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1、雷電沖擊過電壓的理論與實驗1.引言高電壓技術以試驗研究為基礎的應用技術，主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設備的絕緣結構設計，高電壓試驗和測量的設備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強電場、強磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防護措施，以及高電壓、大電流的應用等。高電壓技術對電力工業(yè)、電工制造業(yè)以及近代物理的發(fā)展（如X射線裝置、粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器等）都有重大影響，工程上把1000伏及以上的交流供電電壓稱為高電壓。高電壓技術所涉及的高電壓類型有直流電壓、工頻交流電壓和持續(xù)時間為毫秒級的操作過電壓、微秒級的雷電過電壓、納
2、秒級的核致電磁脈沖（NEMP）等。20世紀以后，隨著電能應用的日益廣泛，電力系統(tǒng)所覆蓋的范圍越來越大，輸電電壓等級不斷提高，輸電線路經(jīng)歷了35、60、110、150、230千伏的高壓，287、400、500、735～765千伏的超高壓和1150千伏的特高壓的發(fā)展。直流輸電也經(jīng)歷了±100、±250、±400、±450、±500以及±750千伏的發(fā)展。這幾個階段都與高電壓技術解決了輸電線路的電暈現(xiàn)象、過電壓的防護和限制以及靜電場、電磁場對環(huán)境的影響等問題密切相關。這一發(fā)展過程以及物理學中各種高電壓裝置的研制又促進了高電壓技術的進步。60年代以后，為了適應大城市電力負
3、荷增長的需要，以及克服城市架空輸電線路走廊用地的困難，地下高壓電纜輸電發(fā)展迅速(由220、275、345千伏發(fā)展到70年代的400、500千伏電纜線路)；同時為減少變電所占地面積和保護城市環(huán)境，全封閉氣體絕緣組合電器（GIS）得到越來越廣泛的應用。這些都提出許多高電壓技術的新問題。高電壓技術可大致分為電力系統(tǒng)過電壓及其限制，高電壓絕緣特性研究，高電壓試驗設備、方法和測量技術等幾個方面。電力系統(tǒng)過電壓及其限制研究電力系統(tǒng)中各種過電壓，以便合理確定其絕緣水平是高電壓技術的重要內容。電力系統(tǒng)的過電壓包括外過電壓(又稱雷電過電壓)和內過電壓。一般雷電過電壓幅值遠超過系統(tǒng)的
4、額定工作電壓，但作用時間較短，平均波長時間為30微秒。雷擊除了威脅輸電線路和電工設備的絕緣外，還會危害高建筑物、通信線路、天線、飛機、船舶、油庫等設施的安全。因此，這些方面的防雷也屬于高電壓技術的研究對象。電力系統(tǒng)內過電壓是因正常操作或故障等原因使電路狀態(tài)或電磁狀態(tài)發(fā)生變化，引起電磁能量振蕩而產(chǎn)生的。其中衰減較快、持續(xù)時間較短的稱為操作過電壓；無阻尼或弱阻尼、持續(xù)時間長的稱為暫態(tài)過電壓。對110～220千伏電力系統(tǒng)，內過電壓水平一般取3倍最大工作電壓；對330～500千伏電力系統(tǒng)，取2～2.5倍；對特高壓電力系統(tǒng)，完全有可能將過電壓限制到1.5～1.8倍。高電壓絕
5、緣特性研究高壓電工設備的絕緣應能承受各種高電壓的作用，包括交流和直流工作電壓、雷電過電壓和內過電壓。研究電介質在各種作用電壓下的絕緣特性、介電強度和放電機理，以便合理解決電工設備的絕緣結構問題是高電壓技術的重要內容。過電壓對輸電線路和電工設備的絕緣是個嚴重的威脅。為此，要著重研究各種氣體、液體和固體絕緣材料在不同電壓下的放電特性。其中氣體包括大氣條件下的空氣、壓縮空氣、六氟化硫氣體及高真空等常用作輸電線路和電工設備絕緣及其他用途的材料。研究如何提高氣體絕緣的放電電壓，研究影響氣體放電的各種因素，對確保電工設備的經(jīng)濟合理和安全運行都有重要的意義。隨著電壓等級的提高，
6、工作電壓對絕緣特性的影響越來越重要。在工作電壓作用下超高壓輸電線路和電工設備的電暈放電、局部放電、絕緣老化、靜電感應、無線電干擾、噪聲等現(xiàn)象都是高電壓技術研究的課題。 發(fā)展趨勢60年代后期以后，高電壓技術在電工以外的領域得到廣泛的應用，同時也不斷采用新技術以發(fā)展自身。前者主要指高電壓技術在粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器、受控熱核反應研究、磁流體發(fā)電、靜電噴涂、靜電復印等方面的應用；后者包括利用電子計算機計算電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和變電所的波過程，利用激光技術進行高電壓下大電流的測量等。另一方面，高電壓技術對于進一步發(fā)展超高壓、特高壓輸電以及高壓直流輸電繼續(xù)起著重要的推
7、動作用。此外，美國、前蘇聯(lián)的一些學者還利用電力電子技術的新成就，對現(xiàn)有的超高壓電網(wǎng)進行技術改造和擴大傳輸容量的研究。2.雷電沖擊過電壓理論雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一經(jīng)簡化和典型化后得到三種常用計算波形3.雷電沖擊過電壓試驗雷擊輸電線路過電壓分類：感應雷過電壓、直擊雷過電壓（1）無避雷線時的感應雷過電壓(a)距架空線路S＞65m處，雷云對地放電時，線路上產(chǎn)生的感應過電壓最大值可按下式計算：式中：Ui—雷擊大地時感應過電壓最大值，kV；I—雷電流幅值(一般不超過100)，kA；hc—導線平均高度，m；S—
8、雷擊點與線
