10kV架空绝缘线路雷电过电压计算论文

10kV架空绝缘线路雷电过电压计算论文
摘要：对于10kV的感应雷，若全线安装线路避雷器，则大部分感应过电压对10kV线路已不构成威胁；若全线架设避雷线，则相同的绝缘子串50%闪络电压下，耐雷水平比不架设避雷线平均提高10kA 左右；对于直击雷，当全线安装避雷器后，无论是雷击杆塔塔顶还是雷直击导线，耐雷水平都得到了很大的提高，线路发生跳闸的几率将很大程度的降低。

1 引言
海南地处热带边缘，高温、高湿.既受热带系统影响，又常受冷空气的侵袭，局地强对流天气经常发生，而且十分激烈，容易成灾。

海南地区为强雷区，年平均雷暴日约为114.2日。

雷电活动十分频繁，线路易遭受雷击，该10kV配电线路每年遭受雷击的次数N按式（1）进行计算：
式（1）中，Td为雷暴日，经查得海南年平均雷暴日为114.2日：b为无避雷线时边相导线间的距离，典型10kV架空输电线路中，b=0.8m；h为最上击的次数是很高的。

随着国民经济的发展，10kV线路成为配电系统的主干网络。

近年来。

供电服务水平不断提高，供电可靠性指标要求也不断提高，停电时间必须严格控制，10kV配电线路的防雷就显得尤为重要。

对其应及时采取有效的防雷措施[1]。

2 过电压分析及计算
2.1过电压分析
雷击线路附近大地时，线路上产生感应雷过电压，对于绝缘水平较低的35kV及以下水泥杆线路会引起一定的闪络事故，感应过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差，故只能引起对地闪络，如果二相或三相同时对地闪络即形成相间闪络事故。

对于感应雷事故，不能用模型仿真测得线路的耐雷水平，且当雷击事故不明确是直击雷还是感应雷事故时，都需要计算出其耐雷水平，并用该值与仿真所得值比较用以确定是何种雷击事故。

当雷击点离开线路的距离S>65m时，导线上的感应雷过电压最大值错误！未找到引用源。

Ug可按下式计算：
式中，Ug 为感应雷过电压（kV）；hd为导线悬挂平均高度（m）；S为雷击点离线路的距离（m）[2]。

10kV线路中一部分为铁塔，另一部分为水泥杆。

铁塔高度在15～18米之间，取18米；水泥杆高度为12米。

Ug可取为绝缘子50%放电电压230kV，所以根据（3）式可得铁塔的感应雷耐雷水平为33kA，水泥杆的感应雷耐雷水平为49.8kA。

如果采取全线安装线路避雷器的措施，则大部分感应过电压对10kV线路已不构成威胁。

如果全线架设避雷线，则由于其屏蔽效应，导线上的感应电荷就会减少，导线上的感应过电压就会降低。

避雷线的屏蔽作用可用下法求的，设导线和避雷线的对地平均高度分别为hd和hb若避雷线不接地，则可求的避雷线和导线上的感应过电压分别为：
实际上，避雷线与大地连接保持地电位，电位为0，可以假设为避雷线上再叠加了-Ub的感应电压。

此电压在导线上耦合，因此导线上的实际感应电压：
式中k为避雷线与导线的耦合系数。

所以由上式可得加了避雷线后铁塔的感应雷耐雷水平提高到41.25kA，水泥杆的感应雷耐雷水平提高到62.25kA.。

所以，对于有避雷线线路，由于其屏蔽效应，导线上的感应电荷就会减少，导线上的感应过电压就会降低。

线路全线架设避雷线后，相同的绝缘子串50%闪络电压下，耐雷水平比不架设避雷线平均提高10kA左右。

2.2过电压分析
雷直击于无避雷线线路的情况可分为两种，即雷击杆塔塔顶和雷直击导线。

直击雷耐雷水平的确定方法，针对于每一回事故线路，采用ATP软件建立相应的模型，模拟雷击事件。

对三亚10kV林旺线进行了直击雷过电压分析。

由于配网线路的杆塔参数和绝缘子型号比较统一，因此选取其中3#杆为例进行过电压水平的仿真分析。

其仿真模型如图1所示。

由仿真计算可得，雷击杆顶时，耐雷水平为23kA；雷击导线时，耐雷水平为0.57kA。

由规程计算结果得知，雷击杆顶时，线路的耐雷水平为23kA。

故将雷电流增大到24kA，此时单相绝缘子上所承受的电压达到了其冲击临界放电电压，A相绝缘子最先闪络。

此时，由于线路并未跳闸，A相线路通过杆塔接地，相当于避雷线的作用，由于各相导线之间的
耦合效应，使得B、C两相导线上感应出过电压，其极性与塔顶电位极性一致，所以B、C两相上绝缘子所承受的电压差反而减小，达不到临界冲击闪络放电电压，并不发生闪络，电压波形如图2所示。

