。这类过电压具有脉冲性质，持续时间一般只有十几微秒左右，然而其造成的危害却甚大。

内部过电压按其电磁振荡的起因、性质和形式的不同，可分为工频过电压、操作过电压、事故过电压和谐振过电压。现将过电压的分类详列如下：

（1）大气过电压

1) 直击雷过电压

2) 感应雷过电压

3) 高电位侵入

（2）内部过电压 

1）工频过电压

2）操作过电压

3）事故过电压

4）谐振过电压

2．什么叫做操作过电压？产生操作过电压的原因有哪些？

    伴随着电力系统中断路器或隔离开关的正常操作或切换故障的操作，在系统的相与地间、相与相间以及断路器或隔离开关的两触头间所产生的过电压，称为操作过电压。

    产生操作过电压的原因，是由于电力系统的许多设备都是储能元件，在断路器或隔离开关开断的过程中，储存在电感中的磁能和储存在电容中的静电场能量（电能）发生了转换、过渡的振荡过程，由振荡而引起过电压。

    操作过电压的特点是持续的时间通常比雷电过电压长，而又比暂态过电压短。一般在数百微秒到100ms之间，并且衰减的很快。通常可以利用标准操作冲击波来模拟。

    电力系统发生操作过电压的原因很多，一般有以下几种情况：

（l）切断电感性负载而引起的操作过电压，

例如切断空载变压器、消弧线圈、电抗器和电动机等引起的过电压。

（2）切断电容性负载而引起的操作过电压

例如切断空载长线路、电缆线路或电容器组等引起的过电压。

（3）合上空载线路（包括重合闸）而引起的操作过电压

例如具有残余电压的系统在重合闸过程中，由于再次充电而引起的重合闸操作过电压。

此外，还有间歇性弧光接地、电力系统因负荷突变或系统解列、甩负荷而引起的操作过电压。在这种情况下，通常系统以操作过电压开始，接着还会出现持续时间较长的暂态过电压。

3．雷电是怎样形成的？危害有哪些？

    雷电是大气中的一种放电现象。雷雨季节中，雷云在形成过程中与空气强烈的摩擦而聚集起电荷，当带电的云块临近地面时，对大地就有静电感应作用，此时云块下的大地感应出与雷云异性的电荷，两者就组成了一个巨大的“电容器”。雷云中的电荷分布是不均匀的，雷云各处对地的电场强度也是不同的。当云中电荷密集处的电场强度达到25－30kV/cm时，就会击穿附近空气的绝缘强度，云对地就会发生先导放电。当先导放电的通路到达大地时，大地和云就产生强烈的“中和”，出现极大的电流，称为主放电。主放电的温度有20000℃，会产生耀眼的闪光，使空气急剧膨胀，发出震耳的轰鸣声（即雷声）。主放电的时间极短，约30~50μs，电流从数千安到数百千安，其波前时间仅1~4μs，陡度在7．kA／μs左右。

    雷电的危害很大。其危害方式有：

    （l）直击雷  当雷电直接通过房屋、树木、杆塔、天线等物体时，强大的雷电流将烧毁这些物体。雷电流通过这些物体和土壤时产生的电压降落就是雷电高压。它对周围的物体及人畜会造严重损伤。雷直接袭击输电导线会产生直击雷过电压，可能引起相间绝缘闪络。雷电直击避雷线或杆塔时，雷电流在其波阻抗及接地电阻止产生的电压降过高时，会击穿它与导线间的绝缘，在导线上产生反击过电压而造成损害。

    （2）感应雷  雷击的先导阶段，在附近的杆塔、避雷线和经变压器中性点接地的输电导线上会感应出异性的束缚电荷。如果输电线路附近的地面遭到雷击，束缚电荷在雷击主放电阶段突然变为自由电荷，它向两侧沿导线以光速移动而形成过电压，称为感应过电压。其幅值可能达到300－500kV，能引起110kV以下的设备绝缘闪络。此外，雷电主放电电流的磁场变化也会在输电导线上感应出过电压，这种过电压一般很小。

    高电位侵入是指雷电过电压沿着架空线路侵入变配电所或用户的高电位（雷电波）。这种高电位可由于线路上遭受直击雷或发生感应雷而产生。据统计，电力系统中由于高电位侵入而造成的雷害事故占雷害事故一半以上，比例相当大。因此，对高电位侵入的防护应该予以相当的重视。

