雷电感应过电压的计算
输电线路防雷保护
三、输电线路的防雷措施 1、3~10kV线路防雷保护 不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可 靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜 采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片 悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。 对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时 改为电缆供电。
二、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时， 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的 工频电压升高约为线电压的1.1 1.1倍 因此， 工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110% 110%的线电压 110%避雷 雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷 器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时， 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接 地时健全相上电压接近线电压， 地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器 灭弧电压时， 100%的线电压 称为100% 的线电压， 100%避雷器 灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时， 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电 压约为0.8倍线电压， 0.8倍线电压 压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧 电压取为最大线电压的80% 称为80% 80%， 80%避雷器 电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器
3、变压器中性点保护 三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可 能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。 110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化 锌避雷器保护中性点绝缘。 4、配变变压器的防雷保护 三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低 压绕组的中性点连接在一起。 逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避雷器
雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题
雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题【主题】雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题【引言】雷电对电力系统运行安全和电器设备的正常工作造成了巨大的威胁。
在电力系统中，高耸的杆塔是雷击的主要目标之一。
当雷电击中杆塔塔顶时，会产生雷过电压，进而对电力设备和系统造成严重的影响。
本文将以给出的雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题为基础，深入探讨雷过电压的形成机理和防护措施。
【正文】1、雷过电压的形成机理雷电击中杆塔塔顶后，会产生一股巨大的电流。
根据法拉第电磁感应定律，通过这一电流在杆塔附近的地面和线路上都会产生一定的电压。
这种电压被称为雷过电压，是由于雷电击中和通过电流引起的感应电压。
雷过电压的大小与雷电的能量、触击位置以及杆塔结构等因素有关。
