高电压技术-防雷接地保护

4. 输电线路的防雷措施 输电线路的防雷措施主要做好以下“四道防线”： 防止输电线路导线遭受直击雷； 防止输电线路受雷击后绝缘发生闪络； 防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧； 防止工频电弧后引起中断电力供应。 确定输电线路防雷方式时，还应全面考虑线路综 合因素，因地制宜地采取合理的保护措施。
图8-24 雷电绕击线路的电气几何模型
3. 输电线路的雷击跳闸率
雷电流超过线路的耐雷水平，会引起线路绝缘发生冲击 闪络。这时，雷电流沿闪络通道入地，但持续时间只有几 十 s，线路断路器来不及动作。闪络后是否会引起线路跳闸， 还要看闪络能不能转化成稳定的工频电弧。其概率称为建弧 率以 表示，与沿绝缘子串和空气间隙的平均运行电压梯度 有关。可用下式表示：
UA i
Z0 Z g 2Z 0 Z g
式中 Z g —避雷线的波阻抗
图8-23 雷击避雷线档距中央 1—避雷线 2—导线
（3）雷电绕击于导线时的耐雷水平
装设避雷线的线路仍然有雷绕过避雷线而击于导线的可能 性，虽然绕击的概率很小，但一旦出现此情况，则往往会引起 线路绝缘子的闪络。雷电绕击线路的电气几何模型如图8-24所 示。
(4.5E
0.75
14) 10
2
式中：E—绝缘子串的平均运行电压梯度，kV(有效值)/m。
雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧引起跳闸的次 1 ,雷绕过避雷线击于导线发生闪络并 数 n1 N g P 建立电弧引起跳闸的次数 n2 N P P2 。有避雷线 线路的雷击跳闸率n可按下式计算：
表8-5 杆率g
避雷线根数 平原 山丘
1 1/4 1/3
2 1/6 1/4
雷击塔顶前，雷电通道的负电荷在杆塔及架空地线上产生 感应正电荷；当雷击塔顶时，雷通道中的负电荷与杆塔及架空 地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流，如图8-22（a）所 示 。
图8-22 （a）雷击塔顶时雷电流的分布 (b)雷击塔顶时等值电路
主要保护措施： （1）架设避雷线 （2）降低杆塔接地电阻
（3）架设耦合地线 （4）采用不平衡绝缘方式 （5）采用中性点非有效接地方式
（6）装设避雷器 （7）加强绝缘 （8）装设自动重合闸
8.3.2 发电厂和变电所的防雷保护
发电厂和变电所是电力系统的枢纽，设备相对集 中，一旦发生雷害事故，往往导致发电机、变压器等 重要电气设备的损坏，更换和修复困难，并造成大面 积停电，严重影响国民经济和人民生活。因此，发电 厂和变电所的防雷保护要求十分可靠。
变电所中出现的雷电过电压的两个来源： 雷电直击变电所； 沿输电线入侵的雷电过电压波。
1. 直击雷过电压的防护 直击雷防护的措施主 要是装设避雷针或避雷线， 使被保护设备处于避雷针 或避雷线的保护范围之内， 同时还必须防止雷击避雷 针或避雷线时引起与被保 护物的反击事故。 当雷击独立避雷针时， 如图8-27所示。
设避雷线和导线悬挂的对地平均高度分别为hg和hc, 若避雷线不接地，则根据教材公式 (8-18) 可求得避雷 线和导线上的感应过电压分别为U ig和U ic。
U ig 25
Ihg S
Ihc U ic 25 S
hg hc
于是
U i g U i c
2. 输电线路的耐雷水平
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 雷击杆塔塔顶；②雷击避雷线档
n n1 n2 N gP 1 N P P 2 N ( g P 1 P P 2)
式中：N —落雷次数，次/(100km· a)； —建弧率； g —击杆率； P1 —超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率； P2 —超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率； P —绕击率(包括平原和山区)。
图8-27雷击独立避雷针 1—母线 2—变源自文库器
雷电流经避雷针及其接 地装置在避雷针h高度处和避 雷针的接地装置上将出现高 电位UA(kV)和UG(kV)。
过电压防护与绝缘 配合
8.3 电力系统防雷保护
电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等 各个环节。
本节内容：
8.3.1 输电线路的防雷保护
8.3.2 发电厂和变电所的防雷保护
8.3.1 输电线路的防雷保护
在整个电力系统的防雷中，输电线路的防雷问 题最为突出。这是因为输电线路绵延数千里、地处 旷野、又往往是周边地面上最为高耸的物体，因此 极易遭受雷击。
输电线路防雷性能的优劣，工程中主要用耐雷 水平和雷击跳闸率两个指标来衡量。所谓耐雷水平， 是指雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 （单位为kA）。
1. 输电线路上的感应雷过电压
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。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。
图8-21 有避雷线线路直击雷的 三种情况
距中央；③雷电绕过避雷线击于
导线，如图8-21所示。
（1） 雷击杆塔塔顶时的耐雷水平 运行经验表明，雷击杆塔的次数与避雷线的根 数和经过地区的地形有关，雷击杆塔次数与雷击线 路总次数的比值称为击杆率 g ， DL/T 620—1997 标 准，击杆率g可采用表8-5所列数据。
对于一般高度 (40m以下)的杆塔，在工程近似计算中采用 图 8-22 （ b ）的集中参数等值电路进行分析计算，考虑到雷击 点的阻抗较低，故略去雷电通道波阻的影响。
图8-22 （a）雷击塔顶时雷电流的分布 (b)雷击塔顶时等值电路
（2）雷击避雷线档距中央
雷击避雷线档距中央时，雷击点会出现较大的过电压，如 图 8-23 所示，根据彼德逊法则，由教材中公式（ 8-15 ），雷击 点A的电压为：