第8章电力系统防雷保护

高电压工程基础
避雷针（线）的设计计算
1. 独立避雷针
uA L di dt iR ch
u B iR ch
I = 140 ~ 150 kA，L = 1.7 hμH/m， 空气击穿场强500 kV/m， 土壤击穿场强300kV/m，
di / dt按斜角波头= 2.6 μs。
s k 0 .3 R c h 0 .1 h m s d 0 .3 R c h m
平原线路：lg p a
3 .9 0
山区线路： lg
pa

86
h
3 .3 5
2. 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平
塔顶电位：
u gt g iR ch L gt g di dt g I ( R ch L gt / 2.6)
导线电位：
K cU g t K c g I ( R ch L g t / 2 .6 ) h d (1 K c ) I 2 .6
n1 0 .2 8( 4 hd b ) g p1
雷击次数 击杆率 建弧率 雷电流幅值 大于雷击塔 顶的耐雷水 平 I1 的概率
绕击跳闸率n2（次/ 100km· 40雷电日 ）
n 2 0 .2 8( 4 hd b ) p a p 2
雷击次数 绕击率 建弧率 雷电流幅值 大于雷绕击 的耐雷水平 I2 的概率
I

Z

IZ 4
100 I
2 2
输电线耐雷水平：I

U 50% 100
2. 雷击塔顶时的过电压及耐雷水平
dI dt
塔顶电位： U IR ch L gt
I ( R ch L gt / 2.6)
导线电位： U ' hd
I 2.6
hd
绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝
U j U ( U ') I ( R ch L gt / 2.6 hd / 2.6)
A (4 hd b ) 10
3
100 0.1(4 hd b )
地面落雷密度γ为 0.07，如果取每年40个雷暴日作为标准 值，每年l00km输电线路受到的雷击次数（次/ (100km· 40雷 电日)）为：
N 0.28(4 hd b )
反击跳闸率n1（次/ 100km· 40雷电日 ）
U s U A (1 K c )
1 2
Ls (1 K c )
s (0.012 l 1) m
电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求， 雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。 所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。
四、输电线路雷击跳闸率的计算
根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的避雷线和导 线对地面的遮蔽宽度取4hd + b，hd是上导线的平均高度，b为 避雷线之间的宽度，这样 ，l00km输电线路对地面的遮蔽面积， 或受雷害面积（km2）为：
U ' U K cU (1 K c )U
Kc 为避雷线与导线之间的耦合系数。如前所述，其值 只决定于导线间的相互位置与几何尺寸。线间距离越近， 则耦合系数 Kc 愈大，导线上感应过电压愈低。
三、 输电线路的直击雷过电压
无避雷线时的直击雷过电压
1. 雷击导线的过电压及耐雷水平
雷击点电压： U A
耐雷水平： I
U 50% R c h L g t / 2 .6 h d / 2 .6
有避雷线时的直击雷过电压
1. 雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平
雷击点电压： U A
I Z IZ 4 100 I
2 2
输电线耐雷水平：
I
U 50% 100

