第2讲 雷电及其参数

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线路绝缘子耐雷水平
当作用在线路绝缘子上的电压Uj>绝缘子串冲 击闪络电压Uj50% ，绝缘子将发生闪络。 由于塔顶电位高于导线电位，闪络将从杆塔向
导线发展，故称为反击。
耐雷水平: 雷击杆塔时绝缘子串上承受最大雷电冲击电压 所对应的雷电流:
U j50% I1 L gt h (1 k )[( R ch ) d ] 2.6 2.6
反击闪络：① 、② 绕击闪络：③
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3.1、感应过电压形成机理
雷击线路附近大地时
静电感应 电磁感应

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感应过电压 -静电感应分量
在雷电放电的先导阶段（假设为负先导），线路处于雷 云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应， 最靠接近先导通道的一段导线上感应形成束缚电荷 主放电开始以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速 中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速 释放，形成电压波向两侧传播 由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放 过程也很快，所以形成的电压波u＝iZ幅值可能很高。这 种过电压就是感应过电压的静电分量
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作业：
1、预习第4章，4.2,4.3,4.4 2、教材习题， P73：
4.1,4.3,4.10
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Hale Waihona Puke 雷击杆塔顶部时，各电压等级耐雷水平：
35kV:
20-30kA 110kV: 40-75kA 反击耐雷水平 220kV: 75-110kA 330kV: 100-150kA 500kV: 125-175kA
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3.4、雷击避雷线档距中央
避雷线雷击点A的电压： Lb digt Lb U 2 dt 2
一般Ug « 500kV，主要对35kV及以下网络构成 直接威胁。
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3.2、雷击导线－绕击时的过电压

绕击过电压： u i Z 0 Z d A L 幅值为：
2Z 0 Z d
Z0 Zd uA IL 2Z 0 Z d
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绕击耐雷水平

U 50% I2 绕击耐雷水平100

U gd ah d
其中

dI L I L kA / s 上升陡度 dt 2.6 h d ：导线高度
有避雷线时，导线上的感应过电压
U gd ' (1 k )U gd (1 k )h d
由于屏蔽效应，感应电压降低了（1－K）倍
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3.3、雷击塔顶时的过电压
反击
雷击塔顶时雷电流可通过下列途径分流： 杆 塔 避雷线 闪络后相导线也可分流 23
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绝缘子串上作用的过电压

绝缘子串的作用电压: Uj=塔顶电位Utd – 导线电位Ud = Utd – KUtd + α hd(1-k) =(Utd +α hd) (1-K) =[βIL(Rch+Lgt/2.6) + IL hd /2.6](1-K) =IL[β(Rch+Lgt/2.6) + hd /2.6](1-K)
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三、雷电过电压
雷电过电压带来的后果： 发生短路接地故障
雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电 事故 衡量线路防雷性能的优劣： 耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起闪 络的最大雷电流（kA） 雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的 跳闸次数
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三、雷电过电压
雷电过电压分类
感应雷过电压：④ 主要对35KV以下线 路有危害 直击雷过电压： ① 、②、 ③
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二、雷电的参数
3、雷暴日
100km 每年雷击次数（Td=40）
NC = 0.28（b+4h）
4、雷电流极性
75%到90%为负极性
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二、雷电的参数
5、雷电流波形
幅值:指雷电流所达
到的最高值 波头时间t1 1～5us， 取2.6us 波长时间t2 20～100us， 平均50us 上升陡度 di I (kA/ S ) dt 2.6
绕击线路的耐雷水平很低
500kV线路27.4kA， 220kV-12kA， 110kV-7kA 110kV以上线路要求全线架避 雷线


保护角α： 避雷线与外侧导线的连线和避 雷线对地垂直线之间的夹角。 绕击概率： 和α 、高度、地形地貌有关
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3.3、雷击塔顶时的过电压


雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间 电磁场的突然变化，会在导线上感应出与雷电流 极性相反的电压，以静电感应分量为主 无避雷线时:
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三、雷电过电压
雷云放电在电力系统中引起的过电压称为雷电过电压。
由于其电磁能量来自体系外部，又称外部过电压， 又由于雷云放电发生在大气中，所以又称为大气过电压。
绝缘试验的标准波形：为了模拟雷电冲击波对电气设 备绝缘的影响，国际电工委员会（lEC ）和我国都采用 的冲击波。 1.2/50 us

