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一、架空输电线路雷电过电压概述
架空输电线路地处旷野，绵延数千千米，很容易遭受雷击.雷击是造成线路跳闸的主要原因.同时，雷击线路形成的雷电过电压波.沿线路传播侵人变电所.也是危害变电所设备运行的重要因素。
根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为两种。一是直击雷过电压。它是雷电直接击中杆塔、避雷线或导线（见图2. 1中①、②或③）引起的线路过电压。二是感应雷过电压。它是在雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。运行经验表明.直击雷过电压对电力系统的危害大，感应雷过电压只对35 kV及其以下的线路有威胁。图2.1 雷击输电线路部位示意图
按照雷击线路部位的不同，直击雷过电压又分为两种情况.一种是雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高.当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为这时杆塔或避雷线的电位(值)反而高于导线。故通常称为反击。另一种是雷电直接击中导线(无避雷线时)或绕过避雷线(屏蔽失效)击中导线.直接在导线上引起过电压。后者通常称为绕击。
雷击线路可能导致两种破坏性后果。一是使线路发生短路接地故障。雷电过电压的作用时间虽然很短(数十秒)，但导线对地(避雷线或杆塔)发生闪络以后，工频电压将沿此闪络通道继续放电，进而发展成为工频电弧接地。此时继电保护装置将会动作，使断路器跳闸，影响线路正常送电。二是形成沿输电线路侵人变电站的雷电波，在变电站内产生复杂的折反射过程，可能使电力设备承受很高的过电压，以致设备绝缘破坏.造成停电事故。
输电线路防雷性能的优劣，工程上主要用耐雷水平和雷击跳闸率这两个指标来衡盆。耐雷水平是指线路遭受雷击时所能耐受的不致引起绝缘闪络的大雷电流幅值(单位为kA).耐雷水平越高，线路的防雷性能越好.雷击跳闸率是指在折算至年雷电日数为40的标准条件下.每百千米线路每年因雷击引起的线路跳闸次数.单位为:次/百千米·年。需击跳闸率是衡量线路防雷性能的综合性指标。二、感应过电压
在雷云对地放电过程中.放电通道周围的空间电磁场将发生急剧变化。因而当雷击输电线附近的地面时，虽未直击导线。由于雷电过程引起周围电磁场的突变，也会在导线上感应出一个高电压来.这就是感应过电压。感应过电压包含静电感应和电磁感应两个分量，一般以静电感应分量为主。
虽然对于感应过电压形成的物理解释已经有了一个比较一致的认识，但由于难以得到雷电放电过程的原始数据等原因，感应过电压有多种不同的计算方法，而且结果还差别较大。
由于感应过电压对各相导线来说基本相同，所以不会发生相间闪络。又由于感应过电压是因电磁感应而产生的，其极性与雷云电荷.即与雷电流的极性正相反，因而绝大部分感应过电压是正极性的，这一点与直击雷过电压不同。另外，感应过电压的波形较直击雷过电压更平缓，波头由几秒至几十秒，波尾则可达数百秒。避雷线由于对导线有屏蔽作用.因而能降低导线上的感应过电压幅值。避雷线与导线间的藕合系数越大，导线上的感应过电压就越低。
三、雷击导线过电压
无避雷线的线路，当雷闪放电过分靠近线路时，发生的就不是雷击地面的感应过电压，而是雷电直击导线的过电压。在我国110 kV及其以上线路一般都架
有避雷线.以免导线直接遭受雷击，但由于各种偶然因素的影响.仍有可能发生避雷线屏蔽失效.雷电绕过避雷线而击中导线的情况，通常称绕击.
