雷电感应过电压的计算

雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题【主题】雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题【引言】雷电对电力系统运行安全和电器设备的正常工作造成了巨大的威胁。

在电力系统中，高耸的杆塔是雷击的主要目标之一。

当雷电击中杆塔塔顶时，会产生雷过电压，进而对电力设备和系统造成严重的影响。

本文将以给出的雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题为基础，深入探讨雷过电压的形成机理和防护措施。

【正文】1、雷过电压的形成机理雷电击中杆塔塔顶后，会产生一股巨大的电流。

根据法拉第电磁感应定律，通过这一电流在杆塔附近的地面和线路上都会产生一定的电压。

这种电压被称为雷过电压，是由于雷电击中和通过电流引起的感应电压。

雷过电压的大小与雷电的能量、触击位置以及杆塔结构等因素有关。

2、雷击中杆塔塔顶引起的雷过电压例题以一个具体的例子来说明，一座高压输电线路的杆塔被雷电击中，雷电电流为10kA，击中位置距地面高度为60米。

根据经验公式，此时雷过电压可以计算如下：U雷= K × I × d其中，U雷为雷过电压，K为干扰距离系数，I为雷电电流，d为击中地点距离杆塔塔顶的垂直距离。

根据实测数据，K的典型取值范围为0.2-0.4。

在此例题中，取K=0.3进行计算。

则雷过电压为：U雷= 0.3 × 10 × 60 = 180kV在这个例子中，雷电击中杆塔塔顶后产生的雷过电压高达180kV，远远超过了正常运行电压的数倍，给电力设备带来了严重的威胁。

3、雷过电压的防护措施为了保护电力设备的安全运行，减轻雷电对电力系统的影响，科学合理的防护措施不可或缺。

（1）杆塔避雷器：安装杆塔避雷器是防止雷电击中杆塔塔顶的有效措施。

杆塔避雷器通过引导雷电电荷分布和抑制雷电电势，能将雷电引向大地，有效减轻雷过电压的产生。

（2）全线避雷器：全线避雷器是指将特制的避雷器安装在输电线路上每个杆塔上。

这样一来，就可以在雷击时使得电流分布到每个杆塔上，减小每个杆塔所承受的雷电电流，从而减小雷过电压的产生。

10 kV配电线路防雷分析计算作者：刘波崔朋来源：《硅谷》2014年第22期摘要本文针对以裸导线为主的10 kV配电线路进行实际运行情况研究，分析了雷电对配电线路的危害。

对常规的避雷器、降低接地电阻等防雷措施进行分析，由分析结果提出防雷措施的适用场合。

关键词 10 kV配电线路;防雷;分析中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0106-0110 kV配电线路能够可靠运行且安全供电，对人员安全和企业正常用电均具有重要意义[1]。

因此，为了降低雷电导致的跳闸，需要不断提高10 kV配电线路的防雷水平。

配电线路的安全可靠性、稳定运行、跳闸率的降低均与雷击损坏率密切相关[2]。

为了增强配电线路的防雷水平，应充分考虑线路的运行方式和重要程度，以及所在区域雷电环境、地形地貌的接地电阻等条件，结合以往的当地防雷操作经验积累，进行技术、经济、可操作性等多方面的比较，经充分比较分析后，确定合理有效、现有条件便于操作的保护措施[3]。

