《输电线路基础》第2章-导线应力弧垂分析-第十一节-避雷线最课件

1、第二章 导线应力弧垂分析 第十一节 避雷线最大使用应力的确定 第二章 导线应力弧垂分析 第十一节 避雷线最大使用应力前面各节所述的导线应力、弧垂和线长的分析计算方法同样适用于避雷线。 避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷保护措施，其主要作用是防止雷直击导线。 此外对雷电流起分流作用，减小流入杆塔的雷电流，使塔顶电位降低； 对导线起耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；对导线起屏蔽作用，降低导线上感应电压。所以对避雷线必须从防雷保护这一要求出发来确定敷设方式及其最大使用应力。 一、避雷线截面积的选择 架空避雷线均采用镀锌钢铰线。根据长期的运行经验，避雷线与导线配合选用，其配合见表2-11-

2、1。 前面各节所述的导线应力、弧垂和线长的分析计算方法同样适用于避表2-11-1 地线采用镀锌钢绞线时与导线配合表 导线型号LGJ-185/30及以下LGJ-185/45LGJ-400/35LGJ-400/50及以上镀锌钢绞线最小标称截面(mm2)无冰区355080覆冰区50 80 100 500kV及以上输电线路无冰区、覆冰区地线采用镀锌钢绞线时最小标称截面应分别不小于80mm2、100mm2。 二、避雷线敷设要求 输电线路的防雷设计，应根据线路电压、负荷性质和系统运行方式，结合当地已有线路的运行经验，地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，在计算耐雷水平后，通过技术经济比较

3、，采用合理的防雷方式。 架设地线是输电线路最基本的防雷措施之一。 地线在防雷方面具有以下功能： 防止雷直击导线； 表2-11-1 地线采用镀锌钢绞线时与导雷击塔顶时对雷电流有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，使塔顶电位降低； 对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘(绝缘子串和空气间隙)上的电压； 对导线有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。 各级电压的输电线路，采用下列保护方式： (1) 500750kV输电线路应沿全线架设双地线。 (2) 220330kV输电线路应沿全线架设地线，年平均雷暴日数超过15的地区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可架设单地线，山区宜架设双地线。 (3) 110kV

4、输电线路宜沿全线架设地线，在年平均雷暴日数不超过15或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线。无地线的输电线路，宜在变电所或发电厂的进线段架设12km地线，且应装设自动重合闸装置。 雷击塔顶时对雷电流有分流作用，减少流入杆塔的雷电流，使塔顶(4)60kV线路，负荷重要且所经地区年平均雷暴日数为30以上地区，宜沿全线架设地线。对不沿全线架设地线的60kV线路，亦应在变电所或发电厂的进线段架设12km的地线。 (5)35kV及以下线路，一般不沿全线架设地线，但应在变电所或发电厂的进线段架设12km地线。 (6) 杆塔上地线对边导线的保护角(如下图所示)，对于同塔双回或多回路，220kV 及以

5、上线路的保护角均不大于0，110kV 线路不大于10；对于单回路，500750kV 线路对导线的保护角不大于10，330kV 及以下线路不大于15；单地线线路不大于25。对中重冰区线路的保护角可适当加大。 (4)60kV线路，负荷重要且所经地区年平均雷暴日数为30以杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。 为防止雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线发生闪络，根据运行经验，在气温为+15无风时，档距中央导线和避雷线间的距离必须满足一定的间隙要求。 有避雷线的杆塔应接地，其接地电阻的大小对线路的耐雷水平有显著的影响，在线路施工、运行过程中对杆塔接地电阻应予足够重视。一般在雷季干

6、燥时，每基杆塔的工频接地电阻不宜大于表2-11-2所列数值。 表2-11-2 杆塔的接地电阻 土壤电阻率(.m) 100及以下 100500 5001000 10002000 2000以上工频接地电阻() 10 15 20 25 30杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍如土壤电阻率超过2000m，接地电阻很难降到30时，可采用68根总长不超过500m的放射形接地体或连续伸长接地体，其接地电阻不限制。 中性点非直接接地系统在居民区的无地线钢筋混凝土杆和铁塔应接地，其接地电阻不宜超过30。 三、避雷线最大使用应力的确定 (一)确定原则 在确定避雷线最大使用应力时，应符合以下

