1、地区，由模拟实验可得输电线路引雷区域半径为2h，每百公里年均雷击次数N计算方式为：（2-2）其中，b为两根避雷线之间的距离，m； h为避雷线的平均高度，m。3雷电过电压分类及其原理一般电力系统和建筑物的防雷措施主要有防直击雷、防雷电感应、防雷电波入侵和电流引发高压反击等几种。以下重点介绍感应过电压和直击雷过电压。3.1感应过电压原理雷电感应是由于雷电流产生的静电感应和电磁感应产生的。雷电感应即雷电流产生所引发的静电感应与电磁感应等现象。图3-1为感应雷过电压的形成过程示意图，图中设输电线路上空出现带负电荷的雷云。当线路附近发生雷击，则导线上会产生感应雷过电压。在雷电的先导放电阶段，放电通道中的
2、电荷与输电线路发生静电感应，在放电近端电线上的电荷带正电。当雷电主放电结束，放电通道电荷中和，电线中正电荷转变为自由电荷并由近向远扩散，产生感应过电压。图3-1 感应雷过电压的形成过程3.1.1雷击线路附近大地时线路上的感应过电压根据我国相关规定，在雷击位置距电线超过65m的情况时，电线所产生的感应过电压峰值Ug计算方法如下：（3-1)其中，IL为雷电流幅值，kA； hd为导线高度，m； s为雷击点离导线的距离，m。发生雷击时考虑到地面受雷击位置的接地电阻偏大，可大致估算雷电流峰值IL不超过100kA。通过实际测试可得感应过电压最大值大致为300kV到400kV之间。在输电线上方若设有避雷线，
3、可视为加大导线的对地电容，可导致导线的感应过电压降低。设输电线离地高度平均值 hd，避雷线离地高度平均值hb，在避雷线不接地的情况下可根据（3-1）式分别计算得出输电线与避雷线各自的感应过电压Ugd、Ugb：（3-2）（3-3）在实际情况中，避雷线需经过杆塔接入地面，因此其电位为0。假设避雷线上有一个电位-Ugb，导致输电线形成耦合电位k（-Ugb ），因此实际情况下输电线上感应过电压Ugd为：（3-4）上式中k为输电线与避雷线间的耦合系数。3.1.2雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压（3-1）与（3-4）仅适用于落雷距离大于65m的情况下，而实际情况中由于输电线路自身的引雷作用导致线路或杆塔
4、上方遭受雷击。当雷击在线路杆塔的上方情况下，主放电通道导致的磁场变化将引发输电线中过电压的产生，且其极性与雷电电压极性相反。通过下式进行不超过40m高度的避雷线缺省线路中输电线感应过电压峰值计算：（3-5）上式中，a是感应过电压系数，单位：kV/m，aIL/2.6。而有避雷线时，导线上的感应过电压相应为（3-6）其中，k为耦合系数。3.2直击雷过电压原理在某些情况下，雷电将直接击中建筑物和电气设备，这种雷便是直击雷。直击雷将对建筑物和电气设备造成直接的电、热和机械力方面的损害。为了使电力设备、建筑物及其内部设施减小或避免受到雷击的伤害，必须采取一定的防护措施。输电线路可能遭遇以下几种直击雷：杆
5、塔顶端雷击、避雷线档距中心雷击、绕过避雷线对输电线进行雷击（即常说的绕击）。3.2.1雷击杆塔时的反击过电压当杆塔顶端遭遇雷击时，部分大小为iL的负电流沿杆塔主体向下流动，余下大小为ib均分为二流向相邻的杆塔；而与负电流大小相同的正电流igt则由塔顶沿主放电通道向上流动。雷击塔顶雷电流的等值电路如图3-2所示。图3-2 雷击塔顶雷电流的等值电路由于避雷线的分流作用，igt小于iL，则 （3-7）其中，为塔杆的分流系数。塔顶电位Utd由下式计算，取， （3-8）其中，Lgt为杆塔的等值电感，Lb为避雷线的等值电感，单位：H/m； Rch为杆塔的冲击接地电阻，。避雷线与塔顶相连，其电位等于塔顶电位
6、为Utd，引起输电线所出现的耦合电位kUtd，极性与雷电电压一致。输电线上存在极性相反的感应过电压ahd（1-k）。则输电线总电位值计算如下： （3-9）塔顶电位和导线电位之差即是线路绝缘子上两端电压，取，代入（3-8）则线路绝缘子上的电压值Uj的计算如下：（3-10）低于220kV的电路中，工作电压在总电压中比例较小，影响也较小，可直接忽略，因此计算当中忽略输电线的工作电压。 3.2.2雷击避雷线如图3-3，Z0是主放电通道的波阻抗，Zb是避雷线的波阻抗。电压波UA从雷击点A沿避雷线向相邻杆塔传去，A的最高电位出现在，l为档长距离，vb为避雷线中的波速时刻。雷击点A的最高电位UA可按下式进行