4．什么叫雷暴日？什么叫多雷区和少雷区？

    在雷电活动的季节，只要在一天中能够听到一声雷声或看到雷闪，就称为一个雷暴日。对于某地区雷电活动的频繁程度，通常用该地区的“年平均雷暴日”来衡量。

按照有关规定，凡年平均雷暴日超过40的地区，称为“多雷区”；凡年平均雷暴日不超过15的地区，称为“少雷区”。     

5．单只避雷针的保护范围应如何确定？

避雷针的保护范围通常以其对直击雷所保护的空间来表示。 

单只闭雷针的保护范围如图所示

闭雷针的保护半径，可按下式计算

                   r=1.5h

      式中h——避雷针的总高度（m）

6．什么叫接闪器？常用的接闪器有哪些？

所谓接闪器就是专门用来直接接受雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针；接闪的金属线称为避雷线；接闪的金属带、金属网称为避雷带、避雷网；所有接闪器均应经过接地引下线与接地体相连。

（1）避雷针 利用尖端放电原理来防止雷云对建筑物、构筑物的雷电直击。

（2）避雷线 通常设置在架空线路的顶端，即架空又接地，所以又称为架空地线。

（3）避雷带和避雷网 与避雷线相似，设置于建筑物的顶上及周围。

（4）避雷器及放电间隙  为防止直击雷、感应雷沿线路侵袭至变配电所设备的高电位损害而设置的放电通路。

7．简述避雷针的基本结构。避雷针的作用有哪些？

避雷针一般由镀锌圆钢或镀锌钢管焊接而成。一般其长度在1．5m以上时，圆钢直径不得小于10mm；钢管直径不得小于20 mm，管壁厚度不得小于2．75 mm；当避雷针的长度在3m以上时，可用粗细不同的几节钢管焊接起来。

避雷针下端要经引下线与接地装置焊接相连。当引下线采用圆钢时，其直径不得小于8mm；而采用扁钢时，厚度不得小于4 mm，截面积不得小于48 mm²。

避雷针的作用是：由于雷云对避雷针产生静电感应时，就会在避雷针上出现一个附加电场，此附加电场将使雷电场发生畸变，因而将雷电的放电通道由原来向被保护物发展的走向，吸引到避雷针本身，由避雷针及与其连接的引下线和接地装置将雷电流泄放至大地，从而使被保护物免受直接雷击。所以避雷针实际上是引雷针，只不过自从富兰克林发明了避雷针，一直沿用这一名词而已。

8．阀型避雷器的作用是什么？其基本结构如何？

避雷器是用来防护雷电产生的大气过电压（即过高电位）沿线路侵入变（配）电所或其它建筑物内，以其高电位危害被保护设备的绝缘。它一般应与被保护的设备并联接，如图6－4所示。当线路上出现危及设备绝缘的过电压时，它将对地放电，从而保护了设备的绝

缘。

高压或低压阀型避雷器均由火花间隙和阀片电阻组成。火花间隙和阀片电阻均安装在密封的瓷套管内。火花间隙由铜片冲制而成，每对间隙用0．5~1mm厚的云母垫圈隔开，如图6－5。所示。

    在正常情况下，火花间隙阻止线路工频电流通过，但在大气过电压作用下，火花间隙将被击穿放电。阀片电阻是用陶料粘固起来的电工用金刚砂（碳化硅）颗粒组成的，如图所示。它具有非线性特性，电压正常时，阀片的电阻很大；当出现过电压时，阀片的电阻变的很小，如图6－5。所示。因此阀型避雷器在线路上出现过电压时，它的火花间隙被击穿，同时阀片呈现出低电阻，使雷电流顺畅地向大地泄放。但是过电压一旦消失，在线路恢复工频电压时，阀片将呈现很大的电阻，使火花间隙的绝缘迅速恢复而切断工频电流，从而保证线路恢复正常运行。

    在低压阀型避雷器中，所串联的火花间隙和阀片少，高压阀型避雷器串联的火花间隙和阀片则随着电压的升高而增多。

低压阀型避雷器的结构如图6所示。

9．阀型避雷器有哪些主要的特性参数？

阀型避雷器主要的特性参数有：

（1）额定电压系指系统正常运行时避雷器允许承受的工作电压，应不低于电网额定线电压，而正常时避雷器实际承受的电压为电网的相电压。

（2）灭弧电压系指保证熄灭电弧即切断工频续流的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压。对于3－10kV的阀型避雷器，规定其灭弧电压为电网最高工作电压的  110％。

