高架配電線路會因雷擊事件而受到嚴重損壞,因為直接和間接的雷擊事件都會導致線路沿線發生閃光。在計算這類電力線的雷電性能時,通常忽略了電暈放電沿導體的影響,特別是由于電暈放電只在少數情況下產生有意義的影響,很少有研究者將間接閃電事件所確定的電暈放電考慮在內。然而,在處理臨界閃絡值高、直徑小的架空配電線路時,必須考慮間接事件引起的電暈放電。本文研究了電暈放電對架空配電線路雷電性能計算的影響。


相關論文以題為“Corona Effect Influence on the Lightning Performance of Overhead Distribution Lines”發表在《Applied Sciences》上。


研究發現,電暈放電會對架空配電線路的防雷性能造成影響!


雷電是保護輸配電線路的重要問題之一。它們的保護需要對絕緣協調系統進行準確評估,并正確計算每年觸線的危險事件數量。后者參數通常是通過雷電性能計算程序的閃電事件,每個人都以不同的參數提取自己的概率密度函數(PDF),生成及其對電力系統的影響通過一個簡化的方法計算。超過臨界閃絡值(CFO)閾值的事件數被認為是危險的。根據電幾何判據,每一事件可分為直接沖程和間接沖程。在高壓輸電線路中,以高壓CFO高為特征的危險事件多以直接中風為代表,而在架空配電線路中,以間接中風為最受影響的類別。高架配電線路雷電性能程序已被許多研究人員深入研究和優化,通常需要使用數字代碼。他們提出了一種基于LIOV代碼的程序,該程序考慮了信道基電流的三角形波形,以及考慮復雜電力系統和有限接地電導率的可能性。


本文旨在評估電暈放電在架空配電線路雷電性能計算中的影響,并對主要影響擊線危險事件數增加的參數進行敏感性分析。


電暈效應


當物體附近高電壓或暴露于高電場下的空氣中的電場超過臨界電場,從而在空氣中產生電子雪崩時,就會發生電暈放電。電暈放電既可以是正放電也可以是負放電,當導體表面的電場大于臨界電場Ec時,導體上就會發生電暈放電:


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式中,m為表面狀態系數,用來量化索的不規則性,一般由試驗推導而來。按此公式擬定,并假定20°C,壓力760毫米汞柱,空氣濕度等于11克/立方米。請注意,r是導體的半徑,單位為cm。值得注意的是,濕度的變化改變了臨界電場Ec。對于上式中,空氣濕度增加到18 g/m3,臨界電場增加2%。


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其中δ為相對空氣密度,H為空氣濕度,ns為與導體外層線數有關的系數,a、a、b、c系數與電壓極性有關。


此外,電暈放電發生如果自由電子在電場時的即時克服了臨界值。這意味著應用程序之間有一定的時間滯后的電場和時間建立一個自由電子氣體的體積:這段時間被稱為統計時間延遲或初始時間延遲。當外加電場增大時,統計滯后減小。


電暈效應對雷電性能的影響


研究人員以單相架空配電線路為例,其詳細情況見表1。為了避免反射,線端被匹配。此外,研究人員設地電導率為1ms /m,地介電常數為10。


表1.線的細節。


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假設閃電通道高度為8 km,閃電通道的傳播速度為c0/2(即真空中光速c0),計算架空配電線路的閃電性能如下(詳見圖1):


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圖1.閃電性能計算流程圖。


圖2顯示了有電暈效應(實線黑線)和沒有電暈效應(紅虛線)的每年每100公里線路發生的危險事件數量??梢院苋菀椎乜吹?,當研究人員處理以極低CFO(≤100 kV)為特征的架空配電線路時,電暈放電并不會增加閃光的數量。另一方面,財務總監越高,電暈效應的影響越顯著。該結論強調了由于電暈效應導致雷電感應電壓的增加。特別是,由于線電容的增大,波的傳播速度降低,可以引起增強。


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圖2.架空配電線路上危險事件的數量。理想接地、有耗接地和有耗接地電暈放電的比較。


為了量化電暈效應的重要性,圖2中再次提出了在不引入電暈效應和考慮完美導電接地(青色實線)的情況下的閃電性能。由電暈引起的閃光數量的百分比增強與考慮有損耗地面引起的閃光的百分比增強相當(表2),特別是當CFO高時,當CFO克服250 kV時,主要效應歸因于電暈放電。


表2.百分比增強——第二列描述了有損耗地面如何增加相對于有損耗地面的閃光的數目,而第三列描述了電暈效應如何增加相對于有損耗地面情況下的閃光的數目。


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結論


本文分析了電暈放電在閃電性能計算中的重要性,并考慮了間接事件對電暈放電的影響。考慮電暈放電的閃燈數可以與考慮有限地電導率的閃燈數進行比較,后者在總數中占一致的部分。此外,研究人員還對引起電暈放電和增加危險事件次數的主要原因進行了敏感性分析,包括表面態系數、導體直徑和空氣濕度。表面狀態系數的變化導致了除非常CFO值外的閃點數量的線性百分比增加。研究人員考慮小于20 mm的值時,線直徑有一個有意義的影響:對于CFO <100 kV,更好地表示相對于直徑的百分比增長行為的函數是指數函數,而對于高CFO值則為線性函數。而且,空氣濕度的影響可以忽略不計。


論文鏈接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/14/4902/htm



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