架空输电线路的防雷保护

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为雷电流幅,值，kA； 为导线悬挂平均高度，m； 为直,接雷击点距线路的距离，m。,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,由1式可知，感应过电压与雷电流幅值,成正比，与导线对地平均高度 成正比， 越,高那么导线对地电容越小，感应电荷产生的电压就,越高；感应过电压与雷击点的至线路间的水平距,离 成反比， 越大，感应过电压越小。,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,感应雷过电压一般不超过,500kV,，对,110kV,及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故。所以，感应雷在,110kV,及以下的线路中应重点防治，对于高压线路，防雷工作主要以防止直击雷为主。,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,2有避雷线,当雷击线路附近大地时，需考虑避雷线的电磁屏蔽作用。应用叠加原理，假设避雷线不接地，导线和避雷线上感应过电压分别为,2,近似地取 ,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,式中， 、 分别为导线和避雷线上感应,过电压的幅值，,kV,； 、 分别为导线荷避雷,线对地平均高度，,m,。,实际上避雷线是接地，电位为零。为此，设,想在不接地的避雷线上叠加一个 的电压，,于是此电压将在导线上产生耦合电压 ，,k,是雷线与导线间的耦合系数。,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,故有避雷线后，作用在绝缘子串两端的感,应雷过电压下降为,3,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,无避雷线,有避雷线,2.2 雷击线路附近大地时导线上的感应雷过电压续,避雷线的作用之一：耦合作用,耦合系数越大，那么导线上的感应过电压,越低。当计及电晕后的耦合系数如表2所,示。,表2 耦合系数的电晕校正系数,电压等级,(kV),2035,66110,154330,500,双避雷线,1.1,1.2,1.25,1.28,单避雷线,1.15,1.25,1.3,2.3,雷击杆塔塔顶时导线上的感应雷过电压,在 的范围内的雷将被线路吸引而击中线路本,身。雷击线路杆塔时，由于雷电通道所产生的电磁场的,迅速变化，将会在导线上产生很高的感应过电压。,1无避雷线时,4,式中， 为感应过电压系数，kV/m，其数值等于以,计的雷电流平均陡度，即 。,2.3 雷击杆塔塔顶时导线上的感应雷过电压续,2有避雷线时，由于屏蔽作用,5,式中，k为耦合系数。,第三节 直击雷过电压,3.1,雷击塔顶时直击雷过电压,3.2,雷击避雷线档距中央时直击雷过电压,3.3,雷绕击导线时直击雷过电压,3.1,雷击塔顶时直击雷过电压,1无避雷线,如图2(a)所示，雷击塔,顶T点，雷电流通过杆塔,经冲击接地电阻防Rch散,入大地，取杆塔电感为,Lgt，等值电路如图2(b)所,示。,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,由此可得塔顶电位为,6,其幅值为,7,而雷击塔顶时产生的感应雷过电压 由4,式计算，即,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,故作用在绝缘子串上的过电压为,8,注：1. 通常雷云电荷为负极性，故导线上感应电压 为正极性，塔顶电位 为负极性，绝缘子串承受正极性冲击电压 值。,2. 当 时，绝缘子串闪络，即杆塔电位对某相导线还击，使该相导线 接地。,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,单相线路在此电压下遭还击后，此相导线相当于一根避雷线，此时它具有塔顶电位 ，在其他两相导线上出现耦合电压 ，其他两相导线上的感应雷过电压下降至 为雷电流陡度。