线路防雷

架空输电线路防雷设计

1、雷电

1.1 雷电参数

雷电先导通常带有与雷电云极性相同的电荷（多数为负极性），自雷云向大地发展。在雷云及先导的电场作用下，大地感应出与雷云极性相反的电荷。当先导通道发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展。

设先导通道中电荷密度为σ，主放电速度为L，（L约为0.1~0.5 倍光速），雷击图壤电阻率为零的大地时，流经通道的电流为：σL

雷电通道具有分布参数特征，其波阻抗为Z0。

当雷击输电线路塔顶或导地线时，负极性的电流波z 自雷击点沿杆塔或导地线流动，而相同数量的正极性电流自雷击点沿通道向上发展。流经杆塔（或导、地线）的电流波z：

σ

Zj为被击物体的波阻抗。

雷电通道波阻抗为Z0 Z0=300~400 Ω

中国使用的雷电流幅值概率分布：

P：雷电流幅值超过I的概率；

I：雷电流幅值，kA。

例：雷电流超过50kA的概率为33%；

雷电流超过75kA的概率为20%；

雷电流超过108kA的概率为10%；

雷电流超过130kA的概率为6%；

雷电流超过150kA的概率为4%；

西北地区及内蒙西部，年平均雷暴日为20，雷电流幅值减半。

1.2雷电流波形：

规程建议计算用雷电流波头取2.6μS，雷电流平均上升陡度：

(kA/μS)

1.3 雷暴日与雷暴小时：

雷暴日：一年中有雷电的日数；

雷暴小时：一年中有雷电的小时数。

1.4地面落雷密度及输电线路落雷次数：

地面落雷密度：每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击的次数。

γ0.015 次/平方公里·雷暴日

对输电线路来说，由于高出地面，有引雷作用，一般高度的线路等值受雷宽度为10h，（h为线路平均高度，m）；若线路经过地区年平均雷暴日为T，每年每100公里一般高度的线路落雷次数为N：

γ次/100公里·年

若T=40天，γ0.015 次/平方公里·雷暴日

N=0.6h次/100公里·年

1.5避雷线的保护范围：

单根避雷线的保护范围：

当hx≥h/2时，rx=0.47（h-hx）·P

当hx

当h≤30m时，P=1， 30

两根避雷线的保护范围：避雷线外侧的保护范围同一根避雷线，内侧为通过两避雷线及低点o的圆弧所确定：

D：为两避雷线的距离，m。

2输电线路防雷

输电线路上出现的大气过电压有两种：

直击雷过电压：雷电直击线路；

感应雷过电压：雷击线路附近地面，由于电磁感应，线路上出现过电压。

输电线路防雷水平衡量指标：

耐雷水平：雷击线路时，绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值，KA；

雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数。

2.1 感应雷过电压

1）雷击附近大地，线路上的感应过电压

在雷云放电的起始阶段，存在着向大地发展的先导放电过程；线

路处于雷云与先导通道的电场中，由于静电感应，沿线路方向的电场强度分量Ex将正电荷吸引到靠近先导通道的一段线路上成为束缚电荷，（雷云电荷为负电荷），导线上的负电荷经泄漏电导及中性点流入大地。此时，由于先导通道发展速度不大，导线上的电荷运动速度缓慢，在导线中引起的电流很小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，靠近先导通道的导线其电位与远离先导通道的导线电位相同。

当雷云对地面放电时，先导通道中的负电荷被迅速中和，其产生

的电场迅速降低，使导线上的束缚正电荷得到释放，沿导线向两侧运动，形成感应雷过电压；称为感应雷过电压的静电分量。

同时，雷电通道中的雷电流在通道周围建立了强大的磁场，磁场

的变化也将在导线中感应很高的电压，称为感应雷过电压的电磁分量。

当雷击点离开线路的距离S>65m时，导线上感应雷过电压的最大值Ug：

kV

I：雷电流幅值，kA；

hd：导线平均高度，m；

S：雷击点与线路的距离，m；

由于雷击地面时，雷击点的自然接地电阻较大，雷电流的幅值I 一般不超过100kA，感应过电压一般不超过500kV。对10kV、35kV线路会引起一定的闪络事故；对110kV及以上线路，由于线路绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故。

有避雷线线路，由于其屏蔽效应，导线上的感应电荷就会减少，导线上的感应过电压就会降低。

hd：导线对地平均高度，m；

hb：地线对地平均高度，m；

Ugd：导线上的感应过电压，kV；

Ugb：地线上的感应过电压，kV；

由于避雷线实际上是接地的，可以设想在避雷线上尚有一电压–Ugb，以保持避雷线电位为零。由于导线与避雷线之间存在耦合作用，

–Ugb将在导线上产生耦合电压–k·Ugb；

导线上的电位为：

′

由于避雷线的存在，导线上的感应电压将降低；耦合系数愈大，导线上的感应电压愈低。

2）雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压：

线路的受雷宽度约为10·hd，线路具有引雷作用。

雷击塔顶时，由雷电通道所产生的电磁场的迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。

一般高度（<40m），无避雷线时：

a: 感应过电压系数，kV/m；

其数值等于雷电流平均陡度，a=I/2.6；

一般高度，有避雷线时：

′

k：耦合系数；

2.2 输电线路的直击雷过电压及耐雷水平

雷直击有避雷线的线路有三种情况：

1）雷击塔顶；

2）雷击避雷线档距中间；