2、雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题以一个具体的例子来说明，一座高压输电线路的杆塔被雷电击中，雷电电流为10kA，击中位置距地面高度为60米。
根据经验公式，此时雷过电压可以计算如下：U雷= K × I × d其中，U雷为雷过电压，K为干扰距离系数，I为雷电电流，d为击中地点距离杆塔塔顶的垂直距离。
根据实测数据，K的典型取值范围为0.2-0.4。
在此例题中，取K=0.3进行计算。
则雷过电压为：U雷= 0.3 × 10 × 60 = 180kV在这个例子中，雷电击中杆塔塔顶后产生的雷过电压高达180kV，远远超过了正常运行电压的数倍，给电力设备带来了严重的威胁。
3、雷过电压的防护措施为了保护电力设备的安全运行，减轻雷电对电力系统的影响，科学合理的防护措施不可或缺。
（1）杆塔避雷器：安装杆塔避雷器是防止雷电击中杆塔塔顶的有效措施。
杆塔避雷器通过引导雷电电荷分布和抑制雷电电势，能将雷电引向大地，有效减轻雷过电压的产生。
（2）全线避雷器：全线避雷器是指将特制的避雷器安装在输电线路上每个杆塔上。
这样一来，就可以在雷击时使得电流分布到每个杆塔上，减小每个杆塔所承受的雷电电流，从而减小雷过电压的产生。
10 kV配电线路防雷分析计算
10 kV配电线路防雷分析计算作者：刘波崔朋来源：《硅谷》2014年第22期摘要本文针对以裸导线为主的10 kV配电线路进行实际运行情况研究，分析了雷电对配电线路的危害。
对常规的避雷器、降低接地电阻等防雷措施进行分析，由分析结果提出防雷措施的适用场合。
关键词 10 kV配电线路;防雷;分析中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0106-0110 kV配电线路能够可靠运行且安全供电，对人员安全和企业正常用电均具有重要意义[1]。
因此，为了降低雷电导致的跳闸，需要不断提高10 kV配电线路的防雷水平。
配电线路的安全可靠性、稳定运行、跳闸率的降低均与雷击损坏率密切相关[2]。
为了增强配电线路的防雷水平，应充分考虑线路的运行方式和重要程度，以及所在区域雷电环境、地形地貌的接地电阻等条件，结合以往的当地防雷操作经验积累，进行技术、经济、可操作性等多方面的比较，经充分比较分析后，确定合理有效、现有条件便于操作的保护措施[3]。
1 配电线路防雷水平性能指标用来表征配电线路的防雷能力的两个重要指标时防雷水平和跳闸率。
当雷击配电线路时，线路的防雷水平是此时绝缘子不发生闪络的最大电流值，当雷击线路产生的电流低于最大电流值时，不会产生闪络，否则必然会导致闪络。
雷击的跳闸率是指折算到40个雷雨天气下每100 km的配电线路在一年内由雷击导致的跳闸次数，跳闸率是表征防雷能力的综合指标。
因此，高的防雷水平和低的雷击跳闸率表征配电线路具有良好的防雷能力。
在考虑提高线路的防雷能力措施时，雷击的跳闸率是否能够得到降低是衡量防雷措施设计工作的重要指标。
2 雷击跳闸的条件当雷击配电线路时，线路上的雷击电流值超过最大电流值将导致闪络现象的发生。
闪络具有瞬态特性，持续冲击的时间很短，如果仅仅是闪络的出现一般不会导致跳闸事故的发生。
能引起配电线路跳闸的原因是由于雷击过电压产生的电弧引起的。
一般来说，10 kV配电线路不具备很高的绝缘条件，雷击会不可避免的引起线路对地的闪络，因此配电线路在雷击情况下跳闸必须要满足一下两个条件：第一个是雷击时引起冲击闪络，但是电压超过绝缘子产生的闪络是瞬态的，是微秒级的冲击，在这么短的时间段内，不会引起配电线路的跳闸事故;第二个是闪络转换为工频短路电流电弧，由于电弧持续时间较长，并且相较于闪络冲击更稳定，是导致配电线路跳闸的主要原因。
220kv输电线路防雷研究
220KV输电线路防雷研究1绪论雷电在自然生活中常有发生，不管是下雨天还是晴朗的天空，都会发生雷击现象，这是一种很简单的自然现象。
雷击放电电压一般会非常巨大，达到数百万伏特的电压以及数十万安培的电流，因此，虽然雷击放电的时间非常非常短暂，仅约0.01秒，但雷电放电时它所放出的能量是相当惊人的。
雷电的危害主要有以下几方面：1、电流雷电放电时产生的冲击电压非常巨大，达到几万甚至几十万伏特，当这么大的瞬态雷击电压冲击电气设备时，会造成电气设备绝缘损坏甚至电气设备内部线路短路等现象，甚至由此引起电气设备发生爆炸。
2、电流产生的大量的热能，其发生热效应时放出的电流达几十甚至上千安培的电流，该热导致金属熔化，并造成危害事故。
3、雷电流机械效应[造成的危害很大，如果物体被雷击到会发色很难过分裂、坍塌、扭曲甚至爆炸等现象，从而造成大量的财产损失和人员伤亡。
