高电压技术

绕击导线
尽管线路全线安装了避雷线，并使三相导线都处于它的保护范围之 内，仍然存在雷闪绕过避雷线而直接击中导线的可能，发生这种绕 击的概率称为绕击率Pα。 根据模拟试验、运行试验和现场实测证明Pα与避雷线对边相导线的 保护角、杆塔的高度及线路通过地区的地形等因素有关。
平原线路：lg P
h

t
86
A 4 225
导线的B点由于避雷线与导线间的 耦合作用，将感应出电压UB=kUA
U U U U (1 k)
AB
A
B
A
《高电压技术》第九讲 18
第八章 电力系统防雷保护
雷击档距中央的避雷线
350 l
U
30 11.7 l (kV )
A 4 225
U U U U (1 k)
杆塔横担对地电位ua：
u
Ri
L
di t
(R i L
di )
a
it
a dt
i
a dt
其中：
di I I (kA / s)
dt T 2.6
1
h
L L h L a
a
0(t )
a
th
t
横担对地电位的幅值：
U
I(R
ห้องสมุดไป่ตู้
L t
h a)
a
i 2.6 h
t
塔顶对地电位幅值：
N 100 B' T
1000 d
b 4h T
10 d
T —雷暴日数
d
h — 避雷线的平均对地高度，m；h h 2 f
t3
h — 避雷线在杆塔上的悬点高度，m
t
f
—
避雷线的弧垂，m
《高电压技术》第九讲 2
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
1、输电线路耐雷性能的若干指标
绕击导线 绕击跳闸次数：n 2

N

P

P 2

（次/年）
ZZ U I 0 100I
A 2Z Z 0
如令UA等于线路绝缘子串的50%冲击放电电压U50%，则
上式中的I即为绕击时的耐雷水平I2。
U I 50% (kA) 2 100
lg P

I
或P

I
10 88
I2
P 10 88 2
第一节 架空输电线路防雷保护
2、线路雷害事故发展过程及防护措施
➢ （2）防护措施（“四道防线”）
防直击
防闪络 防建弧
具体措施： 1）加强线路绝缘 2）消弧线圈（中性点）
《高电压技术》第九讲 7
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
2、线路雷害事故发展过程及防护措施
➢ （2）防护措施（“四道防线”）
山区
——
1/3
1/4
《高电压技术》第九讲 22
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
雷电流的分布
由于避雷线的分流作用，流经杆塔
的电流it将小于雷电流i，它们的比 值β称为杆塔分流系数，即


i t
i
i i t
总的雷电流：i i i
t
g
《高电压技术》第九讲 23
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
《高电压技术》第九讲 25
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
雷击引起导线上的感应
雷过电压为ui’：
h
U ah (1 g k )
i
c
h0
c

I
h h (1 g k )
2.6 c
h0
c
导线自身的工作电压u2： 与ua可能同极性，也可能异极性，从严要求取异极性情况。 但在一般计算中可不计入。
雷击杆塔
第八章 电力系统防雷保护
耐雷水平I 即为：
1
U
I
50%
1
(1
k)R i


h a
h t

k
L t
2.6

1
h g
h c
k 0

h c
2.6
加强线路绝缘（提高U50%），降低杆塔接地电阻Ri，增 大耦合系数k（单避雷线改为双避雷线，加装耦合地线） 等，都是提高线路耐雷水平的有效措施。 在三相导线中，距避雷线最远的那一相导线的耦合系数 最小，以此作为计算条件。
《高电压技术》第九讲 28
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
求得反击耐雷水平I1后，即可得出大于I1的雷电流出
现概率P1，于是可按下式计算反击跳闸次数n1：
第八章 电力系统防雷保护
第八章 电力系统防雷保护
第1节 架空输电线路防雷保护(重点) 第2节 变电所的防雷保护（简单介绍） 第3节 旋转电机的防雷保护（自学）
《高电压技术》第九讲 1
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
1、输电线路耐雷性能的若干指标
➢ 每100km线路的年落雷次数N
88
《高电压技术》第九讲 16
第八章 电力系统防雷保护
雷击档距中央的避雷线
雷击档中避雷线时，最严重的情况是 雷击点处于档距中央。
以平顶斜角波为计算波形进行分析：
雷电流i的波前表达式为：i at
ZZ Z
u i 0 g g at
A 2Z Z 4
0
g
电压反射波经过时间：
t

