10kV架空配电线路雷电防护措施研究

10kV架空配电线路雷电防护措施研究

邢旭

鄂州市擎天雷电防护有限公司 湖北 鄂州 436000

摘要：10kV架空配电线路存在着较小的结构，在遭受雷击后，会有较高的跳闸率出现，需要勘察线路铺设现场，从实际角度考量，挑选针对性的防雷措施，确保有序运行电力系统。

关键词：10kV架空；配电线路；雷电防护；措施研究

1导言

城乡电网主要为10kV架空配电线路，该线路途径存在着复杂的地理环境，且处于较低的绝缘水平，因雷击造成事故而跳闸的概率较高，在配置架空配电线路时，需实施良好的防雷措施。依据运行线路的实际配置中，改善防雷配置措施，可对配电线路的雷击跳闸率进行有效控制，避免因雷击影响而对10kV架空配电线路造成损伤，保证日常生活中人们的安全用电。

2雷电过电压的种类

图1为输电线路的不同雷击方式。其中方式一、二为反击雷，是指杆塔顶部受到雷击时，巨大的雷电电流将沿着线路塔流入大地，并在线路绝缘子的一端产生高电位，反击产生的电位与绝缘子另一端的电位之间会产生电势差。方式三为绕击雷，方式四为感应过电压。

图1输电线路雷击示意图

配电线路的雷击图如图2所示。雷击方式一是指雷电直接击中配电线路，此时绝缘子的闪络可能会引起跳闸事故。雷击方式二是指雷电击中地面，此时地面的强电磁场会使线路产生感应过电压，可能会造成线路跳闸。

图2配电线路雷击示意图

3雷击威胁10kV架空配电线路

形成雷击事故的原因。雷电在各种自然界现象中，属于重要的天气现象，有很多原因均会形成雷击现象，一般情况下，是由较重的地标湿气，在高温蒸发后，上升到空中，并且结合大气中的水蒸气，在凝结后，会有水滴或冰晶现象产生，持续发生该现象会有大片的积云形成。不断摩擦大片的积云，会有气流产生，积云在摩擦过程中，会形成电云，也就是正负电荷，会雷击地面事物。雷击会危害10kV架空配电线路。在电网系统或10kV架空配电线路中，雷击会对其造成直接影响，因此，会有强烈的电磁感应产生在线路导线中，这种情况的出现会在短时间内有较高的电压形成，这期间电网线路中的电压负荷要低于雷击事故中产生的电压，会直接影响到电网中的线路，常见不利现象包括烧坏避雷器、跳闸及烧损，在影响电力设备的同时，也会影响到正常运行电路设备，导致经济损失增加。

4感应雷电过电压影响因素分析

4.1大地电导率的影响

为研究配电线路中感应雷的特性，以10kV线路为例，图3为配电线路附近的雷电示意图。导体的高度为10m，导体的截面积为150mm2，线的长度为2000m。地线在导体上方0.75m，接地电导率分别为0.0001S/m、0.001S/m和0.01S/m。

图3雷击导线示意图

在图3中选择直线的中点(A)和终点(B)进行计算，结果如图4所示。

1. 中间点处的波形示意图

(b)线路端点处的波形示意图

图4感应雷过电压波形图

从图4可得，在A点处，当大地电导率为0.01S/m时，感应雷电过电压约为165kV，比0.001S/m时低约30kV，比0.0001S/m时低80kV；在B点，当大地电导率为0.01S/m时，感应雷电过电压约为50kV，比0.001S/m时低约8kV，比0.0001S/m时低15kV。将图4(a)、(b)进行对比可知，A点感应过电压的幅度远大于B点。从图4(b)可以看出，当大地电导率较小时，线路上感应的雷电过电压大，电压衰减速度快。

4.2雷电流波形和雷击距离的影响

图5为3个不同的海德勒模型电流波形产生的感应雷电过电压幅度随水平距离变化的折线图。图5(a)为雷电回击速度为2×108m/s时感应雷电过电压的幅度曲线；图5(b)为雷电回击速度为1.3×108m/s时感应雷电过电压的幅度曲线。从图5可得，当电流幅值相同时，在两个不同的雷电回击速度下，雷电流A3产生的感应雷过电压幅值最大，雷电流A1产生的感应雷过电压幅值最小。

