平原地区输电线路雷电绕击机理分析

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平原地 区 输电线路 雷 电绕 击机 理分析
沈 俊 峰
（ 广东韶铸集 团有限公 司热 精锻分厂设备 科 ，广东韶关 ５ ２ ０ ） １０ ０
摘 要 就平原地 区输 电线路雷 电绕击机 理进行分 析 。
关 键词 雷 电 ；绕击 ；机理 中 图分 类 号 Ｔ ７６ 文 献标 识 码 Ａ Ｍ ２ 文 章编 号 １７ —６ １（ １） １０ １— １ ６３９ ７一２ Ｏ — ０７ ０ ００ ５
参 考 文 献
［】 秀书， 明， 军． 电的防御保 障体 系［ｌ １ 郄 马启 张义 雷 Ｊｌ 中国气 象发 展战略 ， ０ ． ２ ５ ０ ［】 惠忱． 电绕击机 理分 析ｌ１ 电压 技术 ， ９ ，５ ） ２王 雷 Ｊ高 ． １ ９２ （ ． ９ ３
［惆 泽 存兢 其 工， 等． 电压 技术［ 】 ３ 方瑜 高 Ｍ ． ： 国电力出版 社，０４ １４． 北京 中 ２０ ： —２ ４
１２ 低 幅 值 雷 电先 导 闪 击 特 性 ．
等各种不 断变化 的随机 因素的影响。雷电先导在受 到各种 因素影 响的同 时 ， 断地调整先导头部分级发展的方向 ， 而使先 导头部 向接地体定 不 从 向发展时 的定位高度并不一定恰在接地体的上部空间。 发展到接地体侧面低 空的雷 电先导 ，将 向便于泄放 自己能量的方位
“ 最后 阶跃 ” ，这是雷 电先导有 可能向接地体 绕击 的原 因 ，而接 地体 自身是否存在易于遭受绕击是绕击 能否 发生 的重要原 因。雷云一般可分 为高空雷 云和低 空雷 云 ，通 常把大于 １０ ｍ的雷云称为高空雷云 ，小于 ００ ６ ０ ￣ 为低空雷云 ，雷电流大于且 等于１０ Ａ时称 为高幅值 雷电流 ，小 ０ｍ ０ｋ 于 １０ Ａ ０ ｋ ￣为低 幅值 雷电流。高空雷云可有两种情况 ：一为能形成 高幅 值雷电先导的高密度高场强带 电雷云 ，即高空高幅值雷云 ；另一 为高空 低幅值雷云。低 空雷云亦分为低空高幅值雷云和低空低幅值雷云两种情 况 。不同空间高度 、不 同幅值 区分的雷 电先导 ，对 接地体 的雷击具有不 同的性质和特点。 １１ 高幅值雷云先导 闪击特性 ． 高空高 幅值雷云先导因为电荷量和电位 较高 ，头部 电场也较强 ，使 地面的高建筑物容易产生迎面先导。雷云先导往往未 到接地体侧面绕击 定 位高度 时，就 已经被高接地体的迎 面先导所拦截 。迎面先导 的产生与 发展不仅 与 自身产生 电荷的能力有 关 ，也 与激发 电场 的雷 电先导头部 电位有密切 的关系 。高幅值雷电先导激发的迎 面先导流注发展速度 比较 快 、幅值 比较高 ，因而 ，它对接地体 的定位时 间快 ，定位高度较高 ，即 大多数高幅值雷电先导被较高接地体所 吸引 ，不易发展为绕击。但不是 所有 的高空高幅值雷电先导都不 能发展绕击 。高空高幅值先导在向接地
１ 雷 电先 导 闪击 的特 性
雷电放 电包括雷云对大地 、雷云对雷云和雷云内部 的放电现象 。大 多数雷电放电是在雷 云与雷云之间进行的 ，只有少数是对 地进行 的。雷 云带有大量电荷 ，由于静 电感应作用 ，在雷云下方的地 面或地 面上 的物 体将感 应聚集 与雷 云极性相反 的 电荷 ，雷云与大地 间就形成 了 电场 。 当雷 云中的电荷逐 渐积聚 ，达 到一定 的电荷 密度 ，使其 表 面空 间的 电 场强度足够大 （ ５～３ ｋ ／ｍ）时 ，就发展局部放 电 ，也称为 “ ２ ０Ｖｃ 先导放 电”。如此时此地 的最大场强方向是对地 的 ，就会发展对地 的放 电，就 形成了下行雷 ，也称为 “ 下行先导” ，当下行雷先导从雷云 向地面上的 建筑 物方 向发展时 ，从接地 的建筑 物顶端上 可能产生 向上的先导 ，这种 雷称为上行雷 ，也称为 “ 迎面先导”。 有些接地体 在顶端装设避雷针 、线等雷 电接闪装置 ，是把雷云先导 发 展方 向引 向 自身 ，用 以控制接地体 上部高空 雷电先导对 建筑物 的危 害。但并不是所有的高场强雷 云在不断向下分级发展的过程中 ，都恰好 被装在高接地体顶端 的雷 电接 闪装置所吸引 。雷电接闪装 置能否接 闪， 不仅与接闪装 置产生异性 电荷 的能力和异性 电荷迁移速率有关 ，也 与雷 电先导 头部 电场游 离范 围即先导对接地 体迁移异性 电荷 的吸引半径有 关 ，同时也和接地体产生迎面先导 的能力有关。雷云在随风向快速移动 的过程 中 ，不仅受到雷云与雷云之间的影响 ，而且也受雷云 与大地之间
