架空輸電線路雷擊產生條件及防雷應對分析
添加時間：2018-11-21 17:01:55
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雷電活動比較復雜人們對它的認識有限
，輸電線路會經常遭受雷電的襲擊，嚴重影響了電網的安全穩(wěn)定運行
。提出了雷云對地(或對輸電線路)發(fā)生雷擊放電的條件是：在近地區(qū)域必須有集中電荷存在
，并認為雷電的繞擊是由于集中電荷的飄移所至，對多雷區(qū)的確定提供了理論依據
。通過長期對雷電活動的觀察
，并對歷年遭受雷擊的線路桿塔所處的地形和氣候進行綜合分析，認為在地面上一定高度范圍內存在電荷相對疏散的空間帶
，對高空雷云對地雷擊放電起了阻礙作用
，由此提出了輸電線路的防雷對策。
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、雷電產生的原因及其形式
大氣的運動和變化，產生了各種天氣現象
大氣的運動和變化，產生了各種天氣現象
。冷暖空氣的強對流是產生雷雨天氣的條件
，空中電荷是由于大氣對流摩擦產生的，并在地球磁場的作用下進行分離
，正電荷向上移動，負電荷向下移動
，形成了帶正
、負電荷的云團，當正
、負電荷積累到一定密度
，空中電場異常高時，形成先導放電
，進而產生主放電，雷電也就產生了
。
雷云與雷云之間的放電
雷云與雷云之間的放電
，是雷電的主要形式。在離地面200～4500m的范圍內是大氣對流活動最活躍的區(qū)域
，在該區(qū)域產生的雷電次數多，頻率大
，但這種雷電對地面上的輸電線路及其它設施
，基本沒有危害，因而它不是我們關注的焦點
。我們特別關注的是帶電雷云對地放電產生的雷擊
，它時常會伴隨財產損失和人員傷害
，弄清它產生的條件和機理
，對綜合防雷對策的制定至關重要。
2、輸電線路遭受雷擊的特點
從收集的大量資料顯示
2、輸電線路遭受雷擊的特點
從收集的大量資料顯示
，輸電線路雷擊跳閘有以下幾個特點：
1)輸電線路遭受雷擊后
1)輸電線路遭受雷擊后
，發(fā)生絕緣子閃絡的桿塔相對集中，區(qū)段比較明顯
，這顯示雷電活動遵循一定客觀規(guī)律。
2)輸電線路遭受雷擊
2)輸電線路遭受雷擊
，與所處的地形有直接的關系
，不能以架空線路桿塔所在位置的高低作為判斷桿塔是否會遭受雷擊的判斷依據，部分線路桿塔位置相對較低
，但仍然遭受多次雷擊
。
3)隨電壓等級的升高，線路產生邊相故障跳閘的幾率增大
3)隨電壓等級的升高，線路產生邊相故障跳閘的幾率增大
，說明線路發(fā)生繞擊的可能性也增大
。
4)從開關保護動作情況來看，雷擊不管造成單相或多相故障
4)從開關保護動作情況來看，雷擊不管造成單相或多相故障
，重合閘重合成功的幾率很高，約為70～85%
。
5)由于輸電線路雷擊導線的耐雷水平低
5)由于輸電線路雷擊導線的耐雷水平低
，每當輸電線路發(fā)生繞擊后，引起線路故障跳閘的概率非常大
。
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、雷云對地(或對輸電線路)發(fā)生雷擊放電的條件
帶著以上這些困惑和疑問，經過查閱大量的資料和書籍，并對歷年遭受雷擊桿塔的地理環(huán)境條件、氣象條件進行綜合分析后，得出雷云對地(或輸電線路)發(fā)生雷擊放電的先決條件是：在近地區(qū)域(離地200 m范圍內)必須有形成電荷集中的區(qū)域存在。換句話說：在線路通道上或者通道附近，如果沒有形成電荷集中的區(qū)域存在，輸電線路遭受雷擊的概率極小，幾乎不會發(fā)生。
帶著以上這些困惑和疑問，經過查閱大量的資料和書籍，并對歷年遭受雷擊桿塔的地理環(huán)境條件、氣象條件進行綜合分析后，得出雷云對地(或輸電線路)發(fā)生雷擊放電的先決條件是：在近地區(qū)域(離地200 m范圍內)必須有形成電荷集中的區(qū)域存在。換句話說：在線路通道上或者通道附近，如果沒有形成電荷集中的區(qū)域存在，輸電線路遭受雷擊的概率極小，幾乎不會發(fā)生。