86 h
此时，避雷线只起到降低 绕击率的作用：
（2）35kV 及以下配电装置的绝缘较弱，所以其构架或房 顶上不宜装设避雷针，而需要装设独立避雷针。 （3）发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生感应或反 击使继电保护误动作，甚至造成绝缘损坏。
高电压工程基础 2. 避雷线
我国有关规程规定：
① 110kV 及以上的配电装置 可将线路的避雷线引接到 出线门型构架上，但土壤电阻率大于 1000Ω·m 的地区，应加 装 3 ~ 5 根接地极。 ② 35 ~ 60kV 配电装置 在 ρ 不大于 500Ω·m 的地区， 允许将线路的避雷线引接到出线门型构架上，但应装设 3 ~ 5 根接地极；当 ρ>500Ω·m 时，避雷线应终止于线路终端杆塔， 进变电所一档线路可装设避雷针保护。
gi
(1 g )i
K c g I ( R ch L g t / 2 .6 )
h d (1 K c )
绝缘子承受电压：
U j g I ( K ch L gt / 2.6)(1 K c ) I 2.6 hd (1 K c )
I ( g R ch g L gt / 2.6 hd / 2.6)(1 K c )
二、 线路感应雷过电压
静电场突然消失 静电分量
主放电产生脉冲磁场
静电分量
无避雷线时的感应雷过电压
U 雷击线路附近地面： 25 Ihd s
雷击杆塔或线路附近避雷线： U hd α —— 感应过电压系数，kV/m，其值等于以kA/μs为单位的雷电流平 均陡度值，即 α = I / 2.6。 hd ——导线平均高度，m。
hbp hb 2 3 f b 29.1 2 3 7 24.5
hdp hd 2 3 f d 23.4 2 3 12 15.4
（2）避雷线对外侧导线的耦合系数
K c 0 K c1 K c 0 1.25 0.229 0.286
（3）杆塔电感 Lgt
n n1 n 2 0.28(4 hd b ) ( gp1 p a p 2 )
架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率
电压等级（kV）
雷击杆塔时耐雷水 平（kA） 平原跳闸率 （次/百公里· 年） 山区跳闸率 （次/百公里· 年）
500
125 ~175 0.081 0.17 ~ 0.42
输电线路耐雷水平： I
U 50% (1 K c )[ g ( R c h L g t / 2 .6 ) h d / 2 .6 ]
分流系数：
R ch g t L gt g L b d ( t g t ) / d t
g
1
1 Lgt Lb R ch Lb t
第8章 电力系统的防雷保护
8.1 输电线路防雷保护 8.2 发电厂和变电所的防雷 8.3 旋转电机的防雷保护
8.1输电线路防雷保护
一、 原则和措施
直击雷过电压
雷击 塔顶
雷击档距中央 的避雷线
雷击 导线
雷击线路 附近地面
感应雷过电压
输电线路防雷的任务： 采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行 部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。
p1 4.8%
I 2 15.6
p 2 66.5%
7．击杆率 g，绕击率 pa ，建弧率 η
g 1/ 6
p a 0.Βιβλιοθήκη 44% 0.808．线路的雷电跳闸率 n
n 0.28(4 hbp b )( gp1 p a p 2 )
0.28 (4 24.5 11.6) ( 1 6 4.8 100 0.144 100 66.5 100 ) 0.80
330
100 ~ 150 0.121 0.27 ~ 0.60
220
75 ~ 110 0.252 0.43 ~ 0.95
110
40 ~ 75 0.833 1.18 ~ 2.01
例10-1 某 220kV 线路，假定杆塔冲击接地电阻 Rch = 7Ω，绝缘 串由 13 片 X-7组成。其正极性冲击放电电压 U50% 为 1410kV， 负极性冲击放电电压 U50% 为 1560kV。架设双避雷线，避雷线 弧垂为 7m ，导线弧垂为 12m ，避雷线半径为 5.5mm 。求该线 路的耐雷水平及雷电跳闸率。 解：1．计算几何参数 （l）避雷线与导线的平均高度
t 取 0 ~ 2.6 μs的平均值
g
1
1 Lgt Lb 1 .3 R ch Lb
额定电压 (kV)
110
220
330
500
单避雷线
双避雷线
0.90
0.86
0.92
0.88
—
0.88
—
0.865~ 0.822
3. 雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙
UA 1 2 Ls dI dt 1 2 L s
衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平（单位：kA） 雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅 值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高， 线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
雷击跳闸率（单位：次/ l00km· 40雷电日）
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 个雷电日 和 l00km 的线路长度。
实测表明，感应过电压峰值最大可达300 ~ 400kV。这 对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故；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， 且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位 差，只能引起对地闪络。
有避雷线时的感应雷过电压
避雷线在导线上 耦合出来的电压
高电压工程基础
二、 发电厂和变电所的侵入波保护
a. 阀型避雷器（限制来波的幅值） b. 进线保护（冲击电晕降低入侵波的陡度和幅值；导线波阻 抗限制流过避雷器的冲击电流幅值）