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而在中间处于正负电荷混合的区域。

雷云平均电场强度为1.5kV/cm，实际测到的在雷云雷击前的最大电场强度为3.4kV/cm。

而在稳定下雨时，只有40V/cm。

雷云对大地的放电通常包含若干次重复的放电过程，而每次的放电又分为先导放电及主放电两个两个阶段。

在雷云带有电荷后，其电荷集中在几个带点中心，他们之间的电荷数也不完全相等。

当某一点的电荷较多时，且他附近的电场强度足以达到使动气的绝缘强度破坏（约25~30kV/cm），空气便开始游离，是这部分原来的绝缘状态变为导电性的通道，这个导电性的通道形成的过程被称为先导放电。

先导放电不是连续的，雷云对地放电的第一先导是分级发展的，每一级先导的发展速度相当高，但每发展一定的长度约50m就有一个约10~100微秒的时间间隔。

因此它的平均速度较慢，约为光速的千分之一左右。

先导放电的不连续性称为分级先导，历时约0.005~0.010s。

分级先导的原因一般解释为：

由于先导通道内游离还不是很强烈，它的导电性就不是很到，由于雷云下移的电荷需要一段时间，待通道头部的电荷增多，电场超过空气游离场强时，先导将继续发展。

在先导通道形成的第一阶段，其发展方向仍瘦一些偶然因素的影响，并不固定。

但当他距离地面一定的高度的时候，地面上高耸的物体出现感应电荷，使得局部电场增强，先导通道的发展将延其头部感应电荷集中点之间发展，也可以说是放电通道的发展具有定向性，或者说雷击有选择性，上述使先导通道具有定向性的高度，称为定向高度。

当先导通道的头部与带异号电荷的集中点间距很小时，先导通道端约为雷云对地面的点位（可高达10MV），而另一端的点位，故剩余空气间隙中的电场强度极高，使空气间隙迅速游离。

游离产生的正负电荷将分别向上下运动，中和先导通道与被击中物电荷，这时便开始了放电的第二过程，即主放电过程，主放电的阶段时间极端，约50~100微秒。

移动速度约为光速的二分之一到二十分之一，主放电的电流可达数千安，，最大可200~300kA。

主放电到达云端时，意味着主放电阶段结束。

此时，雷云剩下的电荷，将继续延主放电通道下移，此时称为余辉放电阶段。

余辉放电仅为数百安，但是持续时间可达0.03~0.15s。

由于雷云中可能存在多个电荷中心，因此雷云放电往往是多重的，且延原来的放电通道，此时先导不是分级的，而是连续发展的。

（3）雷电参数：

1）、雷暴日、雷电小时

为了评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷电小时来估计。

在每一天内（或一小时内）只要听到雷声就算一个雷暴日（或雷电小时）。

据统计，每一雷暴日大致折合为三个雷暴小时。

雷暴日的分布与地理位置有关。

一般热而潮的地区比冷而干燥的地区多，陆地比海洋多，山区比平原多。

就全球而言，雷电最频繁的地区在赤道附近，雷暴日平均约为100~15O日，最多者达300日以上。

我国年平均雷暴日分布，西北少于25日，长江以北25一40日，长江以南40~50日，南方大于50日。

我国规程规定，等于或少于15日雷暴日的地区称为少雷区，40雷暴日以上的称为多雷区，超过90日的地区为特殊强雷区。

在防雷设计中，应根据雷暴日分布因地制宜。

2）、地面落雷密度

雷暴日和雷电小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电与雷云之间对地的放电。

只有落地雷才可能产生对电力系统造成危害的过电压，因此需要引入地面落雷密度这个参数，它表示每一雷暴日每平方公里地面受到的平均落雷次数。

3）、雷电流的幅值、波形和陡度

经过长时期的系统的雷电观测，实测结果表明，雷电流是单极性的脉冲波。

对于脉冲波形的雷电流，需要三个主要参数来表征，这三个参数为:

幅值、波前时间和波长。

波前时间是指电流上升到幅值的时间，波长是指电流下降到幅值的一半的时间。

1雷电流的幅值

雷电流幅值是指脉冲电流所达到的最高值。

雷电流的幅值大小与许多因素有关，主要有气象、地质条件和地理位置。

其中气象情况有很大的随机性，因此只有通过大量实测才能正确估算雷电流峰值的概率分布。

2雷电流的波形

雷电流幅值随各国的自然条件不同而差别很大，但是各国测得的雷电流波形却基本一致。

实测表明，雷电流的波前时间大多在lus一5us的范围内，平均在2~2.5us，推荐取2.6us;