2( l 2

实测证明，感应过电压一般不超过300-400kV，对35kV及以 下水泥杆线路会引起一定的闪络事故；对110kV及以上的线 路，由于绝缘水平较高，所以一般不会引起闪络事故。
感应雷过电压同时存在于三相导线，故相间不存在电位差， 只能引起对地闪络，如果二相或三相同时对地闪络即形成相 间闪络事故。
0 i(g)
i(c)
h0
c

Ih 25 c
(1
h g
k
)
s
h0
c
雷击塔顶时类似，导线上的感应过电压公式分别为：
U ah
i
c
h
U ah (1 g k )
i
c
h0
c
a为感应过电压系数，≈I/2.6
《高电压技术》第九讲 10
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
3、线路耐雷性能的分析计算
防直击
防闪络 防建弧
防停电
具体措施： 1）采用自动重合闸 2）双回路或环网供电
《高电压技术》第九讲 8
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
3、线路耐雷性能的分析计算
➢ （1）感应雷过电压
雷击线路附近地面时，在线路的导线上会产生感应雷过电压， 由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值I一 般不超过100kA。
AB
A
B
A
气隙s被击穿的临界条件即为：
U (1 k) E s
A
av
考虑到Eav=750kV/m，k≈0.25
U (1 k) 11.7 (1 0.25)
s A

l
E
750
av
0.0117 l (m)
《高电压技术》第九讲 19
第八章 电力系统防雷保护
雷击档距中央的避雷线
在大跨越、高杆塔的情况下，
2( l h )
t 2
t
T
1
v
1
负反射波尚未返回雷击点时，
雷电流已过峰值，A点最高电
位由雷电流峰值确定，应有的
s值可用类似的方法求得。
大跨越档导线与避雷线间的距离
系统标 称电压
35
66
11 0
22 0
330 500
距离
3.0 6.0 7.5
11
15. 0
17. 5
《高电压技术》第九讲 21
1
l 2
—
木横担线
路的线间《距高离电，压m技术》第九讲
4
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
2、线路雷害事故发展过程及防护措施
➢ （1）发展过程
避雷线
提高耐雷 水平措施
降低建弧 率的措施
自动重合闸
雷电 放电
雷电 过电压
线路绝缘 冲击闪络
工频 电弧
断路器 跳闸
供电 中断
➢ （2）防护措施（“四道防线”）
➢ 由冲击闪络转变为稳定(工4频.5电E弧0.的75 概率1，4)称为1建0弧2 率η 。
E —绝缘子串的平均工作电压梯度（有效值），kV / m
对中性点有效接地系统，E
U n
3l
1
对中性点非有效接地系统，E
U n
2l l
U —线路额定电压（有效值），k1V 2
l — n 绝缘子串长度，m
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
雷击线路接地部分（避雷线、杆塔等）而引起绝缘子串闪 络，称为反击或逆闪络。 从反击的角度来看，最严重的情况出现在雷击某一基杆塔 的塔顶，大部分雷电流从该杆塔入地，产生的雷电过电压 最高。
击杆率g：雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值。
避雷线根数
0
1
2
平原
1/2
1/4
1/6
《高电压技术》第九讲 5
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
2、线路雷害事故发展过程及防护措施
➢ （2）防护措施（“四道防线”）
防直击
具体措施：避雷线
防闪络 具体措施： 1）降低杆塔接地电阻 2）避雷线 3）耦合地线
4）管式避雷器 5）加强线路绝缘
《高电压技术》第九讲 6
第八章 电力系统防雷保护
➢ (1)耐雷水平（I） ➢ 雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大
雷电流幅值，或能引起绝缘闪络的最小雷电流 幅值，单位kA。
《高电压技术》第九讲 3
第八章 电力系统防雷保护
第一节 架空输电线路防雷保护
1、输电线路耐雷性能的若干指标
➢ (2)雷击跳闸率（n）
➢ 在雷暴日Td=40的情况下、100km的线路每年因雷击 而引起的跳闸次数，其单位为“次/（100km.40雷暴 日)”
3.9
山区线路：lg P


