10kV配電線路架設(shè)地線對雷電感應(yīng)過電壓的防護(hù)效果分析

摘要：10kV配電線路容易受到雷電的侵襲，可通過架設(shè)地線對雷電感應(yīng)過電壓進(jìn)行防護(hù)，以保障10kV配電線路的安全運(yùn)行。文章首先分析了10kV配電線路對雷過電壓的感應(yīng)，然后分析了架設(shè)地線對雷電感應(yīng)過電壓的防護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；架設(shè)地線；雷電感應(yīng)過電壓；防護(hù)效果；雷擊故障 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM721 文章編號：1009-2374（2015）29-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.068

10kV配電線路自身的絕緣能力有限，容易遭受雷擊發(fā)生故障問題，為了積極控制線路的感應(yīng)過電壓，減少閃絡(luò)現(xiàn)象的出現(xiàn)，通過架設(shè)地線能夠?qū)纂姼袘?yīng)過電壓進(jìn)行有效防護(hù)。

1 配電線路對雷過電壓的感應(yīng)

雷電多發(fā)的季節(jié)，配電線路很容易遭到雷電的威脅，雷過電壓一旦超過了線路自身的絕緣水平，就可能造成絕緣子破壞，甚至引發(fā)接地短路問題，帶來嚴(yán)重的配網(wǎng)故障問題，具體的雷過電壓的影響如下：

1.1 避雷器故障

為了預(yù)防雷電對配電線路的襲擊，通常將避雷器配置于架空線路中，雷擊過電壓影響下，雷電流一旦超出規(guī)定范圍，線路避雷器就會加入分流，就會有大規(guī)模的感應(yīng)電流經(jīng)避雷器流向大地，這樣就控制了絕緣子兩端的電壓，既維護(hù)了線路安全，也保證了其有效抗雷。但是，避雷器也可能遭受雷電的破壞，例如：避雷器自身的型號不合適、無法承受過大電流；或者避雷器因?yàn)樵獾竭^電壓、天氣、自然環(huán)境、諧波等的影響，導(dǎo)致避雷器封閉性受破壞，最終受濕受潮，導(dǎo)致線路老化、破損，為雷擊提供可乘之機(jī)；或者當(dāng)接地電阻超標(biāo)以及接地引下線遭受腐蝕破壞，造成線路中的雷感應(yīng)電流無法流入大地。要想維護(hù)避雷器安全，就要在雷電季節(jié)事先做好準(zhǔn)備，優(yōu)先檢查好避雷器的各項(xiàng)裝備與裝置，注重運(yùn)行檢測，有問題及時(shí)解決與消除，同時(shí)要將諧波監(jiān)測設(shè)備裝入配電線路中，一旦發(fā)現(xiàn)諧波，要安裝并啟用消諧設(shè)備消除諧波，并優(yōu)選配線與避雷器，同時(shí)配置脫離器，充分維護(hù)避雷器的性能安全。

1.2 絕緣子閃絡(luò)故障

絕緣子維護(hù)架空配線的安全，當(dāng)遭受強(qiáng)雷電襲擊時(shí)，容易出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣子遭到破壞。在不斷發(fā)生的強(qiáng)雷雨天氣下，雷電感應(yīng)過電壓會加重配電線路的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致絕緣子兩側(cè)電壓差超過了其可承受范圍，導(dǎo)致閃絡(luò)問題出現(xiàn)。再加上絕緣子受到外界自然天氣的影響，容易造成絕緣子的受熱破損等問題，此時(shí)就需要改用絕緣效果更佳的絕緣子。

2 地線對感應(yīng)過電壓的限制效果

2.1 接地電阻的影響

配電架空線路電桿通常是自然接地，接地電阻很高，再加上大地電阻的影響，所以通過架設(shè)地線來防護(hù)過電壓就要明確是否對電桿進(jìn)行降阻，具體可以通過計(jì)算對比無地線以及有地線的感應(yīng)過電壓得出結(jié)論：

無地線線路感應(yīng)過電壓的計(jì)算。（A相）中相導(dǎo)線對地高取11m，（B相或C相）邊相導(dǎo)線對地高則取10m，這兩相導(dǎo)線間相距1m，線路截面面積達(dá)到185mm2，檔距達(dá)80m，長度達(dá)到20km，線路兩側(cè)途經(jīng)適合的電阻接地，雷電將恰好落于配電線路中間位置，雷電集中區(qū)與配網(wǎng)中相差50米遠(yuǎn)，雷電電流達(dá)到30kA，大地電阻率為100Ω·m。有地線線路的計(jì)算按照以下標(biāo)準(zhǔn)和方法：將截面積70mm2的地線裝設(shè)在無地線中相導(dǎo)線頂端1m的位置，地線通過電桿接地。

經(jīng)過計(jì)算研究得出：無論有無地線，各相線路中的感應(yīng)過電壓最大值都定位于線路的最中間區(qū)域，這一區(qū)域感應(yīng)過電壓會隨時(shí)間發(fā)生起伏變化，因?yàn)榈鼐€會限制感應(yīng)過電壓，無地線線路上各相導(dǎo)線中的感應(yīng)過電壓水平都比有地線的高，同時(shí)，因?yàn)槌霈F(xiàn)了電桿接地電阻，有地線路的地線同樣會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，具體幅值大小大概為相導(dǎo)線的17%。