雷电流的波长时间一般在20一100us，平均约为50us。

在线路防雷计算中，雷电流的波形可以采用2.6/50us。

电力设备的绝缘强度试验和电力系统的防雷保护设计中，都要求将雷电流波形等值为典型化的可以用解析式表达的波形。

常用的等值波形有以下几种:

l）标准冲击波；

2）等值斜角波；

3）等值余弦波。

3雷电流的陡度

雷电流的幅值和波前时间决定其上升的陡度—电流随时间的变化率。

雷电流的陡度对过电压有直接的影响，也是一个常用重要参数。

4雷电波阻抗

雷电通道在主放电时如同导体，使雷电流在其中流动同普通分布参数导线一样，具有某一等值波阻抗，称为雷电波阻抗。

根据理论研究和实测分析，我国有关规程建议Z。

取300。

左右。

（4）雷电对线路的影响：

10kV线路纵横延伸,地处旷野,雷雨季易遭雷击。

由于10kV系统内的设备绝缘水平和耐雷水平低,因此,因雷击线路造成10kV系统单相接地,线路断路器跳闸事故,在农网事故中占有很大百分比。

雷击线路时,雷电压能使绝缘子击碎,雷电流烧断导线。

雷电波自线路入侵配电变压器线圈使绝缘损坏烧毁。

入侵变电所内损坏电器设备。

配电线路受雷电过电压的影响主要分为直击雷与感应雷。

由于配电网的绝缘水平低，网架结构复杂，且配电线路没有避雷线、耦合地线、线路避雷器等保护措施，因此，配电线路遭受直击雷时根本无法防护，因为直击雷过电压，即雷电直接击中电气设备，或线路，这种过电压的幅值一般较高，高达数百千伏，雷电流高达数十千安，这种过电压的破坏性极大，造成的损坏也较大，直击雷过电压的雷击跳闸率为100%。

但是在配电线路中发生直击雷事故所占比例并不高，根据资料显示，10kV配电线路由雷击引起的线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应过电压，感应过电压导致的故障比例超过90%。

因此，配电线路的防雷保护的侧重点应放在感应雷过电压的防护上。

感应雷是指在雷云形成过程中，雷云与大地之间的感应电场、雷云对地放电和雷云与雷云之见放电时，雷闪电流产生的强大电磁场作用于各种线路上感应出过电压、过电流，经线路进入设备而形成的雷击称为感应雷过电压。

感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生，也可由“电磁感应”的效应产生，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。

感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境（如土壤电阻率）、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。

直击雷具有高电压、大电流、破坏力巨大的特点。

但其几率却大大小于感应雷，这是因为直击雷只是发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，感应雷则不论是雷云对地闪击，或者雷云对雷云之间闪击，都有可能发生并造成灾害。

此外直击雷由于其放电的机理所致一次只能袭击一至两处小范围的目标，而一次雷闪击却可以在比较大的范围内的多个局部同时激发感应雷的过电压现象，并且这种感应高电压可以通过电力线等金属导线传输到很远致使累害范围扩大。

本课题研究的这段线路是连接变电站与煤矿风机的输电线路，风机停机煤矿内的瓦斯浓度就会急剧上升，一旦该线路由于雷击造成了断电，轻则造成停产，使煤矿造成经济损失，重则造成人员伤亡，后果相当严重。

同时，雷击造成的冲击电流也会对线路本身以及变电站，风机等设备造成很大的影响。

2选题意义：

随着全球气候异常状况的加剧,雷电活动也异常频繁。

雷害作为主要影响因素之一（雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因,在电力系统非计划停运中,雷电事故一般占30%以上,有的地区甚至达到80%以上）,对电力安全传送的影响及危害非常大。

随着生产水平的不断提高，煤矿企业对供电可靠性的要求不断增长，这不单是为了保证煤矿的生产不受影响，更与矿工们的生命安全息息相关，柠条塔煤矿位于陕北榆林，该煤矿所在的地区为荒漠地带，该段输电线路沿途缺少高大的植被，雷电直接击中线路的几率很高，同时，由于是荒漠地带，土壤以沙地为主，导电性能不好，这就使得杆塔的接地电阻过高，雷电一旦击中线路，就更容易造成线路故障，因此研究该段线路的避雷防雷措施对于该煤矿有至关重要的意义。