h t 3.35
86
绕击跳闸次数：n 2

N

P

P 2

（次/年）
N —落雷次数，次/(100km·a)； Pα—绕击率(包括平原和山区) ； P2 —超过雷绕击导线时耐雷水平的 雷电流概率； η—建弧率《。高电压技术》第九讲 15
第八章 电力系统防雷保护
感应过电压的静电分量：由于先导通道中电荷所产生的静电场突 然消失而引起的感应电压。 感化应而过引电起压的的感电应磁 电分 压量 。：由于先导通道中《高雷电电压流技所术产》生第的九磁讲场9变
第八章 电力系统防雷保护
导线上方无避雷线时
Ih
U 25 c
i
s
h
导线上方挂避雷线时
避雷线感应过电压为：U i( g )
h) t

l
1
v
v
(s)，到达A点。
《高电压技术》第九讲 17
第八章 电力系统防雷保护
雷击档距中央的避雷线
当t1<T1时，UA在t1时刻达到 最大值，此时
Z l U g a (kV )
A 4v
取Zg≈350Ω， v≈0.75c=225m/us，
a=30kA/us
350 l
U
30 11.7 l (kV )
U
I(R

L t
)
top
i 2.6
《高电压技术》第九讲 24
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
塔顶对地电位幅值：
U
I(R

L t
)
top
i 2.6
塔顶电压波造成导线感 应出的电压为u1：
u ku
1
top
式中耦合系数k值为考虑冲击电晕影响时的数值，即：k=k1k0 k0为几何耦合系数，k1为电晕校正系数。（参见第六章）
k)R i


h a
h t

k
L t
2.6

1
h g
h c
k 0

h c]
2.6
耐雷水平I 即为：
1
U
I
50%
1
(1
k)R i


h a
h t

k
L t
2.6

1
h g
h c
k 0

h c
2.6
《高电压技术》第九讲 27
反击——雷击杆顶、避雷线
导线对 杆塔放 电
绕 击 ——雷 绕过避雷线 击中导线
杆塔对导 线放电
《高电压技术》第九讲 12
第八章 电力系统防雷保护
雷击地线 雷绕击导线
《高电压技术》第九讲 13
第八章 电力系统防雷保护
雷击袁西线杆塔引起线路绝缘闪络跳闸（宜春公司拍摄）
《高电压技术》第九讲 14
第八章 电力系统防雷保护
作用在绝缘子串上的合成电压u 为：
li
u u u u
li
a
1
i
《高电压技术》第九讲 26
第八章 电力系统防雷保护
雷击杆塔
作用在绝缘子串上的合成电压u 为：
li
u u u u
li
a
1
i
h
U U kU U (1 g k )
li
a
top
i
h0
c

I[(1
➢ （2）直击雷过电压和耐雷水平
我国110kV及以上线路一般全线都装设避雷线，而 35kV及以下线路一般不装设避雷线，中性点直接接地系 统有避雷线的线路遭受直击雷一般有三种情况：①雷电 绕过避雷线击于导线；②雷击避雷线档距中央；③雷击 杆塔塔顶。
《高电压技术》第九讲 11
第八章 电力系统防雷保护
U (1 k) 11.7 (1 0.25)
s A

l
E
750
av
0.0117 l (m)
我国标准从上式出发，结合多 年来的运行经验作了修正，规 定档距中央导、地线间的空气 间隙s应满足：
S 0.012l 1
《高电压技术》第九讲 20
第八章 电力系统防雷保护
雷击档距中央的避雷线
U i(c)
g
h
c
由于避雷线接地，可以设想在避雷线上有一“－Ui(g)”电压，使 避雷线保持零电位，而由于避雷线与导线间的耦合作用，此设想 的“－Ui(g)”将在导线上产生耦合电压 “－k0Ui(g)” 。
导线上的感应过电压将变为：U U
kU
h U (1 g k )
i(c)
i(c)