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在雷电发生之前,带有不同极性和不同数量电荷的雷雨云之间,或是雷雨云与大地物体之间会形成了强大的电场,如下图所示。随着雷雨云的运动和发展,一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时,就可能在雷雨云内部或者是雷雨云与大地之间发生放电现象,此时的放电电流可达几十kA到数百kA,伴随着强大的电流会产生强烈的发光和发热,空气受热急速膨胀会产生轰隆声,这就是雷电的产生过程。
地闪放电通道发展的实际拍摄照片如下图所示。地闪的放电通道暴露于云体之外易于光学观测。因此,目前对地闪放电过程已经有了相对较系统的研究。
3雷击分类
根据形成原因,输电线路雷击过电压可分为感应雷过电压和直击雷过电压。感应雷过电压是雷击线路附近大地由于电磁感应在导线上产生的过电压,而直击雷过电压则是雷电直接击中杆塔、地线或导线引起的线路过电压。从运行经验来看,对35 kV及以下电压等级的架空线路,感应过电压可能引起绝缘闪络;而对110(66)kV及以上电压等级线路,由于其绝缘水平较高,一般不会引起绝缘子串闪络。由于对输电线路造成危害的主要雷击过电压为直击雷过电压,所以本手册着重讲述直击雷过电压。
架空输电线路是电力系统的重要组成部分。由于它暴露在自然之中,所经之处大都为旷野或丘陵、高山,且线路距离较长,杆塔高度较高,因此遭受雷击的概率很大。下图所示为输电线路雷击物理过程。
雷云下行先导到达地面一定距离时,输电线路铁塔、地线、导线、地面其他物体都会产生迎面先导,这些迎面先导会竞争和雷云下行先导连接,决定着最终回击路径和雷电击中点。根据这一物理过程,输电线路的雷击形式大致可分为绕击和反击。
3.1 绕击
雷电绕击是指地闪下行先导绕过地线和杆塔的拦截直接击中相导线的放电现象,如下图所示。雷电绕击相导线后,雷电流波沿导线两侧传播,在绝缘子串两端形成过电压导致闪络。当地面导线表面电场或感应电位还未达到上行先导起始条件时,即上行先导并未起始阶段,下行先导会逐步向下发展,直到地面导线上行先导起始条件达到并起始发展,这个阶段为雷击地面物体第一阶段。地面导线上行先导起始后,雷击地面导线过程进入第二个阶段。在该阶段内上下行先导会相对发展,直到上下行先导头部之间的平均电场达到末跃条件,上下行先导桥接并形成完整回击通道从而引起首次回击。雷电绕击的发展过程如下图所示。
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