降重20%以內(nèi)10kV絕緣架空線路避雷線的保護(hù)角選擇

摘要：絕緣架空線路具有良好的絕緣性能，可以有效地隔絕導(dǎo)線與外界，確保配電線路供電的安全性和穩(wěn)定性，避免非人力誤觸電現(xiàn)象的發(fā)生，提升單段線路的載流上限。由于10KV架空線路運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，安裝避雷線的時(shí)候，必須選擇合適的保護(hù)角，這樣可以提高架空線路的防雷水平。本文簡(jiǎn)單分析了雷電危害與形式，架空線路避雷線設(shè)計(jì)要素以及10KV絕緣架空線路避雷線保護(hù)角選擇，分析發(fā)現(xiàn)保護(hù)角數(shù)值為25°比較合理。

關(guān)鍵詞：10kv絕緣架空線路;避雷線;保護(hù)角

引言

10KV絕緣架空線路是我國(guó)電網(wǎng)重要組成部分，并隨著農(nóng)村電網(wǎng)改造廣泛應(yīng)用。由于10KV絕緣架空線路往往經(jīng)過(guò)森林、農(nóng)田、城鎮(zhèn)、河流等地區(qū)，架空運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，容易受到風(fēng)、雪、雷電等自然災(zāi)害，尤其是雷電災(zāi)害，雷電發(fā)生的瞬間產(chǎn)生高溫、強(qiáng)烈的電磁輻射，瞬間釋放幾十萬(wàn)倍的電流，可能導(dǎo)致線路絕緣體破裂、線路起火，直接摧毀建筑物、供配電系統(tǒng)，影響到10KV絕緣架空線路運(yùn)行安全性。因此，10KV絕緣架空線路施工時(shí)，需要安裝避雷線，降低雷擊發(fā)生概率。避雷線的保護(hù)角的選擇與雷電繞擊率和防雷效果有關(guān)，因此通過(guò)探討10KV絕緣架空線路避雷線保護(hù)角的選擇對(duì)提高架空線路防雷水平具有重要意義。

1.雷電的危害與形式

我國(guó)是雷電自然災(zāi)害比較頻繁的地區(qū)，尤其是南方夏季多雷電現(xiàn)象，雷電災(zāi)害也被電工委列為電子時(shí)代的一大公害。雷電是雷云層接近地面時(shí)，地面感應(yīng)出相反電荷，當(dāng)電荷達(dá)到一定數(shù)量，則在云間、云和大地之間放電，迸發(fā)光、電現(xiàn)象。雷電可以分為直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。直擊雷是帶電積云層接近地面時(shí)，與地面凸出物之間的放電現(xiàn)象，雷電電流直接流入地下，讓雷擊點(diǎn)與連接金屬部分產(chǎn)生對(duì)地高壓，直接擊傷人和動(dòng)物[1]。感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷，靜電感應(yīng)雷是帶電積云在架空電纜導(dǎo)線與其他導(dǎo)電凸出物感應(yīng)出大量電荷。帶電積云層與其他導(dǎo)體放電后，感應(yīng)電荷失去負(fù)荷，以大電流、高電壓的形式沿著導(dǎo)線或者導(dǎo)電凸出物傳播;電磁感應(yīng)雷是雷電放電時(shí)，在周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致周圍的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)[1]。球形雷是一種星球、發(fā)紅光和極亮白光的火球，可以直接從窗戶、門、管道等通道入侵，危害比較大。

2. 10KV絕緣架空線路避雷設(shè)計(jì)要素

本文10KV絕緣架空線路按照國(guó)家電力工程相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計(jì)，水泥桿選擇15米高，其中地面高度為12.7米，架空線路的導(dǎo)線橫截面積為240平方米的鋼芯絞線，避雷橫截面積為35平方毫米，避雷線保護(hù)角為15—30°。

2.1避雷線保護(hù)角與繞擊率

避雷線保護(hù)角是避雷線和導(dǎo)線與垂直線的夾角，用符號(hào)ɑ表示，一般ɑ越小則避雷線的防雷效果越好，避雷線的保護(hù)角一般小于25度。由于雷電活動(dòng)產(chǎn)生雷電流，容易穿透地線擊中導(dǎo)線，造成雷電繞擊。雷電繞過(guò)避雷線擊中導(dǎo)線的次數(shù)與雷擊線路次數(shù)之比就是雷電繞擊率，雷電繞擊率P可以按照下面公式計(jì)算：

一般來(lái)說(shuō)，避雷線保護(hù)角度越大，則繞擊概率越大，避雷線保護(hù)角越校，則繞擊發(fā)生概率越小。如果發(fā)生繞擊，則可能造成架空線路跳閘停電。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要選擇較小的避雷線保護(hù)角，降低繞擊事故的發(fā)生。但是避雷線的保護(hù)角過(guò)小，則會(huì)增加導(dǎo)線與避雷線的距離，減少導(dǎo)線的耦合系數(shù)[2]。

2.2避雷線耦合系數(shù)

耦合系數(shù)指避雷線元件間耦合的松緊程度，避雷線電感元件的實(shí)際絕對(duì)值與最大限值之比就是耦合系數(shù)。避雷線的耦合系數(shù)計(jì)算公式如下：

