输电线路的防雷保护
输电线路防雷保护
三、输电线路的防雷措施 1、3~10kV线路防雷保护 不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可 靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜 采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片 悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。 对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时 改为电缆供电。
二、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时， 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的 工频电压升高约为线电压的1.1 1.1倍 因此， 工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110% 110%的线电压 110%避雷 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷 器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时， 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接 地时健全相上电压接近线电压， 地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器 灭弧电压时， 100%的线电压 称为100% 的线电压， 100%避雷器 灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时， 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电 压约为0.8倍线电压， 0.8倍线电压 压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧 电压取为最大线电压的80% 称为80% 80%， 80%避雷器 电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器
3、变压器中性点保护 三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可 能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化 锌避雷器保护中性点绝缘。 4、配变变压器的防雷保护 三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低 压绕组的中性点连接在一起。 逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避雷器
输电线路防雷措施
输电线路防雷措施在输电线路遭受雷击时，雷电会对输电线路造成过电压冲击，破坏输电线路的绝缘层使其出现闪络或产生涉漏电弧的现象，严重时可能会导致输电线路发生相间短路或者对地短路的故障，进而导致事故跳闸，如果不能在受到雷击的输电线路进行有效的处理措施，则会导致电力系统的供电中断，影响人们的日常生产和生活。
输电线路的防雷措施有：（1）避雷线（架空地线）：沿全线装设避雷线是目前为止110KV及其以上架空线最重要和最有效的防雷措施。
35KV及以下一般不全线架设避雷器，因为其绝缘水平较低，即使增加绝缘水平仍很难防止直击雷，可以靠增加绝缘水平使线路在短时间故障情况运行，主要靠消弧线圈和自动重合闸装置。
（2）降低杆塔接地电阻：这是提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施，措施有采用多根放射状水平接地体、降阻模块等。
反击是当雷电击到避雷针时，雷电流经过接地装置通入大地。
若接地装置的接地电阻过大，它通过雷电流时电位将升的很高，作用在线路或设备的绝缘体，可使绝缘发生击穿。
接地导体由于地电位升高可以反过来向带电导体放电的这种现象叫“雷电反击”。
（3）加强线路的绝缘：如增加绝缘子的片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气距离。
在实施上有很大的难度，一般为提高线路的耐雷水平，均优先采用降低杆塔接地电阻的方法。
（4）耦合地线：在导线的下方加装一条耦合地线，具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，可提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。
（5）消弧线圈：能使雷电过电压所引起的单相对地冲击闪络不转变为稳定的工频电弧，即大大减少建弧率和断路器的跳闸次数。
（6）避雷器：不作密集安装，仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱的防雷保护。
能免除线路的冲击闪络，使建弧率降为零。
（7）不平和绝缘：为了避免线路落雷时双回路同事闪络跳闸而造成的完全停电的严重局面，当采用通常的防雷措施都不能满足要求时，在雷击线路时绝缘水平较低的线路首先跳闸，保护了其他线路。
5 输电线路的防雷保护总结
根据理论分析和实验结果，当雷击点离导线的距离
S>65m，I≤100kA 时，导线上感应雷过电压幅值Ui可计算为：
Ui
?
25
Ihc S
式中 I — 雷电流幅值，kA；
hc — 导线悬挂的平均高度，m； S — 雷击点与导线的水平距离，m。
由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅 值一般不超过100kA，所以可按 I=100kA 估算线路上可能出 现的最大感应雷过电压。根据对这种过电压的实测证明，感 应雷过电压幅值一般不超过300~400kV。
雷击线路附近地面时导线上的感应过电压
感应雷过电压对35kV及以下输电线路，可能造成绝缘闪 络，而对于110kV及以上线路，由于线路的绝缘水平较高， 一般不会引起闪络。感应雷过电压在三相导线中存在，三相 导线上感应过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而 引起的，故相间电位差很小，所以感应过电压不会引起架空 线路的相间绝缘闪络。
