鎧裝高壓電纜防雷工程

歐陽開勇

鎧裝高壓電纜線有消除雷電波的作用，必要的參數是使用長度在2000m以上，鎧裝高壓電纜線埋地深度在0.5m以上，鎧裝高壓電纜線與國家電網連接處的地網接地電阻小于4 Ω，變電站地網接地電阻小于0.5 Ω，在鎧裝高壓電纜線的中間建設兩個接地網。

1 鎧裝高壓電纜的單位電容防雷理論

工程上，需要計算電纜的LC參數值。圖1為電纜實物尺寸。

圖1 電纜實物照片及尺寸圖

圖1是鎧裝電纜的照片。單相高壓電纜絕緣護套的內導體直徑：D=28mm。單相高壓電纜鋁芯線的直徑：d=13mm，絕緣為聚氯乙烯：ε′=2.7。

根據傳輸線理論公式，計算出電纜的特性阻抗為28 Ω。1m電纜的單位電容是196Pf。2000m電纜總的電容值為：

C=2000m×196pf/m=0.392uF=0.392×10-6F

當頻率等于50kHz，XC=8 Ω。即電纜完全能夠將頻率為50kHz以上的頻率短路入地。

2 求雷電波頻率f

我們將高壓電纜直接認為是阻抗匹配器。最典型的匹配器有兩種，即阻抗匹配器和萬能匹配器。2000m長度的電纜，直接視為萬能匹配器。用傳輸線理論進行分析，分析原理如圖2所示。

圖2 傳輸線理論原理分析圖

圖2中，設置2000m電纜為單相線匹配器。長度2000m等于雷電波頻率的八分之一波長Z0為變電站高壓變壓器的輸入阻抗，Z0通過電纜等效到電纜輸入端的阻抗就是Zin=0 Ω，所以起到防雷作用。

雷電波頻率在介質中的波長為λε。萬能阻抗變換匹配器在這里的作用，就是將Z0變換成為Zin，而且使Zin=0 Ω。

求得λε=8×2000m=16000m。危害最嚴重的雷電波頻率的實際波長λ：

雷電波中心頻率：

Zin的阻值。Zin是頻率函數，用圖3表示。

圖3 Zin阻抗曲線

3 阻抗失配反射雷電波

國家電網為三相高壓架空線，三相高壓架空線與線之間的距離2.5m。高壓架空線的線徑為d=2.5cm。高壓架空線的線與線之間的特性阻抗計算值是636 Ω。三相高壓架空線與鎧裝高壓電纜線的連接圖如圖4所示。

圖4 三相高壓架空線與鎧裝高壓電纜線的連接圖

圖4A為三相高壓架空線與鎧裝高壓電纜線連接；圖4B為阻抗連接；圖4C是計算不匹配的連接圖，其駐波系數：

將VSWR=11.2代入反射系數公式得：

反射功率：P反=Γ2P入=0.7P入=70P入%

反射功率P反的數值說明，在鎧裝高壓電纜與國家電網高壓架空線路的連接處，因為阻抗不匹配，引起雷電波總功率能量的70%被反射回國家電網去。

4 結語

764臺用2000m埋地鎧裝高壓電纜與國家電網的高壓（架空）線連接，現在全年電源線引雷導致發射機故障為零次。在雷雨天氣，人身安全和設備安全都得到了保障。