【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，與雷擊點至線路的距離s成反比。但是，上式僅適用于雷擊點至線路的距離大于65米的情況，如果距離小于65米時，線路的引雷作用會導(dǎo)致雷電直擊在線路上。當(dāng)雷直接擊在桿塔上時，我國規(guī)程建議，對高度一般在40米以下時的輸電線路，感應(yīng)過電壓的最大值的計算如下: （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)行計算，當(dāng)二者懸掛高度相差不大時，可近似認(rèn)為兩者相等。但實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極性相反，幅值相等的電壓(U)。當(dāng)雷擊線路附近的地面時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓如下式所示： （26）式中： 表示有避雷線時導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓,單位kV。 表示無避雷線時導(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在于直擊雷的防護(hù)，也可分為無避雷線時的直擊雷過電壓和有避雷線時的直擊雷過電壓的兩種情況。（1）無避雷線時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，一個是雷擊導(dǎo)線，另一個是雷擊塔頂。當(dāng)雷擊中線路上的某一點時，雷電波將沿著線路向兩側(cè)傳播，當(dāng)雷擊點電位超過絕緣子串50%沖擊放電電壓時，會引起絕緣子串閃絡(luò)，這時線路的耐雷水平為： （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算公式。當(dāng)雷擊塔頂時，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)線懸掛點高度為h，雷電流為斜角平頂波，此時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，塔頂將對導(dǎo)線產(chǎn)生反擊。在中性點直接接地的電網(wǎng)中，有可能使線路跳閘，此時線路的耐雷水平為： （29）60kV及以下電網(wǎng)采用中性點非直接接地方式，雷擊塔頂時若雷電流超過耐雷水平，會發(fā)生塔頂對一相導(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，才會出現(xiàn)大的短路電流，引起線路跳閘。此時，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）有避雷線時直擊雷過電壓有避雷線時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，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)模擬試驗和多年現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗表明，繞擊率與避雷線對外側(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算:對于平原地區(qū)的輸電線路： （211）對于山區(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雷擊導(dǎo)線時進(jìn)行計算。當(dāng)雷直擊塔頂時，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的耐雷水平I 為： （214）當(dāng)雷擊輸電線路檔距中央避雷線時，由于雷擊點距桿塔有一段距離，由兩側(cè)接地鐵塔處發(fā)生的負(fù)反射需要一段時間才能回到雷擊點而使該點電位降低。在此期間，雷擊點地線上會出現(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，雷電的電流流過塔體和接地體，使鐵塔電位升高，同時在導(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，導(dǎo)線與桿塔之間就會發(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。由實驗和運(yùn)行經(jīng)驗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 。對于E，因中性點接地的不同而有區(qū)別。對中性點直接接地的系統(tǒng): （217）對中性點非直接接地的系統(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，對鐵橫擔(dān)和水泥橫擔(dān)取為零。在工程實踐中，當(dāng)有效值E6kV/m時，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)計算值；η為建弧率；g為擊桿率；P1為超過雷擊桿塔頂部時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個階段，現(xiàn)代輸電線路在采取防雷保護(hù)措施時，需要科學(xué)的從這四個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和綜合治理。一個完整的防雷設(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，避雷針就會利用其引雷特性，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”實際就是選擇一個半徑為（滾球半徑）的滾球 ，沿需要防護(hù)直擊雷的部分滾動，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，那么該部位就是在這個接閃器的保護(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；、為半徑，作弧線交平行線與A,B兩點；,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）計算 （31）式中，為滾球半徑，一般由表31確定。當(dāng)避雷針高度＞時，在避雷針上取高度的一點代替避雷針的針尖作為圓心，余下作法與避雷針高度≤時相同。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應(yīng)各按單支避雷針保護(hù)范圍計算；當(dāng)﹤時應(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,無保護(hù)范圍。當(dāng)避雷線的高度＜時，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（b）當(dāng)＜時 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。,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，保護(hù)范圍最高點按下式計算 （34）避雷線在高度的平面上的保護(hù)寬度按下式計算 （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，應(yīng)該考慮弧