输电线路的防雷保护.ppt

输电线路的防雷保护.ppt

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电电力力系系统统过过电电压压任课教师：

赵任课教师：

赵彤彤山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院第五章第五章输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护大量统计数据表明，无论是高压或超高压的输电大量统计数据表明，无论是高压或超高压的输电线路，雷害故障占线路故障的线路，雷害故障占线路故障的40%70%，尤其是在多，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，因此必须十分重视输电线路的而引起的事故率更高，因此必须十分重视输电线路的雷电过电压及其保护问题。

雷电过电压及其保护问题。

雷击线路可能引起两种破坏：

雷击线路可能引起两种破坏：

雷电过电压造成线雷电过电压造成线路发生短路接地故障，路发生短路接地故障，实际上雷击是引起线路跳闸停实际上雷击是引起线路跳闸停电事故的主要原因；电事故的主要原因；雷击线路形成的雷电过电压波，雷击线路形成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电所，沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全危害变电站电气设备的安全运行。

运行。

输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路防雷性能的重要指标是输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平耐雷水平和和雷击雷击跳闸率跳闸率。

耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发生耐雷水平是指雷击输电线路时，线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值冲击闪络的最大雷电流幅值，单位为，单位为kA。

耐雷水平是。

耐雷水平是表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。

表征输电线路耐受雷电流强弱能力的参数。

雷击跳闸率是标准雷暴日数为雷击跳闸率是标准雷暴日数为40时，每时，每100km长长的线路每年因雷击引起的跳闸次数的线路每年因雷击引起的跳闸次数，单位为次，单位为次/（百公百公里里年年）。

雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损。

雷击跳闸率是表征输电线路遭受雷击造成损失的一个参数。

失的一个参数。

输电线路防雷保护的目的，就是依据有关规程规输电线路防雷保护的目的，就是依据有关规程规定使耐雷水平值达到要求，尽量降低输电线路的雷击定使耐雷水平值达到要求，尽量降低输电线路的雷击跳闸率。

跳闸率。

雷击输电线路时，可能击中塔杆顶部、避雷线或导线，产雷击输电线路时，可能击中塔杆顶部、避雷线或导线，产生生直击雷过电压直击雷过电压，危及电气设备的安全。

当雷击输电线路附近，危及电气设备的安全。

当雷击输电线路附近地面时，由于雷电流产生的强烈电磁脉冲，也会在输电线路上地面时，由于雷电流产生的强烈电磁脉冲，也会在输电线路上产生有危害的产生有危害的感应雷过电压感应雷过电压。

电力系统输电线路的防雷保护，通常是在输电线路雷电过电力系统输电线路的防雷保护，通常是在输电线路雷电过电压分析计算的基础上，并根据输电线路的实际运行经验、雷电压分析计算的基础上，并根据输电线路的实际运行经验、雷电活动等气象条件、土壤电阻率的高低和地形地貌等环境条件，电活动等气象条件、土壤电阻率的高低和地形地貌等环境条件，通过技术经济比较来确定输电线路的雷电防护措施。

通过技术经济比较来确定输电线路的雷电防护措施。

雷击输电线路雷击输电线路雷击输电线路附近地面雷击输电线路附近地面输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护输电线路的感应雷过电压输电线路的感应雷过电压输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的防雷措施输电线路的防雷措施输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成设雷云带负电荷，在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿设雷云带负电荷，在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿先导通路向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电场中。

先导通路向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电场中。

由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚集了异号由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚集了异号的正电荷，称为的正电荷，称为束缚电荷束缚电荷。

导线上的负电荷被排斥到导线两端。

导线上的负电荷被排斥到导线两端远处。

由于先导发展的速度很慢，导致线路上束缚电荷的聚集远处。

由于先导发展的速度很慢，导致线路上束缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电流很小，可以忽过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电流很小，可以忽略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻保持其零电位。

略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻保持其零电位。

如果先导通道电场使导线各点获得的如果先导通道电场使导线各点获得的电位为电位为-U0（x），则导线上的束缚电荷电，则导线上的束缚电荷电场必定使导线获得电位为场必定使导线获得电位为+U0（x），即二，即二者在数值上相等，符号相反，也即各者在数值上相等，符号相反，也即各点上均有点上均有U0（x）叠加，使导线在先导阶叠加，使导线在先导阶段时处处电位为零。

段时处处电位为零。

感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成雷击地面主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，雷击地面主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，导线上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动，电荷运导线上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动，电荷运动形成的电流动形成的电流i与导线的波阻抗与导线的波阻抗Z的乘积是感应过电压流动波的乘积是感应过电压流动波u=iZ=Z，其中，其中为先导通道中的线电荷密度，为先导通道中的线电荷密度，为电荷运动为电荷运动的速度。

这种由于先导通道中的电荷所产生的静电场突然消失的速度。

这种由于先导通道中的电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压，称为而引起的感应电压，称为感应过电压的静电分量。

感应过电压的静电分量。

如果先导通道中的电荷是全部瞬时被中如果先导通道中的电荷是全部瞬时被中和的，则导线上的束缚电荷将全部瞬时和的，则导线上的束缚电荷将全部瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定，显然等由这些刚解放的束缚电荷决定，显然等于于+U0（x），这是静电感应过电压的极限。

