10kV架空线路防雷研究 毕业论文

10kV架空线路防雷研究第一章雷电的基础知识第一节雷电的形成一、雷云的形成由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了量的带正、负电荷的带电离子，又因空间电场力的作用，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（情况也可以相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷云。

雷云的成因主要来自于大气的运动，当雷云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影。

如图：二、尖端放电与雷击如果有一个带尖锋的金属球，让它带上负电，由于电荷同性相斥的作用，球体尖锋部分的电子受到同性电荷排斥力最强，最容易被排斥而离开金属球，这就是“尖端放电”。

地面上相对较高的建筑物，有时是避雷针，就好比金属球上的尖锋。

雷击最容易在这些地方发生。

如下图：三、雷云放电1、著名的雷云放电理论是“长间隙放电”理论，该理论认为雷云对地放电的过程可以分为四个阶段：即云中放电、对地先导、定向闪击和回闪四个阶段。

2、具体过程是这样的：雷云形成前，首先是云内放电和云间放电频繁，云中放电造成云中电荷的重新分布和电场畸变，当云中电荷密集处的电场强度达到25-30KV/cm 的，就会由云团向地开始先导放电。

3、先导放电是步进的，发展的平均速度为105-106m/s，各脉冲间隔约30-90μs，每阶段推进约50m，跳跃着逐步向下延伸，当先驱放电距地50m左右，可诱发迎面先导，通常迎面先导来自地面上最突出的部分（尖端放电最易发生处），当对地先导和地面的迎面先导会合时，就形成了从云团到地面的强烈电离通道。

步进放电转为定向闪击。

4、定向闪击是沿最短路径进行的，紧接着回闪，这时出现极大的电流，开始雷电的主放电阶段，即雷击，在主放电中雷云与5、地之间所聚集的大量电荷，通过先驱放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量，引发强烈的闪光和雷鸣。

主放电的时间极短，约50-100μs，主放电过程是逆着先导通道发展的，速度约为光速的1/20-1/2，主放电电流可达数十KA，是全部雷电流的主要部分。

6、主放电到达云端时就结束。

然后残余电荷经过主放电通道流过来，产生短暂的余光。

由于云中电阻较大，余光阶段的电流只有数百安培。

持续时间0.03-0.15秒之间7、通常一次雷电过程包括3-4次放电。

重复放电都是沿着第一次放电通路发生的。

四、雷云放电如下：第二节雷电的波形及参数1、雷电波形及参数是防雷工程设计中的重要依据，根据这些数据才可能正确估算电子系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定避雷措施。

2、可以这样描述一个雷电波，幅值为Im，波头为T1，波长为T2的电流波，记为T1/T2μs 。

图13、与标准雷电流波形图不同之处为, 图中A点在0.3倍Vm处，且T1 =1.67T也可以这样描述一个雷电波，幅值为Vm，波头为T1，波长为T2的电压波，记为T1/T2μs 。

图二第三节雷电的危害1、雷电热效应的破坏作用闪电表面上看只闪一次，实际上是一系列闪光，在闪光发生的瞬间，雷电流在极短的时间内，以连续的、尖峰脉冲形式通过强大电流。

尤其是直击雷，它的放电电流平均达2.5万到4.5万安培间，大雷暴时最高达20万安培。

如果雷电击在树木或建筑物件上，被雷击的物体瞬间将产生大量热能，由于雷电流很大，通过的时间又极短（50~100 s），根本来不及散发，以致物体内部的水份大量变成蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。

与雷电通道直接接触的金属因高温而熔化的可能性很大，因为通道的温度可高大6000~10000℃，甚至更高。

因此在雷电流通道上遇到易燃物质，会引起火灾。

3、雷电流电动力的破坏作用如果雷击的瞬间两根平行架设的导线的电流I1 和I2 都等于100KA。

两导线的间距为50cm，计算结果表明，这两根导线每米要受到408kg的电动力。

408kg/m的力完全有可能将导线折断。

折成锐角的导体间也受电动力作用。

4、雷电的静电感应作用当空间有带电的雷云时，雷云下的架空导线等处会由于静电感应的作用而带上相反的电荷。

当闪电发生后，由于架空导线与大地间的电阻较大，导线上积累的大量电荷不能与大地的异种电荷迅速中和，这就形成了局部地区的感应高电压。

这类高电压在高压架空线上可达300~400KV，一般低压架空线路可达100KV，电信线路可达40~60KV，建筑物也会产生相当高的危险高压。

这种过电压对接地不良的电气系统有很大的破坏作用，它可以在其路径上的任何金属间隙中产生电弧打火，如果电弧打火发生于易燃场所中（如汽油库、瓦斯厂、火药库等场所），会引起火灾和爆炸，如果电弧打火发生在电路板上，则电路板将被破坏。

雷电的静电感应作用5、雷电的电磁感应作用由于雷电流有极大的峰值和陡度，可能在附近空间形成强大的瞬变电磁场，一个5m×5m的开口金属管，在雷电流峰值为100KA时，距离雷击点200m也可以感应到1000V左右的高压。