如果先导通道中的电荷是全部瞬时被中 和的，则导线上的束缚电荷将全部瞬时 变为自由电荷，此时导线出现的电位仅 由这些刚解放的束缚电荷决定，显然等 于+U0(x)，这是静电感应过电压的极限。 实际上，主放电的速度有限，所以导线 上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电 感应过电压将比+U0(x)小。
感应雷过电压的形成
雷击时，地线上的电位较高，将出现电晕，耦合系数 将变大为原来的k1倍，即k=k1k0，其中k0为导线间的几何耦 合系数，k1为考虑电晕效应的修正系数。
耦合系数的电晕修正系数k1
雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压
? 线路绝缘上承受的电压
不考虑塔顶与绝缘子悬挂点的电位差，线路绝缘两端 电压Ulj等于塔顶电位减去导线电位为：
1 输电线路的防雷保护
雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘， 造成停电事故
3、输电线路的雷击事故
在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起的次数约
占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地 区，雷击事故率更高
在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的，
雷击经常引起双回同时停电，20－30％的输电线路故障发生 在双回输电线路
第五章 电力系统防雷保护
电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。
★ 输电线路的防雷保护 ★ 发电厂和变电所的防雷保护
★ 旋转电机的防雷保护
第一节 输电线路的防雷保护
输电线路耐雷性能的若干指标
线路雷害事故、发展过程及防护措施
线路耐雷性能的分析计算
一、输电线路耐雷性能的若干指标
有避雷线线路耐雷水平
★ 雷击挡距中央避雷线时的过电压 此情况为雷击于避雷线最严重的情况 雷击点电压的最大值为： i 1 al U A Z g atZ g Zg 4 4 4v A点与导线空气间隙绝缘上所 承受的最大电压为： al U AB U A (1 k ) Z g (1 k ) 4v 我国规定的一般挡距的线路，在挡距中央导线、地线的最 小空气距离为： d 0.012 l 1m 只要 d 满足上述要求，便可保证雷击于此位置时，线路不 会跳闸
感应过电压-电磁感应
♠ 在主放电过程中，伴随 着雷电流冲击波，在放 电通道周围空间出现甚 强的脉冲磁场，其中一 部分磁力线穿过导线－ 大地回路，产生感应电 势，这种过电压为感应 过电压的电磁分量 电磁分量较小，通常只考虑其静电分量
无避雷线时的感应雷过电压
Ihc U i 25 （1）d >65m时 d 可用I≤100kA进行估算。一般认为Ui≤300～400kV。
输电线路的防雷措施
输电线路的防雷措施输电线路防雷设计的目的是提高线路的防雷性能，降低线路的雷击跳闸率。
在确定线路防雷的方式时，应综合考虑系统的运行方式、线路电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率等自然条件，并参考当地原有线路的运行阅历，经过技术经济比较，实行合理的爱护措施。
除架设避雷线措施之外，还应留意做好以下几项措施。
1.接地装置的处理(1)高压输电线路耐雷水平随杆塔接地电阻的增加而降低。
电压等级越高，降低杆塔接地电阻的作用将变得更加重要。
对土壤电阻率较高地区，应选择更换接地网形式和置换土壤的方法，达到降阻。
在雷击多发区域，主网线路杆塔接地电阻应保证小于10Ω，山区也应小于15Ω。
在雷雨季节前，对雷击多发区域线路应按规程要求的方法，进行杆塔接地电阻测量。
(2)接地装置埋深，要求大干0.6 m，采纳增大截面的接地引下线，引下线(热镀锌)表面要进行防腐处理。
严格根据规程执行接地装置的开挖检查制度。
重点检查接地装置的埋深、接头和截面的测量，对不合格的准时进行处理。
(3)降低杆塔接地电阻，还需要确保架空地线、接地引下线、地网相互之间的良好连接。
2.减小外边相避雷线的爱护角或者采纳负角爱护在以往进行防雷设计时，只要求遵照规程规定满意杆塔避雷线爱护角的要求就行了，忽视了山坡对防雷爱护角的影响，则造成了杆塔防雷爱护角不能满意防雷设计的实际要求，增加了线路闪络次数，影响了电网平安运行。
针对山区运行线路简单受绕击的状况，建议采纳有效屏蔽角公式计算校验杆塔有效爱护角，以便设计时针对爱护角偏大状况实行相应措施削减雷电绕击概率。
3.加强绝缘和采纳不平衡绝缘方式在雷电活动剧烈地段、大跨越高杆塔及进线段，应增加绝缘子片数。
由于这些地方落雷机会较多，塔顶电位高，感应过电压大，受绕击的概率也较大，通过适当增加绝缘子片数，增大导线和避雷线间的距离，达到加强绝缘的目的。
规程规定:全超群过40m的有地线杆塔，每增高10m应增加一片绝缘子。
线路防雷四原则和具体措施
线路防雷四原则和具体措施
线路防雷的四原则如下：
1. 保护导线不受或少受雷直击。
2. 雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。
3. 当绝缘发生冲击闪络时，尽量减小由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率，从而减少雷击跳闸率次数。
4. 即使跳闸也不中断电力的供应。
具体措施如下：
1. 合理选择输电线路路径，避开易遭受雷击的地段，如雷暴走廊、潮湿盆地、土壤电阻率突变地带等。
2. 降低杆塔接地电阻、提高耦合系数、减小分流系数、加强高压输电线路绝缘等，以提高高压输电线路的耐雷水平。
3. 根据地区的地貌、地形、地质以及土壤状况与接地电阻的合理水平，找出可能存在薄弱环节或缺陷，因地制宜地采取措施。
请注意，上述措施并不能保证线路完全不受雷击，雷电活动具有复杂性和随机性，因此应综合考虑各种因素，采取多种措施，以最大程度地减少雷击对线路的危害。
输电线路的防雷措施
5
• 避雷线的假设原则： 1）. 3~10kV线路防雷保护
• 不架设避雷线，为提高供电可靠性可投入自动重合闸。 • 在雷电特强烈地区可采用高一电压等级的绝缘子，或
顶相用针式两边改用两片悬式绝缘子（不平衡绝缘）。 • 对特殊用户应用环形供电或不同杆双回路供电，必要时
改为电缆供电。
7.采用不平衡绝缘方式：
针对同杆并架的线路， 按三角形布置，在上面的线 上加间隙或管型避雷器，对 其他线起到保护作用。
8、安装线路避雷器：
把避雷器并联在线路上， 当作用电压超过避雷器的 放电电压时，避雷器先放 电，限制了过电压的发展。
习题
7.1 说明避雷线在输电线路防雷保护中的作用。对有避雷 线的线路应采取什么措施来提高耐雷水平?
