,高电压工程基础,
施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著刘青（西安科技大学）制作第 10章 输电线路的防雷保护
10.1 输电线路防雷的原则和措施
10.2 线路感应雷过电压
10.3 输电线路的直击雷过电压
10.4 输电线路雷击跳闸率的计算高电压工程基础高电压工程基础
10.1 输电线路防雷的原则和措施雷击线路附近地面雷击塔顶雷击档距中央的避雷线 雷击导线输电线路防雷的任务：
采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。
感应雷过电压直击雷过电压高电压工程基础输电线路防雷的措施（“四道防线”）：
(1) 防止雷直击导线沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合
(2) 防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，
在个别杆塔上采用避雷器等
(3) 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式
(4) 防止线路中断供电采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施高电压工程基础衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平（单位,kA）
雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
雷击跳闸率（单位：次 / l00km·40雷电日）
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度。
高电压工程基础
10.2 线路感应雷过电压静电场突然消失 静电分量主放电产生脉冲磁场 静电分量高电压工程基础
无避雷线时的感应雷过电压实测表明，感应过电压峰值最大可达 300 ~ 400kV。这对 35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故； 110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，
且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络。
α —— 感应过电压系数,kV/m，其值等于以 kA/μs为单位的雷电流平均陡度值，即 α = I / 2.6。
hd —— 导线平均高度,m。
雷击线路附近地面,d25 IhU
s?
雷击杆塔或线路附近避雷线,
dUh
高电压工程基础
有避雷线时的感应雷过电压
cc' ( 1 )U U K U K U
Kc 为避雷线与导线之间的耦合系数。如前所述，其值只决定于导线间的相互位置与几何尺寸。线间距离越近，
则耦合系数 Kc 愈大，导线上感应过电压愈低。
避雷线在导线上耦合出来的电压高电压工程基础
10.3 输电线路的直击雷过电压
无避雷线时的直击雷过电压雷击点电压：
1002 2 4A I Z I ZUI
输电线耐雷水平：
50%
100
UI?
1,雷击导线的过电压及耐雷水平高电压工程基础塔顶电位：
c h g t c h g t
d ( / 2,6 )
d
IU I R L I R L
t
导线电位：
dd' 2,6
IU h h
绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝
j c h gt d( ') ( / 2,6 / 2,6)U U U I R L h
耐雷水平：
50%
c h gt d/ 2.6 / 2.6
UI
R L h
2,雷击塔顶时的过电压及耐雷水平高电压工程基础
有避雷线时的直击雷过电压
1,雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平雷击点电压：
1002 2 4A I Z I ZUI
输电线耐雷水平：
50%
100
UI?
此时，避雷线只起到降低绕击率的作用：
平原线路：
al g 3.9086
hp
山区线路：
al g 3.3586
hp
高电压工程基础
2,雷击塔顶时的过电压及耐雷水平塔顶电位：
g t g c h g t g g c h g t
d ( / 2,6 )
d
iu i R L I R L
t
导线电位：
c g t c g c h g t d c
c g c h g t d c
( / 2,6 ) ( 1 )
( / 2,6 ) ( 1 )
2,6
K U K I R L h K
IK I R L h K
g(1 )igi?
