答:目前線路防雷的主要措施是安裝線路防雷裝置,關(guān)于防雷裝置的保護(hù)范圍(即保護(hù)距離長度)問題在實(shí)際工程中經(jīng)常被提及。因雷電波上升沿陡峭,持續(xù)時(shí)間為μs級(jí),可視為一高頻脈沖波,根據(jù)高電壓技術(shù)中關(guān)于波沿線路傳輸推導(dǎo)公式如下:
波速v=1√L0C0,其中L0為線路等效阻抗,C0為線路等效電容。一般速度值可取1.22~1.34×108m/s。
按照該速度估算雷電波傳輸50米距離所需時(shí)間約0.1μs ,100米的傳輸距離所需時(shí)間約0.8μs,200米傳輸距離約需1.6μs。
在計(jì)算防雷裝置保護(hù)距離中離不開一個(gè)重要的特性:伏秒特性。任何絕緣介質(zhì)都有一個(gè)伏秒特性曲線,在國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定:防雷裝置伏秒特性曲線低于絕緣子伏秒特性曲線至少15%。
以100kV的雷電沖擊電壓波為例,在該幅值的沖擊電壓作用下,10kV絕緣子可能在1μs時(shí)間內(nèi)被擊穿閃絡(luò),那么防雷裝置在同樣電壓作用下被擊穿所需時(shí)間必須小于0.85μs。
因?yàn)槔讚艟€路是一個(gè)隨機(jī)事件,上圖代表雷擊桿塔的不同位置。如果B塔安裝了防雷裝置,A塔沒有安裝防雷裝置。A、B塔檔距設(shè)定為150米。如果雷擊點(diǎn)為①,以100kV幅值的雷電波為例,在A塔遭受雷擊后1μs內(nèi)其絕緣子可能未發(fā)生擊穿,此刻雷電波頭已沿導(dǎo)線傳播了約120米,未到達(dá)B塔處。之后的下一刻A塔絕緣子擊穿閃絡(luò),而B塔的防雷裝置因未承受過電壓不會(huì)發(fā)生閃絡(luò),B塔防雷裝置未能對(duì)A塔形成保護(hù)。同樣道理,如果雷擊點(diǎn)③距離A塔距離足夠短,而距離B塔足夠遠(yuǎn),同樣不能對(duì)A塔形成保護(hù)。
如果雷擊發(fā)生在②點(diǎn),或者距離B塔距離足夠雷電波先傳導(dǎo)到B塔,B塔的防雷裝置可有效動(dòng)作,對(duì)線路形成保護(hù)。當(dāng)然其中需要把防雷裝置在100kV幅值雷電波沖擊下的動(dòng)作時(shí)間考慮進(jìn)來。如果雷電波作用在防雷裝置上時(shí)間不足0.85μs而作用在A塔上絕緣子的時(shí)間已超過1μs,那么A塔的絕緣子同樣會(huì)發(fā)生擊穿閃絡(luò)。
以上只是一個(gè)特例計(jì)算,為了說明雷電波在導(dǎo)線中的傳輸過程,未考慮波在線路末端或阻抗變化點(diǎn)的反射和折射效應(yīng),在實(shí)際工程應(yīng)用中的工況更為復(fù)雜,包括線路走向的變化、線路絕緣層介質(zhì)物理特性、導(dǎo)線弧垂彎曲程度、架空高度、三相導(dǎo)線的平行度和距離等等因素都會(huì)影響雷電波的傳播速度。
所以,在實(shí)際工程應(yīng)用中單純地計(jì)算防雷裝置的保護(hù)距離應(yīng)用意義不大,更科學(xué)的辦法應(yīng)根據(jù)歷史雷電活動(dòng)參數(shù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì),對(duì)于落雷概率大的區(qū)域范圍內(nèi)應(yīng)加大雷擊防護(hù)力度,落雷概率小的區(qū)域選擇性地進(jìn)行防護(hù),最客觀和直接的依據(jù)是基于雷電活動(dòng)規(guī)律統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和線路近年來的歷史雷擊故障記錄。通過差異化線路防雷設(shè)計(jì)有效降低線路雷擊跳閘率至預(yù)期的目標(biāo)范圍內(nèi),即實(shí)現(xiàn)架空線路雷擊防護(hù)目的。