第6章-输电线路防雷课件

线路落雷后如果发生闪络并形成短路，断路器要跳闸形成入侵波入侵变电所引 言：线路落雷后如果发生闪络并形成短路，断路器要跳闸形成入侵波入侵 输电线路中雷害的方式有两种：一种是雷击于线路引起的直击雷过电压；另一种是由于电磁感应引起的感应雷过电压。雷直击线路绕 击雷击杆塔塔顶雷击线路档距中间感 应 雷雷击大地形成的雷击杆塔形成的 输电线路中雷害的方式有两种：一种是雷击于线路引起的直击雷返回平原：B0（1/2）、B1（1/4）、B2（1/6）山区：B0（1）、B1（1/3）、B2（1/4）返回平原：B0（1/2）、B1（1/4）、B2（1 输电线路防雷性能的好坏用耐雷水平和雷击跳闸率来描述。耐雷水平是指雷击线路时，线路绝缘不发生冲击闪络所能承受的最大雷电流幅值；雷击跳闸率是指每100km长的线路每年由于雷击引起的跳闸次数。输电线路防雷性能的好坏用耐雷水平和雷击跳闸率来描述。线路防雷工作基本上经历了以感应雷防护为主（迄20世纪30年代中期）和以直击雷防护为主的两个时期，随着输电电压的提高，直击雷已转化为主要矛盾。上世纪60年代初开始将“蒙特卡络”方法（一种计及概率统计规律的方法）并结合计算机应用于线路防雷设计，使线路防雷的研究结果更符合于客观实际。但是，应该指出，至目前为止，线路防雷计算所依据的很多概念、假定和参数都不是十分正确和完善的，故其计算结果只可以作为衡量线路防雷性能的相对指标，以便从中看出各种因素的影响程度与作用大小。因此尚需十分重视运行经验的积累和分析。线路防雷工作基本上经历了以感应雷防护为主（迄20世纪30年代6.1 感应雷过电压 雷电先导向大地发展过程中，线路上出现束缚电荷雷电主放电时，束缚电荷转化成自由电荷，形成过电压。一、感应雷的形成：6.1 感应雷过电压 雷电先导向大地发展过程中，线二、感应雷的特点1、感应雷与感应源异生、异灭、异极性；由于雷云中大多数带有负电荷，所以感应雷过电压大多数是正极性的。2、三相导线上会同时出现感应雷过电压，其值相差很小，所以不会发生相间绝缘击穿，只能引起对地闪络。3、感应雷过电压有较长的持续时间（可达数百微妙），而波头较缓。二、感应雷的特点1、感应雷与感应源异生、异灭、异极性；由于雷三、感应雷过电压的幅值1、无避雷线时 当雷击点离开线路的距离S65m 时，Ug=25 ILhdS由于雷击地面时，雷电流幅值一般不超过100kA。实测表明：感应雷过电压一般不超过500kV，对35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故，对110kV 及以上的线路不会引起事故。三、感应雷过电压的幅值1、无避雷线时ILhdS由于雷击地面时2、有避雷线时假设避雷线不接地，导线和避雷线的对地平均高度分别是hd和hb，则避雷线和导线上的感应过电压分别是：Ugb=25Ugd=25因为避雷线实际是接地的，所以可以假设避雷线上原本存在着一个幅值相等、极性相反的电压-Ugb这个电压将在导线上耦合出-K Ugb电压。导线上总电压为：Ugd=25（K ）ILhdSILhbSILhbSILhdS2、有避雷线时假设避雷线不接地，导线和避雷线的对地平均高度分在不考虑避雷线与导线的高度差时，导线上感应雷过电压的值等于：U=（1K）Ugd 所以架设避雷线后，避雷线起到了保护、屏蔽、和耦合的作用。1989年8月12日中国石油天然气总公司黄岛油库炸开,大火连续燃烧了104小时，于8月16日晚18时10分，被彻底扑灭。整个救援中动用了2204名公安、消防战士，159辆消防车，10架飞机，19艘舰船，239吨灭火药剂。黄岛油库火灾造成40名消防战士和5名油库职工牺牲，66名官兵和12名油库职工受伤，烧毁油罐5座，原油34.6万吨老罐区所有配套设施，造成直接经济损失3540万元。事故分析认为是由于空中雷电的电磁感应在油罐上出现感应电压和感应电流以及间隙放电引起的。在不考虑避雷线与导线的高度差时，导线上感应雷过电压的值等于：3、雷击杆塔塔顶时：雷击杆塔塔顶时，由于雷电通道所产生的电磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。无避雷线时，对于一般高度（约40米以下）的线路，感应电压的幅值为U gd=hd，称为感应过电压系数，单位为kV/m，其值等于以kA/us计的雷电流平均陡度，即=I/2.6。有避雷线时，由于避雷线的屏蔽效应，感应过电压的值为：U gd=（1K）hd。3、雷击杆塔塔顶时：雷击杆塔塔顶时，由于雷电通道所产生的电磁雷直击线路分三种情况：雷击杆塔、雷击避雷线档距中央和雷绕过避雷线击在导线上（绕击）。