（3）工频放电电压系指加在避雷器两端使其放电的最小工频电压。工频放电电压有上限和下限之分。其上限不能过高，否则冲击放电电压也会相应增高，这样将影响避雷器的保护性能；其下限也不能过低，否则灭弧电压也会相应地降低；

（4）冲击放电电压系指预放电时间为1．5－20μs的冲击放电不大于的峰值电压。

（5）残压是指允许的残余电压最大峰值。它实为冲击雷电流流过避雷器所造成的电压降。高压避雷器一般以波形10／20μs，幅值为5kA的冲击电流造成的残压值为标准；低压避雷器以幅值为3kA的冲击电流的残压值为标准。

10．管型避雷器的作用是什么？其基本结构如何？

管型避雷器一般应用在线路上。在变配电所内一般采用阀型避雷器。

管型避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成，如图所示。

产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成。内部间隙装在产气管的内部，一个电极为棒形，另一个电极为环形如图所示。图中的S₁就是管型避雷器的内部间隙。

外部间隙装在管型避雷器与带电的线路之间，如图67中，当线路上遭到直击雷或感应雷时，大气过电压使管型避雷器的内部间隙和外部间隙击穿，强大的雷电流通过接地装置流入大地。但是，随之而来的是电网中的工频续流，其值也很大。雷电流和工频续流在管子内部间隙上发生强烈的电弧，使管内壁的材料燃烧，产生大量的灭弧气体。由于管子容积很小，这些气体的压力很大，高压气体急速从管开口端喷出，强烈吹弧，在工频电流过零时，电弧熄灭。这时，外部间隙S₂的空气恢复了绝缘，使管型避雷器与系统隔离，恢复系统的正常运行。

    为了保证管型避雷器可靠地工作，在选择管型避雷器时，开断续流的上限应不小于安装处短路电流最大有效值（不考虑非周期分量）；开断电流的下限，应不大于安装处短路电流的可能最小值（不考虑非周期分量）。

    管型避雷器外部间隙的最小值为：3kV，8mm；6kV；10 mm；10kV，15mm。

11．什么是磁吹阀式避雷器？其特点有哪些？

    磁吹阀式避雷器主要是由磁吹型火花间隙和高温阀片组成。

磁吹间隙又分为拉长电弧型和旋转电弧型两种。其基本原理都是利用永久磁铁的磁场与工频续流相互作用，使电弧拉长或旋转，以达到将电弧分割和冷却并产生强烈的去游离作用而灭弧的。

    磁吹阀式避雷器的放电电压低、残压低、而且涌流容量大，可以很好地实现绝缘配合。它可以用于某些储能较大设备的内部过电压防护，同时可以降低对被保护设备的绝缘要求。磁吹阀式避雷器常用于旋转电机的过电压保护。

12．保护间隙的作用是什么？其基本结构如何？

    保护间隙是最为简单经济的防雷设备。其结构极为简单，造价很低，维护方便。但保护性能差，灭弧能力小，容易造成接地或短路故障，引起线路开关跳闸或熔断器熔断，造成停电。所以对于装有保护间隙的线路，一般要求装设自动重合闸装置（ZCH）或自重合熔断器与其配合，以提高供电的可靠性。

    图所示为常见的两种角型间隙的结构图，一般称为羊角避雷器。架空线角型间隙的一个电极接线路，另一个电极接地。但为了防止间隙被外物短接而发生接地，所以通常在其接地引下线中还串联一个辅助间隙，如图69所示。这样联结后，即使主间隙被外物所短接，也不会造成接地短路事故。

    保护变压器的角型间隙一般均应装在高压熔断器的内侧，即靠近变压器的一边。这样，在间隙放电后，熔断器能迅速熔断，以减少变配电所线路开关跳闸的次数，并可缩短停电的范围。

    保护间隙应加强日常维护和检查，特别应注意其间隙有无烧毁的现象，间隙的距离有无变动，接地是否良好等。

13．架空线路有哪些防雷措施？

    在架空线路上通常可以考虑以下防雷措施：

   （1）架设避雷 线这种方法是在输电线路的上层装设架空地线。一般在35kV以上线路中方考虑采用这种方法，而在10kV及以下的线路上只在变（配）电所的进出一段线路上装设。实践证明，这是一种很有效的防雷措施。