1)通過綜合分析認為在通常情況下
，這個電荷疏散的空間帶對高空雷電著陸起到很大的阻礙作用
，對地面設施起到了很好的保護作用
，這是為什么有些高山上的輸電線路長期不會遭受雷擊的真正原因
。
2)雷雨天氣里，由于地形條件的不同
2)雷雨天氣里，由于地形條件的不同
，在近地區(qū)域內
，空間電荷分布是不均勻的
，
某些區(qū)域電荷分布比較集中
，某些區(qū)域的電荷比較疏散。從輸電線路運行分析看出
，電荷集中區(qū)域就是輸電線路雷擊高發(fā)區(qū)
，電荷疏散區(qū)域輸電線路發(fā)生雷擊的概率極小，從而認為集中電荷對高空雷云對地發(fā)生雷擊放電起了非常重要的橋梁作用
，它相當于將高空雷云的強大電荷與地面搭起一座橋梁，形成一個放電通道
，從而使高空中的雷電著陸
。
空中雷云在風力的作用下快速移動，移動的雷云在近地區(qū)域(離地200 m范圍內)
空中雷云在風力的作用下快速移動，移動的雷云在近地區(qū)域(離地200 m范圍內)
，由于受地面山體或高層建筑物的影響
，移動速度變緩。如果在雷云移動的前方，有高山阻礙，雷云就會放慢速度，并改變原來的運動方向;或者當雷云前行的通道逐漸變窄，雷云的移動速度也會越來越慢，在變窄的區(qū)域就會不斷積累電荷，進而形成電荷集中。因此，形成電荷集中的地理環(huán)境條件是：要有一定高度的山脈所形成的喇叭口(或口袋形)，能有效地降低近地區(qū)域雷云的移動速度(這是多雷區(qū)的重要特征)，使該區(qū)域產生電荷集中。
3)什么時間雷云對地(或對輸電線路)發(fā)生雷擊放電，光有區(qū)域存在還不行，還要看雷雨時的主導風向和電荷集中的程度。由于地型的復雜性，不是所有的風都能形成電荷集中，只有當風向及其大小同時具備使某區(qū)域產生電荷集中的時候，才具備雷云對地(或對輸電線路)雷擊放電。雷雨時的主導風向及其大小是由氣象條件所決定的，氣象變化的復雜性，決定了雷電活動的復雜性。
電荷集中的中心(以下稱電荷中心)電荷密度大，電場強度高，是雷電先導向地面發(fā)展的必經通道。電荷中心所處的位置，決定了雷電先導發(fā)展的方向，也就是說：電荷中心的電荷飄移(電荷移動)方向，就是雷電先導的發(fā)展方向，這是產生雷電繞擊的真正原因。
3)什么時間雷云對地(或對輸電線路)發(fā)生雷擊放電，光有區(qū)域存在還不行，還要看雷雨時的主導風向和電荷集中的程度。由于地型的復雜性，不是所有的風都能形成電荷集中，只有當風向及其大小同時具備使某區(qū)域產生電荷集中的時候，才具備雷云對地(或對輸電線路)雷擊放電。雷雨時的主導風向及其大小是由氣象條件所決定的，氣象變化的復雜性，決定了雷電活動的復雜性。
電荷集中的中心(以下稱電荷中心)電荷密度大，電場強度高，是雷電先導向地面發(fā)展的必經通道。電荷中心所處的位置，決定了雷電先導發(fā)展的方向，也就是說：電荷中心的電荷飄移(電荷移動)方向，就是雷電先導的發(fā)展方向，這是產生雷電繞擊的真正原因。
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、應用現有的雷電活動理論不能作出合理解釋的一些現象
1)大多數輸電線路桿塔路徑走得很高，而長期不發(fā)生雷擊，而有的桿塔位置相對較低而偏偏遭雷擊。
2)對于三相導線垂直排列的雙回線路，上相導線的保護角比中相導線的保護角要小，中相導線對上相導線應有屏蔽作用，在輸電線路上時常發(fā)生雷電繞擊到上相導線上引起線路故障跳閘。
3)有些雷能繞過前方的桿塔，打在后面的桿塔上去。
4)輸電線路接地電阻在不斷進行改造，其效果不夠理想。
5)空間電荷是怎樣分布的，空間電荷分布對雷電活動有什么影響?