绝缘子承受电压：
j g c h g t c d c( / 2,6 ) ( 1 ) ( 1 )2,6
IU I K L K h K
g c h g gt d c( / 2,6 / 2,6)( 1 )I R L h K
输电线路耐雷水平,50%
c g c h g t d( 1 ) [ ( / 2,6) / 2,6]
UI
K R L h
高电压工程基础分流系数：
c h g gt g b gd ( ) / dR t L L t t t
额定电压 (kV) 110 220 330 500
单避雷线 0.90 0.92 — —
双避雷线 0.86 0.88 0.88 0.865~ 0.822
g
gt ch
bb
1
1
L R
t
LL
g
gt ch
bb
1
1 1.3
L R
LL
t 取 0 ~ 2.6 μs的平均值高电压工程基础
3,雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙
(0,0 1 2 1 )s l m
A s s
1 d 1
2 d 2
IU L L
t
s A c s c
1( 1 ) ( 1 )
2U U K L K
电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求，
雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。
所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。
高电压工程基础
10.4 输电线路雷击跳闸率的计算根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的避雷线和导线对地面的遮蔽宽度取 4hd + b,hd是上导线的平均高度,b为避雷线之间的宽度，这样,l00km输电线路对地面的遮蔽面积，
或受雷害面积（ km2）为：
3dd( 4 ) 10 100 0.1 ( 4 )A h b h b
地面落雷密度 γ为 0.07，如果取每年 40个雷暴日作为标准值，每年 l00km输电线路受到的雷击次数（ 次 / (100km·40雷电日 )）为：
d0,2 8 ( 4 )N h b
2 d a 20,2 8 ( 4 )n h b p p
高电压工程基础
反击跳闸率 n1（ 次 / 100km·40雷电日 ）
1 d 10,2 8 ( 4 )n h b g p
雷击次数 击杆率 建弧率雷电流幅值大于雷击塔顶的耐雷 水平 I1 的概率
绕击跳闸率 n2（ 次 / 100km·40雷电日 ）
雷击次数 绕击率 建弧率雷电流幅值大于雷绕击的耐雷 水平
I2 的概率高电压工程基础
1 2 d 1 a 20,2 8 ( 4 ) ( )n n n h b g p p p
电压等级（ kV） 500 330 220 110
雷击杆塔时耐雷水平（ kA） 125 ~175 100 ~ 150 75 ~ 110 40 ~ 75
平原跳闸率
（次 /百公里 ·年） 0.081 0.121 0.252 0.833
山区跳闸率
（次 /百公里 ·年） 0.17 ~ 0.42 0.27 ~ 0.60 0.43 ~ 0.95 1.18 ~ 2.01
架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率高电压工程基础例 10-1 某 220kV 线路，假定杆塔冲击接地电阻 Rch = 7Ω，绝缘串由 13 片 X-7组成。其正极性冲击放电电压 U50% 为 1410kV，
负极性冲击放电电压 U50% 为 1560kV。架设双避雷线，避雷线弧垂为 7m,导线弧垂为 12m,避雷线半径为 5.5mm 。求该线路的耐雷水平及雷电跳闸率。
解,1．计算几何参数
（ l）避雷线与导线的平均高度
b p b b
22 2 9,1 7 2 4,5
33h h fd p d d
222 3,4 1 2 1 5,4
33h h f
（ 2）避雷线对外侧导线的耦合系数
c 0 c 1 c 0 1,2 5 0,2 2 9 0,2 8 6K K K
gt 0,5 2 9,1 1 4,5L
（ 3）杆塔电感 Lgt
高电压工程基础
2．雷击塔顶时分流系数查表
g 0.88
3．雷击塔顶时的耐雷水平 I1
50%
1
g c h gt dp c
116[ ( / 2.6) / 2.6] ( 1 )UI R L h K
1 4,8 %p?
5．计算绕击耐雷水平 I2
2 15.6I?
4．雷电流超过 I1 的概率
6．雷电流超过 I2 的概率 2 6 6,5 %p?