   （2）提高线路自身的绝缘水平 在架空线路上采用木横担、瓷横担，或采用高一等级绝缘的绝缘子，以提高线路的防雷水平。

（3）利用三角形排列导线的顶线做保护线 因为10kV的线路通常是不接地的，因此如在三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙，如图610所示，则在雷击时，由顶线承受雷击，间隙击穿，对地泄放雷电流，从而也就保护了下层的导线。一般也不会引起线路跳闸。  

（4）装设自动重合闸装置或自重合熔断器

线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。线路开关跳闸后电弧随之熄灭。如果采用一次自动重合闸装置，使开关经0．5s或更长一点时间自动合闸，电弧一般不会重燃，从而能恢复供电。也可以在线路上装设自重合熔断器，如图611所示。当雷击线路使正常

用熔断器1熔断而自动切断时（其结构、原理与跌开式熔断器相同），重合曲柄借助这一跌落的重力而转动，使重合触点3闭合，备用熔断器2投入运行，恢复线路供电。供电中断时间约0．5s左右。对一般用户影响不大。

   （5）装设避雷器和保护间隙这是用来保护线路上个别的绝缘薄弱环节，包括特别高的金属杆塔，木杆线路中的金属杆塔，或个别铁横担电杆以及线路的交叉处等。

14．变（配）电所有哪些防雷措施？

    变（配）电所的防雷措施通常应考虑以下几方面：

（l）装设避雷针

避雷针可做为对整个建筑物或构筑物的直击雷防护。

避雷针可单独立杆，也可利用户外配电装置的构架或投光灯的灯塔。但变压器的门型构架不能用来装设避雷针，以免雷击产生的过电压对变压器进行尖端放电。

（2）高压侧装设阀型避雷器和保护间隙

这主要是用来保护主变压器，以免高电位沿高压线路侵入变电所这一最重要的设备。为此，要求避雷器和保护间隙应尽量靠近变压器安装，其接地线应与变压器的低压倒中性点以及变压器的金属外壳三位一体共同接地，如图6－12所示。

    10kV配电装置对高电位侵入的防护接线如图6－13所示。通常在每路进线终端和母线上，均装有阀型避雷器。如果进线是具有一段电缆的架空线路，则阀型避雷器或管型避雷器应装设在架空线路终端头处。

（3）低压侧装设阀型避雷器和保护间隙

这种方法主要是在多雷区用来防止雷电波由低压侧侵入而击穿变压器的绝缘。当变压器低压倒中性点为不接地的运行方式时，中性点也应加装避雷器和保护间隙。

15．建筑物按装防雷等级是如何进行分级的？

    建筑物按照其对防雷的要求，通常分为三类。

   （1）第一类建筑物

凡建筑物中制造、使用或储存大量爆炸物以及在正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花而有可能发生爆炸、引起巨大破坏和人身伤亡者。

  （2）第二类建筑物

凡建筑物中在正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花而可能发生爆炸，但不致引起巨大破坏和人身伤亡者。储存易燃易爆气体和液体的大型密罐也属于这一类。

（3）第三类建筑物

凡不属于一、二类建筑物而需要做防雷保护者。机械加工车间、民用建筑、烟囱、水塔及保存有少量金属包装的易燃易爆物品的房屋等，均属于这一类。

 

填   空   题

1 ．雷电沿着（架空线路）侵入变电所时，可能导致设备损坏，造成停电事故。

2．夏季炎热的日子在天空中集聚大量电荷的雷云，使大地感应出与雷云（异号）的电荷，其间电位达到一定程度而电荷密集中心的电场强度达到了空气（游离）强度时，产生先导放电，放电的一支发展到地面，致使与大地的空气隙击穿，在此瞬间大量的电荷沿此通道对大地放电，形成强大的雷电流，同时伴随出现雷鸣和闪光，就是所谓的主放电。

3．在主放电时，雷电流可达数十万安，这种现象称为（直击雷）。

4．如果雷电直接向电气设备或建筑物放电，在极短的时间内有很大的电流通过被击物并流入地中，由于被击物和它接触的土壤有一定的电阻会产生很（高）的电压降，其值可达几百万伏，称这种过电压为（直击雷过压）。