根据前面对雷电产生、发展的分析，在确 定不同电压等级的输电线路防雷保护方式时， 主要应从线路的重要程度、系统的运行方式、 输电线路经过地区雷电活动的强弱、地形地 貌的特点、土壤电阻率等条件，结合当地原 有线路的运行经验，根据技术经济比较的结 果，因地制宜、全面考虑。
输电线路防雷的措施（“四道防线”）：
2
输电线路防雷的措施“四道防线”的图 示
输电线路防雷的具体措施
• 架设避雷线 • 降低杆塔接地电阻 • 架设耦合地线 • 采用不平衡绝缘方式 • 装设自动重合闸 • 采用消弧线圈接地方式 • 加强绝缘 • 装设避雷器
4
1.架设避雷线
避雷线，处于导线的上方，架空的接地线。 避雷线的作用：
对导线有遮蔽作用，可避免雷直击导线。 对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降； 对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压；
（1）防止雷直击导线 沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合
输电线路的防雷措施
3.5.2 降低杆塔接地电阻
土壤电阻率低的地区，可利用自然接地电阻；
高土壤电阻率地区，可利用多根放射形接地体 或连续伸长接地体，配合降阻剂使用
3.5.3 架设耦合地线
增加避雷线与导线间的耦合以降低绝缘子串上的电 压； 增加对雷电流的分流作用
3.5.4 采用不平衡绝缘方式
两回路的绝缘子串的片有差异;
3.5.8 加强绝缘
冲击电压作用下木材绝缘材料性能较好，用木横担 来提高耐雷水平和降低建弧率（我国受条件限制很少 采用)
高杆塔时增加绝缘子片数 改用大爬距悬式绝缘子
增大塔头空气间隙
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雷击时绝缘子片数少的先闪络,闪络后的导线相当于 地线,增加了另一回路的耦合作用，提高了另一回路 的耐雷水平，使之不发生闪络，以保证不中断供电
3.5.5 装设自动重合闸
雷击造成的闪络大多数能在线路跳闸后自行恢复绝缘 性能，重合闸成功率较高 110kV线路成功率75%-95% 35kV及以下线路成功率50%-80%
3.5 输电线路的防雷措施
输电线路的防雷措施主要做好以下“四道防线”： 防止输电线路导线遭受直击雷； 防止输电线路受雷击后绝缘发生闪络； 防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧； 防止工频电弧后引起中断电力供应。 确定输电线路防雷方式时，还应全面考虑线路综 合因素，因地制宜地采取合理的保护措施。
3.5.1 架设避雷线
作用： 防止雷直击于导线；
对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；
对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上 电压； 对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压
具体实施： 330kV及以上： 全线架设双避雷线，α在20度左右 500kV时α小于等于15度，甚至负保护角 220kV： 宜全线架设双避雷线，α在20左右 110kV： 一般全线架设避雷线，α取20到30度之间 35kV及以下： 一般不沿全线架设避雷线 原因：绝缘水平低，雷击时易反击； 一般中性点非有效接地，单相接地后果不 是很严重，可依靠消弧线圈和自动重合闸
第八章电力系统防雷保护
第八章电力系统雷电防护本章分析输电线路、发电厂和变电所以及旋转电机的防雷保护原理及措施。
§8-1 输电线路的防雷保护输电线路分布面积广,易受雷击,所以雷击是引起线路跳闸的主要起因。
同时,雷击以后雷电波将沿输电线侵入变电所,给电力设备带来危害, 因此对线路防雷保护应予以充分重视和研究。
根据过电压的形成过程,一般将线路发生的雷击过电压分为两种,一种是雷击线路附近地面, 由于电磁感应所引起的,称为感应雷过电压。
另一种是雷击于线路引起的称为直击雷过电压。
运行经验表明,直击雷过电压对高压电力系统的危害更为严重。
输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果在工程计算中用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。
耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
线路的耐雷水平较高,就是防雷性能较好。
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳闸的次数, 此统一条件规定为每年40个雷暴日和100km的线路长度。
