【文章內(nèi)容簡介】 電壓的最大值是: (24)式中: — 導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓的最大值，單位kV。Im — 雷電流幅值，單位為kA。 h — 導(dǎo)線懸掛平均高度，單位為m。 S — 雷擊點(diǎn)至線路的距離，單位為m。由上式可以看出感應(yīng)過電壓U與雷電流幅值Im、導(dǎo)線懸掛的平均高度h成正比，與雷擊點(diǎn)至線路的距離s成反比。但是，上式僅適用于雷擊點(diǎn)至線路的距離大于65米的情況，如果距離小于65米時(shí)，線路的引雷作用會(huì)導(dǎo)致雷電直擊在線路上。當(dāng)雷直接擊在桿塔上時(shí)，我國規(guī)程建議，對(duì)高度一般在40米以下時(shí)的輸電線路，感應(yīng)過電壓的最大值的計(jì)算如下: （25）式中： Im — 雷電流幅值，單位為kA。 h — 導(dǎo)線懸掛平均高度，單位為m。由上式可以得到感應(yīng)過電壓僅與雷電流的大小、導(dǎo)線懸掛的平均高度成正比。（2）有避雷線時(shí)的雷電感應(yīng)過電壓 如果線路上掛有避雷線，則由于其屏蔽作用，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓將會(huì)下降。假定避雷線不接地，在避雷線和導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓可用公式(24)來進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)二者懸掛高度相差不大時(shí)，可近似認(rèn)為兩者相等。但實(shí)際上避雷線是接地的，其電位為零，這相當(dāng)于在其上疊加了一個(gè)極性相反，幅值相等的電壓(U)。當(dāng)雷擊線路附近的地面時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓如下式所示： （26）式中： 表示有避雷線時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓,單位kV。 表示無避雷線時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓, 單位kV。 表示導(dǎo)線與避雷線之間的耦合系數(shù)。 表示避雷線的懸掛高度,單位m。 表示導(dǎo)線懸掛的平均高度，單位m。由上式得到，避雷線與導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就越低。感應(yīng)過電壓只決定于導(dǎo)線間的相互位置與幾何尺寸，導(dǎo)線間距離越近，則耦合系數(shù)氣愈大，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓就愈低。在電力系統(tǒng)中，輸電線路的防雷擊重點(diǎn)在于直擊雷的防護(hù)，也可分為無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓和有避雷線時(shí)的直擊雷過電壓的兩種情況。（1）無避雷線時(shí)的直擊雷過電壓輸電線路未架設(shè)避雷線的情況下，雷擊線路的部位只有兩個(gè)，一個(gè)是雷擊導(dǎo)線，另一個(gè)是雷擊塔頂。當(dāng)雷擊中線路上的某一點(diǎn)時(shí)，雷電波將沿著線路向兩側(cè)傳播，當(dāng)雷擊點(diǎn)電位超過絕緣子串50%沖擊放電電壓時(shí)，會(huì)引起絕緣子串閃絡(luò)，這時(shí)線路的耐雷水平為： （27）式中: 取絕緣子串的負(fù)極性50%放電電壓，單位kV。此式是我國用來估算雷擊導(dǎo)線過電壓及耐雷水平的近似計(jì)算公式。當(dāng)雷擊塔頂時(shí)，雷電流I將流經(jīng)鐵塔及其接地電阻而流入大地。假設(shè)桿塔的電感為L，鐵塔的沖擊電阻為R，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高度為h，雷電流為斜角平頂波，此時(shí)作用在絕緣子串上的電壓（單位為kV）是： （28）由此可知，加在線路絕緣子串上的雷電過電壓與雷電流的大小、陡度，導(dǎo)線與鐵塔的高度及鐵塔的接地電阻有關(guān)。如果此值等于或大于絕緣子串的50%雷電沖擊放電電壓時(shí)，塔頂將對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生反擊。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，有可能使線路跳閘，此時(shí)線路的耐雷水平為： （29）60kV及以下電網(wǎng)采用中性點(diǎn)非直接接地方式，雷擊塔頂時(shí)若雷電流超過耐雷水平，會(huì)發(fā)生塔頂對(duì)一相導(dǎo)線放電。由于工頻電流很小，不能形成穩(wěn)定的工頻電弧，故不會(huì)引起線路跳閘，仍能安全送電。只有當(dāng)?shù)谝幌嚅W絡(luò)后，再向第二相反擊，導(dǎo)致兩相導(dǎo)線絕緣子串閃絡(luò)，形成相間短路時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)大的短路電流，引起線路跳閘。此時(shí)，線路的耐雷水平為： （210）式中：指兩相導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)。