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感应过电压-电磁感应分量
在主放电过程中， 伴随着雷电流冲击波， 在放电通道周围空间出 现甚强的脉冲磁场。 其中一部分磁力线 穿过导线－大地回路， 产生感应电势，这种过 电压为感应过电压的电 磁分量。 电磁分量较小，静 电分量起主要作用。
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感应过电压计算
hd U g 25I L S
导线越高，感应过电 压越高。
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第二讲 雷电及其参数
一、雷电的形成 二、雷电的一般参数 三、雷电过电压
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一、雷电的形成
1、雷云
水蒸气 极性：
热雷云
风吹分裂
带电
90%的雷电是负极性。
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一、雷电的形成
2、放电过程
先导放电
空气电离出现导电通道，电荷沿此向下发展。 下行雷，上行雷；正先导，负先导。
主放电 迎面先导和下行先导相遇，地面感应电荷与雷 云电荷中和，出现数十到数百千安的巨大放电 电流，伴随雷鸣声和闪电。 余辉放电 残余电荷沿着主放电通道继续流入地面。
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反击耐雷水平与导线－地线间的耦合系数k， 杆塔分流系数β，杆塔冲击接地电阻Rch，杆 塔等值电感Lgt以及绝缘子串的50％放电电压 Uj50％等因素有关 还必须考虑工频电压的作用以及触发相位 距离远，耦合系数小，一般以外侧或下方导线 计算 通常以降低Rch，提高k为提高反击耐雷水平 的主要手段 提高耦合系数K的方法: 1)将单避雷线改成双避雷线 2)在导线下方增设架空地线(耦合地线),也起到分 流作用
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避雷线耦合到导线上的电位：u1=kutd 雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电 位： U2=-α hd(1-k)
U2为负的理由：雷电先导在导线上产生感应过电压的极 性（感应出正电荷）与流入杆塔中的电流极性相反

(避雷线与塔顶电位相同) 2、雷击杆塔时导线的电位

导线电位
u d U1 U 2 kutd h d (1 k )
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一、雷电的形成
2、放电过程
重复放电 由于云中可能存在几个电荷中心，当第一个 电荷中心完成上述放电过程之后，可能出现 第二个、第三个中心向第一个中心放电。 电流一般较小。 雷电主放电由于时问较短，能量并不大， 但瞬间功率P 却非常大，可能对输电线路及其他 地面物体造成重大的伤害。
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此时间隙S承受的最大电压:
U k U b (1 k ) Lb (1 K ) 2
感应过电压与下列因素有关:
①雷电波陡度;②档距长度;③耦合系数. S最短间隙距离从Us的50％击穿电压得到。
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我国规程规定：档距中央导线、 地线间的距离s应满足：
S 0.012l 1
只要s满足上述条件， 雷击避雷线档中一般 不会发生闪络。
二、雷电的参数
1、雷电通道的波阻抗
2、雷电流的幅值
随机量，和雷电的频繁程度有关
平均雷电日大于20的地区：
I ln P 88
平均雷电日小于20的地区：
I ln P 44
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二、雷电的参数
3、雷暴日
雷暴日
在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日 雷暴小时 听到一次以上的雷声就算一个雷暴小时 地面落雷密度 雷暴日和雷暴小时的统计中，并没有区分雷 云之间的放电和雷云对地的放电，实际上云间 的放电远多于云对地的放电。 地面落雷密度是指每一雷电日，每平方干米 地面上的平均落雷次数，用符号r表示
雷击塔顶的过电压分析

波头部分
igt iL
分流系数，
雷电流经避雷线分流


塔顶电位 digt utd Rch igt Lgt dt diL (iL Rch Lgt ) dt iL ( Rch Lgt / 2.6) 最高塔顶电位
L Rch gt utd I L f
线路运行与检修
第二讲 雷电及其参数
1
• 本学时待解决问题：
– 雷电是如何形成和发展的？ – 雷电的一般参数？ – 雷电是如何影响输电线路的？
2
〇. 引子
线路运行中分析的重点是什么？
事故！ 事故的种类?
事故
倒杆、 断线、 绝缘子闪络、 人身触电
主要原因
本身缺陷、自然灾害、外力破坏
具体起因
雷击、外力、鸟害、覆冰、污闪等