未闪络两相绝缘子链承受的过电压为,9,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,当 时，在两相中耦合系数k较小的一相被,还击，此时的耐雷水平I为：,10,由此可知，增加线路绝缘强度、增大导线间的耦,合系数、减小杆塔接地电阻、减小杆塔电感等措,施均可提高线路的耐雷水平。,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,2有避雷线,塔顶电位为,11,12,为分流系数，表示避雷线的分,流作用， 。,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,当塔顶电位为 时，与塔顶相连的避雷线上也有,相同的电位，导线上将产生耦合电压 ，此电压,与雷电流同极性。此外，由于雷电通道电磁场的,作用，在导线上尚有感应过电压 ，此电压,与雷电流反极性，所以导线电位的幅值为,13,3.1 雷击塔顶时直击雷过电压续,绝缘子串两端电压为塔顶荷导线电位之差,14,当雷电流较大，冲击接地电阻较大时，,时，绝缘子串闪络，耐雷水平为,15,3.2,雷击避雷线档距中央时,3.2 雷击避雷线档距中央时续,雷击避雷线档距中央时，只要档距中央的,导、地线间空气距离满足下述经验公式，那么一,般不会出现击穿事故 。,16,式中，S为避雷线与导线的空气间隙，m；l为,档距，m。,3.3,雷击导线时的直击雷过电压,1无避雷线,3.3 雷击导线时的直击雷过电压续,认为在雷击点没有波的折、反射，根据图5(b),等值电路，可以求得雷击点的直击雷过电压的幅,值为,(17),假设考虑电晕影响，取220kV及以下线路波阻抗,Z为400欧，那么雷击点电位为,(18),3.3 雷击导线时的直击雷过电压续,如果 ，线路绝缘就发生闪络，此时耐,雷水平为,19,注：我国60kV及以下架空线路一般无避雷线，雷击导线时的耐雷水平是很低的。,3.3 雷击导线时的直击雷过电压续,2有避雷线,雷绕击导线时产生的过电压与无避雷线的情况,相同，可用式(19)计算，相应的耐雷水平为,20,3.3 雷击导线时的直击雷过电压续,装设避雷线后，雷绕击于导线的概率用绕击率 表,示。,对平原地区线路,21,对山区线路,22,式中， 为一次雷击线路中出现绕击的比例； 为杆,塔上避雷线对外侧导线的保护角；h为杆塔高度。,第四节 输电线路的雷击跳闸率,4.1,雷击跳闸率定义,4.2,所需具备的条件,4.3,雷击跳闸率的计算,4.1,雷击跳闸率定义,雷击跳闸率 是指雷电活动强度都折算为每年,40,个雷日、线路长度折算至,100km,的条件下，每,年雷击引起线路跳闸的次数，即次,/(100km,年,) .,工程设计中，它是衡量耐雷性能的综合指标。,4.2,所具备的条件,首先雷击电流必须超过线路耐雷水平，,引起线路绝缘发生冲击闪络；,接着在冲击闪络通道上建立起工频电,弧，从而才会使继电保护装置动作，断路,器跳闸。,4.3,雷击跳闸率的计算,雷击次数,设N为每100km线路每年40个雷电日遭受雷击,的次数,23,式中， 为地面落雷密度，取0.015次/(km2雷日 )；,A为线路等值受雷宽度，m，一般取 ，,为避雷线的平均高度，m。在无避雷线时， 为,最上层导线的平均高度。,4.3 雷击跳闸率的计算续,建弧率,在线路冲击闪络的总数中，可能转化为,稳定工频电弧的比例。按下式计算,24,式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度，kV/m。,假设 ，那么 ，线路不会雷击跳闸。,4.3 雷击跳闸率的计算续,有效接地系统,25,对中性点绝缘、消弧线圈接地系统,26,式中， 为系统额定电压，kV； 绝缘子串长,度，m； 木横担线路的线间距离，m。,4.3 雷击跳闸率的计算续,雷击跳闸率,架空线路的雷击跳闸率 应该是雷击杆塔跳,闸率 和绕击跳闸率 之和。,27,式中，g为击杆率； 为绕击率； 为大于或等于雷击塔,顶耐雷水平 的概率； 为大于或等于绕击导线耐雷,水平 的概率。,第五节 绕击的电气几何模型,5.1,电气几何模型考虑的前提条件,5.2,电气几何模型的具体分析,5.1,电气几何模型考虑的前提条件,1由雷云向地面开展的先导放电通道头部到达被击物体的临界击穿距离闪击距离之前，受击点是不确定的。先到哪个物体的闪击距离以内，即向该物体放电。