福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书
Ug?25ILhd（kV）（3-1) s其中，IL为雷电流幅值，kA； hd为导线高度，m；
s为雷击点离导线的距离，m。
发生雷击时考虑到地面受雷击位置的接地电阻偏大，可大致估算雷电流峰值IL不超过100kA。通过实际测试可得感应过电压最大值大致为300kV到400kV之间。 在输电线上方若设有避雷线，可视为加大导线的对地电容，可导致导线的感应过电压降低。设输电线离地高度平均值 hd，避雷线离地高度平均值hb，在避雷线不接地的情
况下可根据（3-1）式分别计算得出输电线与避雷线各自的感应过电压Ugd、Ugb：
Ugd?25Ugb?25ILhd（3-2） sILhb（3-3） s在实际情况中，避雷线需经过杆塔接入地面，因此其电位为0。假设避雷线上有一个电位-Ugb，导致输电线形成耦合电位k（-Ugb ），因此实际情况下输电线上感应过电压Ugd为：
U’gd?Ugd-kUgb?Ugd（1-k）（3-4）
上式中k为输电线与避雷线间的耦合系数。 3.1.2雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压
（3-1）与（3-4）仅适用于落雷距离大于65m的情况下，而实际情况中由于输电线路自身的引雷作用导致线路或杆塔上方遭受雷击。
当雷击在线路杆塔的上方情况下，主放电通道导致的磁场变化将引发输电线中过电压的产生，且其极性与雷电电压极性相反。通过下式进行不超过40m高度的避雷线缺省线路中输电线感应过电压峰值计算：
Ugd?ahd（3-5）
上式中，a是感应过电压系数，单位：kV/m，a≈IL/2.6。 而有避雷线时，导线上的感应过电压相应为
U’gd?ahd（1-k）（3-6）
其中，k为耦合系数。
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3.2直击雷过电压原理
在某些情况下，雷电将直接击中建筑物和电气设备，这种雷便是直击雷。直击雷将对建筑物和电气设备造成直接的电、热和机械力方面的损害。为了使电力设备、建筑物及其内部设施减小或避免受到雷击的伤害，必须采取一定的防护措施。。输电线路可能遭遇以下几种直击雷：杆塔顶端雷击、避雷线档距中心雷击、绕过避雷线对输电线进行雷击（即常说的绕击）。
3.2.1雷击杆塔时的反击过电压
当杆塔顶端遭遇雷击时，部分大小为iL的负电流沿杆塔主体向下流动，余下大小为ib均分为二流向相邻的杆塔；而与负电流大小相同的正电流igt则由塔顶沿主放电通道向上流动。雷击塔顶雷电流的等值电路如图3-2所示。
2Lbib2iL2Lbib2igtLbiLibLgtigtRchLgtRch
图3-2 雷击塔顶雷电流的等值电路
由于避雷线的分流作用，igt小于iL，则
igt??iL （3-7）
其中，β为塔杆的分流系数。
dii?塔顶电位Utd由下式计算，取dt2.6，
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Utd??IL（Rch?Lgt） （3-8） 2.6其中，Lgt为杆塔的等值电感，Lb为避雷线的等值电感，单位：μH/m； Rch为杆塔的冲击接地电阻，Ω。
避雷线与塔顶相连，其电位等于塔顶电位为Utd，引起输电线所出现的耦合电位kUtd，极性与雷电电压一致。输电线上存在极性相反的感应过电压ahd（1-k）。则输电线总电位值计算如下：
Ud?kUtd-ahd（1-k） （3-9）
塔顶电位和导线电位之差即是线路绝缘子上两端电压，取a?线路绝缘子上的电压值Uj的计算如下：
Uj?IL（1-k）（?Rch??Lgthd?）（3-10） 2.62.6IL，代入（3-8）则2.6低于220kV的电路中，工作电压在总电压中比例较小，影响也较小，可直接忽略，因此计算当中忽略输电线的工作电压。 3.2.2雷击避雷线
如图3-3，Z0是主放电通道的波阻抗，Zb是避雷线的波阻抗。电压波UA从雷击点A沿避雷线向相邻杆塔传去，A的最高电位出现在t?2?l2vb?lvb，l为档长距离，vb
为避雷线中的波速时刻。雷击点A的最高电位UA可按下式进行计算：
UA?alZ0Zb（3-11）
vb2Z0?ZbiZb2Z0ASZbl 图3-3 雷击避雷线档距中央
输电线因与避雷线间耦合作用所形成kUA，因此遭受雷击避雷线档距中央线路间隙s所受电压峰值US根据下列式子进行计算：
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US?alZ0Zb （3-12）
vb2Z0?Zb当此电压Us超过空气间隙S的放电电压时，间隙将发生击穿。则可知为确保间隙不被击穿，空气间距s需满足下列条件：
S?0.012l?（1m） （3-13）
3.2.3雷绕击导线
输电线路中避雷线的安装并不能百分百的避免输电线直接遭受雷击事故的发生，绕击将有较低的几率发生，具有较大的危害性。
1i2Z0ZdAZdiZ0Zd2uAiA(a)(b)图3-4 雷电绕过避雷线击于导线和等效电路
绕击时的电压UA为
UA?ILZ0Zd （3-14）
2Z0?Zd - 9 -
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4输电线路的耐雷水平和雷击跳闸率
4.1输电线路的耐雷水平
4.1.1雷击杆塔时的耐雷水平
在式（3-10）中显示了线路上绝缘承受的电压与雷电流之间的正比关系。在绝缘子串的U50%小于Uj的情况下，绝缘将出现闪络。实际情况中90%以上的雷电流为负极性电流，且绝缘子串下端为正极性时U50%较低，因此需U50%取下端为正极性时的值作为标准。取式（3－10）中Uj的值为U50%时，雷击杆塔时的耐雷水平I1便可计算得到：
U50%（4-1） I1?Lgthd（1-k）（?Rch????）2.62.6根据（4-1）可得出k越小越容易出现反击，因而计算对象需选择距离避雷线较远的输电线。
根据我国明文制定的有关条例，不同电压等级的线路在遭遇雷击杆塔时，其最低耐雷水平如表4-1。
额定电压 35 （kV） 110 220 330 500 耐雷水平 20～30 （kA） 40～75 75～110 100～150 125～175 表4-1 有避雷线线路的耐雷水平
从式（4-1）可知，线路的耐雷水平受到分流系数β、杆塔电感Lgt、杆塔接地电阻Rch、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的冲击闪络发生电压U50%等因素的限制。在实际的防雷操作中，减小冲击接地电阻Rch和增加导地线间的耦合系数k是目前较为主流的提升线路耐雷水平的手段。而降低杆塔接地阻Rch亦可以对一般高度杆塔的输电线路的耐雷水平有较大的提高。
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