线路直击雷过电压及耐雷水平

作用在绝缘子串上的电压就等于横担处杆塔电位与 导线电位之差，近似等于塔顶电位与导线电位差。
u Li (1 k )Ri i (1 k )Lt di dt ahc (1 k ) (1 k )[ ( Ri i Lt di dt ahc ]
绝缘子串上电压随着雷电流增大而增大，当绝缘子 串上电压超过其50％冲击放电电压时，绝缘子串就 发生逆闪络(反击)，可能造成线路跳闸。
项目二 输电线路的直击雷过电压防护 一、直击雷过电压
分类： 雷击杆顶、雷击BLX档距 中央、直击或绕击导线
1、雷击杆顶：
大部分雷电流经杆塔入地， 小部分经BLX入地。
(1) 塔顶电位： 设雷电流i为斜角波头，波头T1，幅值I，陡度a， 流过杆塔的电流为 it i at （β为分流系数） 则塔顶电位为
思考题
7-3
补充思考题： 1、耐雷水平的含义？影响耐雷水平的 因素主要有哪些？ 2、线路防雷措施主要有哪些？
架空输电线路典型杆塔的雷击跳闸率
电压等级/kV 110 220 500
平原跳闸率/(次/百Βιβλιοθήκη Baidu 里· 年）
山区跳闸率/(次/百公 里· 年）
0.83
1.18－ 2.01
0.25
0.43－ 0.95
0.081
0.17－0.42
三、输电线路防雷措施
自学总结
自学要点：（1）BLX在线路防雷中的作用？ （2）Ri的影响？ （3）消弧线圈在防雷中怎么起作用？
2
建弧率η取决于沿绝缘子串或空气间隙的平均工作 电压梯度E，也与闪络瞬间工频电压瞬时值和去游 离条件有关。
2、雷击跳闸率的计算
线路总的雷击跳闸率n为雷击杆塔跳闸率n1和 绕击跳闸率n2之和，即n=n1+n2
g· P1·η 经验公式： n1=N·
n2=N· Pa· P2· η
其中g为击杆率，P1为雷电流幅值超过雷击杆顶 耐雷水平I1的概率； Pa为绕击率，P2为雷电流幅 值超过绕击耐雷水平I2的概率。 影响因素：P1（I1）——耐雷水平 降低雷击跳闸率的措施：↑I、加强绝缘法↓E
由于半径较小的BLX的强烈电晕衰减作用，使过 电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串闪络 ，通常只需要考虑雷击BLX对导线的反击问题。
标准规定，只要按经验公式S＝0.012l+1确定档距 中央导、地线间的空气间距S，一般不会发生BLX 对导线的反击故障。
3、直击或绕击：
装设BLX的线路，仍有雷绕过BLX击于导线的可能
令 U Lj U 50% ，即可求得 雷击塔顶反击时的耐雷水 平I1，即 影响I1的因素：
I1
U 50% Lt hc (1 k ) Ri T T 1 1
杆塔分流系数β，杆塔等值电感Lt，杆塔冲击接 地电阻Ri，耦合系数k和绝缘子串的U50%冲击放 电电压。
从实际效果看，雷击线路过程可看作是一数值为雷 电流之半(i/2) 的电流波沿一波阻抗为Z0的通道向被 击线路传播的过程，于是可得到其彼得逊等值电路 雷击点电压幅值为：
Z0Zc 1 UA I IZc 100I 2Z 0 Z c 4
i 2
A
uA
u0 Zc
A
Z0 Zc
i
Z0
Zc 2
——近似计算中假设Z0 ≈Zc/2，Zc线路波阻抗， 取400Ω。
提高雷击塔顶时耐雷水平的措施： （1）一般高度杆塔（小于40m），冲击接地电阻 上压降是塔顶电位的主要成分，因此降低接地电阻 可以有效地减小塔顶电位和提高耐雷水平； （2）增大耦合系数k； （3）加强线路绝缘（提高U50%） 。 为了减少反击，必须提高线路的耐雷水平。标 准中规定，雷击塔顶时应有的耐雷水平I1为：