应该指出,由于雷电放电的复杂性,通过工程分析得到的计算结果可以作为衡量线路防雷性能的相对指标,而运行经验的积累和实施对策的分析则应是十分重视的。
输电线路防雷一般采取下列措施 :1 .防止雷直击导线沿线架设避雷线,有时还要装避雷针与其配合。
在某些情况下可改用电缆线路,使输电线路免受直接雷击。
2 .防止雷击塔顶或避雷线后绝缘闪络输电线路的闪络是指雷击塔顶或避雷线时,使塔顶电位升高。
为此,降低杆塔的接地电阻,增大耦合系数,适当加强线路绝缘,在个别杆塔上采用线路型避雷器等,是提高线路耐雷水平,减少绝缘闪络的有效措施。
3 .防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧当绝缘子串发生闪络后,应尽量使它不转化为稳定的工频电弧,不建立这一电弧,则线路就不会跳闸。
适当增加绝缘子片数,减少绝缘子串上工频电场强度,电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式,防止建立稳定的工频电弧。
4 .防止线路中断供电可采用自动重合闸,或双回路、环网供电等措施,即使线路跳闸,也能不中断供电。
输电线路的防雷措施
输电线路的防雷措施
1.架设避雷线使雷直接击在避雷线上，保护输电导线不受雷击。
减少流入杆塔的雷电流，对输电导线有耦合作用，抑制感应过电压。
2.增加绝缘子串的片数加强绝缘。
3.减低杆塔的接地电阻可快速将雷电流引泄入地。
4.装设管型避雷器或放电间隙以限制雷击形成过电压。
5.装设自动重合闸预防雷击造成的外绝缘闪络使断路器跳闸后的停电现象。
6.采用消弧圈接地方式。
7.架设耦合地线增加对雷电流的分流。
8.不同电压等级输电线路，避雷线的设置：
（1）500KV及以上送电线路，应全线装设双避雷线，且输电线路愈高，保护角愈小（有时小于20°）。
在山区高雷区，甚至可以采用负保护角。
（2）220～330KV线路，一般同样应全线装设双避雷线，一般杆塔上避雷线对导线的保护角为20～30°。
（3）110KV线路一般沿全线装设避雷线，在雷电特别强烈地区采用双避雷线。
在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不沿线架设避雷线，但杆塔仍应随基础接地。
多雷区输电线路及变电站防雷保护
多雷区输电线路及变电站防雷保护随着城市化进程的加快，城市的用电负荷也在不断增加。
要满足城市用电需求，就需要铺设更多的输电线路和建设更多的变电站。
但是，输电线路和变电站在遭受雷击的风险也在不断增加，因此对于输电线路和变电站的防雷保护显得尤为重要。
一、防雷保护原理防雷保护的原理是在电气设备和系统上加装保护装置，将雷电流引开或吸收，以减小雷击对电气设备和系统的危害。
（一）选址防雷在多雷区的选址时，应当考虑将输电线路远离自然地形高峰、高层建筑、金属结构物等，以减少遭受雷击的风险。
（二）引雷保护在多雷区的输电线路上，需要设置引雷保护接地装置。
一般来说，环形接地网的效果最好，电阻应控制在10欧姆以内。
（三）绝缘保护在多雷区的输电线路上，还需要设置合适的绝缘保护装置。
绝缘保护的主要目的是防止雷电冲击对输电线路绝缘的破坏。
在多雷区的输电线路上，避雷针是一种常用的防雷保护措施。
主要是通过设置避雷针将雷电远离输电线路。
（五）接地保护在多雷区的输电线路上，需要设置有效的接地保护装置。
地网式接地或者钢塔式接地均可，需要按照规范要求完成设计和建设。
三、变电站的防雷保护变电站需要设置引雷保护。
雷保护的作用是将雷电流远离变电站。
具体的实施方式是设置合适的金属接地，保证接地电阻符合规范要求。
变电站也需要设置避雷针保护。
主要作用是在雷电天气时，将雷电远离变电站。
变电站需要设置有效的接地保护装置。
金属外壳的设备可以采取通过金属外壳与大地之间的电阻，将电荷释放到地球上的方式。
四、总结随着城市化进程的加快，输电线路和变电站的建设和使用将越来越广泛。
在多雷区，设计合理的防雷保护措施至关重要。
选址防雷、引雷保护、避雷针保护、绝缘保护、接地保护等都是防雷保护的重要手段。
在进行建设时，需要根据实际情况选择合适的防雷保护措施，达到保障设备和人员安全的目的。
第9章 输电线路的防雷保护
2. 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
若雷电流取为斜角波头，即 iL=at，可得雷击点的最高电
位：
uA
= iZ
⋅ Zb 2
= iL
Z0Zb 2Z0 + Zb
iL = at
UA
=
a×
l vb
×
Z0Zb 2Z0 + Zb
l
2. 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
