架空线路雷电感应过电压的计算方法

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1、架空线路雷电感应过电压的计算方法陆小花；潘文霞；范永威（河海大学电气工程学院，江苏南京210098）摘要：本文根据计算雷击导线附近大地时架空线路上2Chowdhuri-Gross模型计算雷电感应过产生的感应过电压，需要建立雷击通道模型和场线耦合模电压[4]型的基础上，着重介绍了三种计算雷击导线附近大地时架计算雷电感应过电压时，为了使计算不过于空线上产生的感应过电压的方法，并对这三种方法分别进复杂且又能基本反映雷电感应过电压的值，做了行了一些分析。如下假设:关键词：雷电感应；过电压；模型；仿真（1）雷击垂直于大地；（2）雷电流以恒定的回击速度向上传播；（3）只考

2、虑雷电回击过程中产生的电磁场；0引言（4）雷电流的波形为直角波；架空线路雷电感应过电压的计算是电力线路（5）架空线是理想导线，无损耗，且大地为绝缘设计、采取防雷保护措施的基础计算。有研良导体。究表明：6kV或10kV的架空线路由雷击引起线计算时所采用的坐标系为空间直角。将地面路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是作为xy平面，雷击地面时的落雷点作为坐标系的感应雷过电压，感应过电压导致的故障比率超过[5]原点，主放电通道的中心线为z轴，设导线与原90%。因此，架空线路的雷电感应过电压计算点的水平距离为y0，m；导线离地面的高度为h，具有重要意义。m且导线沿x

3、轴方向。如图1所示为计算用的国内外的许多专家学者先后提出了多种计算Chowdhuri-Gross感应过电压耦合电路模型:雷击导线附近大地时架空线上产生的感应过电压[2][4]的方法。计算雷击导线附近大地时架空线路IIdx上产生的感应过电压最重要的是建立两种模型：LILxL雷击通道模型和雷击产生的电磁场对架空线的耦CC合模型。由于采用不同的雷击通道模型和场线耦V合模型，以及计算雷电感应过电压的过程中所做VVdxxVi的不同假设，因而计算雷电感应过电压的方法也ViVidxx不同。本文介绍了三种典型的计算感应过电压的方法，并对这三种方法进行了一些分

4、析。图11规程法计算雷电感应过电压[2]由图１可写出计算导线上感应过电压的微防雷规程建议，当雷击点与线路的水平距分方程：离S大于65m时，可按下式计算雷击线路附近大2(,)12(,)12V(x,t)地时导线上产生的感应过电压幅值Ui为：VztVzti（2）x2c2t2c2t2IhcUi25（kV）（1）其中：V(x,t)为导线上计算点的感应过电压；SVi(x,t)为无导线时计算点处的感应过电压；c为其中：I为雷电流幅值（一般不超过100kA）；hc光速；L、C分别为导线单位长度电感和电容。为导线悬挂的平均高度，m。[3]通过一系列的计算，

5、当雷电流为单位直角式（1）只是粗略地考虑了雷电流幅值、线路波时，导线上的感应电压为：高度等因素对雷电感应过电压的影响。1260I0h1V(x,t)[(ct)2(12)r2（3）1]u(tt0)22hcr其中：I0为雷电流幅值，A；vc；v为主放电回击速度系数；hc为雷云高度，m；r为计算点与落雷点的距离，m；22t0xy0c为导线上计算点最早出现感应电压的时间。对任意波形的雷电流在导线上所产生的感应电压，可由阶跃响应采用丢阿莫尔定理（Duhamel’stheorem）积分求出图2系统的结构图td计算用的架空线和雷击点的相对关系

6、如下图Vf(0)Vsr(t)0f(t)Vsr()d（4）dt3所示。计算时所采用的坐标系仍为空间直角。将地面作为xy平面，雷击地面时的落雷点作为坐其中V为雷电流是直角波时导线上的感应电压sr标系的原点，主放电通道的中心线为z轴。阶跃响应；f(t)为雷电流波形函数。式（3）、（4）在计算雷电感应过电压时，为了使计算不过于复杂，假定了大地为良导体。3H¢idalen模型计算雷电感应过电压[1]3.1数学模型图3架空线的方向和坐标由于大地是否为良导体对于电磁场和线路参在计算电磁场时假设雷电流为恒定电流I0。[7]数的计算都有一定的影响，因此H¢idal

7、en模型雷击于导线附近大地时，导线上将出现3个分量在计算雷电感应过电压时分别考虑了大地为良导的电磁场：体和不良导体的两种情况。沿x轴方向：系统的结构如图2所示。在该模型中作出了cI121Ex(x,y,z,t)00xh[]（5）如下的假设：23r3（1）雷击垂直于大地；沿y轴方向：（2）雷电流以恒定的回击速度向上传播；0I0vtxBy(x,y,z0,t)（6）（3）只考虑雷电回击过程中产生的场强；2r2（4）雷电流的波形为斜角波；沿z轴方向：（5）架空线是理想导线，无损耗。cI121Ez(x,y,z0

8、,t)00[]（7）2r其