7、两方面要求： 1安全系数 避雷线安全系数宜大于同杆塔导线的安全系数。 2档中接近距离 当+15无风时，在档距中央导线与避雷线间的距离应符合下述三种不同情况的要求。 如土壤电阻率超过2000m，接地电阻很难降到30时，可(1)对不很长的小档距，因在雷电流未达到最大值之前，从杆塔接地装置反射回来的负波已到达雷击点，所以限制了雷击点电位的升高。此时，导线与避雷线之间的距离宜符合下列要求 sl0012 +1 (2-11-1)式中 sl档距中央导线与避雷线间的距离(m)； 档距(m)。(2)对于较大档距，即在档距 t。时(为波的传播速度，取225mS；t为波头长度，一般取2.6S)，所以 585m时，来

8、自杆塔的负波在雷电流达到最大值之前尚未到达雷击点，此时雷击点的电压最大值为 U=90I 导线与避雷线间的距离应按电压最大值考虑，宜符合下式要求 s20.1I (2-11-2) (1)对不很长的小档距，因在雷电流未达到最大值之前，从杆塔接上二式中 U雷击点的电压最大值(kV)； I耐雷水平(kA)； s2档距中央导线与避雷线间的距离(m)。 (3)当导线与避雷线间的距离较大，以致间隙的平均运行电压梯度小到不足以建立稳定的工频电弧时，即当E6kV(有效值)m时，雷电波即使击穿导线与避雷线间的间隙，也不致造成线路跳闸。根据这一条件，导线与避雷线间距离符合下式要求，即能保证安全运行 s301Ue (2

9、-11-3) 式中s3导线与避雷线间的距离(m)； Ue线路额定电压(kV)。 在具体档距中，对上述三个公式的要求，只要满足其中最小的一项即可。 上二式中 U雷击点的电压最大值(kV)；(3)当导线与例如，对110kV输电线路，其耐雷水平要求4075kA，设档距为600m，则 s1=0012 +1=0012600+1=8.2m s2=01I=0175=7.5m s3=01Ue=01 110=11m 根据上述三种不同情况的考虑方法可知，避雷线与导线间距离只要满足s3的要求即可。 经推算，常用电压等级的三个公式适用的档距范围如表2-11-3。 表2-11-3 三个公式适用的档距范围 例如，对110

10、kV输电线路，其耐雷水平要求4075kA，设从表2-11-3可看出，对110kV及以上电压等级线路，导线与避雷线间的距离按s1的要求确定是合理的；对35kV线路，一般档距为200m左右，此时按s2确定的距离略为偏大。 (二)最大使用应力确定方法 为了使导线与避雷线在档距中央的接近距离满足过电压保护要求，应从确定导线与避雷线悬点间的距离与适当选择避雷线最大使用应力两方面综合考虑，并进行比较，做到既满足过电压保护的要求，又较经济合理。例如，如果避雷线最大使用应力选得很小，为保证导线与避雷线在档距中央的距离要求，势必需加大导线与避雷线悬点间的距离，增加杆塔高度；反之，导线与避雷线悬点间的距离很小，必

11、须提高避雷线最大使用应力，将使耐张杆塔的受力增大，同时有可能超过避雷线防振对其应力的限制。从表2-11-3可看出，对110kV及以上电压等级线路，导线现设导线与避雷线悬点间距离已经确定，按导线与避雷线间距离满足s1的要求选择避雷线最大使用应力，其过程一般为：首先按s1的要求求出在+15无风气象条件时的避雷线应力，然后利用状态方程式(2-6-2)求得最大使用应力，再校验其安全系数是否满足要求。 115无风气象条件时避雷线应力的选择 图2-11-2所示为15无风气象条件时的一档导线和避雷线。由图中的几何关系可得 图 2-11-2 15无风时导线和避雷线的弧垂 S=h+fd-fb 式中导线和避雷线的

12、档距中点弧垂分别为 现设导线与避雷线悬点间距离已经确定，按导线与避雷线间距离满足 所以 （2-11-4） 式中 S15无风时导线和避雷线在档距中央的垂直距离(m)； h导线和避雷线悬点高差(m)； 档距(m)； gd、gb分别为导线和避雷线的自重比载(Nm.mm2)： d、b分别为导线和避雷线在15无风气象条件时的应力(MPa)； fd、fb分别为导线和避雷线弧垂(m)。令 S=S-S1=S-(0012 +1)，则根据过电压保护要求，应有s0，即 (2-11-5) 为简化公式，令 （2-11-6） 所以 （2-11-4） 式中 S15无风时导线且取S=0，则 （2-11-7） 将式(2-11-