5．雷云接近的架空线路或其它电器设备，将会由于大量密集的雷电荷产生静电感应而带异性的电荷，受雷云束缚，当雷云与大地形成放电，雷云消失，这些束缚电荷失去束缚力成为（自由）电荷，这种集聚电荷对地电压比远处线路的对地电压高很多，因此这些集聚电荷就向线路两端以很高的速度流动，形成电压很高的流动波，这种雷电波是因为受雷电感应出来的，所以称（感应雷）。雷电波的电压幅值一般为20~30万伏，最高可以达到40~50万伏，这种过电压称为（感应雷过电压）。

6．为防止雷电对发电厂建筑物及电气设备的破坏，在防雷措施中，广泛采用（避雷针、避雷线和避雷器）等防雷设备。

7．避雷针是用来保护（建筑物和电气设备）免遭直击雷的破坏。

8．避雷针较周围建筑物（高），它距雷云较（近）且尖端易于放电的特性，故雷击时，就是雷云向避雷针放电，于是雷电流经过避雷针接地引下线入（大地）。

9．避雷器的作用是将侵入雷电波的（幅值和陡度）限制到对电气设备没有危害的程度。

10．电抗器是用来限制高压网路中数值很大的（短路电流）。

11．电抗器是一个（没有铁芯，电感量很大，而且电阻很小）的电感线圈。

12．电抗器的三相绕组垂直排列时，必须注意在三相输入电流方向相同及绕向一致时，放置顺序为（B、C、A）。

 

判   断   正   误

1．雷电对发电厂、变电所的破坏是非常严重的，除了可能击坏建筑物外，电器设备也会因雷击而破坏。                                                  ( +)

2．雷电对发电厂、变电所的破坏并不是非常严重的，它仅对建筑物有威胁，对电器设备不会造成破坏。                                                  (  )

3．直击雷过压对电气设备的绝缘是非常危险的，将造成设备损坏和停电事故。( +)

４.直击雷过压对电气设备的绝缘并没有多大的危险，它不可能造成设备损坏和停电事故。                                                              (  )

5．火花间隙由黄铜电极和云母垫组成，在正常工作电压时，具有足够的绝缘强度不致被击穿，使母线电压维持正常工作状态。                              ( +)

6．火花间隙由黄铜电极和云母垫组成，在过电压时，具有足够的绝缘强度不致被击穿，可使母线电压维持正常工作状态。                                    (  )

7．阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有非线性特性，在高压大电流时，其电阻值很小，在正常工作电压及小电流时，电阻值很大。

( +)

8．阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有非线性特性，在高压大电流时，其电阻值很大，在正常工作电压及小电流时，电阻值很小。

(  )

9．电抗器是一个没有铁芯，电感量很大，而且电阻很小的电感线圈。         ( +)

10．电抗器是一个有铁芯，电感量很大，而且电阻很小的电感线圈。          (  )

 

选   择   题

1．避雷针必须有牢固的接地引下线与单独的接地网良好的连接，接地电阻应按过电压保护规程规定，一般

A、不得大于1Ω

B、不得大于10Ω       *

C、不得大于100Ω

D、不得大于1000Ω

2．在主放电时，雷击电流相当大，这种现象称为直击雷，其电流可达

A、数千安

B、数万安

C、数十万安          *

D、、数百万安

3．为防止架空线遭受直击雷时雷电波危及发电厂、变电站的电气设备，在未装有全线避雷线保护时，必须在出厂架空线上架设

A、100~200m的避雷线，又叫架空地线

B、1~2km的避雷线，又叫架空地线       *

C、10~20km的避雷线，又叫架空地线

D、100~200km的避雷线，又叫架空地线

4．FZ系列避雷器是由火花间隙组和阀片串联装置在瓷套内制成，关于阀片，下列叙述正确的是

A、阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有线性特性，在高压大电流时，其电阻值很大，在正常工作电压及小电流时，电阻值很小

B、阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有非线性特性，在高压大电流时，其电阻值很大，在正常工作电压及小电流时，电阻值很大

C、阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有线性特性，无论在高压大电流时，或在正常工作电压及小电流时，电阻值都很小

D、阀片又叫阀性电阻，它用炭化硅、水玻璃和石墨胶合煅烧制成，此电阻具有非线性特性，在高压大电流时，其电阻值很小，在正常工作电压及小电流时，电阻值很大        *