由于避雷线与导线间的耦合作用，在导线上将产生耦合
输电线路防雷的原则和措施
做好输电线路的防雷工作，不仅可以提高输电线路 本身的供电可靠性，而且还可以使变电所安全运行。
输电线路的防雷保护
架空线路遭受雷击的可能性 10kV、35kV线路
主要是110kV、 220kV，部分 500kV线路
雷击线路附近地面 雷击塔顶及塔顶附近避雷线 雷击档距中央的避雷线 雷击导线
110kV、 220kV、 500kV线路
1、输电线路的感应雷过电压
感应过电压 当雷击线路附近大地时，由于电磁感应，在线路上的
导线会产生感应过电压。
1、输电线路的感应雷过电压
（一）、雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压
主放电前 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，线路正处于雷云与先导通道的电场中，由于静电 感应，沿导线方向的电场强度分量Ex将导线两端与雷云异 号的正电荷吸引到靠近先导通道的一段导线上来成为束缚 电荷，导线上的负电荷则由于Ex的排斥作用而使其向两端 运动，经线路的泄露电导和系统的中性点而流入大地。
（二）、雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压
雷击线路杆塔时，由于雷电通道所产生的电磁场迅速变 化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压，其计算问 题至今尚有争论，不同方法计算的结果差别很大，也缺乏实践 数据。目前，《规程》建议对一般高度（约40M以下）无避雷 线的线路，此感应过电压最大值可用下式计算
输电线路的防雷保护
§9-1 输电线路的感应雷过电压
一、雷击线路附近大地时，线路上的感应过电压 1.基本原理
感应雷过电压形 成示意图
（a）主放电前 （b）主放电后 hd-导线高度；
S-雷击点与导线 间的距离
1）主放电前
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，沿导线方向的电场强度分量Ex将导线两端与雷云 异号的正电荷吸引到靠近先导通道的一段导线上来成为 束缚电荷，导线上的负电荷则由于Ex的排斥作用而使其 向两端运动，经线路的泄漏电导和系统的中性点而流入 大地。
4.5 E
0.75
14%
E为绝缘子串的平均运行电压梯度【KV（有效值）/m】
对中性点直接接地系统有：
E
u
c
3l j
当为铁横担时，其为线路额定电压 【KV（有效值）】 为绝缘子串闪络距离（m）
对中性点非直接接地系统有：E
u 2l
c j
对于中性点不接地系统，单相闪络不会引起跳 闸，只有当第二相导线再闪络后才会造成相间闪 络而跳闸，因此，式中应是线电压和相间绝缘长 度。 实践证明，当E≤6【KV（有效值）/m】时，建 弧率很小，可以近似地认为建弧率为0。 二、有避雷线线路雷击跳闸率的计算 1.雷击杆塔时的跳闸率
因先导通道发展速度不大，所以导线上电荷 的运动也很缓慢，由此而引起的导线中电流很 小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，导线 电位将与远离雷云处的导线电位相同。
2）主放电后 当雷云对线路附近的地面放电时，先导通道中 的负电荷被迅速中和，先导通道所产生的电场迅 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，该感应电压称 为感应过电压的静电分量。 同时，雷电通道中的雷电流在通道周围空间 建立强大的磁场，此磁场的变化也将是导线感 应出很高的电压，该电压称为感应过电压的电 磁分量。
输电线路雷击原因与防雷措施
输电线路雷击原因与防雷措施一、雷击原因雷电是一种自然现象，由于地球表面和云层之间电位差的存在，当电位差达到一定程度时，空气中的电荷会产生强烈的电弧放电。
输电线路在这种强电场的作用下，可能发生雷击。
1.1 天气因素天气是导致输电线路雷击的一个主要原因。
当遇到雷暴天气时，地球表面电势将会产生明显的变化，同时云层中的电荷分布也会非常不稳定，这些天气因素都可能造成雷电现象的发生，对输电线路带来影响。
1.2 空气湿度当空气湿度较大时，空气中的氧分子与水分子往往会被电场电离，释放出自由电子和空穴，这会导致电势在输电线路上的不均匀分布，从而容易引发雷击。
1.3 输电线路结构和形状输电线路的结构和形状对雷电的感应也有很大的影响。
若线路较长且周边的杂物较少，那么雷电流就比较容易进入导线内部，此时输电线路就比较容易受到雷击。
二、防雷措施为了防止输电线路发生雷击，可以采取以下几种防雷措施。
2.1 安装避雷针在输电线路上方安装避雷针是防雷措施的一种有效方法。