1. 雷击回击速度2×108m/s

(a)雷击回击速度1.3×108m/s

图5感应雷过电压幅值对比图

510kV架空配电线路雷击的过电压形式

5.1直击雷过电压

直击雷过电压，表示雷云在击中建筑物过程中，该物体会有较强的雷电电流产生于内部，在其中进行流过，确保该物体内部有较高的电压产生，比如电力装置、杆塔。

5.2感应雷过电压

感应雷过电压表示雷电在对周围大地进行击中时，由于导电本身的电磁感应会有较大的过电压产生。一般情况下，可两部分划分感应雷过电压，构成部分包括电磁分量和静电分量，在进行静电分量时，主要经先导通道中的雷电荷突然消失静电场而引发电磁感应电压，其中可以达到较高的值。在电磁分量中，主要采用雷击电流于先导通道中有磁场变化形成而引发的感应电压，其中放电通道垂直导线，两者不具备较大的互相感应现象，表示为电磁感应。电磁分量在这种情况下，属于较小的经典分量，因此，静电分量可起到巨大作用。线路在10kV架空配电线路中，是由直击雷过电压产生故障或闪络，并不是感应雷过电压，直击雷过电压会影响配电线路，但影响范围较小，配电线路受到感应雷过电压存在着较大的故障比例，因此，需要有效防护感应雷过电压，展开全面分析。

610kV架空配电线路防雷措施

6.1防护架空绝缘导线雷击断线

在分析架空绝缘导线雷击线路的断线机理时，还应依据日常维护经验，有效防护此类型发生的断线事故，本文中主要于三个方面表现。①需保证局部线路的绝缘水平提升,若有感应雷过电压情况出现在配电线路中,会严重破坏线路外部的绝缘体绝缘子。因此，需对电路材料的质量加以保证，在施工安装中，应按照相应规范在施工中进行合理安装，确保配电线路外部绝缘体从根本上提升绝缘层次。雷击架空配电线路的主要原因为处于较低对线路绝缘水平，针对现有情况，需增强电路的绝缘能力。②应安装避雷器，保护10kV架空配电线路。在选择避雷器方面，匹配时需按照地区线路特征，氯化锌避雷器是10kV架空配电线路中相对实用的避雷器，可以良好转化产生的过量电能，确保隔离效果，在电阻片的上方位置安装，可保证运行系统，不会影响电压，最终对长期稳定运行线路加以保护。③在选择避雷器安装位置方面，需依据本地经济情况和天气情况进行考量，以合适的位置安装避雷器，于重要设备上安装避雷器。

6.2保证10kV配电设备的接地电阻降低

主要利用两种方式展开配电设备的接地电阻，①接地体水平方式，该方式在一般的配电线路中都可以应用，在保证有效改善配电设备接地网的同时，需确保采取防腐措施应用于开关的接地装置、变压器及杆塔，若未合理实施防腐措施，于长时间腐蚀下，会很大程度上增大接地电阻，导致配电设备超标电阻。②通过降阻剂有效控制电阻，于水平接地体周围增加高效膨胀土，有效控制电阻，从而有效降低杆塔的接地电阻。

6.3有效保护配电设备的防雷

在防雷保护配电设备时，可于配电器的低压两侧安装避雷器，从而有效连接低压侧的中性点、变压器的外壳及高测压的避雷器，从而形成及四点共一地现象。基于现有情况，接地电阻需对规定的配电变压器电阻容量加以满足，表示配电变压器超过100kVA低于4Ω，在柱上开关的防雷措施方面，为保证运行电网需求，应在电网中安装柱上刀闸和开关，确保灵活运用配电网。值得关注的是，很多时候并没有有效应用防雷设备，只是开关一侧安装避雷器，但在断开开关时，就会全面形成电波反射，从而明显损伤设备开关。针对现有情况，需有效保护设备中的刀闸或开关，于两侧安全避雷器，从而防雷保护刀闸或开关。在防雷保护电缆分支箱时，常采用避雷器的方式进行防雷，在安装期间，需在整个回路中的每个单元安装避雷器，但会增加成本，并降低系统运行对的整体可靠程度。不仅如此，还应避免安装环网单元。

7结语

针对输电线路雷击问题，本文首先阐述了雷电过电压的种类及原理，然后仿真分析了感应过电压的影响因素，最后对不同雷电活动下的防雷效果进行仿真。结果表明，设置地线可以较好地抑制感应雷，但对直击雷的防护效果不太明显。

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