高电压技术讲解（下）(6)

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§5.5 防雷接地

一、“地”和“接地”的概念

1、电气地：大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。

2、地电位：与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。当流入地中的电流I通过接地极向大地作半球形 散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地”称为“地电位”。地电位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。

3、逻辑地：电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电气地”必须与大地接触。 4、接地：将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。 二、什么是接地电阻？（见多媒体课件）

三、什么是火花效应和电感效应？（见多媒体课件）

四、为什么接地能保证人身安全？（见多媒体课件）五、如何测量接地电阻？（见多媒体课件）

六、接地电阻不可测，应废止（见多媒体课件）七、接地体的衍射（见多媒体课件） 小 结（见多媒体课件）

第六章 输电线路防雷

输电线路是电力系统的动脉。由于线路很长，地处旷野容易遭受雷击。因此电力系统的雷害事故多发生在线路上。 内容提要：

1、输电线路雷害的方式有那些？

2、输电线路中感应雷过电压是怎样形成的？ 3、输电线路的耐雷水平如何？ 4、雷击跳闸率是多少？ 5、输电线路的防雷措施 前言：

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输电线路中雷害的方式有两种：一种是雷击于线路引起的直击雷过电压；另一种是由于电磁感应引起的感应雷过电压。

? 输电线路防雷性能的好坏用耐雷水平和雷击跳闸率来描述。耐雷水平是指雷击线路时，线路绝缘不发生冲击闪络所能承受的最大雷电流幅值；雷击跳闸率是指每100km长的线路每年由于雷击引起的跳闸次数。

一、 感应雷的形成：

雷电先导向大地发展过程中，线路上出现束缚电荷 雷电主放电时，束缚电荷转化成自由电荷，形成过电压。

二、感应雷的特点

? 1、感应雷与感应源异生、异灭、异极性；由于

雷云中大多数带有负电荷，所以感应雷过电压大多数是正极性的。

2、三相导线上会同时出现感应雷过电压，其值相差很小，所以不会发生相间绝缘击穿，只能引起对地闪络。3、感应雷过电压有较长的持续时间（可达数百微妙），而波头较缓。 三、感应雷过电压的幅值 1、无避雷线时

当雷击点离开线路的距离S>65m 时，

ug?25Ihs

从公式可见：感应雷的幅值与雷电流幅值成正比，与导线悬挂的平均高度成正比，与雷击点距离导线的距离成反比。

2、有避雷线时

假设避雷线不接地，导线和避雷线的对地平均高度分别是hd和hb，则导线和避雷线上的感应过电压分别是：

Ihb Ihug?25ug?25ds s

? 在不考虑避雷线与导线的高度差时，导线上感应雷过电压的值等于：

U=（1—K）Ugd

所以架设避雷线后，避雷线起到了保护、屏蔽、和耦合的作用。 3、雷击杆塔塔顶时：

雷击杆塔塔顶时，由于雷电通道所产生的电磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。无避雷线时，对于一般高度（约40米以下）的线路，感应电压的幅值为U gd=áhd，

§6.2 输电线路直击雷过电压和耐雷水平

雷直击线路分三种情况：雷击杆塔、雷击避雷线档距中央和雷绕过避雷线击在导线上（绕击）。

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一、雷击杆塔塔顶

运行经验表明，在线路落雷总数中，雷击杆塔塔顶的次数与避雷线的根数和线路经过地区的地形有关。雷击杆塔塔顶的次数与雷击线路总次数的比称为击杆率g。 1、塔顶电位

雷击杆塔时，有电流沿杆塔流入大地，由于避雷线的分流作用，流入大地的电流为：igt=βi 塔顶电位为：

Lgt???Utd??IL?R??ch2.6???utd?Rch?igt?Lgt???RchiL??LgtdigtdtdiLdt

导线上的电压：

导线上的电压包括避雷线与导线的耦合电压和雷击杆塔塔顶时导线上的感应电压两部分。

1、耦合电压为：KUtd 极性与塔顶电压相同

2、感应电压为： U gd=（1—K）αhd 极性与塔顶电压相反 3、导线上的电压为：Ud= KUtd—（1—K）αhd

Uj?Utd?KUtd??hd?1?K???(Utd??hd)?1?K?4、绝缘上的电压为：

Uj?Utd?KUtd??hd?1?K???(Utd??hd)?1?K??（?RchIL??IL??IL(?Rch??Lgt??ILhd2.6)(1?K)2.6?Lgt2.6hd2.6)(1?K)