7、计算：（3-11）图3-3 雷击避雷线档距中央输电线因与避雷线间耦合作用所形成kUA，因此遭受雷击避雷线档距中央线路间隙s所受电压峰值US根据下列式子进行计算： （3-12） 当此电压Us超过空气间隙S的放电电压时，间隙将发生击穿。则可知为确保间隙不被击穿，空气间距s需满足下列条件： （3-13）3.2.3雷绕击导线输电线路中避雷线的安装并不能百分百的避免输电线直接遭受雷击事故的发生，绕击将有较低的几率发生，具有较大的危害性。 图3-4 雷电绕过避雷线击于导线和等效电路绕击时的电压UA为 （3-14）4输电线路的耐雷水平和雷击跳闸率4.1输电线路的耐雷水平4.1.1雷击杆塔时的耐雷水平在式（3
8、-10）中显示了线路上绝缘承受的电压与雷电流之间的正比关系。在绝缘子串的U50%小于Uj的情况下，绝缘将出现闪络。实际情况中90%以上的雷电流为负极性电流，且绝缘子串下端为正极性时U50%较低，因此需U50%取下端为正极性时的值作为标准。取式（310）中Uj的值为U50%时，雷击杆塔时的耐雷水平I1便可计算得到：（4-1）根据（4-1）可得出k越小越容易出现反击，因而计算对象需选择距离避雷线较远的输电线。根据我国明文制定的有关条例，不同电压等级的线路在遭遇雷击杆塔时，其最低耐雷水平如表4-1。额定电压（kV）35110220330500耐雷水平（kA）203040757511010015012
9、5175表4-1 有避雷线线路的耐雷水平 从式（4-1）可知，线路的耐雷水平受到分流系数、杆塔电感Lgt、杆塔接地电阻Rch、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的冲击闪络发生电压U50%等因素的限制。在实际的防雷操作中，减小冲击接地电阻Rch和增加导地线间的耦合系数k是目前较为主流的提升线路耐雷水平的手段。而降低杆塔接地阻Rch亦可以对一般高度杆塔的输电线路的耐雷水平有较大的提高。4.1.2绕击时的耐雷水平通过模拟实验、实地测试和传统经验来看，绕击率P主要受到避雷线对外侧导线的保护角、杆塔高度和线路经过地区的地形地貌和地质条件等条件的影响。根据我国明文制定的有关条例，建议根据下式对绕击率P计算求得
10、：对平原地区（4-2）对山区（4-3）其中，h为杆塔高度（m）。由式（4-2）（4-3）可得出结论，山区线路的绕击率约为平原线路的3倍，效果等同于保护角增大了8。忽略避雷线和输电线间发生的耦合与杆塔接地的影响，可认为当绕击发生时，雷电流波取值i/2，通过波阻抗为Z0的主放电通道传到点A。图41是绕击导线示意图与等效电路图。图中Zd为导线的等值波阻。设导线为无穷长，则根据彼得逊法则，得到如图41（b）所示的等值电路。 图41 绕击导线的等值电路 流经雷击点A的电流iA为(4-4)导线上的电压uA为（4-5）其幅值UA为 （4-6） 由式（4-6）可得出，绕击时雷电流同输电线上的电压之间成正比例关
11、系，两者将同时增大。当输电线上的电压大于绝缘子串的闪络电压时，绝缘子串将出现闪络现象，取UA值为绝缘子串的50闪络电压U50%，则绕击时的耐雷水平I2的计算如下式所述： （4-7）我国技术规程认为，则（4-8）根据规程法，35kV线路绕击耐雷水平约为3.5kA；110kV线路绕击耐雷水平约为7kA；220kV线路绕击耐雷水平约为12kA；330kV线路绕击耐雷水平约为16kA；4.2输电线路的雷击跳闸率输电线路在受到雷击后，需满足两点才会导致跳闸事故发生：其一，雷击电流必须大于输电线路设计的耐雷水平，从而导致绝缘子串发生冲击闪络。但是这一过程的的持续时间往往只有几十微秒，这一时间还不足以使线路
12、动作导致跳闸。而将冲击闪络转变为稳定的工频电弧则是实现跳闸的第二要素，同时满足这两个条件才会引发雷击跳闸事故。4.2.1建弧率建弧率是冲击闪络成功转变成稳定工频电弧的几率。通过模拟实验、实地测试和传统经验可得知计算为：（4-9）其中，E为绝缘子串的平均运行电压（有效值）梯度（kV/m） 对中性点有效接地系统（4-10）而针对中性点非有效接地系统，必须由两相输电线闪络出现，形成相间闪络，才能导致跳闸的发生，因此计算过程如下：（4-11）在式（4-10）、（4-11）中，ue为线路额定电压（输入电压有效值，单位：kV）；l1为绝缘子串长度（m）；l2为木横担线路的线间距离（m），而对于铁质和钢筋混凝土材质的横担的线路而言，其l2=0。在实际测试中，在绝缘子串的平均运行电压不超过6kV/m的情况下，其建弧率极其微小，可近似地认为0。 4.2.2有避雷线线路雷击跳闸率的计算以下是用规程法近似计算线腿(迼匀堀讀缁H缀窒椀贃匄匄匄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄笄謄贆褀螋颋睢搀漀挀昀愀愀挀搀搀挀攀挀愀挀昀