3生产需求状况：

柠条塔煤矿是陕北榆林地区的国有重点煤矿，年产量大，本段线路的防雷避雷设施对于煤矿的正常运作起着十分重要的作用，不单是对于生产正常运作的保证，更是对对矿工生命安全的保障。

4国内外研究现状：

架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段：

输电线路受到雷电过电压的作用：

输电线路发生闪络；

输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压；

线路跳闸，供电中断。

针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到“四道防线”，即：

（1）防止雷电直击导线；

（2）防止雷击塔顶或避雷线之后引起绝缘闪络；

（3）防止绝缘闪络后转化为稳定的工频电弧；

（4）防止线路中断供电。

（1）避雷器的发展：

目前使用的避雷器主要有下列几种类型：

保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器，当然有些避雷器已经用得很少了，有的避雷器将被性能优越的避雷器所代替。

【3】

保护间隙有一定的限制电压的效果，但是不能避免供电中断，优点是结构简单，廉价，但是缺点是保护效果差，与被保护的设备的伏秒特性不易配合，动作后产生的截波，对变压器的匝间绝缘有很大的影响，因此他往往与其他的保护措施配合使用。

管式避雷器与保护间隙相比他具有一定的灭弧能力，但是缺点与保护间隙的相同【3】

阀式避雷器又分为普通阀式避雷器磁吹式避雷器和金属氧化物避雷器。

普通阀式避雷器依靠的是间隙的自然灭弧能力，因此其灭弧能力不是很强，另外发片的通流能力有限，所以他只能用于雷电过电压的保护，而不能用于时间比较长的内部过电压保护，为了改进阀式避雷器的性能因此在普通阀式避雷器的基础上开发了一种带磁吹间隙的阀式避雷器，他的基本构造与普通的阀式避雷器相似，主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和同流能力交大的高温阀片。

金属氧化物避雷器的非线性电阻阀片主要是由氧化锌，另外还有一部分是氧化铋及一些其他的金属氧化物，经过煅烧混料，造粒，成型，表面处理等工艺完成的，因为其主要成分是氧化锌，所以也称之为氧化锌避雷器，他有一系列的优点，如非线性系数小，保护性能好，基本无续流，耐重复动作能力强，通流量大，结构简单，尺寸小，易于大批量的生产，适用于多种特殊的需要。

金属氧化物避雷器有一些列的有点，发展潜力大，是目前世界各国避雷器发展的主要方向，正在逐步取代传统的带间隙的碳化硅避雷器，也是未来特高压系统关键的过电压保护设备。

随着电网的智能化，智能避雷器的研发显得愈来愈紧迫和重要。

迄今为止，国内外专家对智能避雷器还没有一个统一的定义，但通过计算机远程对线路避雷器的运行状况进行监控和终止故障避雷器的运行应该是智能避雷器最基本的功能。

在线路避雷器上串联浪涌监测器，根据电流大小对浪涌进行分类，监测器内的数据通过外置手持天线的接收器无线接收，然后将数据进一步传到计算机进行统计分析。

利用全新的无线无源声表面波滤波器（SAW）监控氧化锌避雷器的温度，因为温度是氧化锌避雷器真实工作条件的最好体现，可以考察老化、外部污染的影响和过度能量的吸收。

通过测试线路避雷器阻性电流的大小，可知避雷器的运行状况，借助通用无线分组业务（GPRS）可对线路避雷器进行远程监控。

【4】

安装线路避雷器可以减少或消除线路雷击跳闸率，改善系统的稳定性，同时它可为紧凑型输电线路的建设和电压等级的升级等项目提供有力的保障。

全线安装线路避雷器虽可以使线路跳闸率趋于零，但其经济效益不一定最佳，因此要进一步开发计算模式、程序及计算机程序来确定线路避雷器的最佳数量、安装位置及电压等级。

线路避雷器的设计将会多样化，其应用将会更加广泛。

线路避雷器的外套材料主要是合成材料。

绝缘配合或使用效果均证明有间隙、无间隙线路避雷器均能有效防止绝缘子串闪络事故。

（2）接地装置的发展：

引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体，它的作用是把接闪器上的雷电流传递到接地体上，引下线一般采用圆钢或扁钢组成，如有腐蚀性场所应当适当增大截面积，引下线一般沿建筑物的外墙敷设，敷设路线应尽量短而直，应固定牢固，固定支点不应大于1.5至2米。

