在電力系統(tǒng)的過電壓防護(hù)設(shè)計里,避雷器的保護(hù)距離(也叫有效保護(hù)距離)是個核心概念。它不是固定不變的數(shù)值,而是指在滿足設(shè)備絕緣配合要求的前提下,一臺避雷器能可靠保護(hù)電氣設(shè)備的最大電氣距離。要是超過這個距離,被保護(hù)設(shè)備可能會因為電壓太高而損壞。影響這個距離的因素又多又相互關(guān)聯(lián),主要有以下幾個方面。
一、來波陡度與幅值
這是影響保護(hù)距離最直接、最關(guān)鍵的因素。
先看陡度的影響,侵入波(也就是雷電波)的波頭越陡,意味著電壓上升速度越快,在連接引線上產(chǎn)生的電感壓降(L?di/dt)就會越大。這會導(dǎo)致一個結(jié)果:距離避雷器越遠(yuǎn)的設(shè)備端子處,電壓比避雷器殘壓高出的部分就越多,這種現(xiàn)象就是 “電壓距離效應(yīng)”,而且陡度越大,這個效應(yīng)越顯著,保護(hù)距離也就越短。
再看幅值的影響,雖然現(xiàn)在的金屬氧化物避雷器(MOA)有平坦的伏安特性,但侵入波幅值太高的話,還是會考驗避雷器的能量吸收能力,并且會讓連接線路上的電壓振蕩更劇烈。
二、避雷器本身的保護(hù)特性(殘壓)
避雷器在額定放電電流下的殘壓,是衡量它保護(hù)水平的基準(zhǔn)。殘壓越低,避雷器的保護(hù)效果就越好,能保護(hù)的距離自然也越長。所以我們在選擇避雷器時,在滿足持續(xù)運行電壓以及能量吸收能力的前提下,應(yīng)該優(yōu)先選殘壓更低的產(chǎn)品,這樣才能擴大它的保護(hù)范圍。
三、被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平
保護(hù)是相對的,就像 “矛” 與 “盾” 的關(guān)系一樣。被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓(BIL),就是它的 “盾”。BIL 值和避雷器殘壓之間的絕緣配合裕度越大,設(shè)備能允許的電壓升高空間就越大,避雷器的保護(hù)距離也就可以更長。要是設(shè)備本身絕緣水平比較低,那我們就必須縮短保護(hù)距離,或者換用殘壓更低的避雷器。
四、連接引線的阻抗與布線
避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的連接導(dǎo)線,并不是理想的零阻抗?fàn)顟B(tài)。
其中電感是主要影響因素,引線的電感會產(chǎn)生附加壓降,而且電感量和引線長度成正比。所以我們縮短連接距離,并且采用寬而短的扁鋼,或者用大截面導(dǎo)線來減少電感,這些做法都能直接延長避雷器的有效保護(hù)距離。
另外還有電阻,雖然在高頻瞬態(tài)過程中,電阻的影響比電感小,但導(dǎo)體本身的電阻還是會貢獻(xiàn)一部分壓降,這一點也不能忽略。
五、接地阻抗
避雷器的接地電阻,還有接地引下線的電感,這兩者共同構(gòu)成了接地阻抗。當(dāng)雷電流流過這個阻抗時,會產(chǎn)生很高的地電位抬升。這個抬升的電位會和避雷器殘壓疊加在一起,共同作用在被保護(hù)設(shè)備上。所以一個低阻抗、設(shè)計優(yōu)良的接地系統(tǒng),是保證避雷器發(fā)揮預(yù)期保護(hù)效果,并且延長其有效保護(hù)范圍的基礎(chǔ)。
恩彼邁避雷器的保護(hù)距離不是孤立的幾何概念,而是由侵入波參數(shù)、避雷器性能、設(shè)備絕緣強度及連接網(wǎng)絡(luò)阻抗共同決定的動態(tài)電氣概念。在工程設(shè)計中,尤其是針對主變、GIS 這類關(guān)鍵設(shè)備,我們普遍遵循 “就近保護(hù)” 原則,也就是盡量縮短避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的電氣距離,理想情況下應(yīng)該讓它們直接并聯(lián)安裝。對于大型變電站,我們需要通過電磁暫態(tài)計算(EMTP)做精確仿真,來驗證整個變電站的過電壓防護(hù)方案是否安全可靠,確保所有設(shè)備都處在避雷器的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。