避雷针能够分散雷暴电流，减轻雷击对输电线路的影响。
2.2 使用雷电保护器在输电线路中安装雷电保护器可将雷电感应的电荷导向地线，最大程度保护输电线路的安全。
2.3 增加地网通过在输电线路安装大规模的地网，可以有效将雷击感应电荷导向地面，避免对输电线路造成过大影响。
2.4 降低线路电位通过在输电线路上引入降压变压器等装置，减缓输电线路的电位差，有效避免线路雷击。
总的来说，输电线路防雷措施涉及到许多领域，这需要广泛的基础知识和实践经验。
只要掌握了相关技术和方法，就能够有效地防止输电线路发生雷击现象，保证人们生活和工作的正常进行。
第七章 输电线路的防雷保护
4
2、雷击档距中央的避雷线 雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时，因为这时 从杆塔接地点反射回来的异号电压波抵达雷击点的时间最长，雷击 点上的过电压幅值最大。真正击中档距中央避雷线的概率只有10% 左右。 Z0 i/2 i/4 Zg A S B l Ri i/4 Zg ht Ri
it Lt Ri Ri Ri
A. 直击雷： 所谓直击雷，是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物 上，因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员 伤亡。一般防直击雷是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避 雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地装置构成完整的电气通路， 将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保 护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电仍然会透过多种形式及途 径破坏电子设备。 B. 感应雷： 所谓感应雷，是指雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应 和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的 放电时，会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备间连接 线和铁路钢轨等等导体上产生静电和电磁感应过电压，使串联在线 路中间或终端的电子设备遭到损害。
a——感应过电压系数
U i 25
2、导线上方有避雷线：
Ihc ( KV ) s
有避雷线时
U 'i U i ( 1 k0 ) ahc ( 1 k0 )( KV )
感应雷过电压的波形比直击雷的波形平缓。
Ihc ( KV ) s Ih U g 25 g ( KV ) s U i 25
平原线路
lg P
ht
86
3.9
山区线路
lg P
ht
86
3.35
雷击输电线路导致跳闸需要的条件： 1、雷电流超过线路的耐雷水平，引起线路绝缘发生冲击闪络。 2、冲击电弧转化为稳定的工频短路电弧，线路跳闸。
输电线路的防雷保护相关知识讲解
P
h
86
3.35
输电线路雷击跳闸率
n n1 n2
N (gP1 P P2 )
例题
四.输电线路的防雷措施
1.架设避雷线 作用：
防止雷直击于导线； 对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降； 对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串 上电压； 对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压
330kv及以上： 全线架设双避雷线 α在20度左 右
输电线路的防雷保护相 关知识讲解
衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络的最大 雷电流幅值
雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的 跳闸次数
一.输电线路的感应雷过电压
1.感应过电压的计算
(1).导线上方无避雷线
Ug
25
Ihd S
S:雷击点与线路的垂直距离
I:雷电流幅值
hd :导线悬挂的平均高度
(2).导线上方挂有避雷线
U
' gd
U
' gd
(1
k0
hb ) hd
(3).雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压
无避雷线：
U gd hd
有避雷线：
U
' gd
hd (1 k0
hb hd
)
二.输电线路的直击雷过电压和耐雷水平