绕击发生的概率虽然很低，但一旦雷电击中导线，导致线路跳闸的几率将很高。四、雷击塔顶过电压
雷击塔顶(包括雷击塔顶附近的避雷线)时，杆塔电感与接地电阻的存在将使塔顶电位瞬时升高，其电位位甚至大大超过导线电位，引起绝缘子串闪络，即反击，造成线路跳闸，同时在线路上形成向线路两侧传播的过电压波.过电压波侵人发电厂、变电站。
除上述二种雷电过电压外，还有一种雷击避雷线挡距中央时的过电压.国内外大量的运行经验表明，此时引起挡距中央避需线与导线空气问隙发生闪络是非常罕见的，故对这种雷电过电压此处不再分析。
应当指出，上面的感应过电压、雷击导线过电压、雷击塔顶过电压的计算公式都没有考虑绝缘子串的运行电压，亦即导线的运行电压.对220 kV及其以下的线路来说，运行电压所占比重不大，一般可以忽略。但在超高压线路中，随着电压等级的提高，工作电压不应再被忽略，有人建议至少应按照导线运行相电压峰值的一半来考虑，且电压极性与雷电流极性相反。因为任何时刻都至少有一相导线运行在与雷电流相反的极性下。如果按照统计法计算，则雷击时的导线工作电压瞬时值及其极性应作为一个随机变来考虑。但这些还都没有列入电力行业的相关规程中。
五、雷击跳闸率
当雷闪放电造成线路产生雷电过电压时，若雷电流超过相应情况下的耐雷水平，则导致线路绝缘发生闪络。但雷电过电压的持续时间极短，只有几十秒、高压开关还来不及跳闸.只有当冲击闪络后的闪络通道发展成稳定的工频电弧时才会导致线路跳闸。这些过程都有随机性。因此工程中除耐雷水平外.还采用雷击跳闸率作为一个综合指标，来衡量线路防雷性能的优劣。我国电力行业标准DL/T 620 1997给出了一般上壤电阻率地区有避雷线线路的耐雷水平和雷击跳闸率数值.见表2.
表2 架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率
1、优点：电路简单，采用复合对称电路，共模、差模全保护，L、N可以随便接。
2、缺点：压敏电阻RV1短路失效后易引起火灾。好在每个压敏电阻上串联一个工频保险丝以防压敏电阻短路起火。如果L、N线不可能接反，则可省去压敏电阻RV2、RV3，将放电管G的上端直接接到N线上，构成“1+1”电路。
3、压敏电阻的压敏电压值参照下表选取（选压敏电压高一点的更、耐用，故障率低，但残压略高）；根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，或采用几个压敏电阻并联（应挑选压敏电压相近的并联，以延长使用寿命和确保）。
4、陶瓷气体放电管的通流容量根据要求的通流容量选择，直流击穿电压为470V～600V。当防雷器要求的通流容量≤3KA时，可以用玻璃放电管代替。
5、压敏电阻和气体放电管都必须按冲击10次以上的降额值计算通流容量（压敏电阻为一次冲击通流容量的三分之一左右，气体放电管为大通流容量的一半左右）
消费者在选购防雷器时往往了解不足，对防雷器存在多种误区，造成选择不当。选购防雷器有哪些注意事项呢?
