雷擊發生的原因:雷電雲為雙極性，其正電荷在頂，而負電荷則在底部，通常相隔有數公里，
當電場強度超過極限值時，就會產生放電現象，亦即為產生雷擊 (Lightning)。然而，雷擊的平均 時間約為30μs，但雷擊之電流值可能在瞬時達到約數百至數千 kA 之間，且大部分之平均值約為 20KA 左右。況且大電流在極短的時間內通過,會產生數百至數千 kV 的電壓，往往會造成設備損壞。
雷擊電力系統雷擊突波的進入主要分為三種情形，為逆閃絡雷擊、直接雷擊和感應雷擊等三種 途徑：
（1） 逆閃絡雷擊
為雷電擊中架空地線或鐵塔造成跨於礙子練兩端的電壓超過其耐壓能力，雷突 波電壓便會 從地線閃絡到相線進入系統。
（2） 直接雷擊
為雷擊電流擊中相線，雷突波電壓由被擊中的相線進入電力系統。
（3） 感應雷擊
則是雷電流擊中鄰近地區，輸電線上產生感應電壓進入系統，此型電壓因幅度較低，僅在低 壓配電系統有所影響。
避雷器（Surge Arrester）是一種過電壓保護設備，與被保護電路以並聯方式，將突波導入大地，
限制電壓。它主要的是自動閥的作用，自動地將雷擊及開關突波等異常電壓放電，限制電壓，避免 設備的絕緣破壞，並於放電後，又自動地阻止電力系統電流通過。上述動作必須在極短時間內完成，
以免擾亂電力系統。在依不同需求之應用下可將避雷器區分下列數種等級，變電所級(Station)，中 間級(Intermediate),配電級(Distribution)；又依其結構分為棒狀間隙、SiC 有間隙、Zno 無間隙等。
6-1 雷擊波源模擬
暫態突波之能量可以雙指數衰減函數模擬表示，
( )
t k(
e t e t)
f = −α1 − −α2
雷擊發生的時間相當短暫，其注入電流對時間的衰減變化可依此表示為：
i
( )
t =ipeak *k(
e−α1t −e−α2t)
所使用的函數參數值如表6-1 所示：
表6-1 在不同情形下之參數表
( )
us TT1/ 2
( )
us1
1
α
( )
us2
1
α kto produce fmax =1.0
1.2/50（雷擊突波） 68.2 0.405 1.037
250/2500（開關突波） 2877 104 1.175
此模擬以 15KA 雷擊突波之電流為例，利用 Simulink 之 Fcn 元件設定其內部方程式如下：
( )
) 1e6/0.405)
* exp(-u(1)
-1e6/68.2)
* (exp(-u(1)
* 1.037
* 15e3
) e
(e
* 1.037
* 3 15
6
6 10
0.405 - 1 68.2 10
- 1
⇒
−
= e × t × t
t i
Simulink Fcn 元件之內部設定
下圖為雷擊突波產生電路之示意圖，此系統是由 Clock、Fcn 及 Controlled Current Source 與高 電阻四種元件建構而成的。其主要目的是產生雷擊突波電流15KA 之波形。
★ 模擬電路
★ 模擬步驟
模擬設定：Stope time = 0.1，Solver = ode23tb，Max step size = 0.1e-5，Relative tolerance = 1e-5。進行模擬並繪出電源電流波形。
圖 6-1 雷擊突波電流波形
6-2 傳輸線路上之雷擊突波模擬分析
★ 模擬電路
★ 模擬步驟
1、額定為 735kV 的 200 公里傳輸線路系統，以兩個π型傳輸線模型串聯表示，線路中點可以量 測觀察暫態電壓，而每個π型內含 2 段，全線路共為 4 段，負載端為開路（以 1e9Ω表示），
雷擊突波電流由送電端注入，進行模擬後繪出其送電端電壓與電流之波形、線路中點端電壓 與負載電壓之波形，並分析之。
2、同原電路，將二個 2 段π型傳輸線之段數皆改為 10 段，即傳輸線為 20 段π型等效，再進行 模擬分析。
3、同原電路，將其電路改為分埠參數模型，再進行模擬分析。
（a）送電端電壓與電流之波形 （b）線路中點與負載電壓之波形 圖 6-2 4 段π型傳輸線之模擬結果
圖 6-3 20 段π型等效傳輸線線路中點與負載電壓之波形
6-3 避雷器突波保護模擬分析
★ 模擬電路
★ 模擬步驟
1、將 6-2 電路之負載端，額外加入一個避雷器設備，並將避雷器保護電壓改為系統額定電壓之 1.2 倍（7.2e5V），針對 4 段π型傳輸線、20 段π型傳輸線及分佈參數傳輸線三種情況進行 模擬，繪出其送電端電壓與線路中點端電壓之波形、避雷器端電壓與電流之波形並分析。
2、同原電路，將避雷器保護電壓改為系統額定電壓之 1.5 倍（約 9e5V）再進行模擬，並觀察 比較其影響。
（a）送電端與線路中點端電壓之波形 （b）避雷器端電壓與電流之波形 圖 6-4 4 段π型傳輸線之模擬結果
（a）送電端與線路中點端電壓之波形 （b） 避雷器端電壓與電流之波形 圖 6-5 20 段π型傳輸線之模擬結果
（a）送電端與線路中點端電壓之波形 （b）避雷器端電壓與電流之波形 圖 6-6 避雷器保護電壓為 900KV 下之模擬結果
6-4 雷擊突波於輸電系統上之暫態現象 ★ 模擬電路
★ 模擬步驟
1、當系統正常運作（60Hz 電源已加入），突然在時間 0.02 秒時，雷擊閃絡於線路中點、離送 點端 1/4 點及離送電端 3/4 點處之三種情形，且負載端呈現開路（以 1e9Ω表示）狀態下，
分別在 4 段π型、20 段π型及分佈參數模型進行模擬，繪出在不同情形下之端點電壓與負載 電壓波形，觀察其波形並分析。
2、將三種傳輸線路上之雷擊現象，分別在負載端額外各加入一個避雷器設備且將避雷器保護電 壓設為系統額定電壓之1.2 倍（720KV），繪出在各端點電壓之波形、避雷器端電壓與電流之 波形進行模擬與分析。
3、以雷擊電壓於線路中點為例，將負載電阻（1e9Ω）改為特性阻抗 Zc（254.4Ω），觀察並探 討其響應。
4、同步驟3，額外裝置突波抑制元件（額定電壓之 1.2 倍）之現象，觀察並探討其響應。
（a）4 段π型傳輸線 （b）20 段π型傳輸線 圖 6-7 雷擊突波注入於線路中點之中點電壓與負載電壓波形
2、雷擊突波於離送電端 1/4 處及 3/4 處
（a）離送電端 1/4 處 （b）離送電端 3/4
圖 6-8 雷擊突波注入於不同情形下之中點端與負載電壓波形（4 段π型模型）
（a）離送電端 1/4 處 （b）線路中點處
（c）離送電端 3/4 處
（a）4 段π型傳輸線 （b）20 段π型傳輸線 圖 6-11 在特性阻抗負載裝置避雷器下之避雷器電壓與電流波形