第十章輸電線路的防雷保護(hù)高電壓工程基礎(chǔ)

主講教師：田翠華2架空輸電線路分布面廣，地處曠野，縱橫交錯(cuò)，綿延數(shù)百公里，所以遭受雷擊的機(jī)會(huì)很多。衡量輸電線路防雷性能的重要指標(biāo)是耐雷水平和雷擊跳閘率。（1）雷擊輸電線路時(shí)，線路絕緣不發(fā)生沖擊閃絡(luò)的最大雷電流幅值稱為輸電線路的“耐雷水平”，以kA為單位。（2）輸電線路的雷擊跳閘率是指標(biāo)準(zhǔn)雷暴日數(shù)為40時(shí)，每年每100km長(zhǎng)的線路因雷擊引起的跳閘次數(shù)，單位為次/100km·年。輸電線路上出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓主要有兩雷擊線路附近地面或線路桿塔時(shí)，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上引起的過(guò)電壓，稱為感應(yīng)雷過(guò)電壓；雷直接擊于線路引起的過(guò)電壓，稱為直擊雷過(guò)電壓。310.1輸電線路的感應(yīng)雷過(guò)電壓當(dāng)雷擊于線路附近大地或線路桿塔時(shí)，由于雷電通道周圍空間電磁場(chǎng)的急劇變化，會(huì)在輸電線路上感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓。該過(guò)電壓由靜電分量和電磁分量?jī)刹糠謽?gòu)成。

感應(yīng)過(guò)電壓的形成（a）

雷電先導(dǎo)階段

（b）雷電主放電階段4靜電分量:雷擊地面主放電開始后，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷被迅速中和，導(dǎo)線上的束縛電荷轉(zhuǎn)變成自由電荷，沿導(dǎo)線向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)形成過(guò)電壓。這種由于先導(dǎo)通道中電荷所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)突然消失而引起的感應(yīng)電壓，稱為感應(yīng)過(guò)電壓的靜電分量。電磁分量:主放電通道中的雷電流在通道周圍空間產(chǎn)生了強(qiáng)大的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)交鏈導(dǎo)線與大地的回路，也將使導(dǎo)線上感應(yīng)出電壓。這種由于主放電通道中雷電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化而引起的感應(yīng)電壓，稱為感應(yīng)過(guò)電壓的電磁分量。5感應(yīng)過(guò)電壓Ui與雷電流幅值I成正比；與導(dǎo)線懸掛的平均高度hd成正比，與雷擊點(diǎn)距導(dǎo)線的距離S成反比。雷擊線路附近地面（S>65m）雷擊無(wú)避雷線線路

雷擊有避雷線線路6感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值一般不超過(guò)300~400kV。110kV及以上線路，由于線路的絕緣水平較高，一般不會(huì)引起閃絡(luò)。對(duì)35kV以下線路絕緣有威脅。感應(yīng)過(guò)電壓在三相導(dǎo)線中同時(shí)存在，相間電位差很小，不會(huì)引起架空線路的相間絕緣閃絡(luò)，而只能引起對(duì)地閃絡(luò)，如果兩相或三相同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，則形成相間短路。7當(dāng)導(dǎo)線上方架設(shè)有避雷線，發(fā)生雷擊導(dǎo)線附近大地時(shí)，由于避雷線的屏蔽作用，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷會(huì)減少，從而導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓將會(huì)下降。8雷擊線路桿塔時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過(guò)電壓（S<65m)一般桿塔高度小于40m以下的線路，在無(wú)避雷線時(shí)，α=I/2.6有避雷線時(shí)，910.2輸電線路的直擊雷過(guò)電壓和耐雷水平雷直擊于有避雷線的線路有三種情況：①雷擊桿塔塔頂及其附近避雷線；②雷繞擊于導(dǎo)線；③雷擊檔距中央的避雷線。10一、雷擊桿塔塔頂時(shí)的耐雷水平

經(jīng)桿塔入地的電流it與雷擊桿塔的總雷電流i的比值稱為分流系數(shù)，

β=11桿塔塔頂電位2.導(dǎo)線電位Ud耦合分量(k一般0.2~0.25)感應(yīng)分量所以:13導(dǎo)線電位由于避雷線與導(dǎo)線之間的耦合作用，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生耦合電位kUtop，該電位分量與雷電流極性相同。在發(fā)生雷擊桿塔主放電時(shí)，導(dǎo)線上還存在感應(yīng)電位αhc（1－k），該電位分量與雷電流極性相反。橫擔(dān)處的對(duì)地電位幅值Ua為式中La為橫擔(dān)以下塔身的電感。La=L0·ha=Lt·（ha/ht），L0為單位高度塔身的電感。14線路絕緣子串上的電位差雷擊桿塔時(shí)的耐雷水平I1為

當(dāng)忽略避雷線與橫擔(dān)高度的差別，即ht≈ha、且hg≈hc時(shí)，例:110kV線路，取k=0.2，＝0.9，Lt=16H，hd=10m，U50％＝700kV,Ri=10(Ω)16二、

雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平流經(jīng)雷擊點(diǎn)的電流為雷擊點(diǎn)的電位為Zc=400Ω

Ud=100I雷繞擊輸電線路的耐雷水平I2為173、雷擊避雷線檔距中央雷擊點(diǎn)電位我國(guó)規(guī)程規(guī)定，檔距中央避雷線與導(dǎo)線間的空氣間隙距離SS≥0.012l+1（m）

l為檔距長(zhǎng)度實(shí)際輸電線路的避雷線和導(dǎo)線間的空氣間隙按上式的要求設(shè)計(jì)，故雷擊檔距中央避雷線時(shí)不會(huì)發(fā)生沖擊閃絡(luò)。184、輸電線路雷擊跳閘率輸電線路雷擊跳閘共經(jīng)過(guò)四個(gè)過(guò)程：雷擊線路；線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)；在沖擊閃絡(luò)的弧道上建立穩(wěn)定的工頻電?。焕^電保護(hù)動(dòng)作跳閘。雷暴日為40地區(qū)，100km線路年落雷次數(shù)為N雷擊桿塔次數(shù)雷繞擊桿塔次數(shù)雷擊桿塔時(shí)引起閃絡(luò)次數(shù)雷繞擊桿塔引起閃絡(luò)次數(shù)19沖擊電弧轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧的概率，稱為建弧率η。建弧率與工頻弧道中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度E有關(guān)，對(duì)中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)

對(duì)中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)20雷擊桿塔時(shí)引起跳閘次數(shù)雷繞擊導(dǎo)線引起跳閘次數(shù)有避雷線的輸電線路雷擊跳閘率n為四輸電線路雷擊跳閘率

雷擊塔頂次數(shù)2310.3輸電線路的防雷措施架設(shè)避雷線降低桿塔接地電阻架設(shè)耦合地線采用中性點(diǎn)非有效接地方式加強(qiáng)線路絕緣