13、5)和式(2-11-6)两式适当变形并联立求得 (2-11-8) 由式(2-11-8)可见，b的大小取决于P值，而P值与档距 有关。因此，对孤立档确定避雷线最大使用应力时，可直接将档距代入求取。但一般耐张段都是由多个档距组成的，此时必须使耐张段中所有档距均有SO。为此，我们需分析导线和避雷线档中接近距离s和档距 间的关系，以合理选择P值。 且取S=0，则 （2-11-7） 将式(2-11-5)和式式(2-11-7)为一元二次方程，它的解为 （2-11-9） 式(2-11-7)为一抛物线方程，其曲线在坐标系中的位置取决于P的值，在实际工程中都是PO，故曲线呈上凹形，如图2-11-3所示。 图2-

14、11-3 4S与P值的关系曲线示意图 由式(2-11-9)可知，随着P值的不同，有以下三种情况。 (1)如0.0482-8PC0，即 ，则方程有两个不相等的实数根 1、2，此时，当 1 2，有0；当 1或 2，有O。 式(2-11-7)为一元二次方程，它的解为 （2-11-9）(2)如O.048-8PC=0，即 ，则有 1= 2= ，由式(2-11-9)可得(2-11-10) 此时，方程有两个相等的实数根，曲线与横轴相切，则所有档距都有SO(当 = 时，S=O)。 (3)如0.0482-8PCO。 通过以上分析，当耐张段的代表档距为 0，而耐张段中的最大、最小档距分别为 m和 n时，在15无风

15、气象条件，按SS1的条件选择避雷线应力b的方法归纳如下：首先，根据导线与避雷线悬点高差h按式(2-11-10)计算 K，然后根据 1、2与 K的大小关系，对照下列情况确定P值。 (2)如O.048-8PC=0，即 ，则有 (1)当 n k m时，须使所有档距均有s0，则取。(2)当 m0的情况中，使 1= k，即取 (3)当 n k时，则只需取0.0482-8PC0的情况中，使 2= n，即取计算得P值后，将P值代入式(2-11-8)计算出15无风时避雷线应力b。 (1)当 n k m时，须使所有档距均有s0，则取。2避雷线最大使用应力确定 当求出15无风时避雷线的应力b后，将b及其气象条件作

16、为已知条件，利用状态方程式(245)求出年平均气温时应力b1，然后将其与年平均运行应力bcp相比较。如果b1bcp，则需加高避雷线支架后重新计算。 3全线避雷线最大使用应力的确定 一条输电线路在一般情况下，全线总是统一选择同一个最大使用应力，此时首先根据全线各耐张段具体情况，估计几个代表档距并确定最小档距和最大档距，然后按上述方法分别确定各耐张段的最大使用应力，再取各耐张段最大使用应力中的最大者作为全线避雷线最大使用应力。 2避雷线最大使用应力确定 当求出15无风时避雷线最大使用应力确定后，需校验避雷线的强度安全系数是否满足要求。如安全系数小于规定值，则需以加高避雷线支架的方法解决。 例2-1

17、1-1 试选择某110kV输电线路避雷线的最大使用应力。已知该线路采用导线为LGJ-9520型，第气象区，杆塔为400等径杆，导线与避雷线悬点高差h=3.1m。估计代表档距范围为150300m，各耐张段可能出现的最大、最小档距分别为 m=330m、n=100m。在代表档距 0=150300m范围内，15无风气象条时导线的应力均为d=816lMPa。 正常避雷线应按表2-11-1选择，但本例为了标准过度，故选用避雷线选择型号为GJ-35，解的方法一样。 解：有关参数为： 最大使用应力确定后，需校验避雷线的强度安全系数是否满足要求。导线自重比载 gd=35.18710 -3Nm.mm2 1计算 k

18、，选择P值 由于 m=330m，即 m k，所以取 避雷线截面积 A=3715mm2避雷线弹性系数 E=181423MPa避雷线热膨胀系数 =11510-6l避雷线有关比载 g1=83.99710-3Nm.mm2 g6(30)=133868Nm.mm2 g7 (5，10)=136395Nm.mm2 导线自重比载 gd=35.18710 -3Nm.mm22.确定各耐张段在15无风气象条件时的应力 设耐张段代表档距为 01=150m， 02=300m，则： 01=150m时 02=300m时，因d相同，所以有b2=b1=28520MPa。 3确定各耐张段最大使用应力 此时，因15无风即年平均气温气象条件，而bbcp=294MPa，所以避雷线最大使用应力确定如表2-11-4和表2-11-