1.雷击杆塔塔顶 雷电流的分布
等值电路图
流经杆塔的电流
雷击处避雷线与导线间的空气隙S上承受最大电压
US U A (1 k)
l Z0Zb (1 k) b 2Z0 Zb
不会出现击穿的经验公式
S 0.012l 1
3.雷绕过避雷线击于导线或直接击于导线 等值电路图
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降低接地电阻困难时采用，有屏蔽和分流作用
四、采用不平衡绝缘方式： 同杆双回线路采用 五、装设自动重合闸 六、采用消弧线圈接地运行方式 七、线路薄弱处装设管型避雷器 八、加强绝缘
高杆塔增加绝缘子片数 九、加装线路型避雷器
第十章 发电厂和变电站的防雷保护
发电厂是产生电能的中心，变电站是分配电能的枢纽
三、雷击避雷线档距中央时的过电压
需校核避雷线与导线间的空气间隙S能否被击穿 规程规定：S=0.012l+1（m）
三、 输电线路的雷击跳闸率
引起
感应雷 直击雷
过电压的雷电流>耐雷水平
绝缘冲击闪络
是否跳闸？
冲击闪络持续时间只有几十μs，继电保护和断路器根本来 不及动作，雷电流过后，工频电压所产生的工频电流（工 频续流）以电弧的形式流过闪络通道，若电弧稳定燃烧才 会使继电保护动作，断路器跳闸
4．最后一道防线是即使跳闸也不要中断电力的供应。为此，可 以采用自动重合闸装置，或用双回路或环网供电。
感应雷过电压
感应雷过电压= 静电分量＋电磁分量
感应雷过电压大小
无避雷线时：
Ug
25
IL
• hd S
(kV)
有避雷线时：
Ug
(1
k)25
IL
• hd S
避雷线对感应雷过电压有屏蔽作用，可使 导线感应过压↓（1-K）倍
雷击塔顶反击时的耐雷水平：
I
u50%
(1
k)(Rch
Lgt 2.6
)
hd 2.6
提高耐雷水平的主要措施：
一般高度杆塔其
（1）降低杆塔接地电阻Rch
压降是塔顶电位 主要分量
（2）增大耦合系数k
采用双避雷线
（3）减小分流系数β 架装耦合地线
（4）加强线路绝缘
增加绝缘子片数 采用更好的绝缘 材料 u50%
§10－3 变电站的进线段保护
变电站电气设备在雷电侵入时出现的过电压为：
u
ur
2al v
k
需限制i雷电 ur 及 需 a
u
进线段保护
进线段：输电线靠近变电站1－2km的线段
统计表明：变电站侵入波事故50%是1km线路落雷造成的， 71％是3km线路落雷造成的
进线段保护：加强进线段防雷保护措施（无避雷线的架设 避雷线，有避雷线减小保护角，增加绝缘子片数，加强检 查巡视）使进线段耐雷水平高于线路其它部分，减小进线 段发生绕击和反击形成侵入波的概率，这样侵入变电站的 雷电波主要来自进线段之外
击杆率g
N＝0.28（b+4hb)
避雷线根数 0 12
地形
平
原
1/2 1/4 1/6
山
区
－ 1/3 1/4
雷击杆塔时的耐雷水平为I1，雷电流幅值超过I1的概率为P1 故： n1=0.28（b＋4hb）gηP1 （ η为建弧率）
2.绕击导线的跳闸率n2
绕击率为Pα，绕击时耐雷水平为I2，雷电流超过耐雷水平 I2的概率为P2
平行导线上电位：
（1）耦合波分量 kuA→与雷电流极性相同 （2）雷击杆塔在导线上的感应过电压
αh（1－k） →与雷电流极性相反
∴uc=kuA- αh（1－k）
绝缘子串电压 ui=uA-uc
最高值 ui u50％
ui
I(Rch
Lgt 2.6
hd ) (1 k) 2.6
u50%为正极性冲击放电电压
则UA=100I
耐雷水平
UA 与 U50% 比较，是否闪络? 则雷击导线时的耐雷水平为：
I= U50% /100（kA） U50%为绝缘子串冲击放电电压
例题
110kV线路每串6－7片绝缘子， U50%=700kV
7kA
故耐雷水平 I=
I lg P
雷电流概率
88
雷电流超过7kA的概率为86.5％
重要：
（1）遭雷击受到破坏将造成大面积停电事故
（2）发电机、变压器是系统中最重要最昂贵的设备，
且绝缘水平也较低，一旦损坏难于修复
（3）值班运行人员的安全
所以比输电线路防雷更加重要
需采取防雷措施
雷害来源： （1）雷直击发电厂和变电站的避雷针后，强大的雷电流
在设备上a.产生感应过电压b.避雷针电位升高对设备 反击c.产生跨步电压和接触电压 （2）雷击线路后导线上形成雷电波侵入发电厂和变电站 防雷措施： （1）选址时尽可能选择少雷区 （2）采用避雷针和避雷线作为直击雷防护 （3）采用避雷器和进线段保护作为侵入波防护
雷击杆塔塔顶时的过电压和耐雷水平
导线电位
（1）负极性雷电流沿杆塔向下和避雷线两 侧传播，使塔顶电位升高，并通过电磁耦 合使导线电位升高
（2）雷击杆塔，在导线上产生与负极性雷 电流极性相反的正极性感应过电压
雷电流 iL=ib+igt igt=βiL β为分流系数 塔顶和避雷线电位最大值uA=βI（Rch+Lgt/2.6 ）