7．击杆率 g，绕击率 pa,建弧率 η
1 / 6g? a 0,1 4 4 %p? 0.80
高电压工程基础
8．线路的雷电跳闸率 n
bp 1 a 20,28 ( 4 ) ( )n h b gp p p
1 4,8 0,1 4 4 6 6,50,2 8 ( 4 2 4,5 1 1,6 ) ( ) 0,8 0
6 1 0 0 1 0 0 1 0 0
0.220? 次 / (100km·40雷电日 )
施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著刘青（西安科技大学）制作第 10章 输电线路的防雷保护
10.1 输电线路防雷的原则和措施
10.2 线路感应雷过电压
10.3 输电线路的直击雷过电压
10.4 输电线路雷击跳闸率的计算高电压工程基础高电压工程基础
10.1 输电线路防雷的原则和措施雷击线路附近地面雷击塔顶雷击档距中央的避雷线 雷击导线输电线路防雷的任务：
采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。
感应雷过电压直击雷过电压高电压工程基础输电线路防雷的措施（“四道防线”）：
(1) 防止雷直击导线沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合
(2) 防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，
在个别杆塔上采用避雷器等
(3) 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式
(4) 防止线路中断供电采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施高电压工程基础衡量输电线路防雷性能的两个指标：
耐雷水平（单位,kA）
雷击线路不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值，称为线路的耐雷水平。线路的耐雷水平愈高，线路绝缘发生闪络的机会就愈小。
雷击跳闸率（单位：次 / l00km·40雷电日）
雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度。
高电压工程基础
10.2 线路感应雷过电压静电场突然消失 静电分量主放电产生脉冲磁场 静电分量高电压工程基础
无避雷线时的感应雷过电压实测表明，感应过电压峰值最大可达 300 ~ 400kV。这对 35kV及以下的水泥杆线路可能引起闪络事故； 110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，一般不会引起闪络事故，
且感应过电压同时存在于三相导线上，故相间不存在电位差，只能引起对地闪络。
α —— 感应过电压系数,kV/m，其值等于以 kA/μs为单位的雷电流平均陡度值，即 α = I / 2.6。
hd —— 导线平均高度,m。
雷击线路附近地面,d25 IhU
s?
雷击杆塔或线路附近避雷线,
dUh
高电压工程基础
有避雷线时的感应雷过电压
cc' ( 1 )U U K U K U
Kc 为避雷线与导线之间的耦合系数。如前所述，其值只决定于导线间的相互位置与几何尺寸。线间距离越近，
则耦合系数 Kc 愈大，导线上感应过电压愈低。
避雷线在导线上耦合出来的电压高电压工程基础
10.3 输电线路的直击雷过电压
无避雷线时的直击雷过电压雷击点电压：
1002 2 4A I Z I ZUI
输电线耐雷水平：
50%
100
UI?
1,雷击导线的过电压及耐雷水平高电压工程基础塔顶电位：
c h g t c h g t
d ( / 2,6 )
d
IU I R L I R L
t
导线电位：
dd' 2,6
IU h h
绝缘子承受电压＝塔顶电位－导线电位＝
j c h gt d( ') ( / 2,6 / 2,6)U U U I R L h
耐雷水平：
50%
c h gt d/ 2.6 / 2.6
UI
R L h
2,雷击塔顶时的过电压及耐雷水平高电压工程基础
有避雷线时的直击雷过电压
1,雷绕过避雷线击于导线的过电压及耐雷水平雷击点电压：
1002 2 4A I Z I ZUI
输电线耐雷水平：
50%
100
UI?
此时，避雷线只起到降低绕击率的作用：
平原线路：
al g 3.9086
hp
山区线路：
al g 3.3586
hp
高电压工程基础
2,雷击塔顶时的过电压及耐雷水平塔顶电位：
g t g c h g t g g c h g t
d ( / 2,6 )
d
iu i R L I R L
t
导线电位：
c g t c g c h g t d c
c g c h g t d c
( / 2,6 ) ( 1 )
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K U K I R L h K
IK I R L h K
g(1 )igi?