通過對各相導(dǎo)線的感應(yīng)電壓幅值的對比能夠看到：在感應(yīng)過電壓方面，其中無地線A相與有地線B相為最大，這是因?yàn)橛械鼐€路的地線架設(shè)與A相最近，這樣就大大限制了其感應(yīng)過電壓，取A相、B相中最大的感應(yīng)過電壓進(jìn)行對比，可以得出：有地線線路要比無地線線路低34.26%。這其中需要明確的是，絕緣子閃絡(luò)與否取決于它所承受的過電壓。所以，將絕緣子所承受過電壓進(jìn)行對比才更重要。無地線線路因?yàn)槿鄙俚鼐€，感應(yīng)電流無法經(jīng)電桿流向大地，這樣電桿同大地處于一樣的電位狀態(tài)，絕緣子的電壓就是導(dǎo)線對地電壓。有地線路，不考慮地線同絕緣子腳間的壓降，導(dǎo)線同地線間的電位差就是絕緣子所承受的電壓，通過對有地線、無地線之間的電壓幅值對比得出，無地線絕緣子的感應(yīng)過電壓更高。接著針對有地線路，選擇不同的接地電阻值，來計(jì)算其感應(yīng)過電壓，其中大地電阻率定值：100Ω·m，以此來預(yù)防大地電阻率的動態(tài)變化引發(fā)的計(jì)算麻煩。下圖1表示地線感應(yīng)過電壓幅值、導(dǎo)線對地最高感應(yīng)過電壓幅值、絕緣子承受的最高過電壓幅值隨接地電阻變化的圖像：

圖1

從上圖1可以看出，導(dǎo)線對地最高感應(yīng)過電壓幅值同接地電阻之間成正比，前者隨后者的變化而變化，相反，絕緣子則與之成反比，接地電阻變大，絕緣子所承受的最高過電壓幅值卻對應(yīng)變小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)樵诟袘?yīng)過電壓方面，地線同導(dǎo)線大致相似，都是與接地電阻成正比例變化，但是，接地線的變化相對更為明顯。從中可以看出，選擇地線對感應(yīng)過電壓加以防護(hù)時(shí)，無需對電桿進(jìn)行降阻，直接自然接地就能實(shí)現(xiàn)。

2.2 地線安裝位置的影響

要想具體探究出這一影響性因素，就要對地線架設(shè)高度做出不同的選型，從而來計(jì)算線路感應(yīng)過電壓，從中得出導(dǎo)線、絕緣子等的最高過電壓幅值與地線架設(shè)高度之間的關(guān)系，具體的變化圖像如圖2所示：

圖2

從圖2可以看出：導(dǎo)線、絕緣子等的最高過電壓幅值與地線架設(shè)高度的是同步變化關(guān)系，也就是地線靠導(dǎo)線越近，變化越小。從上圖還能看到：同導(dǎo)線距離一樣時(shí)，地線架設(shè)的位置會對感應(yīng)電壓帶來不同的限制效果，通常情況下，地線于上方要相對于下方的效果更佳。因此，選擇架設(shè)地線來防護(hù)感應(yīng)過電壓時(shí)，一般應(yīng)把地線定位于導(dǎo)線上方，在達(dá)到線間距的前提下，需要拉近地線與導(dǎo)線間的距離。

3 地線對感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率的降低效果

感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率能最直接地反映出地線對感應(yīng)過電壓的承受能力，要想得出地線對感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率的控制程度，可以通過以下參數(shù)來運(yùn)算分析：（1）將地閃密度Ng設(shè)為40個(gè)雷暴日，取值2.78次；（2）當(dāng)前，10kV架空配電線路在我國的絕緣配置各不相同，在雷擊影響下，通常當(dāng)電壓在100～150kV時(shí)，絕緣子會發(fā)生閃絡(luò)，為了覆蓋多數(shù)情況，選擇100與150kV作為判斷依據(jù)，以此來計(jì)算感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率；（3）對應(yīng)的電阻率則取特殊值：50，500，1500等；（4）電桿選擇自然接地模式。

經(jīng)過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)運(yùn)算得出：由于大地電阻率的不斷上升，無地線、有地線感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率也隨之增大，因?yàn)榇蟮仉娮杪实纳仙龝鹄纂娝沧冸姶艌龅淖兓?、傳輸線大地瞬態(tài)阻抗也會變化，導(dǎo)致線路感應(yīng)過電壓不斷上升。

4 結(jié)語

雷電感應(yīng)過電壓容易引發(fā)配電線路故障，通過架設(shè)地線能夠有效防范雷電感應(yīng)過電壓的不良影響，要加強(qiáng)配電線路感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算，通過科學(xué)架線進(jìn)行防護(hù)，從而有效確保配電線路的穩(wěn)定安全。

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作者簡介：甄雄輝（1969-），男，廣東開平人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門開平供電局電氣工程師，研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint