第七章输电线路防雷保护

1、高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 第七章第七章 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护 输电线路耐雷性能的指标 1、耐雷水平 指线路遭受雷击时，线路绝缘所能耐受的不至于 引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，单位为kA。 2、雷击跳闸率 指在雷暴日数Td40的情况下， 100km/(100km40)”。它是衡量线路防雷性能的综合 指标。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 第一节第一节 输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压

2、 一、感应雷过电压的产生一、感应雷过电压的产生 雷击线路附近大地时，雷电通道周围空间 电磁场的急剧变化，在导线上会由于电磁感应而 产生感应雷过电压，包括静电分量和电磁分量。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 由于先导通道中电荷所产生的静电场突 然消失而引起的感应过电压称为感应过电压 的静电分量静电分量。由于主放电的平均发展速度很 高，导线上束缚电荷的释放过程也很快，所 以形成的电压波u = iZ幅值很高。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第

3、七章输电线路防雷保护 主放电时，雷电通道中雷电流在通道周围空间 建立了强大的磁场，此磁场的剧烈变化也使导线感 应出很高的电压。这种由于先导通道中雷电流所产 生的磁场变化而引起的感应过电压称为感应过电压 的电磁分量电磁分量。 因主放电通道与导线差不多相互垂直，互感不 大，电磁感应较弱，所以导线的感应过电压数值主 要由静电感应分量决定。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 感应过电压的幅值与雷电流大小、雷电通道 与线路间的距离以及导线的悬挂高度等因素有关。 由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，所 以雷电流幅值I一般不超过100kA。 实测证明，感应

4、过电压一般不超过500kV， 对35kV及以下的水泥杆线路会引起闪络事故； 对110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一 般不会引起闪络事故。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 线路上的感应雷过电压具有以下特点特点： 感应过电压与雷电流的极性相反。由于大部分的 雷云带负电荷，所以感应过电压大多数是正极性； 感应过电压同时存在于三相导线，相间不存在电 位差，只能引起对地闪络，若二相或三相同时对 地闪络，即形成相间闪络事故； 感应过电压的波形较平缓，波头由几s到几十s。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保

5、护 二、感应雷过电压的计算二、感应雷过电压的计算 1. 导线上方无避雷线 根据理论分析和实测结果，规程建议，当雷击点离 开线路的水平距离S 65m时，导线上的感应过电压最 大值Ui可按下式计算 式中 I雷电流幅值，kA； S雷击点与导线的水平距离，m； hc导线对地的平均高度，m。 S Ih U c i 25 （kV） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 2. 导线上方挂有避雷线 设导线和避雷线的对地平均高度分别为hc和 hs，若避雷线不接地，根据式（71）可求得导 线和避雷线上的感应过电压分别为Ui和Us，即 S Ih U i c 25 S Ih

6、 U s s 25 c s is h h UU 所以 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 但避雷线实际上是接地的，其电位为零。为了满足 这一条件，可以设想在避雷线上又叠加一个(-Us)的电压。 而这个电压由于耦合作用，将在导线上产生耦合电压k(- Us)，k为避雷线与导线间的耦合系数，k值主要决定于导 线间的相互位置与几何尺寸。 于是，导线上方有避雷线时，导线上的实际感应 过电压Ui将为两者的叠加，即 )1 ()1 ( i c s isii kU h h kUkUUU(kV) 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路

7、防雷保护 3. 雷击线路杆塔时导线上的感应过电压 标准（DL/T6201997）建议对一般高度的线路， 无避雷线时导线上的感应过电压的最大值Ui可用下式 计算 式中 hc导线的平均高度，m； a 感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/s 为单位的雷电流平均陡度，即a = I / 2.6。 ci ahU (kV) 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 有避雷线时，由于它的屏蔽作用，导线 上的感应过电压将降低为 )1 ()1 ( cii kahUkU (kV) 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 小小 结

8、结 耐雷水平 雷击跳闸率 感应雷过电压的特点： 感应过电压与雷电流 的极性相反； 感应过电压同时存在于三相导 线，相间不存在电位差； 感应过电压的波形 较平缓。 避雷线具有屏蔽作用，可以降低导线上的感应雷 过电压。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 第二节第二节 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平输电线路的直击雷过电压和耐雷水平 雷直击于有避雷线的线 路可分为三种情况： 雷击线路杆塔塔顶 雷击避雷线档距中央 雷绕过避雷线击于导线 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 一、雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平一

9、、雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平 1. 雷击塔顶时雷电流的分布 雷击瞬间自雷击点有一负 极性的雷电流冲击波沿着杆塔 向下运动，另有两个相同的负 极性雷电波沿避雷线向两侧运 动，使塔顶电位升高，并通过 电磁耦合使导线电位发生变化。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 与此同时，自雷 击点有一正雷电流 冲击波沿雷电通道 向上运动，引起周 围空间电磁场的迅 速变化，使导线上 出现正极性的感应 过电压。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 2. 塔顶电位 对于一般高度（40m 以下）的杆塔，在工程近 似计算中

10、，常将杆塔和避 雷线以集中参数代替，这 样雷击杆塔塔顶时的等值 电路如图74所示。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 Ri为杆塔的冲击接地电阻； Lt为杆塔的等值电感（不同类型杆塔的等值电感可由 表71查得）， it为经杆塔流入地中的电流， Ls为避雷线的等值电感（两侧一档避雷线电感的并联 值），单根避雷线的等值电感约为0.67l H( l为档距长 度，m )，双避雷线约为0.42l H。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 考虑到雷击点的对地阻抗较雷电通道波阻抗低 得多，故在计算中可略去雷电通道波阻

11、抗的影响， 认为雷电流i直接由雷击点注入。流经杆塔的电流 it可由下式计算 式中 分流系数，即流经杆塔的电流与雷电流 之比。 atii t （75） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 雷击塔顶时，塔顶电位utop可由下式计算 式中di / dt 为雷电流波前陡度，以di / dt=I / 2.6代入上式， 则塔顶电位的幅值为 式中I为雷电流幅值，kA。 ) d d ( d d ti t ttitop t i LiR t i LiRu ) 6 . 2 ( t itop L RIU (77） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护

12、第七章输电线路防雷保护 3. 导线电位 与塔顶相连的避雷线上也有相同的电位Utop。则在 导线上将产生耦合电压kUtop（k为耦合系数），耦合电 压与雷电流同极性。 此外由于静电感应和电磁感应，在导线上还会出 现幅值为ahc(1- k)的感应过电压，此电压与雷电流异极 性。则导线电位的幅值Uc为 )1 ( ctopc kahkUU (78） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 4. 线路绝缘上的电压 作用在线路绝缘子串上的电压为塔顶电位utop 与导线电位uc之差。即 其中a =I/2.6 k hL RIkahU kahkUUuuu 1 6 . 2

13、6 . 2 1 1 ct ictop ctoptopctopi . l 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 5. 雷击塔顶时的耐雷水平 令Ul.i = U50%，则雷击塔顶时的耐雷水平I1为 6 . 26 . 2 )1 ( ct i %50 1 hL Rk U I (710） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 标准中规定，雷击杆塔时的耐雷水平I1应不低 于表74中的数值。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 二、雷击避雷线档距中央二、雷击避雷线档距中央 雷

14、击避雷线档距中央时的波过程如图所示。 设档距长度为l，避雷线波阻抗为ZS，雷电流为iZ， 雷电通道波阻抗为Z0，略去导线对避雷线的耦合 影响，可等值 为i/2的雷电流沿Z0 运动。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 雷击点处波阻抗为Zg/2，则流入雷击点的 雷电流iZ为 则雷击点电压uA为 2 Z 0 0 Z S z z ii S0 S0S ZA 22zz zz i z iu 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 设避雷线上的波速为vS，则电压波uA经 l/2vS时间到达杆塔，负反射波又经l/2vS返回

15、 雷击点，若此时雷电流尚未到达幅值，即 2l/2vS小于雷电流波头，则雷击点的电位自 负反射波到达之时开始下降，故雷击点的最 高电位将出现在t = 2l/2vS = l/vS时刻。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 若雷电流取为斜角波头，即i = at，根据 上式以t = l/vS代入，则雷击点的最高电位UA 为 S0 S0 S A 2zz zz v l aU 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 由于避雷线与导线间的耦合作用，在导 线上将产生耦合电压kUA，所以雷击处避雷线 与导线间的空气间隙S上所承

16、受的最大电压Us 为 )1 ( 2 )1 ( S0 S0 S As k zz zz v l aUkU 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 标准提出对于一般档距的线路，在档距中央 导线和避雷线之间的空气距离S宜按下述经验公 式确定 对于大跨越档距，若l/vS大于雷电流波头， 则来自接地杆塔的负反射波回到雷击点之前， 雷电流已过峰值，故雷击点的最高电位由雷电 流峰值决定。导线与避雷线间的距离S将由雷击 点的最高电位和间隙平均击穿场强所决定。 1(m)012.0lS 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 三、绕

17、击时的过电压和耐雷水平三、绕击时的过电压和耐雷水平 1. 绕击率 对平原地区线路 对山区线路 式中 P绕击概率，指一次雷击线路中出现绕击 的概率； 避雷线对外侧导线的保护角，； h杆塔高度，m。 9 . 3 86 lg h P 35. 3 86 lg h P 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 2. 等值电路及雷击点电压 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 流经雷击点的雷电流波iA为 雷击点电位为 其幅值UA为 C ZZ Z iii 0 0 c 0 0 A 2 2 2 z z z C0 C0c AA z

18、2z zz 2 z iiu c0 c0 z2z zz IU A 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 在近似计算中，认为z0zc/2，即不考虑雷击点 的反射，则上式可变为 若取架空线路波阻抗Zc=400，则 C c IZ ZI U 4 1 22 A IU A 100 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 3. 绕击时的耐雷水平 令UA等于线路绝缘子串的50%冲击放电 电压，则绕击时的耐雷水平I2为 即绕击时的耐雷水平很低。 100 %50 2 U I 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护

19、 第七章输电线路防雷保护 小小 结结 雷直击于有避雷线的线路可分为三种情况； 雷击塔顶时的耐雷水平： 绕击时的耐雷水平： 100 %50 2 U I 6 . 26 . 2 )1 ( ct i %50 1 hL Rk U I 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 第三节第三节 输电线路的雷击跳闸率输电线路的雷击跳闸率 雷击输电线路导致跳闸的两个条件： （1）雷电流超过线路耐雷水平，引起冲击闪 络； （2） 冲击闪络转变为稳定的工频电弧 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 一、建弧率一、建弧率 建弧率建弧率:

20、 :冲击闪络转变为稳定工频电弧的概冲击闪络转变为稳定工频电弧的概 率，以率，以表示表示。 冲击闪络能否转变为稳定的工频电弧主 要取决于工频弧道中的平均电场强度E，还取 决于闪络瞬间工频电压的瞬时值以及去游离 强度等条件。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 建弧率可按下式计算 式中 E为绝缘子串的平均运行电压梯度 kV ( 有效值 ) / m 。 -275. 0 1014)5 . 4(E （720） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 对中性点直接接地系统： 对中性点绝缘或经消弧线圈接地系统 i n 3

21、l U E mi n 2ll U E 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 式中 Un系统额定电压（有效值），kV; li绝缘子串闪络距离，m； lm木横担线路的线间距离，对铁横 担和钢筋混凝土横担线路，lm = 0。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 二、二、 线路落雷次数线路落雷次数 雷击输电线路的跳闸次数与线路可能受 雷击的次数有关。 根据模拟试验和运行经验，一般高度线 路的等效受雷面宽度为b+4hg。则每100km 线路年落雷次数N可以下式计算 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防

22、雷保护 第七章输电线路防雷保护 式中 Td雷暴日数； 地面落雷密度， 1/ km2 年； b两根避雷线之间的距离，m。若 为单根避雷线，则b = 0；若无避雷线，则b为 边相导线间的距离。 d S 1000 4 100T hb N 次/（100km年） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 hS避雷线的平均对地高度，m；无避雷线时 为最上层导线的平均高度。可按下式求得 式中 ht避雷线在杆塔上的悬点高度，m； f避雷线的弧垂，m.。 取Td = 40时， = 0.07，则 fhh 3 2 tS )4(28.0 g hbN 高高 电电 压压 技技 术术

23、 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 二、有避雷线线路雷击跳闸率二、有避雷线线路雷击跳闸率n n的计算的计算 1.雷击杆塔时的跳闸率n1（反击跳闸率） 式中 g击杆率，为雷击杆塔次数与雷击线路总次 数的比； P1雷电流幅值大于雷击杆塔时的耐雷水平I1 的概率； 建弧率。 1S11 )4(28. 0PghbNgPn 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 击杆率g与避雷线的根数和地形有关，标准 建议取下表的数值。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 2.雷绕击导线时的跳闸率n2 （绕击跳闸率）

24、 式中 P线路的绕击率； P2雷电流幅值超过绕击耐雷水平I2的概 率； 2S22 )4(28. 0PPPhbNPn 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 3. 线路雷击跳闸率 线路雷击跳闸率只考虑雷击杆塔和雷绕击 于导线两种情况。所以有避雷线的线路，雷击 总跳闸率n为 )(4(28. 0 )( 21S 2121 PPgPhb PPgPNnnn （728） 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 第四节 输电线路的防雷措施 一、一、 架设避雷线架设避雷线 110kV及以上架空输电线路防雷措施是沿 全线架设避雷线；35kV及以下的线路主要依 靠架设消弧线圈和自动重合闸来进行防雷保 护。 高高 电电 压压 技技 术术 第七章 输电线路的防雷保护 第七章输电线路防雷保护 其主要作用是防止雷直击导