4、雷电流会产生静电感应现象，会引起相邻导体产生与雷电流性质相反的电荷，当这些导体感应出电荷并当其来不及消散事，会产生高压放电现象，从而引起火灾。
5、雷击时将会产生电磁感应，在雷击点感应出超强的交变磁场，由交变磁场感生出的电流会导致某些电气设备过热从而损坏电气设备，并影响供电的稳定以及安全性。
1.1 输电线路防雷设计的重要意义传输线路在电力系统中占据着最重要的作用，它的最大也最突出的作用就是把发电厂发出的电能输送到各个地方，全国各地每个地方都需要用电，它把各个地区的变电站及各个地方所有用电用户联系起来。
输电线路的安全运行在电网中有着不可替代的重要作用，它能否安全运行直接影响着用电用户能否获得电能质量较高的用电以及电网能否稳定的运行。
如果要实现“强电强网”的需要，尽最大可能的满足社会生产和广大人民生活的需要，这是就要保证电力系统输电线路的稳定性及安全运行。
1.2 输电线路防雷设计方法的研究现状目前，输电线路雷电主要从以下几个方面的设计：1、架设避雷线;避雷线的架设在电力系统输电线路中最为常用，它是输电防雷的最主要手段，避雷线的架设最主要的作用就是为防止当发生雷击现象时输电线路遭受绕击影响，其他最用也有很多，如：（1）耦合作用（2）屏蔽作用（3）分流作用，2、降低杆塔接地电阻；1）降低杆塔的接地电阻有助于提高线路的耐雷水平，当输电线路遭到雷击时，随着接地电阻的较少，杆塔的电位也会随之减少，从而使得绝缘子两端的电压减少。
输电线路感应雷防护
2、电磁分量：雷电流在周围空间建立的强大磁场 的变化使导线上感应出的电压。
3、感应过电压的计算： （1）无避雷线时： 当雷击点离开线路的距离S>65m时，导线上感应 雷过电压最大值可按下式近似计算： U 25Ih S
g d
由于雷击点的自然接地电阻较大，最大雷电流幅值 一般不会超过100kA。 实测表明：感应雷过电压一般约为300～400kV， 不超过500kV。 这可能会对35kV 及以下水泥杆线路造成一定的闪 络事故，对110kV及以上的线路，由于绝缘的水平 较高，一般不会引起闪络事故。 （2）有避雷线时： 由于BLX的电磁屏蔽作用，会使导线上感应过电 压降低。
二、雷过电压类型及输电线路防雷原则 1、过电压类型：
（1）感应过电压：
雷击线路附近大地时，由于雷电通道周围空间 电磁场的急剧变化，在线路上产生的过电压。 它包括静电分量和电磁分量。
（2）直击过电压： 直击导线；雷击杆顶；雷击BLX档距中央
2、输电线路防雷原则：
(1) 防直击雷；(2) 防绝缘子串闪络； (3) 防止建立稳定的工频电弧； (4) 用重合闸防止供电中断。
单元二
输电线路防雷保护
项目一 输电线路的感应雷过电压
一、对输电线路进行防雷保护的原因
1、输电线路较长且地处野外，遭受雷击多。雷击 时很大的雷电流在导线上产生很高的冲击电压， 使导线对地发生闪络，而后工频电压沿闪络通道放 电，进而发展为工频电弧接地，引起保护跳闸，影 响供电。
2、雷过电压波沿线路传播侵入变电所，会危害变 电所设备的安全。
将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压
雷击杆塔时，感应过电压幅值按右式计算：Ug＝ahc 有BLX时，由于它的屏蔽作用，导线上感应Ug
500kV某变电站雷电侵入波过电压计算
第22卷第3期2021年3月电气技术Electrical EngineeringV ol.22 No.3Mar. 2021500kV某变电站雷电侵入波过电压计算周艳青谌阳（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州 510663）摘要本文以某500kV变电站的电气主接线、设备参数、线路及构架模型等为计算输入，利用电磁暂态程序，对某500kV变电站的雷电侵入波过电压进行了仿真计算，给出了该变电站在工程本期典型运行方式下，变电站设备上雷电过电压的最大值。
根据雷电过电压计算结果，针对主变的最大雷电过电压值高于相应的雷电冲击耐受电压允许值，提出了改进措施，使得主变以及其他设备上的最大雷电过电压值均低于相应的雷电冲击耐受电压允许值，满足雷电防护要求。