点：防雷器外形和尺寸：
防雷器外形和尺寸与制造防雷器的阀片材料相关的。根据防雷器的使用环境，如果使用空间大不必可虑防雷器外形尺寸;如果使用在室内，那么要对防雷器的尺寸进行考虑：碳化硅防雷器SiC阀片，单位通流容量仅为ZnO阀片的1/4，在相同通流能力条件下，SiC阀片直径较大，防雷器外径也大;在相同额定电压和残压条件下，碳浪涌保护器化硅防雷器高度比氧化锌防雷器大。
第二点：防雷器性价比：
无间隙氧化锌防雷器的阀片，长时间受到电网电压作用，环境条件苛刻，在出厂时要对阀片进行严格检验。无间隙氧化锌防雷器的阀片承受暂态过电压的能力较弱，不能应用于3-35kv的电网中。对于间隙氧化锌防雷器串联使用，阀片长期作业不受损坏。
第三点：防雷器使用寿命：
使用环境、质量、耐用程度等等多方面因素都影响着防雷器的使用寿命。阀门的老化程度直接影响着防雷器的使用寿命。串联间隙氧化锌防雷器的间隙阀片耐久，无间隙氧化锌防雷器的阀片次之，碳化硅防雷器阀片寿命短，时间一般为7-10年，如果使用条件苛刻的话使用寿命会大大缩短。串联间隙氧化锌防雷器的阀片综合寿命高达20年以上。
雷云对大地的电压低则几百万伏，高则数千万伏，甚至更高，雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均为30多千安，它的瞬时功率很高，由于瞬时功率很大，所以它的破坏力是相当大的。
到现在为止.直击雷的防护都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流引下来，然后通过良好的接地装置迅速而地引入大地。
常用的接闪装置，如避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等，它们都是用金属做成，安装在建筑物的高点，如屋脊或尾角等易受雷击的地方。避雷网是用金属线、带做成的网格，架在建筑物顶部空间或者利用建筑物屋面板筋连接成网格状，然后与大地可靠地连接。
当高空出现雷云的时候，大地上由于静电感应作用，必然带上与雷云相反的电荷，然而接闪设备(避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等)都处于地面上建筑物的高处.与雷云的距离近，而且与大地有良好的电气连接，所以它与大地有相同的电位、以致接闪设备附近空间电场强度相对比较大.比较容易吸引需电先导，使主放电集中到地面，因而在它附近尤其是比它低的物体受雷击的几率就大大减少。而接闪器被雷击的几率却大大提高，所以就接闪器本身而言.它不但不能避免雷击.相反是招来更多的雷击，它以自身多受雷击而使周围免受雷击.
由于接闪器都与大地有良好的电气连接，使大地积存的电荷能量迅速与雷云的电荷中和。这样由雷击而造成的过电压的时间大大地缩短.雷击危害性就
大大减少。
雷击的时候，雷云通过接闪器向大地放电的过程，可以近似用RC放电过程来模拟。因为大地和雷云之间相当于一个充了电的电容器，如图1.5所示。图中雷云与大地之间的电容用电容器C表示.雷云内部和雷电流通道的电阻用R1表示，接闪器和它与大地之间连接的电阻(包括连接线的电阻和接地体的散流电
阻)用R2来表示。
由等效电路图可知，雷击时电流i与R及接闪器上的高电压相互关系适合
RC放电方程:
iR-Uc=0
R=R1+R2
式中:R1-雷云内部和雷电流通道的电阻;
R2-接闪器和它与大地之间的连接电阻。
雷电流源的电阻包括主放电通道的电阻，大约几千欧，如果把带电的雷云当作电源，接闪器到大地看作是负载。那么，放电的时候就相当于一个有几千欧内阻的电源，与一个仅有几欧接地电阻和少许引线的阻抗的负载连接(如图1.5所示)，这电源一般为几百万伏和几千万伏，甚至更高。雷击时接闪器对大地的电压就是雷云的电压，在雷云内阻(包括通道电阻)与接地电阻(包括引线电阻)的分压，接地电阻越小.其分压值越小，相对来讲就越。所以，理论上要求避雷装置接地电阻越小越好，但是如果要求做到接地电阻很小，势必造价很高。工程上往往只要求做到足够的范围即可。以上说明避雷装置必须有足够可靠和足够小接地电阻的接地装置，否则它不但起不到避雷的作用，反而增加雷击的危险。
需要指出的是,大气变化是大规模的，雷云的发生也是大规模的，而且雷云的移动受很多可变因素支配.很多条件是随机的，因此，认为有了避雷装置就万无一失的想法是错误的。避雷装置只能大大地减少被雷击的可能性。
（a）雷击时雷云与大地的示意图
（b）雷击时的等效电路图
图1.5 雷击时的电气原理图
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