输电线路防雷技术资料

雷击塔顶的过电压分析
波头部分
it i t
塔顶电位
ut
it Ri
Lt
dit dt
(iRi
Lt
di ) dt
最高塔顶电位
ut
I
Ri
Lt
f
杆塔的分流
1
1 Lt Ri f
Ls Ls 2
110kV: 0.9(1S), 0.86(2S) 220kV: 0.92(1S), 0.88(2S) 500kV: 0.88(2S)
美国、前苏联等十二个国家的电压为275－500kV 总长为32700km输电线路连续三年的运行资料中指 出，雷害事故占总事故的60％
输电线路的雷电过电压及防护
直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引 起的线路过电压
反击－雷击杆塔或避雷线,造成绝缘子接地端电位比导线高 绕击－雷电击中导线
uins u50%
I1
(1 k)
Ri
( ha ht
U 50%
k)
Lt 2.6
(1
k0
hs hc
)
hc 2.6
❖ 还必须考虑工频电压的作用以及触发相位 ❖ 距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线计算
❖ 通常以降低Ri，提高k为提高反击耐雷水平的主要手段
反击耐雷水平
❖ 35kV: 20-30kA ❖ 110kV: 40-75kA ❖ 220kV: 75-110kA ❖ 330kV: 100-150kA ❖ 500kV: 125-175kA
感应过电压-电磁感应
在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周 围空间出现甚强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导 线－大地回路，产生感应电势，这种过电压为感应过电 压的电磁分量
感应过电压计算
感应过电压为
Ui
Ue
Um
[k
e
(v)
k
m
(v)]
h S
I
kI
h S
Ui
25I
h S
感应过电压计算
反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流 系数β，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝 缘子串的50％放电电压U50％等因素有关
雷击避雷线档距中央
雷击避雷线档距中央
uA
i
Z0
Z0 Zs
/
2
Zt 2
i Z0Zt 2Z0 Zs
雷击避雷线档距中央
❖ 情况1：2 0.5l / vs f
❖ 在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），线路处 于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静 电感应，最靠近先导通道的一段导线上感应形成形 成束缚电荷
❖ 主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被 迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚 电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播
❖ 由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的 释放过程也很快，所以形成的电压波u＝iZ幅值可能 很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量
U C ' U c k0Us (1 k0 )U c
雷击塔顶时的感应过电压
雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空 间电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷 电流极性相反的电压，以静电感应分量为主
U i ahc
有避雷线时，导线上的感应过电压
U i ' (1 k0 )Ui
雷击塔顶的分流
避雷线 杆 塔 闪络后相导线也分流
绕击耐雷水平
❖ 绕击耐雷水平
I2
U 50% 100
❖ 绕击线路的耐雷水平很低
❖ 500kV线路27.4kA，220kV-12kA，110kV-7kA ❖ 110kV以上线路要求全线架避雷线
绝缘子串的作用电压为横担高度处的杆塔电位ua 与导线电位之差
横担高度处的杆塔电位ua
ua
(iRi
Lt
ha ht
di ) dt
绝缘子串的作用电压
uins ua uc
反击耐雷水平
❖ 反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k，杆塔分流 系数β，杆塔冲击接地电阻Ri，杆塔等值电感Lt以及绝 缘子串的50％放电电压U50％等因素有关
第六章 输电线路防雷技术
4.1 雷击输电线路的方式
4.2 雷击输电线路的后果
发生短路接地故障
雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造 成停电事故
输电线路的雷击事故
在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引 起的次数约占40～70％，尤其是在多雷、土壤电 阻率高、地形复杂的地区，雷击事故率更高
在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线 路引起的，雷击经常引起双回同时停电，20－30 ％的输电线路故障发生在双回输电线路
❖ A点最高电位
uA
l vs
Z0Zs 2Z0 Zs
❖ 空气间隙最高电压
us (1 k)uA
❖ Us等于间隙的50%冲 击放电电压时得到最
小间隙距离
雷击避雷线档距中央
❖ U50% 750SkV ❖ S (1 k) Z0Zs
750vs 2Z0 Zs
❖ 我国规程
S 0.012l 1
雷击避雷线档距中央
雷击杆塔时导线的电位
避雷线的耦合电位：kut 雷击塔顶时的感应电位：ahc(1-k0hs/hc)(最大值）
假设随时间线性变化
ui ahc (1 k0hs / hc )t / f
导线电位
uc kut ui kut ahc (1 k0hs / hc )t / f
绝缘子串的作用电压和闪络
如果不能满足S>65m及S>>h的条件，感应过电压为
Ui
kI
ln
h
S
h
2
1
S
避雷线对感应过电压的屏蔽作用
UC
25 I
hc S
hs hs
Us
25I
S
Uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ hc
实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可 以假设为避雷线上再叠加了-Us的感应电压
-Us在导线上耦合
导线上的实际感应电压
❖ 情况2： 2 0.5l / vs f
❖ 负反射波尚未返回雷 击点时，雷电流已过峰 值，A点最高电位由雷 电流峰值确定
❖ 一般罕见雷击档距中央
雷击导线－绕击时的过电压
❖
绕击过电压：
uA
i Z0Zc 2Z0 Zc
❖ 幅值为：
uA
I
Z0Zc 2Z0 Zc
❖ 设Z0≈Zc/2, 取Zc=400, 则 UA≈100I
感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导 线上产生的过电压（只对35kV以下线路有危险）
衡量线路防雷性能的优劣
耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪络的最大 雷电流（kA）
雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数
输电线路的感应过电压
❖ 静电感应 ❖ 电磁感应
感应过电压-静电感应