lightning overvoltage
简介
雷云放电时在导线或电气设备上所形成的过电压。雷电过电压分直击雷过电压和感应雷过电压两类。雷电直击于电力系统(导线、设备等)时产生的过电压称直击雷过电压。直击雷过电压对任何电压等级的线路和设备都可能产生危险。雷击于导线或电气设备附近时，由于静电和电磁感应而在导线或电气设备上形成的过电压称感应雷过电压。感应雷过电压通常只对35 kV及以下电压等级的线路和设备构成威胁(参见彩图插页第37页120图)。
直击雷过电压 雷直击于输电线路的导线时(如图1中A点)，近似等于沿主放电通道袭来一个i/2的电流波，由于雷击输电线路后，电流波将向线路的两侧流动，导线被击点A点的过电压uA≈iZ/4，式中Z为导线的波阻抗。取Z为400 Ω，则当i=30 kA时，过电压可高达uA = 3000kV。
雷直击于另一端接地的有限长导体(例如雷击于避雷针的顶部)时，被击点A点的过电压uA =L0hdi/dt+ir+iR。式中L0为被击导体每米长的电感，一般可取L0 =1. 67 μH/m; h为被击点高度，m; r为被击导体每米长的电阻，Ω; R为接地电阻，Ω。当被击避雷针的高度h为20 m，针的截面为50 mm2，材料为钢， 则r=3.4×10-3Ω。取接地电阻R=10Ω，i=100 kA， 则避雷针上的直击雷过电压可达2282 kV。
图1 雷直击于输电线路的导线
雷直击于电气设备时， 如果电气设备无避雷器保护，则会出现极高的过电压，使电气设备绝缘损坏。因此电气设备必须并联避雷器以限制直击雷过电压。装有避雷器保护的电气设备所受直击雷过电压的值由避雷器保护特性来决定。
感应雷过电压 介绍其形成过程和计算公式。
形成过程 在雷云放电的先导阶段， 先导通道中充满了电荷， 如图2(a)所示。这些电荷对导线产生静电感应， 在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导发展的速度很慢， 所以在上述过程中导线的电流不大，可以忽略，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻而保持其零电位。当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的异号束缚电荷得到了解放， 以波的形式向导线两侧流动，如图2(b)所示。电荷流动形成的电流i乘以导线的波阻抗Z即为向两侧流动的静电感应过电压波u=iZ。此外，先导通道电荷被中和时还会产生时变磁场，使架空导线产生电磁感应过电压波。由于主放电通道是和架空导线互相垂直的，互感不大，所以电磁感应分量要比静电感应分量小得多，约为静电分量的1/5。又由于两种分量出现最大值的时刻不同， 所以总的感应雷过电压幅值的构成是以静电分量为主。
图2 感应雷过电压的形成(a) 先导阶段; (b) 主放电阶段
计算公式 无避雷线的架空线路导线上的感应雷过电压， 可按下式估算
式中U
为感应雷过电压， kV;I为雷电流幅值，kA;hd为导线高度，m;S为落雷处距导线的垂直距离，m。上式只在S>65 m时适用。更为准确的感应雷过电压值可由图3查得。
有避雷线的架空线路导线上的感应雷过电压值，可按下式估算
式中k为导线与避雷线之间的耦合系数。
图3 当架空导线高度hd为7.62 m时感应雷过电压的计算曲线(当高度为其他值时， 过电压按与高度成正比计算)
当S<65 m时， 由于迎面先导的作用，雷将直击于架空线路杆塔顶部，此时Ug将受由塔顶发出的迎面先导的限制，不再能用式 (1)、式 (2)估算，而应改用下面式 (3)、式 (4) 估算
无避雷线时 Ug=ahd (3)
有避雷线时 Ug=ahd (l—k) (4)
式中α为雷电流的平均陡度， kA/μs。