输电线路雷击物理过程及避雷线防绕击原理

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1、输电线路雷击物理过程及避雷线防绕击原理目录一、引言二、雷电的形成和特点三、雷击杆塔的物理过程四、避雷线防绕击原理2一、引言架空输电线路往往延绵上百里，沿途经过各种地形和气候区域，一年四季暴露在大自然环境中，极易受到各种恶劣气候的侵袭，特别是遭受雷击非常频繁。3近年来，雷击一直是江西电网输电线路发生跳闸故障的首要原因之一，然而，由于雷电活动规律及线路防雷问题的复杂性，线路防雷工作仍然十分艰巨。2009年全省110kV及以上线路跳闸分类（共240次）4了解和掌握雷电活动规律、雷击杆塔的物理过程、输电线路防雷措施的机理，乃至进一步深入

2、研究线路设防标准与雷击故障率、各类防雷设施与雷击故障率的定量关系，使这些知识能在线路设计、运行维护中得到应用，对提高线路的可靠运行有重要的意义。5目录一、引言二、雷电的形成和特点三、雷击杆塔的物理过程四、避雷线防绕击原理6二、雷电的形成与特点雷电是一种壮观和复杂的大气电现象，常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。它是雷暴天气的最基本特征之一。同时，雷电活动与电力系统、电讯通信、交通运输、森林保护及人们的日常生活密切相关。7江西省1997～2003年各类雷电灾害对象统计图8在雷雨季节里，太阳使地面水分部分化为蒸气，同时地

3、面空气受到热地面的作用变热而上升，成为热气流。由于太阳几乎不能直接使空气变热，所以每上升1km，空气温度约下降10℃。上述热气流遇到高空的冷空气，水蒸汽凝结成小水滴，形成热雷云。此外，水平移动的冷气团或暖气团，在其前峰交界面上也会因冷气团将湿热的暖气团抬高而形成面积极大的锋面雷云。雷云的形成9雷云的带电过程可能是综合性的。强气流使空中水滴吹裂时，较大的水滴带正电，而较小的水滴带负电，小水滴同时被气流携走，于是云的各部带有不同的电荷。雷云的带电此外，水在结冰时，冰粒上会带正电，而被风吹走的剩余的水将带负电。实测表明，在5～10km

4、的高度主要是正电荷的云层，在1～5km的高度主要是带负电荷的云层，但在云的底部也往往有一块不大区域的正电荷聚集。雷云中的电荷分布也远不是均匀的，往往形成好多个电荷密集中心。雷云中的平均场强约为150kV/m，而在雷击时可达340kV/m。当云中电荷密集处场强达到2500～3000kV/m时，就会发生先导放电。10雷电放电的光学照片说明，由负雷云向下发展的先导不是连续向下发展的，而是走一段停一会儿，再走一段，再停一会儿。每级的长度为10～200m，平均为25m。停歇的时间平均为50μs。下行先导的电流无法直接测量，但由线电荷密度及

5、速度可估计出为100A左右。下行先导在发展中会分成数支，这和空气中原来随机存在的离子团有关。当先导接近地面时，会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导。带负电的阶梯下行先导向地面移动。随着地面场强增大，迎面先导出现。阶梯下行先导向地面发展。迎面先导向下行先导发展。雷云的放电11当迎面先导与下行先导的一支相遇时，就产生了强烈的“中和”过程，出现极大的电流，达数十到数百千安，这就是雷电的主放电过程，伴随着出现雷鸣和闪光。主放电存在的时间极短，约为50～100μs。主放电的过程是逆着负先导的通道由下向上发展的，速度约为光速的1/20～1

6、/2。迎面先导与下行先导相遇，形成雷电流释放的电离通道。12主放电到达云端就结束了，然后云中的残余电荷经过刚才的主放电通道流下来，称为余光阶段。由于云中的电阻较大，余光阶段对应的电流不大（约数百安），持续的时间却较长（0.03～0.15s）。由于云中可能存在几个电荷中心，所以在第一个电荷中心完成上述物理过程之后，可能引起第二个、第三个中心向第一个中心放电，因之雷电可能是多重性的，每次放电相隔0.6ms至0.8s，放电的平均数目平均2～3个。第二次及以后的放电，先导都是自上向下连续发展的（无停歇现象），而主放电仍是由下向上发展的。

7、第二次及以后的主放电电流一般较小，不超过30kA。13利用条纹相机拍摄到的一次始于云内的负地闪过程的照片。引自Berger and Volgelsange(1966)。照片开始的短亮线条或光带是由先导过程的向下传播而产生的，而后面的连续长亮线条或光带是由回击产生的。一次击中Manasquan海滨沙滩的闪电照片。照片中除主放电通道外，还可以看到两个没有与下行先导相连接的上行先导（引自Fig.6.5, Uman, 1987）。14高速摄像机拍摄的闪电录像15雷云放电大部分是在云间或云内进行的，只有小部分是对地发生的。云中正、负电荷中

8、心间的放电云间正、负电荷中心间的放电典型的云对地放电16上述都是线状雷电，有时在云层中能见到片状雷电。个别情况下会出现球状雷电。后者是在闪电时由空气分子电离及形成各种活泼化合物而形成的火球，直径约20cm，个别也有达10m的，它随风滚动，存在时间约3～5s，个别