绝缘子承受电压：
j g c h g t c d c( / 2,6 ) ( 1 ) ( 1 )2,6
IU I K L K h K
g c h g gt d c( / 2,6 / 2,6)( 1 )I R L h K
输电线路耐雷水平,50%
c g c h g t d( 1 ) [ ( / 2,6) / 2,6]
UI
K R L h
高电压工程基础分流系数：
c h g gt g b gd ( ) / dR t L L t t t
额定电压 (kV) 110 220 330 500
单避雷线 0.90 0.92 — —
双避雷线 0.86 0.88 0.88 0.865~ 0.822
g
gt ch
bb
1
1
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t
LL
g
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bb
1
1 1.3
L R
LL
t 取 0 ~ 2.6 μs的平均值高电压工程基础
3,雷击避雷线档距中央的过电压及空气间隙
(0,0 1 2 1 )s l m
A s s
1 d 1
2 d 2
IU L L
t
s A c s c
1( 1 ) ( 1 )
2U U K L K
电力系统多年的运行经验表明，间距只要满足上式要求，
雷击档距中央避雷线时，导线与避雷线间一般不会发生闪络。
所以，在计算雷击跳闸率时，不计及这种情况。
高电压工程基础
10.4 输电线路雷击跳闸率的计算根据模拟试验和运行经验，一般高度线路的避雷线和导线对地面的遮蔽宽度取 4hd + b,hd是上导线的平均高度,b为避雷线之间的宽度，这样,l00km输电线路对地面的遮蔽面积，
或受雷害面积（ km2）为：
3dd( 4 ) 10 100 0.1 ( 4 )A h b h b
地面落雷密度 γ为 0.07，如果取每年 40个雷暴日作为标准值，每年 l00km输电线路受到的雷击次数（ 次 / (100km·40雷电日 )）为：
d0,2 8 ( 4 )N h b
2 d a 20,2 8 ( 4 )n h b p p
高电压工程基础
反击跳闸率 n1（ 次 / 100km·40雷电日 ）
1 d 10,2 8 ( 4 )n h b g p
雷击次数 击杆率 建弧率雷电流幅值大于雷击塔顶的耐雷 水平 I1 的概率
绕击跳闸率 n2（ 次 / 100km·40雷电日 ）
雷击次数 绕击率 建弧率雷电流幅值大于雷绕击的耐雷 水平
I2 的概率高电压工程基础
1 2 d 1 a 20,2 8 ( 4 ) ( )n n n h b g p p p
电压等级（ kV） 500 330 220 110
雷击杆塔时耐雷水平（ kA） 125 ~175 100 ~ 150 75 ~ 110 40 ~ 75
平原跳闸率
（次 /百公里 ·年） 0.081 0.121 0.252 0.833
山区跳闸率
（次 /百公里 ·年） 0.17 ~ 0.42 0.27 ~ 0.60 0.43 ~ 0.95 1.18 ~ 2.01
架空输电线路典型杆塔的耐雷水平及雷击跳闸率高电压工程基础例 10-1 某 220kV 线路，假定杆塔冲击接地电阻 Rch = 7Ω，绝缘串由 13 片 X-7组成。其正极性冲击放电电压 U50% 为 1410kV，
负极性冲击放电电压 U50% 为 1560kV。架设双避雷线，避雷线弧垂为 7m,导线弧垂为 12m,避雷线半径为 5.5mm 。求该线路的耐雷水平及雷电跳闸率。
解,1．计算几何参数
（ l）避雷线与导线的平均高度
b p b b
22 2 9,1 7 2 4,5
33h h fd p d d
222 3,4 1 2 1 5,4
33h h f
（ 2）避雷线对外侧导线的耦合系数
c 0 c 1 c 0 1,2 5 0,2 2 9 0,2 8 6K K K
gt 0,5 2 9,1 1 4,5L
（ 3）杆塔电感 Lgt
高电压工程基础
2．雷击塔顶时分流系数查表
g 0.88
3．雷击塔顶时的耐雷水平 I1
50%
1
g c h gt dp c
116[ ( / 2.6) / 2.6] ( 1 )UI R L h K
1 4,8 %p?
5．计算绕击耐雷水平 I2
2 15.6I?
4．雷电流超过 I1 的概率
6．雷电流超过 I2 的概率 2 6 6,5 %p?
7．击杆率 g，绕击率 pa,建弧率 η
1 / 6g? a 0,1 4 4 %p? 0.80
高电压工程基础
8．线路的雷电跳闸率 n
bp 1 a 20,28 ( 4 ) ( )n h b gp p p
1 4,8 0,1 4 4 6 6,50,2 8 ( 4 2 4,5 1 1,6 ) ( ) 0,8 0
6 1 0 0 1 0 0 1 0 0
0.220? 次 / (100km·40雷电日 )