关键词：500kV变电站；雷电侵入波；过电压；防雷保护Research on the lightning intruding surge protection for 500kV substationZHOU Yanqing CHEN Yang(China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd, Guangzhou 510663)Abstract This paper takes the main electrical wiring, equipment parameters, transmission tower and gantry model of the 500kV substation as the calculation input, and uses the electromagnetic transient program to simulate the lightning intrusion wave overvoltage. The maximum lightning overvoltage on the substation equipment under the typical operation mode are calculated. Afterimprovement measures are proposed. The maximum lightning overvoltage value on the transformer and other equipment is lower than the allowable value, meets the requirements of lightning protection.Keywords：500kV substation; lightning intruding surge; overvoltage; lightning protection0引言500kV某变电站位于昌都县卡诺镇瓦约村，该站海拔高度为3 200m，年平均雷电日为51.3天。
500KV输变电工程设计中雷电过电压问题
国家电力公司武汉高压研究所武汉 430074 0 前言我国在500 kV输变电工程设计方面做了大量的研究工作，取得了很大的成绩，但也有不足。
本文着重就500 kV输变电工程设计中的雷电过电压方面的问题提出一些看法。
1 500 kV变电所雷电侵入波保护 1.1 雷击点我国规程规定只计算离变电所2 km以外的远区雷击［1］，不考虑2 km以内的近区雷击。
而实际上对变电所内设备造成威胁的主要是近区雷击。
2 km以外的雷击，雷电波在较长距离传送过程中的衰减和波头变缓，在站内设备上形成的侵入波过电压较低，以它为考察的主要对象不合适。
这可能是沿袭中压系统和高压系统作法，认为进线段有避雷线或加强绝缘，不会因反击或绕击而进波。
实际上，进线段和非进线段并无本质差异，完全可能受雷击而形成入侵波。
在美国、西欧和日本以及CIGRE工作组，均以近区雷击作入变电所侵入波的重点考察对象。
我们所进行大量500 kV变电所侵入波的研究，也均是以近区雷击为主要研究对象，同时也考虑远区雷击。
大量研究表明，近区雷击的侵入波过电压一般均高于远区雷击的侵入波过电压。
有人认为雷击#1塔会在变电所形成最严重的侵入波过电压，以此为近区雷击。
这种想法在某些情况下可能是正确的，但在我国，大多数情况下不合适。
大量研究表明，#１塔和变电所的终端门型构架(也称#0塔)距离一般较近，雷击#1塔塔顶时，经地线由#0塔返回的负反射波很快返回#1塔，降低了#1塔顶电位，使侵入波过电压减小。
而#2、#3塔离#0塔较远，受负反射波的影响较小，过电压较高。
所以仅计算雷击#1塔侵入波过电压不全面。
进线段各塔的塔型、高度、绝缘子串放电电压、杆塔接地电阻不同，也造成雷击进线段各塔时的侵入波过电压的差异。
根据经验，一般为雷击#2或#3塔时的过电压较高。
建议我国现有规程对原以考虑2 km 以外的雷击改为主要考虑2 km 以内雷击，或者兼顾近区和远区雷击，以近区雷击为主。
1.2 雷电侵入波计算方法过去受条件限制，主要依靠防雷分析仪来确定侵入波过电压。
雷电感应过电压的计算
雷电引起的感应过电压的计算1、雷击附近地面时引起地电位升高的计算当建筑物附近遭受直击雷，建筑物的接地体地电位会有所抬高，地电位升高 不仅可能对通信设备造成损害，而且可能造成人身伤亡，因此有必要确定地电位 升高并且采取一定的措施加以预防。
当需要确定雷击接地装置附近接地体地电位(5-5 )式中，UX 为所需计算点电压，正弦反函数以弧度计算，Ig 为经接地装置流 入地中的短路电流，P 为土壤电阻率，r e 为接地装置的计算半径，X 为接地装置 的边缘至计算点的距离土壤电阻率P =30Q • m 取接地电阻为 5Q,由P /2 n r=R ,计算等效半球接地电极的计算半径为:取Ig=30kA ，x=0，当雷击点距离建筑物顶接闪器时、则建筑物的地电位升高为:1 g p. 1 「c 30 X 30 U x = sin 一 = sin2 n c r c +x 3c c2 nnP2T R30 2 n 5=3 0.3183n升高时，可根据距离接地装置的远近分别按公式（5-5）计算。
