李慶玲

(青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266404)

1 研究模型

避雷器YHCX20W－396/1050為研究對(duì)象，圖1是雷擊中塔頂時(shí)的示意圖，三相導(dǎo)線分別為A、B、C，避雷線分別為1和2，雷擊在塔頂與避雷線1相連處。

圖1 雷擊塔頂示意圖

2 仿真計(jì)算

2.1 避雷器裝設(shè)方式不同時(shí)，導(dǎo)線的耐雷水平

(1)耐雷水平的計(jì)算，在沒(méi)有裝設(shè)避雷器時(shí)

圖2～圖4是雷電擊中塔頂情況下，木有安裝避雷器時(shí)，接地電阻不相同的時(shí)侯，計(jì)算絕緣子上的過(guò)電壓幅值情況。

圖2 接地電阻是10Ω時(shí)，當(dāng)154kA雷電流擊中塔頂時(shí)，絕緣子上的電壓

圖3 擊中塔頂雷電流為154kA時(shí)，接地電阻為20Ω時(shí)，絕緣子上的電壓

圖4 145kA雷電流擊中塔頂時(shí)，接地電阻是30Ω時(shí)，絕緣子上的電壓波形

(2)若導(dǎo)線上沒(méi)有安裝避雷器時(shí)，雷擊塔頂?shù)哪屠姿接?jì)算，見表1

表1 雷電擊中塔頂時(shí)，耐雷水平情況，沒(méi)有安設(shè)避雷器時(shí)

3 A相加裝一支避雷器時(shí)，雷擊塔頂?shù)哪屠姿?如表2所示)

從上圖可以看到，當(dāng)桿塔檔距分別是300m、350m、400m的時(shí)候，雷電擊中相鄰桿塔的絕緣子均不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。由表2可以知道，在A相(邊緣相)裝設(shè)一支避雷器之后，雷擊塔頂?shù)哪屠姿綍?huì)有比較大的提高，首先閃絡(luò)的絕緣子總是C相絕緣子。圖5是雷電擊中塔頂時(shí)，塔頂電位和導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓，在A相上安裝了避雷器。

表2 當(dāng)A相安裝一支避雷器時(shí)，雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平的計(jì)算

從上圖可以得知，塔頂電位很高，經(jīng)過(guò)大約3μs后，電壓進(jìn)入一個(gè)波谷，那是由于雷電波在相鄰桿塔的折返射造成的。因此，從理論角度來(lái)分析，如果在相鄰桿塔上安裝了避雷器，而被擊桿塔上則沒(méi)有裝設(shè)避雷器，被擊桿塔是不能被保護(hù)的，因?yàn)?，相鄰桿塔上避雷器的限壓作用在3μs左右以后才能反映到被擊桿塔過(guò)電壓值上，而被擊桿塔上過(guò)電壓的峰值出現(xiàn)在0.3μs左右，因此，被擊桿塔的最大過(guò)電壓峰值已過(guò)。圖9是相鄰桿塔的塔頂和導(dǎo)線的對(duì)地電位，C相絕緣子上的電位總是最高，最先閃絡(luò)。

圖6 當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)，避雷線上的電壓波形

圖7 導(dǎo)線上的電壓波形，當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)

圖8 當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)，絕緣子上的電壓波形

圖11是相鄰桿塔上，絕緣子上的電壓，從圖可以看出，此時(shí)A相絕緣子上的電壓幅值最高，這是由于雷電波到達(dá)相鄰桿塔時(shí)，避雷線上的電位已經(jīng)降低了很多，甚至比導(dǎo)線上的電位更低，絕緣子上的電壓差等于導(dǎo)線電位減去避雷線上的電位。此時(shí)只要考慮A相是否閃絡(luò)即可。

圖9 在相鄰桿塔處，當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)，避雷線上的電壓波形圖

圖10 當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)，在相鄰桿塔處，導(dǎo)線上的電壓波形

圖11 在相鄰桿塔處，絕緣子上的電壓波形，當(dāng)雷電擊中桿塔時(shí)間

2.2 保護(hù)檔距的計(jì)算

(1)A相安裝一支避雷器時(shí)，保護(hù)檔距的計(jì)算

從計(jì)算得知，在A相工頻電壓相位為90°時(shí)，被擊桿塔的耐雷的水平最高(均在220kA)以上，以此角度計(jì)算保護(hù)檔距。因?yàn)楸粨魲U塔只能耐受220kA雷電流，因此對(duì)相鄰桿塔的保護(hù)作用最大也只計(jì)算到220kA。

表3 A相(邊緣相)加裝一支避雷器時(shí)，保護(hù)檔距不相同時(shí)，相應(yīng)的耐雷水平計(jì)算(kA)

從表3可以知道，避雷器對(duì)于臨近桿塔的保護(hù)作用，當(dāng)接地電阻較大時(shí)，保護(hù)作用才更好。這是由于避雷線與桿塔連接，雷電流中的大部分從桿塔流入大地，導(dǎo)致下一級(jí)桿塔時(shí)，避雷線電位更低。接地電阻較小時(shí)，避雷線電位較低，絕緣子上的電位差就越大。

(2)三相均安裝避雷器時(shí)，耐雷水平的計(jì)算

三相均安裝一支避雷器時(shí)，雷電擊中裝有避雷器的桿塔時(shí)，都不會(huì)造成絕緣子閃絡(luò)，無(wú)論雷電流是多大，此時(shí)應(yīng)考慮避雷器的能量吸收能力，最大允許通過(guò)雷電流幅值。在實(shí)際運(yùn)行中，雷電流幅值超過(guò)300kA的概率是非常小的，計(jì)算中采用300kA的雷電流雷擊安裝三支避雷器塔頂，計(jì)算此時(shí)流過(guò)避雷器的電流的最大值，避雷器吸收的能量。

表4 當(dāng)安裝三支避雷器時(shí)，雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平

表5 雷擊安裝三支避雷器的相鄰桿塔時(shí)，耐雷水平的計(jì)算(單位kA)

在相鄰桿塔裝設(shè)了三支避雷器的情況下，接地電阻的大小對(duì)耐雷水平的影響是比較大的，而檔距在300～400m范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)導(dǎo)線耐雷水平基本上木有影響。

3 結(jié)論

(1)在雷電擊中桿塔塔頂情況時(shí)，木有安裝避雷器時(shí)，以及接地電阻阻值發(fā)生變化，相位角也發(fā)生變化時(shí)，耐雷水平在134～160kA之間時(shí)，發(fā)生閃絡(luò)的可能性每一相均會(huì)有。

(2)在A相(邊緣相)加裝了一支避雷器之后，當(dāng)接地電阻阻值發(fā)生變化，以及相位角變化情況下，耐雷水平可以抬高到186～225kA之間，并可以有效地提高相鄰桿塔的耐雷水平。避雷器吸收的能量與能量吸收能力相比是非常小的，可以不用考慮能量耐受的情況。

(3)三相各自安裝了避雷器之后，當(dāng)雷電擊中安裝避雷器桿塔的塔頂時(shí)，一般不會(huì)造成絕緣子的閃絡(luò)，但是當(dāng)接地電阻的阻值比較大的時(shí)候，避雷器吸收的能量也會(huì)比較大。

(4)當(dāng)三相安裝了三支避雷器之后，緊鄰桿塔的耐雷水平均會(huì)有比較大程度的升高。

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