（2）有避雷線時(shí)直擊雷過電壓有避雷線時(shí)直擊雷擊線路的部位有三種:一是雷繞過避雷線而直擊于導(dǎo)線，二是雷直擊塔頂，三是雷擊避雷線檔距中央[7]當(dāng)雷繞過避雷線擊于導(dǎo)線時(shí)，要求直擊雷過電壓及耐雷水平必須先得出繞擊率 。所謂繞擊率就是指雷電繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的概率，它隨著保護(hù)角的減小而迅速下降。根據(jù)模擬試驗(yàn)和多年現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，繞擊率與避雷線對(duì)外側(cè)導(dǎo)線的保護(hù)角，鐵塔高度h和地形條件等有關(guān)，我國規(guī)程規(guī)定繞擊率常用下面公式計(jì)算:對(duì)于平原地區(qū)的輸電線路： （211）對(duì)于山區(qū)地區(qū)的輸電線路: （212）由上面兩式可知如果要減少繞擊率，就應(yīng)盡量減小保護(hù)角，而過電壓的大小，則直接體現(xiàn)在桿塔的高度上，所以繞擊率與過電壓的大小成正比。發(fā)生繞擊后線路上的過電壓及耐雷水平可按無避雷線時(shí)雷擊導(dǎo)線時(shí)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)雷直擊塔頂時(shí)，雷電流大部分經(jīng)過被擊鐵塔入地，小部分電流則經(jīng)過避雷線由相鄰鐵塔入地。流經(jīng)被擊桿塔入地的電流，和總電流的關(guān)系可以用下式表示: （213）其中指鐵塔的分流系數(shù)，它始終小于1。因此，雷擊有避雷線的輸電線路的塔頂時(shí)的耐雷水平I 為： （214）當(dāng)雷擊輸電線路檔距中央避雷線時(shí)，由于雷擊點(diǎn)距桿塔有一段距離，由兩側(cè)接地鐵塔處發(fā)生的負(fù)反射需要一段時(shí)間才能回到雷擊點(diǎn)而使該點(diǎn)電位降低。在此期間，雷擊點(diǎn)地線上會(huì)出現(xiàn)較高的電位。這可用近似的集中參數(shù)的等值電路來分析，求得雷擊點(diǎn)的過電壓。設(shè)檔距避雷線電感為2L，雷電流取斜角波，即，則 該點(diǎn)與導(dǎo)線空氣間隙絕緣上所承受的電壓U為: （215）其中為導(dǎo)線與避雷線之間的耦合系數(shù)。雷擊跳閘的本質(zhì)原因是塔頂電位與導(dǎo)線的電位存在壓降差，超過絕緣子串耐受能力而發(fā)生閃絡(luò)，產(chǎn)生跳閘。輸電線路雷害事故引起的跳閘，不但影響電力系統(tǒng)的正常供電，增加輸電線路及開關(guān)設(shè)備的維修工作量，而且由于輸電線路上落雷，雷電波還會(huì)沿線路侵入變電所，造成重大損失。雷擊桿、塔頂部或避雷線時(shí)，雷電的電流流過塔體和接地體，使鐵塔電位升高，同時(shí)在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。如果升高塔體電位和導(dǎo)線感應(yīng)過電壓合成的電位差超過高壓送電線路絕緣閃絡(luò)電壓值，即U ＞ U50%時(shí)，導(dǎo)線與桿塔之間就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，形成反擊閃絡(luò)。 建弧率就是將沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧的概率，用表示。由實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可得建弧率公式如下: (216)式中:E為絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度，單位是 kV/m 。對(duì)于E，因中性點(diǎn)接地的不同而有區(qū)別。對(duì)中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng): （217）對(duì)中性點(diǎn)非直接接地的系統(tǒng): （218）式中: 為線路的額定電壓；是絕緣子串的放電距離； 為木橫擔(dān)線路的線間距離，對(duì)鐵橫擔(dān)和水泥橫擔(dān)取為零。在工程實(shí)踐中，當(dāng)有效值E6kV/m時(shí)，建弧率非常小，可近似認(rèn)為=0。雷擊塔頂及鐵塔附近避雷線的次數(shù)由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以得出，雷擊鐵塔次數(shù)與雷擊線路總數(shù)的比例稱為擊桿率g。雷電放電是一個(gè)隨機(jī)現(xiàn)象，雷電流的幅值和概率直接影響到擊桿率的大小，例如在平原地區(qū)無避雷線路的擊桿率取1/2，單根避雷線的線路的擊桿率取1/4。所以研究實(shí)際的線路擊桿率，應(yīng)考慮某些特殊條件下的修正系數(shù)。根據(jù)電力行標(biāo)DL/T6201997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》所推薦的計(jì)算雷擊跳閘率的公式： （219）式中：N為雷擊跳閘率；NL為每100km線路每年40雷電日的雷擊次數(shù)計(jì)算值；η為建弧率；g為擊桿率；P1為超過雷擊桿塔頂部時(shí)的耐雷水平的雷電流概率；Pα為繞擊率；P2為超過雷繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平的雷電流概率。第3章 輸電線路雷電防護(hù)裝置及措施輸電線路雷害事故的防護(hù)有四個(gè)環(huán)節(jié)：接地瀉流環(huán)節(jié)、絕緣隔離環(huán)節(jié)、降低塔頂電位、線路保護(hù)設(shè)備。