,5.1 电气几何模型考虑的前提条件续,2闪击距离的大小和先导头部的电位有关，因而与先导通道的电荷密度有关。后者又决定了随后出现的雷电流幅值。所以认为闪击距离是雷电流幅值的函数。,击距与 预测电流的关系可表达为,28,5.1 电气几何模型考虑的前提条件续,3不考虑雷击目的物体的形状和邻近效应等其他因素对闪击距离的影响，假定先导对杆塔、避雷线、导线的闪击距离相等。,4假定先导接近地面时的入射角必服从某一给定的概率分布函数，垂直落雷密度最大，水平落雷密度下降到零。,此外，还应考虑地面倾角的影响。分析时取档距内导线、地线对地的平均高度。有时还要计及风速的影响等。,5.2,电气几何模型的具体分析,1临界击距,29,式中， 、 为避雷线和输电线路的高度，m；,为避雷线的保护角。,5.2 电气几何模型的具体分析续,通常有 ，故可以简化为,30,再可求出相应于 的雷电流 ， 是可能发生,绕击的最大雷电流，即只有雷电流小于 时才会,有绕击。,5.2 电气几何模型的具体分析续,2允许击距,并非所有绕击都会引起线路绝缘闪络，只有当,雷电流大于雷击导线的耐雷水平 时才会引起,绝缘闪络，可得相应于 的击距 ，即,31,称 为允许击距。,5.2 电气几何模型的具体分析续,假设人为地改变避雷线的保护角 ，使 ，,那么 时不发生绕击， 时，有绕击而不,发生闪络，这种情况称为有效屏蔽。,假设 ，那么有发生绕击闪络的可能，称为部,分屏蔽。,令 ，可得有效屏蔽时的避雷线所需保护,角。,5.2 电气几何模型的具体分析续,3绕击率,在局部屏蔽情况下，,将发生一定的绕击概率,和跳闸次数。,雷电流幅值为 的雷,击下导线着雷的绕击率,32,5.2 电气几何模型的具体分析续,4绕击跳闸率,应根据允许击距 将绕击区分为绕击闪络,区和绕击非闪络区两局部 。每一雷日每单,位长度线路绕击闪络次数 为,33,5.2 电气几何模型的具体分析续,在 中能建立工频电弧的次数即绕,击跳闸次数 为,34,式中， 为建弧率。,根据 ，可换算至每百公里年的绕击跳,闸率 。,第六节 输电线路的防雷措施,6.1,防雷措施的介绍,6.2,四道纺线的意义,6.1,防雷措施,架设避雷线,其主要作用是防止雷直击导线。同时还,有以下作用：,在雷击塔顶时起分流作用，从而减小塔顶电位；,对导线有耦合作用，从而降低绝缘子串上的电压；,对导线有屏蔽作用，从而降低导线上的感应过电压。,6.1 防雷措施续,输电线路愈高，采用避雷线的效果愈,好。我国110kV线路一般全线架设避雷,线，220kV及以上线路那么是全线架设避雷,线。35kV及以下的线路，一般不在全线架,设避雷线。,为了提高避雷线对导线的屏蔽作用，减,小绕击率，避雷线的保护角较小，通常采,用2030 ，甚至负保护角。,6.1 防雷措施续,通常，避雷线应在每基杆塔处接地。但,在超高压线路上，将避雷线经一小间隙对,地绝缘。当线路正常运行时，避雷线是绝,缘的；当线路出现强雷云电场或雷击线路,时，小间隙击穿，避雷线自动转为接地状,态。,6.1 防雷措施续,降低杆塔接地电阻,降低杆塔 冲击接地电阻是提高线路耐,雷水平、降低雷击跳闸率的最经济而有效,的措施。,架设耦合地线,在导线下方,4,5m,处架设接地的耦合导线，其,作用是连同避雷线一起来增大它们与导线间的,耦合系数，增大杆塔向两侧的分流作用。,耦合地线可使雷击跳闸率下降,50,左右。,6.1 防雷措施续,采用中性点非有效接地方式,我国35kV及以下电网一般采用中性点不,接地或经消弧线圈接地的方式。,运行经验说明，线路跳闸率约可下降,1/3左右。,加强线路绝缘,增加绝缘子片数，增大跨越档导线与避,雷线间的距离。,6.1 防雷措施续,采用不平衡绝缘方式,使两回线的绝缘子片数有差异，雷击,时，片数少的回路先闪络，闪络后的导线,相当于耦合地线，增加了对另一回导线的,耦合作用。,装设自动重合闸装置,利用绝缘的自恢复性，降低线路的雷击,事故率。,6.2,四道防线,1防止直击导线：采用避雷线、避雷,针、改用电缆等；,2防止还击：降低杆塔的冲击接地电,阻，增加耦合和分流采用双避雷线、耦,合地线、不平衡绝缘，加强绝缘，采用,管型避雷器；,6.2 四道防线续,3防止建弧：增强绝缘采用瓷横,担、木横担，电网中性点经消弧线圈接,地等；,4防止供电中断：环网供电，安装重,合闸等。,具体措施强调从实际出发，合理采用。,