侵入波经过在进线段上传播时，由于冲击电晕陡度会降 低，进线段的波阻抗也起着限制流过避雷器的雷电流的 作用 进线段作用：（1）限制雷电流（2）降低侵入波陡度 一、避雷器雷电流计算 进线段以外落雷，侵入波幅值被限制在进线段绝缘子串 的u50%，进线段1－2km的传播时间
Ue
3(l1 0.5l2)
中性点非直接接地系统，单相短路电流小，不会建立稳定
的电弧，只有相间短路时短路电流很大极易建立稳定燃烧
的电弧
Ue (2l1 l2 )
l1为绝缘子串长度 l2为木或瓷横担长度 金属横担l2＝0
一般：E≤6 kV/m（有效值）可认为η＝0
雷击跳闸率n的计算
1.雷击杆塔跳闸率n1 每100km线路每年（40雷电日）落雷次数
故：n2=0.28（b+4hb）ηPαP2 所以线路雷击跳闸率n为 n =n1+n2=0.28(b+hb)η(gP1+PαP2) （次/100km.年）
输电线路的防雷措施 一、架设避雷线 作用：a.减少雷直击导线b.分流作用降低塔顶电位c.屏蔽
作用降低感应过电压 规程规定：
a.220kV及以上全线双避雷线（α＝200） b.110kV除少雷区外全线架设避雷线（α＝200－300） 二、降低杆塔接地电阻
∴变压器上的最大冲击电压umax应小于多次截波耐压值uj
umax uj
ur
2al v
k
uj
避雷器与变压器之间的最大允许距离lmax
lmax
u jur 2a k
u jur 2a'k
,a v
a'a’为空间陡 度
v
结论：
（1）避雷器具有一定的保护范围，最大允许距离lmax与
变压器uj和避雷器ur差值有关 uj－ur lmax
2.掌握耐雷水平与雷击跳闸率影响因素 3.掌握线路防雷基本措施
架空线地处旷野、纵横交错，极易遭受雷击
引起跳闸可能的过压
直击——绕击（1） 击杆顶——反击（2） 击避雷线档距中央——（3） 感应过压——（4）
输电线路的雷电过电压分类
直击雷过电压 雷直击输电线路杆塔，避雷线，导线，产生 的过电压称为直击雷过电压
送电线路防雷防线
1. 首先要保护导线不受雷击．为此可以采用避雷器、避雷针或 改用电缆。
2．其次是如果避雷线受雷击后最好不要使线路的绝缘发生闪络。 为此，需要改善避雷线的接地，适当加强线路的绝缘，个别 杆塔可以使用避雷器。
3．第三道防线是即使线路绝缘因雷击发生闪络也不要转变为稳 定的工频电弧，即线路上不要发生短路故障，所以不会跳闸。 为此应该减少绝缘上的工频电场强度或电网中性点采用不直 接接地的方式。
感应雷过电压 雷击导线水平距离65m以外的大地时，由于 空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的 过电压，称为感应雷过电压
直击雷
（1）雷击输电线路 无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷
线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而 击于导线（绕击） （2）雷击杆塔或避雷线 杆塔电位升高，造成绝缘子闪络，形成反击
一定距离
距离对过电压有影响
l 设备上过电压为： Us Ur,5 2a v
可见为了保证设备的安全，需采取如下措施： 1）限制通过避雷器的雷电流，≯5kA或10kA，降低残压 2）限制雷电流陡度a 3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距离l
三、变压器与避雷器之间的最大允许距离
由于避雷器动作以后的波的多次折反射，变压器上的电压 为振荡的，这种波形与全波相差较大、而与截波相似，实 际中就是以变压器承受多次截波的能力（多次截波耐压值 uj）表示承受雷电波的能力
各级线路应有的耐雷水平
雷直击相应电压 35kV 等级导线时
220kV 330k 500kV V
耐雷水平
3.5 kA 12 kA 16 27.4 kA kA
超电雷闪过流直络耐概击，雷率导我水线国平会1雷1引0k起V9及几1.2以乎%上所线有7路电3需压.1%全等线级6%架的5.设线8 避路4雷绝8线缘.8%子
感应雷过电压特点
幅值≤500KV（仅对35 KV及以下系统有威 胁）
极性与雷电流极性相反 三相导线上同时出现 上升速度较慢，波头几～几十μs
雷击杆塔时导线上的感应过电压
杆塔有引雷作用，故S<65m的雷击会被吸 引到杆塔
Ug hd(kV)
无避雷线
Ug (1 k)hd(kV)
有避雷线
α为感应系数（kV/m)取值为雷电流陡度 （ α =I/2.6μs）
k为避雷线和导线的耦合系数 Nhomakorabea二、输电线路直击雷过电压和耐雷水平
雷击导线： a. 无避雷线，35kV及以下系统
b. 有避雷线，绕击
1.绕击率Pα ：雷绕过避雷线击于导线的概率