，这是静电感应过电压的极限。

实际上，主放电的速度有限，所以导线实际上，主放电的速度有限，所以导线上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电感应过电压将比感应过电压将比+U0（x）小。

小。

感应雷过电压的形成感应雷过电压的形成主放电通道中的雷电流在通道周围空间产生了强大的磁主放电通道中的雷电流在通道周围空间产生了强大的磁场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出电场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出电压。

这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起压。

这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压，称为的感应电压，称为感应过电压的电磁分量感应过电压的电磁分量。

由于主放电通道。

由于主放电通道与导线几乎互相垂直，所以互感不大，即电磁感应较弱，因与导线几乎互相垂直，所以互感不大，即电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。

两种分量出现的最大。

两种分量出现的最大值时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静值时刻也不同，所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。

电分量起主要作用。

感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。

磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。

雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷电流幅值越大，则雷电先导通道中电荷密度雷电流幅值越大，则雷电先导通道中电荷密度越大，先越大，先导阶段产生的电场强度越大，导线上产生的束缚电荷亦越导阶段产生的电场强度越大，导线上产生的束缚电荷亦越多，感应电压越高；另外，雷电流幅值越大，主放电速度多，感应电压越高；另外，雷电流幅值越大，主放电速度越快，则束缚电荷变成自由电荷也越快，形成的流动电流越快，则束缚电荷变成自由电荷也越快，形成的流动电流波也越大，所以波也越大，所以感应过电压的大小与雷电流幅值感应过电压的大小与雷电流幅值I成正比；成正比；导线悬挂高度越高，其对地电容越小，当导线上的束缚电导线悬挂高度越高，其对地电容越小，当导线上的束缚电荷一定时，感应电压则越高，所以荷一定时，感应电压则越高，所以感应过电压的大小与导感应过电压的大小与导线悬挂的平均高度线悬挂的平均高度h成正比；成正比；雷击点距离导线越远，导线感应的电场强度越弱，导线上雷击点距离导线越远，导线感应的电场强度越弱，导线上感应的束缚电荷越小，故感应电压越低，所以感应的束缚电荷越小，故感应电压越低，所以感应雷过电感应雷过电压的大小与雷击点距导线的距离成反比。

压的大小与雷击点距导线的距离成反比。

雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压根据理论分析和实验结果，当雷击点离导线的距离根据理论分析和实验结果，当雷击点离导线的距离S65m，I100kA时，导线上感应雷过电压幅值时，导线上感应雷过电压幅值Ui可计算为：

可计算为：

式中式中I雷电流幅值，雷电流幅值，kA；hc导线悬挂的平均高度，导线悬挂的平均高度，m；S雷击点与导线的水平距离，雷击点与导线的水平距离，m。

由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流幅值一般不超过值一般不超过100kA，所以可按，所以可按I=100kA估算线路上可能出估算线路上可能出现的最大感应雷过电压。

根据对这种过电压的实测证明，现的最大感应雷过电压。

根据对这种过电压的实测证明，感感应雷过电压幅值一般不超过应雷过电压幅值一般不超过300400kV。

雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压感应雷过电压对感应雷过电压对35kV及以下输电线路，可能造成绝缘闪及以下输电线路，可能造成绝缘闪络，而对于络，而对于110kV及以上线路，由于线路的绝缘水平较高，一及以上线路，由于线路的绝缘水平较高，一般不会引起闪络。

感应雷过电压在三相导线中存在，三相导般不会引起闪络。

感应雷过电压在三相导线中存在，三相导线上感应过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而引线上感应过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而引起的，故相间电位差很小，所以起的，故相间电位差很小，所以感应过电压不会引起架空线感应过电压不会引起架空线路的相间绝缘闪络。

路的相间绝缘闪络。

如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应电荷会减少，从而导由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应电荷会减少，从而导线上的感应过电压将会下降。

线上的感应过电压将会下降。

雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压设导线和避雷线的对地平均高度分别为设导线和避雷线的对地平均高度分别为hc和和hg，假设避雷线不，假设避雷线不接地，则导线上和避雷线上的感应过电压分别为接地，则导线上和避雷线上的感应过电压分别为Uic和和Uig：

实际上避雷线是通过杆塔接地的，其电位为零，这就相实际上避雷线是通过杆塔接地的，其电位为零，这就相当于在避雷线上叠加了一个与雷电感应电位大小相等极性相当于在避雷线上叠加了一个与雷电感应电位大小相等极性相反的电位反的电位-Uig，而该电位将在导线上产生耦合电位，而该电位将在导线上产生耦合电位k（-Uig），其，其中中k为避雷线与导线间的耦合系数。

导线上的感应过电压幅值为避雷线与导线间的耦合系数。

导线上的感应过电压幅值应为两者的叠加，即导线上实际的感应过电压为应为两者的叠加，即导线上实际的感应过电压为避雷线的存在使导线上的感应雷过电压下降为无避雷线时避雷线的存在使导线上的感应雷过电压下降