架空线防雷保护lightning protection of overhead line

降低雷击线路的跳闸率，缩小雷电事故危害的综合措施。
雷电过电压 当雷击线路或线路附近时，在线路上产生的过电压，分感应过电压和直击过电压两类。
感应过电压 雷击时由电磁感应效应，使导线产生的对地电压，由静电分量与电磁分量组成，静电分量占主要部分。感应过电压静电分量是因雷电先导阶段与先导异号的电荷，在导线中缓慢向先导附近集中（导线电位为零），在雷电先导到达地面，主放电开始后，被释放的束缚电荷向导线两侧运动形成的雷电波。电磁分量是雷电流形成极强的时变磁场在导线中感应生成的电压。雷击架空线路附近时，感应过电压U_g（千伏）为：

式中 I_L为雷电流幅值(雷击低接地电阻物体时，通过该物体的电流)（千安）;h_d为导线平均高度（米）;S为雷击点到线路的距离（米）,S>65米；K为导线与避雷线间的耦合系数。
雷击架空线路杆塔时，感应过电压为：

U_g＝αh_d(1-K)

式中 α为雷电流陡度(千伏/微秒)。
导线间没有感应过电压。
直击雷电过电压 雷击架空线路各部位产生的导线对地或导线间电压。雷击部位有： 避雷线、杆塔顶和导线。❶雷击塔顶过电压是雷电流形成的塔顶电位与耦合及感应过电压形成的导线电位之差。其幅值U_j（千伏）为：

式中 β为避雷线分流系数； R_ch为杆塔接地电阻（欧）;L_gt为杆塔电感（微亨）；其余符号同前。
❷雷击档距中央避雷线时，雷电过电压是雷电流形成的避雷线电位与耦合形成的导线电位之差， 其幅值为：（千伏），特大档距的过电压为：（千伏），式中，t为档距长度（米）：Z_b＝350欧，为避雷线波阻抗；Vb为雷电波波速，约为光速的0.75倍(米/秒)；其余符号同前。
❸雷击（或绕击）导线时，雷电过电压是雷电流在导线波阻抗上形成的电击，其幅值为（千伏），式中Z_b＝400欧，为导线的波阻抗。
架空线路的耐雷水平 雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。雷击不同部位，耐雷水平也不同。令雷电过电压等于线路绝缘的雷电冲击放电电压的50%，可求得耐雷水平。❶中性点接地并有避雷线的线路，当雷击杆塔时耐雷水平I₀₁（千安）为：

式中 U_50%为线路绝缘子串的雷电冲击放电电压的50%（下端为正极性）（千伏），其余符号同前。
❷雷击档距中央避雷线时，只要档距中央导线与避雷线间的空气距离S≥0.012l+1米(l为线路档距，米)，一般不会发生闪络，即线路可以耐受这样的雷击。
❸雷击导线的耐雷水平为I₀₂＝4U_50%/Z，式中符号见前。
❹中性点绝缘且无避雷线线路，雷击上导线对杆塔闪络后，再向另一相导线（中导线）反击，其耐雷水平为：

式中 K为上、中导线的耦合系数；h_d为中导线平均高度（米）；其余符号同前。
架空线路有避雷线时，雷击杆塔的耐雷水平，在一般土壤电阻率地区，不宜低于表1所列数值。

表1 有避雷线线路的耐雷水平（千安）

额定电压（千伏）	35	60	110	154	220
一般线路	20～30	30～60	40～75	90	80～120
大跨越档、中 央发电厂变电站 进线保护段	30	60	75	90	120

雷击跳闸率 每40个雷电日，百千米线路因雷击引起跳闸的次数，与耐雷水平及建弧率有关。雷击杆塔顶部发出闪络，或雷绕过避雷线击于导线发出闪络而建立电弧，线路都将要跳闸。
由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率称为建弧率η,η=(4.5E^0.75-14)%。式中E为平均运行电位梯度(千伏/米)。中性点接地系统，中性点不接地系统E=U_e/2l_j。U_e为线路额定电压（千伏）;l_j为绝缘子串放电距离（米）。
雷绕过避雷线击于导线的次数与雷击线路总次数的比值称为绕击率。平原线路3.9，山区线路。式中P_α为绕击率；α为避雷线对边导线的保护角（度）;h为杆塔高度（米）。
有避雷线线路的雷击跳闸率n=0. 6h_bη(gP₁+P_αP₂)。式中n为跳闸率(次/100千米·40雷电日);h_b为避雷线平均高度（米）;0.6h_b为100千米线路、40雷电日当中的落雷次数；η为建弧率；g为击杆率(表2);P₁为雷电流超过雷击杆塔耐雷水平I₀₁的概率，P2为雷电流超过雷击导线耐雷水平I₀₂的概率，P_a为绕击率。

表2 击杆率(g)

地形 避雷线根数	0 1 2
平 原 山 丘	1/2 1/4 1/6 — 1/3 1/4

中性点接地无避雷线线路的雷击跳闸率为n=0.6h_dη〔gP₁+(1-g)P₂〕。式中h_d为上导线平均高度（米），其余符号同前。中性点不接地无避雷线线路的雷击跳闸率为n=0.6h_dη P。式中P为雷电流超过雷击上导线耐雷水平I₀的概率，其余符号同前。35千伏无避雷线线路的雷击跳闸率n≈2次/100公里·40雷电日，有避雷线的线路一般跳闸率n<0.8次/100公里·40雷电日，防雷效果好的，n≈0.1次/100公里·40雷电日。
防雷原则与措施 架空绕路防雷原则： ❶防止雷击导线；
❷减少雷击杆塔造成的闪络；
❸减少冲击闪络变为稳定工频电弧的概率， 减少跳闸次数；
❹减少线路停电次数。架空线路的防雷方式应根据电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动强弱、土壤电阻率等条件通过技术经济比较， 参考已有运行经验决定。
线路的主要防雷措施有： ❶架设避雷线是架空线路基本防雷措施， 可防止雷击导线、降低雷击塔顶的闪络次数。110千伏线路一般沿全线架设避雷线； 重要的60千伏线路， 雷电日数为30以上时， 宜沿全线架设避雷线； 35千伏线路不沿全线架设避雷线； 10千伏及以下线路一般不架设避雷线。
❷降低杆塔接地电阻， 提高雷击杆塔耐雷水平， 减少冲击闪络次数。有避雷线线路杆塔接地电阻值不宜超过表3所列数值。
❸在导线下方架设耦合地线， 增加耦合系数和分流系数， 降低雷击塔顶冲击闪络次数。
❹同杆架设的双回路线路采用不平衡绝缘， 绝缘弱的线路在受到雷击时， 先产生闪络， 加大耦合系数， 保护绝缘水平高的线路正常运行，以不中断供电。
❺采用自动重合闸装置， 防止用户停电。
❻采用消弧线圈接地方式， 消除单相雷闪接地故障， 也可提高多相闪络的耐雷水平。
❼交叉段加装排气型避雷器防止对其他线路反击。
❽高杆塔大跨越线路， 加强绝缘提高其防雷性能。
❾低压架空线路接户线的绝缘子铁脚宜接地，接地电阻不宜超过30欧，防止高电位引入室内(在有利条件下，也可不接地)。

表3 有避雷线线路杆塔的工频接地电阻

土壤电阻(欧·米)	100及以下	100～500	500～1000	1000～2000	>2000
杆塔接地电阻（欧）	10	15	20	25	30