6.2 输电线路直击雷过电压和耐雷水平本节以中性点直接接地系统有避雷线的线路为例，进行输电线路直击雷过电压和耐雷水平的分析。雷直击线路分三种情况：雷击杆塔、雷击避雷线档距中央和雷绕过避一、雷击杆塔塔顶运行经验表明，在线路落雷总数中，雷击杆塔塔顶的次数与避雷线的根数和线路经过地区的地形有关。雷击杆塔塔顶的次数与雷击线路总次数之比称为击杆率g。避雷线根数 地形012平原1/21/41/6山区11/21/4一、雷击杆塔塔顶运行经验表明，在线路落雷总数中，雷击杆塔塔顶1、塔顶电位雷击杆塔时，有电流沿杆塔流入大地，由于避雷线的分流作用，流入大地的电流为：igt=i1、塔顶电位雷击杆塔时，有电流沿杆塔流入大地，由于避雷线的分一般档距的线路杆塔分流系数线路额定电压（kV）避雷线根数值110120.900.86220120.920.8833020.88一般档距的线路杆塔分流系数线路额定电压（kV）避雷线根数在工程近似计算中，将杆塔和避雷线的分布参数以集中参数电感来代替。杆塔的等值电感和波阻抗的平均值杆 塔 型 式杆塔电感（uH/m）杆塔波阻抗（）无拉线水泥单杆有拉线水泥单杆无拉线水泥双杆铁塔门型铁塔0.840.420.420.500.40250125125150150在工程近似计算中，将杆塔和避雷线的分布参数以集中参数电感来代塔顶电位为：以 代入上式，则塔顶电位为：塔顶电位为：以 导线上的电压：导线上的电压包括避雷线与导线的耦合电压和雷击杆塔塔顶时导线上的感应电压两部分。1、耦合电压为：KUtd 极性与塔顶电压相同2、感应电压为：U gd=（1K）hd 极性与塔顶电压相反导线上的电压为：Ud=KUtd（1K）hd 导线上的电压：导线上的电压包括避雷线与导线的耦合电压和雷击杆绝缘上的电压为：绝缘上的电压为：令Uj=U50%令Uj=U50%耐雷水平：从公式中能够看出：要提高线路的耐雷水平，可以采用增大耦合系数和降低接地电阻两种办法。有避雷线线路的耐雷水平额定电压（kV）3560110154220330额定电流（kA）2030306040759080120100140耐雷水平：从公式中能够看出：要提高线路的耐雷水平，可以采用增二、雷电绕击线路架设避雷线后并不能百分之百地避免雷电击于导线上。绕击与避雷线的保护角有关。保护角是避雷线与外侧导线之间的连线与杆塔之间的夹角。用表示。保护角越小越好！二、雷电绕击线路架设避雷线后并不能百分之百地避免雷电击于导线1、绕击率雷电绕击导线的几率用绕击率P来描述。P与线路经过地区的地形、地貌、地质条件、保护角和杆塔高度等因素有关：对平原地区：对山区：1、绕击率雷电绕击导线的几率用绕击率P来描述。P与线路2、耐雷水平设：雷电通道波阻抗为Z0，导线波阻抗为Zd，因为雷击线路后，电流沿线路向两侧传播，所以流经雷击点的电流为：2、耐雷水平设：雷电通道波阻抗为Z0，导线波阻抗为Zd，因为导线上电压为：其幅值为：所以耐雷水平为：导线上电压为：其幅值为：所以耐雷水平为：有关规程认为：Z0约等于Zd/2，则有：因为架空线路的波阻抗接近于400欧，所以：根据有关规程的计算方法：35、110、220、330kV线路的绕击耐雷水平分别为3.5、7、12和16kA，其值较雷击杆塔时的耐雷水平小得多。有关规程认为：Z0约等于Zd/2，则有：因为架空线路的波阻抗6.3 输电线路雷击跳闸率输电线路遭受雷击时，断路器不一定跳闸，只有冲击闪络转化成稳定的工频电弧时才跳闸。有避雷线时、雷击线路引起断路器跳闸是由于雷击杆塔塔顶和绕击形成的。一条100km长、导线高度为h的线路，年雷暴日是40天时，一年落雷的次数是0.6h 次.设击杆率为g,则一年击杆的次数为0.6hg次；设绕击率为P，则一年绕击的次数为0.6h P次；设击杆时雷电流幅值超过耐雷水平的几率是P1，则击杆时发生冲击闪络的次数为0.6hg P1次。6.3 输电线路雷击跳闸率输电线路遭受雷击时，断路器不设绕击时雷电流幅值超过耐雷水平的几率为P2，则绕击时发生冲击闪络的次数为0.6h P P2次设建弧率为，则击杆时跳闸的次数为：n1=0.6hg P1 绕击时跳闸的次数为：n2=0.6h P P2 总跳闸次数 n=n1+n2。设绕击时雷电流幅值超过耐雷水平的几率为P2，则绕击时发生冲击6.4 输电线防雷措施 1、架设避雷线；2、降低接地电阻；3、架设耦合地线；4、采用不平衡绝缘；5、装设自动重合闸；6、采用消弧线圈接地方式；7、装设管型避雷器；8、加强绝缘。我国线路防雷现状及技术综述6.4 输电线防雷措施 1、架设避雷线；2、降低接