u top dit di Ri it Lt ( Ri i Lt ) dt dt
Lt为杆塔等值电感，雷电流波前陡度di/dt=I/T1， 塔顶电位幅值为：
U top Ri I Lt i / T1 I Ri Lt / T1
注：不同类型杆塔的等值电感不同，见表7-1； 不同电压等级及BLX数目的β也不同，见表7-2
二、雷击跳闸率计算
1、建弧率
雷击输电线路导致跳闸需要两个条件，一是雷电流 超过线路的耐雷水平，导致绝缘子串发生冲击闪络； 其二是冲击电弧转化为稳定的工频短路电弧，才会 跳闸。
建弧有一定的统计性，在线路冲击闪络的总次数 中，可能转为稳定工频电弧的比例称为建弧率η：
(4.5E
0.75
14) 10
此即国标中用来估算绕击时过电压的近似公式
(2) 绕击时的耐雷水平： 令 U A U 50% ，可得绕击时的耐雷水平I2：I 2
U 50%
100
例如：采用13片XP-70型绝缘子的220kV线路绝缘子 串的U50%≈1200kV，可求得其I2＝12 kA ，大于I2的 雷电流出现概率P1≈73.1%。同理110、500kV线路 绕击时耐雷水平分别只有7、27.4kA，雷电流幅值超 过7、27.4kA的概率分别为83.3%、48.8%！
发生绕击的概率称为绕击率Ka Ka与避雷线保护角α、杆塔高度h及线路通过地区 的地形地貌有关。 山区线路因地面附近电场受山坡地形影响，绕击率 约为平原线路的3倍。 虽然绕击率很小，但一旦发生绕击，产生的雷过电 压很高，即使是绝缘水平很高的超高压线路也往往 难免闪络。 (1) 雷击点电压幅值： 研究表明，雷电流通道具有分布参数特征，其波阻 抗用Z0表示。
(2) 导线电位和绝缘子串上的电压： 雷击塔顶时，与塔顶相连的BLX也有相同的电位 utop。负极性的雷电波沿杆塔及BLX传播时，由于 BLX与导线之间的电磁耦合作用，在导线上将产 生耦合电压kutop，其极性与雷电流极性相同。 另一方面，由塔顶向雷云发展的正极性雷电波，引 起空间电磁场的迅速变化，又使导线上出现与雷电 ahc (1 k ) 。 流极性相反的正的感应过电压 U g 于是，导线电位就等于避雷线电位产生的耦合电压 与雷电流引起的感应过电压之和： uc kutop ahc (1 k )
反击：本来是地（低）电位的物体，由于某种原因 导致其电位（绝对值）突然升高，当其与周围导体 的电压超过了该间隙的击穿电压或表面放电电压时 ，发生的击穿或闪络现象。
绝缘子串上 电压幅值为： (3) 耐雷水平：
U Lj
Lt hc (1 k ) Ri T T I 1 1
有避雷线时线路应有的耐雷水平
额定电压(kV) 耐雷水平I1(kA) 雷电流超过I1的概率(%) 35 20～30 59～46 110 40～75 35～14 220 75～110 14～6 330 100～150 7～ 2 500 125～175 3.8～1
2、雷击BLX档距中央：
根据模拟试验和实际运行经验，雷击BLX档距 中央的概率较小(10%)。
可见，绕（直）击时线路的耐雷水平很低！
因此对110kV及以上中性点直接接地系统的输电线路， 一般都要求沿全线架设避雷线，以防止线路频 繁发生雷击闪络跳闸事故。
4.4 雷击跳闸率及防雷措施
一、引起跳闸的过电压类型
击杆顶——反击(1) 击避雷线档距中央——(2) 直击——绕击(3) 感应雷过电压——(4) 显然，对110KV及以上线路，只需考虑(1)、 (3) 两种情况下过电压产生的跳闸率。