在地面连接处应用钢管穿管的办法，以防止外物对引下线的机械损伤和防腐蚀。

为了检查测量的方便，在离地面1.5-1.8米处须设置断接卡。

接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，它的作用是把雷击电流有效地泄入大地，现在常用的接地装置有水平接地极、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。

易燃易爆化学物品的接地装置一般采用垂直接地极，即用一根2.5米以上的角钢、圆钢、钢管或铜质柱型材制成垂直打入土壤中，当接地不能满足要求时，可采用环形接地极组和放射形接地极组的办法，为了防止被腐蚀，可在埋前先涂上防腐剂。

有些地区土壤电阻较高，一般接地方式达不到接地设计要求的，可采用人工办法来减少接地土壤的电阻率，即用换土法或化学处理法。

【5】

（3）10kV线路常用的其他避雷防雷措施

1）架设避雷线

　　架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。

避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：

　　1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；

　　2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；

　　3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

　　通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。

同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°

～30°

。

220kV及330kV双避雷线线路应做到20°

左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°

【6】

2）安装避雷针

　安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。

　　但是在实际应用却存在以下问题：

　　1由于避雷针而导致雷击概率增大

　　2保护范围小

国内外不少防雷专家，对避雷针能向被保护物有多大的保护距离做了系统的研究得出的结论是：

“对一根垂直避雷针无法获得十分肯定的保护区域”。

英国的BS6551法规曾指出：

“经验显示不能依赖避雷针提供任何保护区内的完整保护”。

而德国防雷法规则有意识地不引入避雷针保护范围的概念。

从避雷针因侧击雷、绕击雷，造成事故的实例来分析，其保护范围是不十分肯定的。

　　由于避雷针的引雷作用，所以雷击次数就会提高，当雷电被吸引到针上，在强大的雷电流沿针而流入大地过程中，雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压，它与雷电流的大小及变化速度成正比，与雷击的距离成反比。

而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用，不能达到有效屏蔽，使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。

3反击的危害

　　当雷电被吸引到针上，将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置，此时针和引线的电压很高，若针对被保护物之间的距离小于安全距离时，会由针及引下线向被保护物发生反击，损坏被保护物。

我国国标规定针距被保护物的空气中距离≥5米，针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd≥3米，针对这一要求，微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范的要求。

　　4电磁感应问题

　　在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中，会在周围产生强大的电磁场，它会使微波通信、计算机等设备产生误动。

强大的电磁场，可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电，从而引燃引爆易燃易爆物。

更常见的则是引起微电子设备（通信设备，计算机设备等）的失灵与损坏。

受雷击的针及引线，在高频雷电流作用下，将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。

当雷电流流入大地扩散时，在入地点沿半径各点形成不同的电位，若跨入该区域会产生很高的跨步电压。

在测避雷针不适用于对弱电设备的保护，更不易用于易燃易爆品的防雷保护。

因它引来强大的雷电流在接地引线断线卡处易产生火花，还会在附近的金属开口环处产生火花，从而引起事故。

3）加强线路绝缘

　　由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔（如：

跨河杆塔），这就增加了杆塔落雷的机会。

高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。

为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。

4）采用差绝缘方式

　　此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，并且导线为三角形排列的情况。

所谓差绝缘，是指同一基杆塔上三相绝缘有差异，下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子，当雷击杆塔或上导线时，由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿，雷电流经杆塔人地，避免了两相闪络。

据计算，采用差绝缘后，线路的耐雷水平可提高24%。

5）耦合地埋线

　　耦合地埋线可起两个作用，一是降低接地电阻，《电力工程高压送电线路设计手册》指出:

连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1—2根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连，此时对工频接地电阻值不作要隶_国内外的运行经验证明，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。