通過研究雷電經(jīng)過輸電保護(hù)設(shè)備的4個(gè)階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護(hù)措施時(shí)，需要科學(xué)的從這四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和綜合治理。一個(gè)完整的防雷設(shè)備由接閃器或避雷器、引下線和接地裝置3部分組成。接閃器是用來接受直接雷擊的金屬物體[69]。接閃器的金屬桿稱為避雷針，主要用于保護(hù)露天變配電設(shè)備和建筑物；接閃器的金屬線稱為避雷線或架空地線，主要用于保護(hù)輸電線路；接閃器的金屬帶、金屬網(wǎng)稱為避雷帶、避雷網(wǎng)，主要用于保護(hù)建筑物。它們都是利用其高出被保護(hù)物體的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，使被保護(hù)的線路、設(shè)備、建筑物免受雷擊。（1）避雷針避雷針的功能實(shí)質(zhì)就是引雷作用。由于避雷針安裝高于被保護(hù)物體，因此，當(dāng)雷電來襲時(shí)，避雷針就會(huì)利用其引雷特性，把雷電引向自身，再通過引下線和接地裝置把雷電流瀉入大地，從而發(fā)揮其防雷作用。避雷針能否對(duì)被保護(hù)物體進(jìn)行保護(hù)，被保護(hù)物體是否在其保護(hù)范圍內(nèi)是很重要的。避雷針的保護(hù)范圍，以其能防護(hù)直擊雷的空間大小來表示，按照新頒國家標(biāo)準(zhǔn)采用“滾球法”來確定?！皾L球法”實(shí)際就是選擇一個(gè)半徑為（滾球半徑）的滾球 ，沿需要防護(hù)直擊雷的部分滾動(dòng)，如果球體只觸及接閃器或接閃器和地面，而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí)，那么該部位就是在這個(gè)接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)。滾球半徑是按照建筑物防雷類別確定的，見表31。表31 各類防雷建筑物的滾球半徑和避雷網(wǎng)格尺寸建筑物防雷類別滾球半徑（m）避雷網(wǎng)格尺寸（m）第一類防雷建筑物30≤55或≤64第二類防雷建筑物45≤1010或≤128第三類防雷建筑物60≤2020或≤2416ⅰ單支避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍如圖31所示，并按下面方法確定。圖31 單支避雷針的保護(hù)范圍當(dāng)避雷針高度≤時(shí)；、為半徑，作弧線交平行線與A,B兩點(diǎn)；,B為圓心，為半徑作弧線，該弧線與針尖相交，并與地面相切。由此弧線起到地面為止的整個(gè)錐形空間，就是避雷針的保護(hù)范圍。避雷針在被保護(hù)物高度的平面上的保護(hù)半徑按式（31）計(jì)算 （31）式中，為滾球半徑，一般由表31確定。當(dāng)避雷針高度＞時(shí)，在避雷針上取高度的一點(diǎn)代替避雷針的針尖作為圓心，余下作法與避雷針高度≤時(shí)相同。ⅱ兩支避雷針的保護(hù)范圍兩支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖32所示。在避雷針高度≤的情況下，當(dāng)每支避雷針的距離時(shí)應(yīng)各按單支避雷針保護(hù)范圍計(jì)算；當(dāng)﹤時(shí)應(yīng)按圖32的方法確定。圖32 兩支等高避雷針的保護(hù)范圍。,E兩點(diǎn)位于兩針之間的垂直平分線上。在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度為 （32）在AOB軸線上，距中心線任一距離處，在保護(hù)范圍上邊線上的保護(hù)高度為 （33）該保護(hù)范圍上邊線是以中心線距地面的一點(diǎn)為圓心，以為半徑所做的圓弧AB。ACO,BCO,BEO,AEO部分的保護(hù)范圍確定方法相同，以ACO保護(hù)范圍為例，在任一保護(hù)高度和點(diǎn)所處的垂直平面上以作為假象避雷針，按單支避雷針的方法逐點(diǎn)確定。以單支避雷針的保護(hù)半徑為半徑，以A,B為圓心作弧線與四邊形AEBC相交。同樣以單支避雷針的為半徑，以E,C為圓心作弧線與上述弧線相接。對(duì)于比較大的保護(hù)范圍，采用單支避雷針，由于保護(hù)范圍并不隨避雷針的高度成正比增大，所以將大大增大避雷針的高度，以至于安裝困難，投資增大，在這種情況下采用兩支避雷針比較經(jīng)濟(jì)。（2）避雷線當(dāng)單根避雷線高度時(shí),無保護(hù)范圍。當(dāng)避雷線的高度＜時(shí)，保護(hù)范圍如圖33所示，保護(hù)范圍應(yīng)以以下方法來確定。（a）當(dāng)＞＞時(shí)（b）當(dāng)＜時(shí) 圖33單根避雷線的保護(hù)范圍。，為半徑作弧線交于平行線的A,B兩點(diǎn)。,B為圓心，為半徑作弧線，這兩條弧線相交或相切，并與地面相切。這兩條弧線與地面圍成的空間就是避雷線的保護(hù)范圍。當(dāng)＞＞時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)按下式計(jì)算 （34）避雷線在高度的平面上的保護(hù)寬度按下式計(jì)算 （35）式中，為避雷線的高度；為保護(hù)物的高度。需要注意的是：確定架空避雷線的高度時(shí)，應(yīng)該考慮弧