《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

表2111地线采用镀锌钢绞线时与导线配合表导线型号lgj18530及以下lgj18545lgj40035lgj40050及以上镀锌钢绞线最小标称截面mm3550805080100500kv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80mm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采用合理的防雷方式
有ΔS≥O(当l = lK时，ΔS=O)。
(3)如0.0482-8PC<0，即P 2.88 104 ，则方程没有实数根，即所有档距
均有ΔS>O。
C
通过以上分析，当耐张段的代表档距为l 0，而耐张段中的最大、 最小档距分别为 lm和 ln时，在15℃无风气象条件，按S＞S1的条件选 择避雷线应力σb的方法归纳如下：
(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E≤6kV(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
s3≥0．1Ue
(2-11-3)
式中s3——导线与避雷线间的距离(m)； Ue——线路额定电压(kV)。
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。
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2-11-1 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-95／20型，第Ⅱ气象区，杆塔为φ400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150～ 300m，各耐张段可能出现的最大、最小档距分别为 l m=330m、n=100m。 l在代表档距 0=150～3l 00m范围内，15℃无风气象条时导线的应力均 为σd=81．6lMPa。 解：
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2-11-1。
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-185/45～LGJ-400/35 LGJ-400/50及以上
镀锌钢绞线
无冰区
35
最小标称截 面(mm2)
覆冰区
50
50
80
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，采用合理的防雷方式。
图2-11-3 4S与P值的关系曲线示意图
(2)如O.048２-8PC=0，即P 得

2.88

10
4
，则有
C
l1=
l2=
l
，由式(2-11-9)可
K
0.048 lk P 166.67C 166.67(h 1)
(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
主讲:赵先德
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
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
8(h 1) 0.096
P

l
2 m
lm
(3)当 ln> lk时，则只需取0.0482-8PC>0的情况中，使 l2= ln，即取
P 8(h 1) 0.096
ln2
ln
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σb。
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σb后，将σb及其气象条件作 为已知条件，利用状态方程式(2—45)求出年平均气温时应力σb1， 然后将其与年平均运行应力σbcp相比较。如果σb1<σbcp，则仍以 σb及其气象条件为已知条件，利用状态方程求出最大覆冰、最大风 速及最低气温时的应力，取其大者即为所选择的避雷线最大使用应 力。如果σb1>σbcp，则需加高避雷线支架后重新计算。
(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
sl≥0．012 l+1
(2-11-1)
式中 sl——档距中央导线与避雷线间的距离(m)；
l ——档距(m)。
(2)对于较大档距，即在档距 l>υτt。时(υ为波的传播速度，取
(1) 500～750kV输电线路应沿全线架设双地线。
(2) 220～330kV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1～2km地线，且应装 设自动重合闸装置。
fd、fb——分别为导线和避雷线弧垂(m)。
令 ΔS=S-S1=S-(0．012 l +1)，则根据过电压保护要求，应有
Δs≥0，即
l2 h
8

g

d d
gb
b
0.012l 1 0
(2-11-5)
为简化公式，令 P gd gb
d b
（2-11-6）
C h 1
1．15℃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
S=h+fd-fb
式中导线和避雷线的档距中点
弧垂分别为
fd

gdl2
8 d
fb风时导线和避雷线的弧垂
所以
s h l2 8
首先，根据导线与避雷线悬点高差h按式(2-11-10)计算 lK，然后 根据 l1、l2与 lK的大小关系，对照下列情况确定P值。
(1)当 ln< l k< lm时，须使所有档距均有Δs≥0，则取。
P 2.88 10 4 2.88 10 4
C
h 1
(2)当 lm< lk时，则只需取0.0482-8PC>0的情况中，使 l1=l k，即取
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。
例如，对110kV输电线路，其耐雷水平要求40～75kA，设档距为 600m，则
s1=0．012l +1=0．012×600+1=8.2m
s2=0．1I=0．1×75=7.5m
s3=0．1Ue=0．1 ×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。
(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1～2km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1～2km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 及以上线路的保护角均不大于0°，110kV 线路不 大于10°；对于单回路，500～750kV 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。
且取ΔS=0，则
s Pl 2 0.012 l C 0 8
（2-11-7）
将式(2-11-5)和式(2-11-6)两式适当变形并联立求得
b

gb gd P
d
P 8C 0.096
l2
l
(2-11-8)
由式(2-11-8)可见，σb的大小取决于P值，而P值与档距 l 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。

g

d d
gb
b

（2-11-4）
式中 S——15℃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)；
l ——档距(m)；
gd、gb——分别为导线和避雷线的自重比载(N／m.mm2)： σd、σb——分别为导线和避雷线在15℃无风气象条件时的应力(MPa)；
表2-11-3 三个公式适用的档距范围
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。
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：
①防止雷直击导线；
②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； ③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； ④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：
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ΔS≥O。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l 关系，以合理选择P值。
式(2-11-7)为一元二次方程，它的解为
l1

0.048 P

1 P
0.0482 8PC
l2

0.048 P
1 P
0.0482 8PC
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30Ω。 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。
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。
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。
视。一般在雷季干燥时，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(Ω.m) 100及以下
100～500
500～1000 1000～2000 2000以上
工频接地电阻(Ω)
10
15
20
25
30
如土壤电阻率超过2000Ω·m，接地电阻很难降到30Ω时，可采用 6～8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。
（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P>O，故曲线呈上凹形，如图2-11-3所示。
由式(2-11-9)可知，随着P值的不同，
有以下三种情况。
(1)如0.0482-8PC>0，即 P 2.88 104 ，则 方程有两个不相等的实数根 l1C、l 2，此 时，当 l1＜l ＜ l2，有ΔＳ＜0；当l＜l 1 或l＞ l2，有ΔＳ＞O。
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
225m／μS；τt为波头长度，一般取2.6μS)，所以l >585m时，来自
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
s2≥0.1I
(2-11-2)
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)。