令Uj=U50%

耐雷水平：

U50%Lgt?hd????1?K?R???ch??2.62.6??I1??武汉华中华能高电压科技发展有限公司 www.china-hzhn.com Tel:027-86839376

从公式中能够看出：要提高线路的耐雷水平，可以采用增大耦合系数和降低接地电阻两种办法。

有避雷线线路的耐雷水平 额定电35 60 11额定电20

30

40

15220 330 90 80

100

二、雷电绕击

? 线路架设避雷线后并不能百分之百地避免雷电击于导线上。

? 绕击与避雷线的保护角有关。保护角是避雷线与外侧导线之间的连线与杆塔之间的夹

角。用á表示。 1、绕击率

? 雷电绕击导线的几率用绕击率Pá来描述。 Pá与线路经过地区的地形、地貌、地质条

件、保护角和杆塔高度等因素有关：

? 对平原地区：

lgP???86h?3.9?

? 对山区：

2、耐雷水平

lgP???86h?3.35设：雷电通道波阻抗为Z0，导线波阻抗为Zd，因为雷击线路后，电流沿线路向两侧传播，所以流经雷击点的电流为：

导线上电压为：

所以耐雷水平为：

有关规程认为：Z0约等于Zd/2，

I2?U50%?ud?zd2?i?iLi?iLz0z0?zd2z0zdUd?IL2z0?zdz0zd2z0?zd2z0?zdz0zd4zd则有：

I2?U50%?武汉华中华能高电压科技发展有限公司 www.china-hzhn.com Tel:027-86839376

因为架空线路的波阻抗接近于400欧，所以：

I2?

100根据有关规程的计算方法：35、110、220、330kV线路的绕击耐雷水平分别为3.5、7、12和16kA，其值较雷击杆塔时的耐雷水平小得多。§6.3 输电线路雷击跳闸率

输电线路遭受雷击时，断路器不一定跳闸，只有冲击闪络转化成稳定的工频电弧时才跳闸。有避雷线时、雷击线路引起断路器跳闸是由于雷击杆塔塔顶和绕击形成的。 一条100km长、导线高度为h的线路，年雷暴日是40天时，一年落雷的次数是0.6h 次.

设击杆率为g ,则一年击杆的次数为0.6hg次； 设绕击率为Pα，则一年绕击的次数为0.6h Pα次；

设雷电流幅值超过击杆时耐雷水平的几率是P1，则击杆时发生冲击闪络的次数为0.6hg P1次。设绕击时雷电流幅值超过耐雷水平的几率为P2，则绕击时发生冲击闪络的次数为0.6h Pá P2次。

设建弧率为η，

则击杆时跳闸的次数为：n1=0.6hg P1 η 绕击时跳闸的次数为： n2= 0.6h Pα P2 η 总跳闸次数 n=n1+n2。 §6.4 输电线防雷措施 1、架设避雷线；

2、降低接地电阻； 3、架设耦合地线；

4、采用不平衡绝缘； 5、装设自动重合闸；

6、采用消弧线圈接地方式； 7、装设管型避雷器； 8、加强绝缘。

我国输电线路防雷保护现状及防雷新技术综述

长期以来，人们一直认为超高压电网中由于绝缘水平的增强，线路耐雷水平提高，雷击则退到次要位置，操作过电压在绝缘配合中起主导作用，实际上，超高压输电线路所承受的饿工作电压、操作过电压和雷电过电压，与线路绝缘的耐受能力以及限制电压的各种措施，组成了一个相互联系的有机整体，而这三种电压对超高压系统的绝缘配合，运行可靠性的影响，谁起主导作用，决定于具体情况和条件，是发展变化的。

随着对操作过电压的深入研究，以及保护设备性能的提高及保护措施的不断完善，500kV系统的操作过电压水平已降至2.0p.u及以下，330kV系统的操作过电压水平已降至2.2p.u及以下，操作过电压已不再是超高压线路绝缘的控制因素。

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