高电压课件 第九章 架空输电线的防雷保护

第九章 输电线路的防雷保护

概述

架空输电线路的雷害事故在电力系统事故中占有很大的比重。其影响为： 1. 事故跳闸影响系统的正常供电；

2. 过电压波沿线路侵入变电所，危机所内电气设备的绝缘。

确定线路具体的防雷措施：根据电路电压等级、负荷性质、系统运行方式。当地原有线路的运行经验。雷电活动的强弱，地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等。条件：通过经济技术比较来确定。

为防止雷害事故，可从以下几方面入手

1. 防止线路绝缘闪络，架设避雷线，保证线路具有较高的耐雷水平，减小了闪络的机会。

2. 防止线路跳闸，降低建弧率。

对于额定电压不高的线路，特别是木杆或木横担线路，虽然耐雷水平不高，容易发生冲击闪络，但由于建弧率较低。因此即使不用避雷线，仍有较好的运行指标。

3. 防雷供电中断：利用自动重合闸恢复供电。 雷击多数为瞬时性故障，当线路跳闸后电弧就会自动熄灭，由于断路器动作很快，工频电弧燃烧的时间按不长，由于导致线路绝缘损坏，形成永久性故障的情况不多。

防雷水平：雷击线路但尚不至引起绝缘闪络的最大雷电流峰值（KA ） 建弧率：冲击闪络转为稳定工频电弧的概率。

雷击跳闸率：这算到每年40个雷电日和100km 的线路长度下因雷击引起的线路跳闸次数。

其中

z

：雷电通道波阻抗，设为200Ω；

z/2：累计点两边导线的并联波阻抗，设为400Ω。

加在线路绝缘上的电压峰值为，I IZ

Z I U m 1004

22==

⋅=，若u U m %50>，即闪络。

耐雷水平： KA I U 100

%50=

220KV 线路用13片x-7绝缘子，冲击放电电压1410KV ，耐雷水平14.1KA

KA I 1.14≥的概率75%，（在4次雷击中就有3次能引起线路绝缘闪络）。若z 0为

数千欧→耐雷水平还是低。

建弧率：102

75

.0)145.4(-⨯-=E

η,影响因素：电源容量，主要是作用于电弧

路径的平均电位梯度。

对于220KV ，绝缘子串的平均运行电压梯度（KV 有效值/m ）

)

5.0(3l l U

m j e

E +=

=

m kV /74.57)

05.02.2(3220

=⨯+

1074.572

75

.0)145.4(-⨯-⨯=η

=0.8

其中：u e 为额定电压（KV ）；l j 为绝缘子串长度（m ）；l m 木横担线路的线间距离（m ），对铁横担和钢筋混凝土横担线路0=l m

9.1 输电线路的感应雷过电压

一、雷击线路附近大地时，线路上的感应雷过电压

1、先导

在导线轴线方向上的电场强度X E 将导线两端与雷云电荷异号的正电荷，吸引到最靠近先导通道的一段导线上，成为束缚电荷。导线上的负电荷则被排斥而向两侧运动，经线路泄露电导和系统中性点进入大地。

导线上电流很小，忽略线路工作电压，导线电位仍保持的电位。正束缚电荷产生的电场在导线高度处被电导中负电荷产生的电场所抵消。（图9-1-1a ）

2、主放电（图9-1-1b ）

先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和，相应的电场被迅速减弱，使导线上正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播，形成的过电压称为感应过电压的静电分量。

与此同时，由于先导通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应称为感应过电压的电磁分量。

（1）当雷击点离开线路的距离s>65m 时，

)(25d

L KV S

h I u g

⨯⨯≈ （9-1-1） 其中L I ：雷电流峰值（KA ）；

d h ：导线平均高度（m ）

； S ：为雷击点离线路的距离。

感应过电压峰值一般最大可达300～400KV ，这会引起35KV 及以下钢筋混

凝土杆线路绝缘闪络。 （2）加避雷线

由于屏蔽作用，感应过电压下降，导线上的感应过电压为

)k 1(U U gd ,gd -= （9-1-2）

因此，避雷线离导线越近，耦合系数k 越大，U 感应越小。 二、雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压

无避雷线d ah =gd U 有避雷线)1(U gd ,k ah d -=

与直击雷相比，感应过电压的特点： 1、极性与雷云电荷相反，一般为正极性。

2、在三相导线上同时出现，不会直接产生相间过电压。

3、波形较缓和，波前几微秒到几十微秒，波长可达数百微秒。

9.2 输电线路的直击雷过电压和耐雷水平

一、雷击杆塔顶部

1．塔顶电位

塔顶电流i gt <雷电流L i ，即

L i i

β=gt

（9-2-1）

雷电流到达峰值时，塔顶电压有最大值

)6

.2(ch L

R U gt

L td I +

=β （9-2-2）

其中β为分流系数，设雷电流具有斜角波前，at i =，则t L

R L L b

i

b

t

++

=

11β，

t 取T/2，（T 1波前时间2.6us ）

2．导线电位和线路绝缘上的电位

当塔顶电位为td U 时，在塔顶的避雷线也有同样的电位，导线上产生的耦合电压为td kU ，由于通道电磁场的作用，导线上有感应过电压)1(a k h d -, 此电压与塔顶电位极性相反，所以导线电位的幅值d U 为

)1(a U U td k h k d d --= （9-2-3）

作用在线路绝缘上的总电压