二是起一部分架空地线的作用，既有避雷线的分流作用，又有避雷线的耦合作用。

据有的单位的运行经验，在一个20基杆塔的易击段埋设耦合地埋线后，10年中只发生一次雷击故障，有文献介绍可降低跳闸率40%，显著提高线路耐雷水平。

6）预放电棒与负角保护针

　　预放电棒的作用机理是减小导线地线间距，增大藕合系数，降低杆塔分流系数，加大导线、绝缘子串对地电容，改善电压分布；

负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽，减小临界击距。

预放电棒与负角保护针常一起装设，这一方法曾在广东、贵州等地采用，有一定的效果。

制作、安装和运行维护方便，以及经济花费不多是其特点。

7）装设消雷器

　消雷器是一种新型的直击雷防护装置，在国内已有十余年的应用历史，目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套，运行情况良好。

虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论，但它确实能消除或减少雷击的事实已被越来越多的人承认与接受。

消雷器对接地电阻的要求不严，其保护范围也远比避雷针大。

在实际装设时，应认真解决好有关的各个环节中的问题【6】

8）采用中性点非有效接地方式

　在我国35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除，不致引起相间短路和跳闸。

而在二相或三相落雷时，由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。

9）采用不平衡绝缘方式

　　在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。

不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。

总之，影响架空输电线路雷击跳闸率的因素很多，有一定的复杂性，解决线路的雷害问题，要从实际出发，因地制宜，综合治理。

在采取防雷改进措施之前，要认真调查分析，充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况，核算线路的耐雷水平，研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等，最后来决定准备采用某一种或几种防雷改进措施。

5、主要研究思路

本课题是为解决实际问题对一段6km的10kV重要输电线路进行避雷防雷的设计

针对本课题我的设计思路是：

（1）收集整理该线路的雷击情况，根据线路的雷击跳闸率，耐雷水平等了解该线路的防雷能力。

（2）考察了解该线路已有的防雷措施，通过测试典型线路杆塔的接地电阻，避雷器的接地电阻等参数全面了解该线路雷电灾害的事故原因。

（3）根据该线路的电压等级讨论雷电灾害对系统正常运行时可能造成的危害。

（4）根据线路的电压等级对常用于架空裸导线的防雷措施进行分析。

其中针对本段线路可能常用的防雷措施有以下几种：

1）为了提高1OkV配电线路的耐雷水平，需加强线路绝缘。

瓷横担的耐雷水平是铁横担针式绝缘子的3倍多，因此，在10kV线路中应尽量选择瓷横担。

对于现有铁横担线路，应更换成高一级的绝缘子。

将线路上的P一10型针式绝缘子更换为FPQW一10型复合绝缘子（转角杆处更换为P一巧型针式绝缘子）时，线路的雷电冲击闪络电压可由75kV提高到11OkV。

2）10kV的配电线路上，每隔一定的间距安装一组避雷器是和有效的避雷措施，特别是在小罗绝缘的薄弱点上，如个别的特别高的杆塔，硬装设避雷器进行必要的保护。

对于线路避雷器的选择与安装这一部分，要从两个方入手，即避雷器类型与型号的选择与避雷器的安装位置与具体安装方法等，避雷器要通过点电压计算根据伏秒特性曲线来选择型号。

其中，避雷器的选择和安装都要通过过电压计算来确定，通过仿真计算比较线路遭受雷击时有无避雷器和避雷器安装在不同位置时对系统造成的影响，此外还要计算雷击地面对系统有无影响，雷击单线时对另一条线路有无影响。

3）降低杆塔的接地电阻可以使杆塔遭遇雷击的时候迅速将雷电流倒入大地，避免了杆塔的电位急剧升高。

由于所研究的线路位于荒漠地带，土壤以沙地为主，所以如何降低电阻率是是个十分棘手的问题。

可以从以下几个方面去着手考虑：

4）关于避雷线或避雷针的选择也要进行具体的考虑

避雷器线或者避雷针的架设是防止直击雷的最直接的保护方式，要根据经济成本和适用性考虑到底是应该架设避雷线或者安装避雷针；

要考虑避雷线或者避雷针的具体架设高度

5）由于线路绝缘具有自恢复性质，线路遭雷击后，雷电闪络产生稳态的工频电弧使相间短路，当开关跳闸后电流被切断，电弧熄灭。

经一定时间重合后，电弧一般不会重燃。

因此安装重合闸装置对降低线路的雷击事故效果较好

6）雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区，10kV配电网可考虑电网中性点经消弧线圈接地。

雷击闪络大多数是从单相闪络发展为