零点几毫米的气体间隙就可能被击破，发生有害火花，损坏电气系统中的电气元件。

第二章 10KV架空线防雷的基本知识一、雷击分类雷击分直击雷、雷电波侵入和雷电感应三种。

与直击雷相比，其最大的特点悄然发生，但范围可达10公里以上。

有以下几点：●雷直击于10KV架空线或设备上。

●沿线路传来的雷电波。

二、架空线路的防雷保护1）避雷线2）避雷器3）自动重合闸避雷线是防止线路遭受直击雷避雷器是防止雷电入侵波自动重合闸是提高线路遭雷击后能够避免瞬时性故障。

三、避雷针作用及分类：引雷、泄流、限幅及均压。

●防直击雷――避雷针、避雷线。

●避雷针、避雷线运行中注意的问题：●由于所引下的是幅值极大、上升陡度很高的雷电流，处理不当会对被保护设备形成危害。

●反击问题：当雷电流通过引下线和接地装置入地时，会在接地引下线和接地电阻上形成很高的电位升高，当避雷针和被保护物间的空气间隙Sa不够大时，避雷针上的高电位可击穿空气间隙而将高电位传递到被保护物上称为反击，同样当避雷针的接地装置和被保护物接地装置间的距离Se不够大时，高电位可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上。

一般：Sa不应小于5m; Se不应小于3m●关于接触电压和跨步电压的问题●当雷击避雷针或杆塔时，如果有人站在地面上而手去接触塔什塔身或引下线时，作用在人的手和脚间的电压（称为接触电压）●又由于雷电流在地中扩散时会在地面沿半径各点形成不同的电位，当人在附近行走时，人的两脚间将会有电压作用（称为跨步电压）根据计算：r=7.7m内都有可能有跨步电压危及的可能。

一般规定“避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m”，即使如此，这一要求仍不满足要求。

●关于高电位引入的问题●如果在避雷针的杆塔上有低压线或通信线，则将沿这些线路传入相应的低压设备或通信设施，造成雷击。

●关于感应的问题●当雷击避雷针而使针体电位抬高时，在针体附近有限长的孤立导体上将出现静电感应过电压。

四、避雷器避雷器的主要作用是将入侵雷电波降低至绝缘强度容许范围之内，目前主要采用的是金属氧化锌避雷器（MOA）。

有时还会装设空气间隙，作为MOA失效的后备保护措施。

五、衡量线路耐雷性能的主要指标耐雷水平定义：雷击时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值，kA。

表1 各级电压送电线路的耐雷水平额定电压(kV) 35 66 110 220耐雷水平(kA) 20-30 30-60 40-75 75-110雷击跳闸率定义：雷电活动强度都折算为40个雷日、线路长度折算至100km条件下，每年雷击引起的线路跳闸次数，次(/100km·年) 。

跳闸率越高，耐雷性能越差。

六、线路防雷设计的选定原则●提高耐雷水平，降低雷击跳闸率，既避免线路因雷击而频繁跳闸，又不使线路防雷投资过于增加。

●线路具体的防雷措施应根据电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动强弱、地形地貌和土壤电阻率等条件，结合运行经验，通过技术经济比较后合理选定。

七、 10KV架空线雷击跳闸原因高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压;有无架空地线;雷电流强度;杆塔的接地电阻。

高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，在进行高压送电线路设计时，我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。

如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，即Uj > U50%时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。

序号对照项目反击绕击 1 雷电流测量电流较大(结合电流路径) 电流较小(结合电流路径) 2 接地电阻大小 3 闪络基数及相数一基多相或多基多相单基单相或相临两基同相 4 塔身高度较高较低 5 地形特点一般，不易绕击山坡及山顶易绕击处 6 闪络相别耐雷水平低相(如下相) 易绕击的相(如上相)第三章 10KV架空线防雷保护措施一、全线架设避雷线架设避雷线是电力线路防雷措施之一，避雷线在防雷方面有以下功能：1)防止雷电直击导线，雷电直击导线时绝缘子上的承受电压是架设避雷线时的7-8倍。

2)累计塔顶时对雷电电流有分流作用，减少流杆塔的雷电流，使杆塔电位降低。

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，降低导线上的感应电压，根据<电力设备过电保护设计技术规程>对各级电压线路架设避雷线要求如下：10KV及以下线路一般不沿全线架设避雷线，规程规定，10KV有避雷线线路有赖雷水平为20-30KA,架设上导线高度HD=8m，档距L=80m，雷电强度按30KA计算，根据<<架空线路设计技术规程>>推导出如下公式：避雷线与档距中央导线的最小安全距离S=0.012L+1.0,则S=0.012×80+1.0=1.96m，规程对于满足S的避雷线，雷击档距中央避雷线时，一般不会发生档中闪络，若雷击末档距中央，一般会被杆塔吸引，雷击杆塔时过电压及赖雷水平：接地电阻RCH=10分流系数B=1/[1+LGT/LB+RCH×T(/LB×2)]=0.76线路绝缘上承受电压的最大值：UJ=I(B RCH+BLGT/2.6+HD/2.6)(1-K)=8.9I若雷电强度I=30A,则UJ=267KV,此时赖雷水平I1=U50%÷(B RCH+LGT/2.6+HD/2.6)(1-K)=11.2KA,赖雷水平I1<30KA,而绝缘子50%概率击穿电压U50%=100KV<UJ,会造成绝缘子击穿，综上所述，认为绝缘强度不够是10KV线路耐雷水平低的主要原因。

二、降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高，这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施。