5、帶電云層的放電形式
帶電云層的放電(電荷中和)形式，概括起來應包括以下兩種：
① 集中快速放電形式;
② 分散緩慢放電形式。
集中快速放電，就是電荷在極短的時間內，使高度集中的電荷快速中和，放電通道被電離，通道阻抗小，放電電流大，危害大，破壞力強。這種放電形式主要以閃電(雷電)進行。
分散緩慢放電，就是電荷沒有形成高度集中，電荷的放電沒有固定的放電通道，其放電是隨機的，通道阻抗極大，放電的范圍廣，對地面設施沒有危害。
1)大多數輸電線路桿塔路徑走得很高，而長期不發(fā)生雷擊，而有的桿塔位置相對較低而偏偏遭雷擊。
2)對于三相導線垂直排列的雙回線路，上相導線的保護角比中相導線的保護角要小，中相導線對上相導線應有屏蔽作用，在輸電線路上時常發(fā)生雷電繞擊到上相導線上引起線路故障跳閘。
3)有些雷能繞過前方的桿塔，打在后面的桿塔上去。
4)輸電線路接地電阻在不斷進行改造，其效果不夠理想。
5)空間電荷是怎樣分布的，空間電荷分布對雷電活動有什么影響?
5、帶電云層的放電形式
帶電云層的放電(電荷中和)形式，概括起來應包括以下兩種：
① 集中快速放電形式;
② 分散緩慢放電形式。
集中快速放電，就是電荷在極短的時間內，使高度集中的電荷快速中和，放電通道被電離，通道阻抗小，放電電流大，危害大，破壞力強。這種放電形式主要以閃電(雷電)進行。
分散緩慢放電，就是電荷沒有形成高度集中，電荷的放電沒有固定的放電通道，其放電是隨機的，通道阻抗極大，放電的范圍廣，對地面設施沒有危害。
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、山區(qū)架空輸電線路防雷對策
1)首先應根據近地區(qū)域形成電荷集中的地理環(huán)境條件
1)首先應根據近地區(qū)域形成電荷集中的地理環(huán)境條件
，對輸電線路沿線的地形和氣象條件作全面的調查分析，確定可
能產生電荷集中區(qū)域和電荷中心
。有條件的供電企業(yè)，可繪制出本地區(qū)存在的電荷集中區(qū)域圖
。利用該圖
，對已建輸電線路，應根據輸電線路路徑與電荷集中區(qū)域的
相對位置
，確定線路的易雷擊區(qū)段及桿塔
，判斷哪些桿塔容易遭受雷擊桿塔和避雷線，哪些桿塔(或導線)容易遭受繞擊雷
，再根據相應情況采取相應的防雷策略。
在線路初步設計階段
，對所選擇的線路路徑
，能避開易雷擊區(qū)的，要堅決避開
，否則，必須采取有效的綜合防雷措施。
2)處于電荷中心下方的桿塔及避雷線，容易產生雷擊桿塔和避雷線，因此應以防止雷擊線路桿塔或避雷線時造成絕緣子反擊閃絡為主。雷擊線路桿塔時的綜合防雷對策為：①降低桿塔接地電阻Rch;②提高耦合系數k;③增加線路絕緣(提高絕緣子串50%沖擊閃絡電壓U50%)等方面采取措施，切實提高輸電線路的耐雷水平。
3)處于電荷中心邊沿，位置較高的桿塔，以及下風側大跨越輸電線路，容易產生雷擊導線(繞擊)，因此應以防止線路繞擊為主，同時應防止雷擊線路桿塔或避雷線時造成絕緣子反擊閃絡。其防雷對策為：
①繞擊時線路的耐雷水平I2：根據DL/T620-1997的計算方法，35、110、220kV線路的繞擊耐雷水平分別為3.5
2)處于電荷中心下方的桿塔及避雷線，容易產生雷擊桿塔和避雷線，因此應以防止雷擊線路桿塔或避雷線時造成絕緣子反擊閃絡為主。雷擊線路桿塔時的綜合防雷對策為：①降低桿塔接地電阻Rch;②提高耦合系數k;③增加線路絕緣(提高絕緣子串50%沖擊閃絡電壓U50%)等方面采取措施，切實提高輸電線路的耐雷水平。