1 配电线路防雷水平性能指标用来表征配电线路的防雷能力的两个重要指标时防雷水平和跳闸率。

当雷击配电线路时，线路的防雷水平是此时绝缘子不发生闪络的最大电流值，当雷击线路产生的电流低于最大电流值时，不会产生闪络，否则必然会导致闪络。

雷击的跳闸率是指折算到40个雷雨天气下每100 km的配电线路在一年内由雷击导致的跳闸次数，跳闸率是表征防雷能力的综合指标。

因此，高的防雷水平和低的雷击跳闸率表征配电线路具有良好的防雷能力。

在考虑提高线路的防雷能力措施时，雷击的跳闸率是否能够得到降低是衡量防雷措施设计工作的重要指标。

2 雷击跳闸的条件当雷击配电线路时，线路上的雷击电流值超过最大电流值将导致闪络现象的发生。

闪络具有瞬态特性，持续冲击的时间很短，如果仅仅是闪络的出现一般不会导致跳闸事故的发生。

能引起配电线路跳闸的原因是由于雷击过电压产生的电弧引起的。

一般来说，10 kV配电线路不具备很高的绝缘条件，雷击会不可避免的引起线路对地的闪络，因此配电线路在雷击情况下跳闸必须要满足一下两个条件：第一个是雷击时引起冲击闪络，但是电压超过绝缘子产生的闪络是瞬态的，是微秒级的冲击，在这么短的时间段内，不会引起配电线路的跳闸事故;第二个是闪络转换为工频短路电流电弧，由于电弧持续时间较长，并且相较于闪络冲击更稳定，是导致配电线路跳闸的主要原因。

220KV输电线路防雷研究1绪论雷电在自然生活中常有发生，不管是下雨天还是晴朗的天空，都会发生雷击现象，这是一种很简单的自然现象。

雷击放电电压一般会非常巨大，达到数百万伏特的电压以及数十万安培的电流，因此，虽然雷击放电的时间非常非常短暂，仅约0.01秒，但雷电放电时它所放出的能量是相当惊人的。

雷电的危害主要有以下几方面：1、电流雷电放电时产生的冲击电压非常巨大，达到几万甚至几十万伏特，当这么大的瞬态雷击电压冲击电气设备时，会造成电气设备绝缘损坏甚至电气设备内部线路短路等现象，甚至由此引起电气设备发生爆炸。

2、电流产生的大量的热能，其发生热效应时放出的电流达几十甚至上千安培的电流，该热导致金属熔化，并造成危害事故。

3、雷电流机械效应[造成的危害很大，如果物体被雷击到会发色很难过分裂、坍塌、扭曲甚至爆炸等现象，从而造成大量的财产损失和人员伤亡。

4、雷电流会产生静电感应现象，会引起相邻导体产生与雷电流性质相反的电荷，当这些导体感应出电荷并当其来不及消散事，会产生高压放电现象，从而引起火灾。

5、雷击时将会产生电磁感应，在雷击点感应出超强的交变磁场，由交变磁场感生出的电流会导致某些电气设备过热从而损坏电气设备，并影响供电的稳定以及安全性。

1.1 输电线路防雷设计的重要意义传输线路在电力系统中占据着最重要的作用，它的最大也最突出的作用就是把发电厂发出的电能输送到各个地方，全国各地每个地方都需要用电，它把各个地区的变电站及各个地方所有用电用户联系起来。

输电线路的安全运行在电网中有着不可替代的重要作用，它能否安全运行直接影响着用电用户能否获得电能质量较高的用电以及电网能否稳定的运行。

如果要实现“强电强网”的需要，尽最大可能的满足社会生产和广大人民生活的需要，这是就要保证电力系统输电线路的稳定性及安全运行。

1.2 输电线路防雷设计方法的研究现状目前，输电线路雷电主要从以下几个方面的设计：1、架设避雷线;避雷线的架设在电力系统输电线路中最为常用，它是输电防雷的最主要手段，避雷线的架设最主要的作用就是为防止当发生雷击现象时输电线路遭受绕击影响，其他最用也有很多，如：（1）耦合作用（2）屏蔽作用（3）分流作用，2、降低杆塔接地电阻；1）降低杆塔的接地电阻有助于提高线路的耐雷水平，当输电线路遭到雷击时，随着接地电阻的较少，杆塔的电位也会随之减少，从而使得绝缘子两端的电压减少。

第22卷第3期2021年3月电气技术Electrical EngineeringV ol.22 No.3Mar. 2021500kV某变电站雷电侵入波过电压计算周艳青谌阳（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州 510663）摘要本文以某500kV变电站的电气主接线、设备参数、线路及构架模型等为计算输入，利用电磁暂态程序，对某500kV变电站的雷电侵入波过电压进行了仿真计算，给出了该变电站在工程本期典型运行方式下，变电站设备上雷电过电压的最大值。