其中公式中的表示幾何耦合系數(shù)，代表校正系數(shù)，代表架空線路避雷線的半徑，代表架空線路避雷線的高度，代表架空線路避雷線與導(dǎo)線的鏡像距離，代表架空線路的導(dǎo)線與避雷線距離。避雷線的耦合系數(shù)直接影響到架空線路的絕緣效果，如果耦合系數(shù)過(guò)低，可能降低架空線路導(dǎo)線的電壓電位，影響到防雷線的防雷效果。

避雷線保護(hù)角與耦合系數(shù)的關(guān)系如下圖：

通過(guò)圖1可以得出避雷線保護(hù)角增大，避雷線的耦合系數(shù)不斷增長(zhǎng)，并對(duì)雷電過(guò)電壓產(chǎn)生一定的抑制作用，有利于架空線路導(dǎo)線防雷效果。所以要選擇合適的架空線路保護(hù)角，以免降低防雷效果。

3.10KV絕緣架空線路避雷線保護(hù)角選擇分析

3.1避雷線保護(hù)角約束條件

架空線路安裝避雷線主要為了避免由于雷擊導(dǎo)線導(dǎo)致線路跳閘或者斷線，造成大范圍停電故障。因此，10KV絕緣架空線路避雷線必須滿足國(guó)家電力工程建設(shè)的相關(guān)規(guī)定。在選擇避雷線保護(hù)角的時(shí)候，必須遵循以下條件：第一，10KV絕緣架空線路導(dǎo)線最低處距離地面的距離大于6.5米，檔距為50米，弧垂為1.3米，橫擔(dān)下移高度大于7.8米，則避雷線保護(hù)角ɑ大于10°。第二，架空線路的導(dǎo)線必須安裝在避雷線保護(hù)范圍內(nèi)，減少雷電繞擊導(dǎo)線，造成線路短路故障，因此避雷線保護(hù)角<25°。第三，合理設(shè)置避雷線檔距，避雷線和導(dǎo)線的氣隙設(shè)置1.6米，避雷線的保護(hù)角則應(yīng)該<25.9°。第四，根據(jù)10KV架空線路施工建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合架空線路應(yīng)力情況，在常溫?zé)o風(fēng)的情況下，導(dǎo)線最低點(diǎn)的應(yīng)力在84.79N/mm2，避雷線最低點(diǎn)的應(yīng)力為380.4 N/mm2，由此可以得出10KV架空線路避雷線的架設(shè)高度2.59米，保護(hù)角>17.2°。

3.2架空線路避雷線防雷效果分析

架空線路避雷線防雷效果一般用雷擊跳閘率計(jì)算，雷擊跳閘率與落雷次數(shù)、擊桿率、建弧率有關(guān)[3]。按照國(guó)家電力工程相關(guān)規(guī)定，落雷次數(shù)一般為0.07，擊桿率和避雷線的數(shù)量和自然環(huán)境有關(guān)，需要根據(jù)地形安裝不同數(shù)量的避雷線。

平原地區(qū)安裝一根避雷線擊桿率為四分之一，兩根避雷線的擊桿率為六分之一，山區(qū)一根避雷線的擊桿率為三分之一，兩根避雷線的擊桿率為四分之一。雷電電壓過(guò)大，則容易造成絕緣子閃絡(luò)，閃絡(luò)引發(fā)電弧，并造成線路跳閘。10KV架空吸納路的絕緣子高度一般設(shè)置為14-20米，以20米計(jì)算，則建弧率為0.36。為了進(jìn)一步了解設(shè)計(jì)避雷線保護(hù)角安裝后的防雷效果，可以利用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行仿真，將架空線路的雷擊跳閘率、落雷次數(shù)、擊桿率、建弧率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在滿足約束條件下，避雷線的保護(hù)角設(shè)置為25°的耐雷水平比較高。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，10KV絕緣架空線路避雷線的防雷水平跟避雷線的保護(hù)角、避雷線與導(dǎo)線的耦合系數(shù)、應(yīng)力有關(guān)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件，可以得出10KV絕緣架空線路避雷線的保護(hù)角設(shè)置為25°是一個(gè)相對(duì)合理的數(shù)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭帥.談10kV絕緣架空線路避雷線保護(hù)角的選擇[J].科技資訊，2019，17（23）：31-33.

[2]張靜，金明，程云國(guó)， 等.10kV絕緣架空線路避雷線的保護(hù)角選擇[J].電瓷避雷器，2019，（2）：84-89.

[3]蒿峰，盧澤軍，王曉光， 等.10kV架空配電線路臨近變電站防雷保護(hù)措施[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（28）：159-164.

作者簡(jiǎn)介：

嚴(yán)圣偉（1988.12.20）;性別 男 ;籍貫 上海;民族 漢;學(xué)歷 大學(xué)本科;職稱 中級(jí)：職務(wù) 國(guó)網(wǎng)上海市北供電公司輸電運(yùn)檢一班副班長(zhǎng)：研究方向 架空線路防雷措施;單位：上海交通大學(xué)，國(guó)網(wǎng)上海市北供電公司.