3)處于電荷中心邊沿，位置較高的桿塔，以及下風側大跨越輸電線路，容易產生雷擊導線(繞擊)，因此應以防止線路繞擊為主，同時應防止雷擊線路桿塔或避雷線時造成絕緣子反擊閃絡。其防雷對策為：
①繞擊時線路的耐雷水平I2：根據DL/T620-1997的計算方法，35、110、220kV線路的繞擊耐雷水平分別為3.5
、7和12kA左右
，可見線路上發(fā)生繞擊的耐雷水平
之低
。因此輸電線路應盡量避開易雷擊區(qū)
，避免線路從電荷中心邊沿穿過，特別要避免桿塔處在電荷中心邊沿較為突出的山頭上
。
②減小桿塔避雷線的保護角
②減小桿塔避雷線的保護角
，應不斷設計一些零保護角或負保護角的桿塔供易雷擊區(qū)桿塔選用，減小桿塔避雷線的保護角
，可使附圖1中捕雷面Bi Ci弧變小，從而達到減少線路遭受繞擊雷的可能性
。
③在靠近電荷中心的邊導線上
③在靠近電荷中心的邊導線上
，或者在橫跨桿塔的迎風面應采取安裝線路型避雷器(或安裝可控避雷針)，限制線路上產生的過電壓
，從而保護輸電線路設備
。
④線路在發(fā)生繞擊的同時，不要忘記線路仍然會發(fā)生雷擊桿塔和避雷線
④線路在發(fā)生繞擊的同時，不要忘記線路仍然會發(fā)生雷擊桿塔和避雷線
，仍然應降低桿塔接地電阻Rch，加強線路絕緣等措施
，降低雷擊桿塔或避雷線時引起的線路故障
。
在線路通過易雷擊區(qū)時，要遵循一個原則：寧可讓雷打線路桿塔或避雷線
在線路通過易雷擊區(qū)時，要遵循一個原則：寧可讓雷打線路桿塔或避雷線
，而不愿讓雷繞擊到導線上
，因此在線路通過易雷擊區(qū)時，線路應盡量避免從電荷中心邊沿走線
，當無法避開時
，可選擇線路從電荷中心穿越，或讓線路沿主導風向的方向架設
，達到減少雷擊導線的可能性
。
7、雷電的放電通道
，取決于雷電先導的路徑
20世紀60年代中后期
20世紀60年代中后期
，開始應用電氣幾何模型來分析避雷線屏蔽作用。閃擊距離rs與雷電流幅值I L的關系如下：rs =9.4I L 2/3
。分析輸電線路發(fā)生繞擊的電氣幾何模型如附圖1
。圖中，若雷電I Li先導落在Ai Bi弧上
，則將雷擊避雷線;若落在Bi
Ci弧上,則將雷擊導線;若落在Ci Di線上，則將雷擊大地
。中垂線(直線)OK
和拋物線HC1K將空間分成三部分
，中垂線以上部分是擊中避雷線區(qū)，中垂線與拋物線所包圍的區(qū)域為擊中導線區(qū)(繞擊區(qū))
，拋物線以下部分是擊中地面區(qū)。
如果線路桿塔在山坡上
如果線路桿塔在山坡上
，直線Ci Di將變成與山坡平行的一個曲線
，導線對雷電流的捕雷面Bi Ci弧變大，繞擊的機會也變大
。
不僅如此
不僅如此
，雷電先導的發(fā)展還與電荷中心所處的位置有很大關系。如果電荷中心處于輸電線路的側面
，由附圖1不難看出，雷擊導線和地面的機會均存在
，如果電荷中心距離輸電線路比距離地面要小時
，雷電先導向輸電線路方向發(fā)展的可能性就大。
上述輸電線路發(fā)生繞擊的電氣幾何模型圖
上述輸電線路發(fā)生繞擊的電氣幾何模型圖
，是把雷電先導看成是由一個靜止不動的空間電荷所形成的
，在現實生活中要復雜得多，主要是由于空間電荷的分布(這里所指的空間電荷是指某區(qū)域內的集中電荷)隨主導風向的變化而變化
，空間電荷分布的變化和移動，確定了雷電先導發(fā)展方向
，從而也給輸電線路雷擊點的確定提供了理論依據
。
防雷措施是否得當
防雷措施是否得當
，最重要的是準確的判定易雷擊區(qū)，確定電荷中心區(qū)域
，擬定集中電荷的飄移方向
，按線路桿塔的實際位置，有針對性的提出綜合防雷措施
，可得到事半功倍的效果。