的 问题 。
３ 雷击 目的物 接 闪特性
被接地体感应 而向雷 云发展 的迎面先导将定位该 接地体并最终导致 闪击 ，闪击方向指 向迎面先导 出发点 ，故称为定位迎面先导 。因而雷击 目的物的安装方位是定位迎 面先导发展 、最终闪击的导向。因此 ，目的 物的方位既决定先 导的定位高度 ，也决定雷电先导闪击 的方 向。架有避 雷线 的输电线路侧 面存在屏蔽失效区域 ，说明避雷线对侧 向低幅值雷电 先导的引雷能力较 弱 ， 杆塔保护角越大 ，侧面雷电先导 的定位越高 ，屏 蔽失效区域也越 大 ，发生绕击 的概率也就越大。在保 护角相 同时 ，不同 电压导线 电磁场对定位高度的影响 ，导线电压越 高，导线 电磁场越 强 ， 先 导对导线的绕击机率越高 ，避雷线 的屏蔽效果也越差。
体定位之前 ，其头部发 展方向是依客观条件随机变化 的，其 向下分级发 展 的过程既是能量损耗 、幅值衰减 的过程 ，也是其他因素影响而随机寻
找释放能量最佳途径 的过程 。这一过程如果没有受到高接地体迎面先 导 的拦截 ，它将继续 向下发展 ，到达低空时 ，它将可能受到低 接地体 或高 接地体侧面迎面先导的影响 ，从而发生 闪击或绕击。 对 已经进入线路杆塔侧面 ，避雷线屏 蔽失效 区域 内的雷电先导 ，在 带有电压 的导线 电磁场和雷电场共同作用下 ，向其定位 和发展 。一般对 低空接地体绕击 的雷 电流幅值较低的原因之一是高空到低空长距离发展 游离过程使先导幅值 大大降低。 发 展 到 低 空 的 高 空 高 幅 值 雷 电先 导发 生 绕 击 必 须 具 备 两 个 条 件 ：①
低空接地体顶端 电场产生 的迎面先导不能拦 截雷 电先导而接地体侧 面却 有 吸引雷电先导 的能力 ；②应运动到距接地体一定 的范围内且先导 幅值 足以达到对 剩余空气 间隙击穿放 电 ，因此具备 了这两个条件 则必然发 生绕击 。低空高 幅值雷 电先导 由于到达接地体 的时间较短 ，使接地体附 近感应场强较高 ，接地体顶端易于产生迎面流注与之交汇 ，而且高 幅值 先 导前端 游离 区半径较 大 ，能在较 高处定 位，故一般 高度５ ｍ以下的平 杆塔不仅可 发生绕击 ，且有很大的感应雷过 电压机率 。
高空低 幅值雷 电先导 由于能量有限 ， 最先遇 到的较高接地体会形 对 成直击雷危害 ，在 向地 面多次分级发展的过程中多次发生 电场畸变 ，能 量损失较大 ， 电能力不断降低 ，所以游离到低空后才能 向某个接地体 放 定 向发展 。因此它 只有满足 自身绕击条件且 目的物也符 合绕击条件 时 才能发展 “ 最后 阶跃 ”——击穿放电 ，即小 电流、小击距绕击。低幅值 雷电先导容易 向产生迎面先导能力较 强的金属尖端 ，或带有电压 的输 电 线路导线发展 。因此 ，在地质 、地貌 、杆塔 固有参数等条件相同的情况 下 ，输 电线路 电压水平越高 ，导线电场愈强 ，绕击 的可能性越大 。反击 决定 于雷 电先导 幅值和杆塔本身 固有参数 ，而绕击仅决定 于 “ 接地体” 和 “ 先导 ”是否具备绕击条件 。绕击到导线后绝缘是否闪络 ， 则与杆塔 的绝缘水平 和雷 电幅值 有关 。高绝缘水平的５０ Ｖ 电线路频繁发生的 ０ｋ 输 绕击现象 即是很有说服力的证 明。低空低幅值雷电先导对低耐雷水平的 输 电线路会有反击危害 ，且容 易满足绕击 的自身条件 ， 在接地体 同时满 足 自身绕击条件时 ，发生绕击该概率较高 。 ２ 先导 的流 动 、定 位和 闪击特 性 空中雷 云等效带 电中心 向地面分级 发展 的过程是 电场畸变和能量损 耗的过程 ，同时也是一个 寻找最佳能量释放途 径的过程 。发展方向是 随 机的 ，可根据头部 附近空 中电场畸变结果而不 断调整 ，其对某一 目的物 的定位决定 于先导前方 电场的强度和分布情况 ， 随机 的雷电先导每一次 分级跃变都是选择 的必然结果 。雷电先导电场 的大小 ，是接地体产生迎 面先导大小 的决定 因素 。接地体迎面先 导对随机雷 电先导的拦截能力 ， 是后者能否对接地体定 位的关键 。不 同材质 、不 同形状处在不 同地质地 貌 的接地体 ，发生迎面先导的能力不 同 ，对雷 电先导的拦截高度不 同， 即最后定位高度不 同。这是研 究绕击机理和正确选择防绕措施 必须关注