根据雷电过电压计算结果，针对主变的最大雷电过电压值高于相应的雷电冲击耐受电压允许值，提出了改进措施，使得主变以及其他设备上的最大雷电过电压值均低于相应的雷电冲击耐受电压允许值，满足雷电防护要求。

关键词：500kV变电站；雷电侵入波；过电压；防雷保护Research on the lightning intruding surge protection for 500kV substationZHOU Yanqing CHEN Yang(China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd, Guangzhou 510663)Abstract This paper takes the main electrical wiring, equipment parameters, transmission tower and gantry model of the 500kV substation as the calculation input, and uses the electromagnetic transient program to simulate the lightning intrusion wave overvoltage. The maximum lightning overvoltage on the substation equipment under the typical operation mode are calculated. Afterimprovement measures are proposed. The maximum lightning overvoltage value on the transformer and other equipment is lower than the allowable value, meets the requirements of lightning protection.Keywords：500kV substation; lightning intruding surge; overvoltage; lightning protection0引言500kV某变电站位于昌都县卡诺镇瓦约村，该站海拔高度为3 200m，年平均雷电日为51.3天。

国家电力公司武汉高压研究所武汉 430074 0 前言我国在500 kV输变电工程设计方面做了大量的研究工作，取得了很大的成绩，但也有不足。

本文着重就500 kV输变电工程设计中的雷电过电压方面的问题提出一些看法。

1 500 kV变电所雷电侵入波保护 1.1 雷击点我国规程规定只计算离变电所2 km以外的远区雷击［1］，不考虑2 km以内的近区雷击。

而实际上对变电所内设备造成威胁的主要是近区雷击。

2 km以外的雷击，雷电波在较长距离传送过程中的衰减和波头变缓，在站内设备上形成的侵入波过电压较低，以它为考察的主要对象不合适。

这可能是沿袭中压系统和高压系统作法，认为进线段有避雷线或加强绝缘，不会因反击或绕击而进波。

实际上，进线段和非进线段并无本质差异，完全可能受雷击而形成入侵波。

在美国、西欧和日本以及CIGRE工作组，均以近区雷击作入变电所侵入波的重点考察对象。

我们所进行大量500 kV变电所侵入波的研究，也均是以近区雷击为主要研究对象，同时也考虑远区雷击。

大量研究表明，近区雷击的侵入波过电压一般均高于远区雷击的侵入波过电压。

有人认为雷击#1塔会在变电所形成最严重的侵入波过电压，以此为近区雷击。

这种想法在某些情况下可能是正确的，但在我国，大多数情况下不合适。

大量研究表明，#１塔和变电所的终端门型构架(也称#0塔)距离一般较近，雷击#1塔塔顶时，经地线由#0塔返回的负反射波很快返回#1塔，降低了#1塔顶电位，使侵入波过电压减小。

而#2、#3塔离#0塔较远，受负反射波的影响较小，过电压较高。

所以仅计算雷击#1塔侵入波过电压不全面。

进线段各塔的塔型、高度、绝缘子串放电电压、杆塔接地电阻不同，也造成雷击进线段各塔时的侵入波过电压的差异。

根据经验，一般为雷击#2或#3塔时的过电压较高。

建议我国现有规程对原以考虑2 km 以外的雷击改为主要考虑2 km 以内雷击，或者兼顾近区和远区雷击，以近区雷击为主。

1.2 雷电侵入波计算方法过去受条件限制，主要依靠防雷分析仪来确定侵入波过电压。

雷电引起的感应过电压的计算1、雷击附近地面时引起地电位升高的计算当建筑物附近遭受直击雷，建筑物的接地体地电位会有所抬高，地电位升高 不仅可能对通信设备造成损害，而且可能造成人身伤亡，因此有必要确定地电位 升高并且采取一定的措施加以预防。

