10Kv架空线路防雷技术改造毕业论文(3)

度E，将正电荷吸引到最靠近先导通道的一段导线上，成为束缚电荷，导线上的负电荷则被排斥而向两侧运动，经由线路泄漏电导和系统中性点进入大地。

由于先导放电发展的平均速度较低，导线束缚电荷的聚集过群也较缓慢，由此而呈现出的导线电流很小，相应的电压波也可忽略不计。同时，忽略工作电压，认为导线具有地电位。因此在先导放电阶段尽管导线上有了束缚电荷，但它们在导线上各点产生的电场与先导通道负电荷放电所产生的电场相平衡而被抵消，结果使导线仍保持地电位。

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。由于主放电的平均发展速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以形成的电压波的幅值可能很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量。如下图2.2所示：

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一大地回路，如下图2．3所示 ，在图中沿ABCDA回路和ABEFA回路将产生感应电动势使一点对地电位升高。

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2．3雷电参数

2．3．1雷暴日与雷暴小时

在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须考虑到该地区的雷电活动情况。某一地区的雷电活动频繁度，可用该地区的雷暴日或雷暴小时数来表示。雷暴日是一年中有雷电的日数。雷暴小时是一年中有雷电的小时数。一天或一小时内只要听到雷声(不管听到几次)就记为一个雷暴日或雷暴小时。由于各年的雷暴日(或雷暴小时)变化较人，所以应采用多年的平均值。 2．3．2雷电流参数

经过长期的系统的雷电观测，实测结果表明，雷电流是单极性的脉冲波。对于脉冲波形的雷电流，需要三个主要参数来表征。这三个参数为：幅值、波头和波长。幅值是指脉冲电流所达到的最高值：波头是指电流上升到幅值的时间；波长是指电流下降到幅值的一半的时间。雷电流幅值随各国的自然条件不同而差别很大，但是各国测得的雷电流波形却基本一致。实测表明，雷电流的波头长度f，大多在lus～4us的范围内，平均在2．6us；雷电流的波长长度f。大多在20～100us。在线路防雷计算中，雷电流的波形可以采用2．6／50us。 2．3．3雷电流的等值波形

电力设备的绝缘强度试验和电力系统的防雷保护设计中，都要求将雷电流波形等值为典型化的可以用解析式表达的波形。常用的等值波形有以下几种： (1)标准冲击波标准冲击波由双指数表示：i=I0(eɑt-e-βt) 式中：Io为某一固定电流值；a，b是两个常数。 (2)等值斜角波

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为了简化防雷计算，常将雷电流用等值斜角波来表示，其中波头陡度口由给定雷电流幅值。和波头时间决定，其波尾部分可以是无限长，此时又称为斜角平项波；又称为三角波。

斜角波的数学表达式简单，用以分析雷电流引起的波过程比较方便。

(3)等值余弦波

雷电流的等值余弦波如下图2．4所示，由下式表示：i=im∕2(1-cosωt）

这种等值波形多用于分析雷电流波头的作用。

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第三章 计算模型与参数分析

本章的目的主要是对前面第三章中研究的架空配电线路感应雷过电压计算的数学模型进行验证，并对影响架空配电线路感应雷过电压幅值和波形的参数进行了分析。

3．1计算模型的验证

为了验证本文研究的架空配电线路感应雷过电压计算的数学模型是否适用于架空配电线路感应雷过电压的汁算，下面分别对大地为理想导体和非理想导体两种情况下架空配电线路感应雷过电压的计算模型进行了验证。本文采用了电磁暂态仿真程序ATPDraw对架空配电线路的感应雷过电压进行计算。在ATPDraw中感应雷过电压的计算模型如下图3．1所示。

图3．1以架空配电线路某相导线和耦合导线为结构的计算模型

上图3．1所示为以架空配电线路某相导线和耦合导线为结构的计算模型。该计算模型两端的元件表示架空配电线路匹配波阻抗，该计算模型下端的4个类型60电源表示架空配电线路观测点处感应雷过电压。 3．1．1大地为理想导体

线路附近地面遭受雷击时架空配电线路感应雷过电压最大值已经通过实测、Agrawal模型和Rusek模型的方法得到。架空配电线路感应雷过电压的计算条件如下：线路高度为5．68m，雷击点距离线路的水平距离为145m，雷电回击速度v均为1×108m／s。

架空配电线路感应雷过电压最大值的实际测量和各模型的计算结果比较如下表3．2所示

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表3.2 架空配电线路感应雷过电压最大值的实际测量和各模型的计算结果比较

3．1．2大地为非理想导体

架空配电线路感应雷过电压的计算条件如下：雷电流幅值为12kA，雷电流波头时间为0．5us，雷电流波长时间为20us，雷电回击速度为1．3×109m／s，线路高度为10m，雷击点距离线路的水平距离为50m，大地电导率为o．001s／m，土壤介电常数为10，线路长度为1000m，XA=500m，XB=一500m。

3．2参数分析

从前面第两章关于架空配电线路感应雷过电压计算过程可以看到，影响架空配电线路观测点处感应雷过电压幅值和波形的因素很多。因此本节结合文献研究了下面一些参数对架空配电线路观测点处感应雷过电压幅值和波形的影响：雷电流幅值、雷电流波头时间、雷电回击速度、线路高度、雷击点距离线路水平距离以及大地电导率。架空配电线路感应雷过电压的计算条件如下：雷电流幅值为60 kA，雷电流波头时间为2 us，雷电流波长时间为50US，雷电回击速度为1．5x108m／s，线路高度为10In，雷击点距离线路水平距离为100m，大地电导率为o．001 s/m，土壤介电常数为10，线路长度为1000m。架空配电线路的计算结构按雷击点的位置可分为两种：(1)雷击点位于架空线路的一端，XA=1000m，xb=0m；(2)雷击点位于架空线路的中间位置，XA=500m，XB=-500m。

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