当雷电流继续增大到39kA，B、C两相上由耦合电压增加的导线电位并没有塔顶电位增加的多，所以耦合系数较小的C相先闪络，这使得C相也通过杆塔接地，B相上将感应出A、C两相上所产生的暂态过电压，且其极性与塔顶定位一致，因而B相电位继续抬高，达不到临界闪络条件，不发生闪络，如图3所示。

若在3#塔三相全部安装线路避雷器，其仿真模型如图4所示，雷击杆顶的耐雷水平提高到100kA以上。

可见，由于避雷器的截断作用，使得雷电流的幅值降低，绝缘子不再闪络，从而对线路进行了有效的保护，提高了线路的耐雷水平。

3 线路防雷的措施
国内外对防止绝缘导线雷击断线进行了许多实验研究工作，归纳起来，10kV架空输电线路防雷措施可以总结出以下一些主要方法。

1）提高线路绝缘水平
可采取将裸导线更换成为绝缘导线、增加绝缘子片数、在导线与绝缘子之间增加绝缘皮、更换绝缘子型号等方法。

2）降低10kV杆塔接地电阻
在土壤电阻率低的地区，应充分利用杆塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻。

在高土壤地区，可采用多根放射形接地体，连续伸长接地体，或采用有效的降阻剂降低接地电阻值。

3）氧化锌避雷器（MOA）
（1）通过吸收雷电放电能量，达到保护的目的
（2）安装避雷器后能够限制配电线路的感应过电压
4）箝位绝缘子
放电箝位绝缘子是在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计金属线夹，并设置引弧放电间隙。

当雷电闪络引起工频续流时，工频续流在金属线夹上燃弧直至线路跳闸一熄灭工频续流，避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线[3]。

缺点是对老线路更换绝缘子的投资较大，实施困难；须剥开绝缘层，易引起导线线芯进水，腐蚀断线；悬垂线夹抗震性能较差，线路风吹舞动时常会引起故障。

5）限流削弧角
工作原理与串联间隙避雷器类似。

该技术措施的优点是维护工作量少，但其成本较高。

6）增长闪络路径
增长闪络路径，降低工频建弧率。

该方法借助断路器截断工频续流，防止绝缘导线熔断、投资成本低。

其缺点是冲击闪络后是否建弧是一个非常复杂的动态问题，影响因素较多。

7）过电压保护器
该技术措施是针对氧化锌避雷器为无间隙结构、长期运行承受工频电压而进行的改进，其结构为避雷器串联引流环，并与绝缘导线之
间形成放电间隙。

同避雷器一样有通流容量问题，强雷电流流过时易损坏，而且投资成本相对来说比较高[4，5]。

8）防雷支柱绝缘子
主要作用在于：
l）提高绝缘子的放电距离来减少线路雷击闪络率；
2）通过保护型金具将导线围绕起形成厚实的保护部件，以防止短路电弧根部的燃烧效应。

目前防雷支柱绝缘子（如FEJ-12/5型等）已经得到了广泛的应用，并取得了一定的防雷效果。

9）防弧金具
导线绝缘层剥离300-500mm，在剥离段的端部加装一个厚重的铝合金线夹，简称防弧线夹，弧根固定在防弧线夹上燃烧，保护导线免于雷击断线[6]。

10）加强管理与检修
1）增加巡视力度，清理线路旁的树枝，检查防雷设备的接地；
2）加强输电线路防雷工作：清理线路周围的缘、加装线路避雷器、加强杆塔接地电阻监测等措施。

4结论
对于10kV的感应雷，若全线安装线路避雷器，则大部分感应过电压对10kV线路已不构成威胁；若全线架设避雷线，则相同的绝缘子串50%闪络电压下，耐雷水平比不架设避雷线平均提高10kA左右；对于直击雷，当全线安装避雷器后，无论是雷击杆塔塔顶还是雷直击导线，耐雷水平都得到了很大的提高，线路发生跳闸的几率将很大程
度的降低。

可见，无论是对于感应雷还是直击雷，安装线路避雷器都是一个行之有效的方法，如果再加上避雷线对避雷器分流的保护作用，则全线的耐雷水平都将会提高，从而减少了雷击跳闸率的发生，保障三亚配电网安全稳定运行。

参考文献
[1]邓文斌.南方某县城10kV配电网防雷保护分析[J].电瓷避雷器，20l0（4）：23-25.
[2]解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社.1985.
[3]韩晋平.10kV绝缘导线雷电过电压与防雷综合措施研究[J].高电压技术，2008（11）：95-99.
[4]黄兰英.10kV配电线路防雷措施研究与应用[J].四川电力技术，2009（1o）：36-39.
[5]陈中明.配电网架空线路感应雷过电压产生机理与防护[J].广东电力，2008，2l（5）：19-22.
[6]黄清社，徐奔，彭利强，等.10 kV架空绝缘导线防雷保护的措施研究[J].高压电器，2010，46（12）：32-35.。