当需要确定雷击接地装置附近接地体地电位(5-5 )式中，UX 为所需计算点电压，正弦反函数以弧度计算，Ig 为经接地装置流 入地中的短路电流，P 为土壤电阻率，r e 为接地装置的计算半径，X 为接地装置 的边缘至计算点的距离土壤电阻率P =30Q • m 取接地电阻为 5Q,由P /2 n r=R ,计算等效半球接地电极的计算半径为:取Ig=30kA ，x=0，当雷击点距离建筑物顶接闪器时、则建筑物的地电位升高为:1 g p. 1 「c 30 X 30 U x = sin 一 = sin2 n c r c +x 3c c2 nnP2T R30 2 n 5=3 0.3183n升高时，可根据距离接地装置的远近分别按公式（5-5）计算。

如图5-2所示:接地极1 空=235.5kV 雷电犬线图5-2建筑物附近发生雷击1）、当雷击点距离建筑物10米时、建筑物接地体的地电位升高为:,,I g P . i r c 30 X30 . U x = sin — = sin 2n c 匚+x 2 冗-n i 0.31830.3183+10= 4.6256kV2当雷击点距离建筑物20米时、建筑物接地体的地电位升高为:1 g P . 1 匚30 X30U x = sin — = sin2 n c r c +x 3c c 2 nn0.31830.3183+20= 2.3488kV真空磁导率国际单位制（SI）中引入的一个有量纲的常量。

常用符号卩0表示，由公式定义，此式是真空中两根通过电流相等的无限长平行细导线之间相互作用力的公式，式中I是导线中的电流强度，a是平行导线的间距，F是长度为I的导线所受到的力，而称卩o为真空磁导率，其值为卩0 = 4 n x 10-7牛顿/安培；=4 n X 10-7韦伯/（安培•米）；=4 n X 10-7亨利/米；卩0中的4 n是为了使常用的电磁学公式的计算得到简化（所以SI制的电磁学部分叫做MKSA有理制），其中的则是为了使电流强度的单位安培（基本单位）接近于实际使用的大小。

配电线路感应雷过电压计算与防护的研究【摘要】经过研究发现，感应雷过电压是导致配电网10kV架空线路产生线路故障和绝缘子闪路的主要原因，故障率可以占到90%。

为了使配电线路的可靠性得到提升并使线路防雷设计有清晰的参考依据，本文对配电线路感应雷过电压计算和防护的研究很有必要。

【关键词】配电线路；感应雷过电压；防护措施1.雷电放电过程及雷电流1.1雷电流的物理过程在运动比较强烈的对流云中，当云体处在零摄氏度一下时，会出现冰晶和过冷水滴共存的现象，冰晶之中存在着大量的自由离子，有的带正电，有的带负电。

在温度升高之后，正负离子的浓度会不断加大，如果在冰晶的两端温差稳定，那么随着温度的升高，较冷的一端会出现多余的正电荷，较热的一端则会出现多余负电荷。

当冰晶发生破裂时，会造成一部分冰晶带正电，一部分带负电。

目前，广大的专家和学者认为温差起电机理是形成雷雨云起电的最主要因素。

当雷云聚集区形成的电场强度达到放电的临界点时，就会出现雷电放电现象，放电的种类分为雷云内部、雷云与大地、雷云和雷云以及雷云与空气。

一般情况下，雷电放电发生在云体的内部，不会威胁到电力系统。

但是当雷云对大地放电时，会引起电磁场机理的变化，进而对电力系统产生严重影响。

雷云和大地之间产生的雷电主要分为向下负雷电、向上正雷电、向下正雷电和向上负雷电四种。

1.2雷电流的数学模型1.2.1 Heidler模型i（0，t）=I0/η[kns/（1+kns）]exp（-t/τ2）式中I0为峰值电流，η为峰值，，ks=t/τ是电流陡度因子，一般情况下取n=10。

这是基于霍德勒模型（Heidlermodel）和传输线模型（TLmodel）提出的，适用于首次雷击（10/350μs）和后续雷击（0.25/100μs）。

这里Heidler函数的上升沿由kns/（1+kns）项决定，而指数项exp（-t/τ2）决定了其衰减部分。

1.2.2脉冲函数模型i（0，t）=I0/η[1-exp（-t/τ1）]nexp（-t/τ2），t≥0脉冲函数第一项为击穿电流，第二项是电晕电流。