如何选择安全的输电线路？——探讨雷电参数

(一)雷电通道波阻抗

在主放电时,雷电通道是个充满离子的导体,可以把它看作为导线,它对电流波呈现一定的阻抗(如前所述,电荷由地面向云端放电,形成雷电流)。放电后,电流值即很快降低,称这样的电流为电流波。与电流波并存有电压波,电流波和电压波统称行波或冲击波。沿主放电通道运动的电压波与电流波的幅值之比 即称为雷电通道的波阻抗。

线路中的波阻抗为:

式中 L0——每米线路上的电感,H/m;

C0——每米线路上的电容,F/m;

hd——导线平均对地高度,m;

r——导线的半径,m。

由式(2-3)可见,导线的波阻抗随hd、r的变动是不大的。对220kV及其以下的单根导线来说,Z约等于500Ω,两根分裂导线的330kV线路,Z约等于300Ω。导线的波阻抗只决定于其单位长度的电感和电容,即只与线路特性有关,而和其长度无关。

(二)雷电波的波形

主放电时雷电波波形如图2-3所示。这种波形电流(或电压)的表示方法是:给出电流的最大值或幅值,以类似分数的形式写出其波头τ1及波长τ2,即××千安τ1/τ2。波头τ1是指由零开始到达电流(或电压)最大值所用的时间,用微秒作单位;波头τ2是指由零开始经过电流(电压)最大值后,降到最大值一半共需用的时间,也用微秒作单位。这种雷电的行波经过波头时间后,余下的部分称为波尾。有时有τ1/τ2的前面用±号表示其极性。

当以模拟雷电波进行绝缘子或设备的冲击放电电压试验时,常用1.5/40的标准全波(即波头1.5μs,波长40μs)的电压,如图2-4所示。试验时,将标准全波电压最大值逐渐升高,当升高到某一定值时,被试物就可能发生击穿现象。多次施加该电压时,击穿有时发生,有时不发生,我们称50%的次数导致绝缘击穿的电压为50%冲击放电电压,表示被试物承有客观存在冲击电压的绝缘能力。

图2-3　主放电时雷电波形

图2-4　冲击放电试验用标准全波电压

雷电流在波头部分的上升速度称 为雷电流的陡度。(www.xing528.com)

在分析过电压问题时,为简化计算,常采用无穷长直角波或斜角波来表示雷电流,此时雷电波的平均陡度即为斜角波的斜度。

(三)雷电流的幅值及波长的测量数据

根据实测,雷电流大于或等于幅值I的概率P由下式决定:

即雷击时,发生等于或大于108kA的雷电流的概率P约为10%(见表21)。

表2-1　雷电流的概率

在雷电活动较弱的地区,可用下式求雷电流的概率:

根据实测数字,雷电流幅值与土壤电阻率以及海拔高度并无明显关系。雷电流的波长约为半数为40～50μs。波头大多数是1～4μs,我国在线路防雷设计中,一般取雷电流波头2.6μs。

(四)雷电流的极性

根据观测,有75%～90%的雷电流是负极性的(即雷云带负电荷),故主要是研究负极性时的情况。

(五)雷暴日

为了统计雷电活动的频繁度,采用雷暴日(雷电日)为单位,即在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。雷暴日的多少与纬度有关,在赤道附近雷暴日最多,极圈内最少。平均来说,赤道带约100～150个雷暴日,热带约75～100个雷暴日,中纬度是30～50个雷暴日,极圈附近只有几个雷暴日。雷暴日也与地形有关。由于山地局部热雷云的影响,雷电通常比平原多,相对比值约3∶1。

每一雷暴日,每平方公里对地面的落雷次数n一般可取:

n=0.015

在土壤电阻率突变地带的低电阻率地区,在容易形成雷云的向阳或向风的山坡,雷云经常经过的峡谷等地区n值比一般地区大得多。在选择输电线路的路径及运行时应予注意。