如图5-2所示:接地极1 空=235.5kV 雷电犬线图5-2建筑物附近发生雷击1）、当雷击点距离建筑物10米时、建筑物接地体的地电位升高为:,,I g P . i r c 30 X30 . U x = sin — = sin 2n c 匚+x 2 冗-n i 0.31830.3183+10= 4.6256kV2当雷击点距离建筑物20米时、建筑物接地体的地电位升高为:1 g P . 1 匚30 X30U x = sin — = sin2 n c r c +x 3c c 2 nn0.31830.3183+20= 2.3488kV真空磁导率国际单位制（SI）中引入的一个有量纲的常量。
常用符号卩0表示，由公式定义，此式是真空中两根通过电流相等的无限长平行细导线之间相互作用力的公式，式中I是导线中的电流强度，a是平行导线的间距，F是长度为I的导线所受到的力，而称卩o为真空磁导率，其值为卩0 = 4 n x 10-7牛顿/安培；=4 n X 10-7韦伯/（安培•米）；=4 n X 10-7亨利/米；卩0中的4 n是为了使常用的电磁学公式的计算得到简化（所以SI制的电磁学部分叫做MKSA有理制），其中的则是为了使电流强度的单位安培（基本单位）接近于实际使用的大小。
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雷电引起的感应过电压的计算
1、雷击附近地面时引起地电位升高的计算
当建筑物附近遭受直击雷，建筑物的接地体地电位会有所抬高，地电位升高不仅可能对通信设备造成损害，而且可能造成人身伤亡，因此有必要确定地电位升高并且采取一定的措施加以预防。
当需要确定雷击接地装置附近接地体地电位升高时，可根据距离接地装置的远近分别按公式（5-5）计算。
如图5-2所示：
图5-2 建筑物附近发生雷击
x
r r r I U c c
c
g x +=
1
sin
π2ρ （5-5） 式中，Ux 为所需计算点电压，正弦反函数以弧度计算，Ig 为经接地装置流入地中的短路电流，ρ为土壤电阻率，r c 为接地装置的计算半径，x 为接地装置的边缘至计算点的距离。
土壤电阻率ρ=30Ω·m ，取接地电阻为5Ω，由ρ/2πr=R ，计算等效半球接地电极的计算半径为：
m
取Ig=30kA ，x=0，当雷击点距离建筑物顶接闪器时、则建筑物的地电位升高为：
kV r r
x r r r I U c
c c c c
g x 5.235sin π
3π23030sin
π2ρ11
=×=+=
3183
.0π
35π230π2ρ====R r c
1）、当雷击点距离建筑物10米时、建筑物接地体的地电位升高为：
kV x r r r I U c c c
g x 6256.410
3183.03183
.0sin π
3π23030sin
π2ρ11
=+×=+=
2当雷击点距离建筑物20米时、建筑物接地体的地电位升高为：
kV x r r r I U c c c
g x 3488.2203183.03183
.0sin π
3π23030sin
π2ρ11
=+×=+=
真空磁导率
国际单位制（SI）中引入的一个有量纲的常量。
常用符号μ0表示，由公式定义，此式是真空中两根通过电流相等的无限长平行细导线之间相互作用力的公式，式中I是导线中的电流强度，a是平行导线的间距，F是长度为l的导线所受到的力，而称μo为真空磁导率，其值为μ0＝4π×10-7牛顿／安培；
＝4π×10-7韦伯／（安培·米）；
＝4π×10-7亨利／米；
μ0中的 4π是为了使常用的电磁学公式的计算得到简化（所以SI制的电磁学部分叫做MKSA有理制），其中的则是为了使电流强度的单位安培（基本单位）接近于实际使用的大小。
μ0的量纲为［LMT-2I-2］
非铁磁性物质的μ近似等于μ0。
而铁磁性物质的磁导率很高，μ>>μ0。
铁磁性材料的相对磁导率μr=μ/μ0如铸铁为200～400；硅钢片为7000～10000；镍锌铁氧体为10～1000；镍铁合金为2000；锰锌铁氧体为300～5000；坡莫合金为20000～200000。
空气的相对磁导率为1.00000004；铂为1.00026；汞、银、铜、碳(金刚石)、铅等均为抗磁性物质，其相对磁导率都小于1，分别为0.999971、0.999974、0.99990、0.999979、0.999982。