10kV配电线路防雷技术探析

王乐福

中图分类号：U212

摘要：配电网担负着分配电能的重要任务，其安全运行易受到自然灾害特别是雷击的影响，因此防雷是配网的一项日常重要工作。本文针对雷击的产生机理、危害，简述了雷击配电线路的主要原因及防雷技术措施进行了分析。

关键词：10KV配电线路;防雷技术;线路避雷器

雷击是严重的自然灾害，尤其是在广东沿海地区，是雷害最严重的地区之一。近年来，10kV配电线路的运行表明，10kV配电线路雷害事故频繁发生，严重危害了配电网的供电可靠性和电网安全，影响了人们群众的生产、生活用电。因此，必须从根本上分析雷电的产生，并结合10kV配电线路的运行特点，大力研究10kV配电线路的防雷保护措施，对于保证10kV配电线路安全运行具有重要的实际意义。

1 雷电产生的物理条件及形成

1.1 雷云放电的特征

(1)主放电时雷电流的幅值可达几十至几百千安。

(2)放电时间极其短促，一般主放电时间约为30～50μs。

(3)主放电的温度可达20000℃，使周围空气急剧膨胀，因而产生耀眼的闪光和巨大的声响。

(4)放电的雷电流伴随有电磁效应、热效应和机械效应，因此对电气设备及建筑设施有很大的危害。雷云放电时，主放电引起的电磁场在雷击点附近的金属机构和导线上产生感应电压，其幅值有时高达几十万伏，它会使电气设备绝缘击穿，甚至引起爆炸和火灾。雷电流通过导体时，会产生很大的热量，使金属导体熔化。雷云对地放电时，产生强大机械力，损坏电气设备。

1.2 直击雷和雷电感应是怎么形成的

(1)直击雷。在大气中带有电荷的雷云对地电压高达几十亿伏。当雷云对地面上突出物的电场强度达到空气的击穿强度时所产生的放电现象称为直击雷。任何遭到直击雷侵袭的设施或设备，很少能免遭其害。

(2)雷电感应。雷电感应通称为感应雷，又分静电感应和电磁感应。

1）静电感应，是雷云接近地面时，在地面突出的机构物顶部被感应出大量的异性电荷，一旦雷云与其他异性雷云放电后，聚集在该构筑物顶部的感应电荷就失去束缚，以雷电波的形式高速传播形成的。

2）电磁感应，是发生雷击时，雷电流在周围空间产生迅速变化的磁场，在附近的金属导体上感应出很高的电压。上述两种雷电感应，均能影响或导致电气设备的绝缘击穿。

2 雷击配电线路的主要原因

(1)由于部分线路铁塔、开关、配变等的接地线被盗严重，使设备失去保护，被盗的接地线未能及时接上而造成雷击线路、避雷器等情况。

(2)由于10kV线路一般上方都有多处110kV以上线路交叉跨越，高电压等级的线路从远处带来雷电，加上10kV线路本身的防雷设计比高电压等级的线路要低，当同样都位于多雷区时，由于10kV线路的先天不足，防御雷电的能力，当然会显得较为脆弱，经常遭受雷害。

(3)由于设计上的原因部分10kV线路使用针式绝缘子。显然针式绝缘子在线路档距跨度大、抵御强风、台风、雷电等恶劣环境上使用，效果明显优于瓷横担，但是如果针式绝缘子发生内部击穿时，故障不易被发现，而且我们现在使用的针式绝缘子都是耐压35kV的绝缘子，在强雷电时被击穿、击破，由于绝缘子本身的耐压高，有可能还可以继续正常工作，这种情况巡视是很难发现问题的。若这些隐患和薄弱环节不排除，线路仍会遭受雷害影响。

(4)由于线路杆塔、开关、配变地网安装不规范、不合格，例如接地圆铁与接地角桩焊接不良、接地网年久失修，地网腐蚀、遭到周围基建施工破坏，甚至挖断等都是造成配电线路容易遭雷击的原因。

(5)避雷器质量不良或长期经受雷电冲击失效等原因，使避雷器形同虚设也是造成配电线路容易遭雷击的原因。

(6)测试接地电阻方法不规范、仪器不准确导致误判断留有隐患也是造成配电线路容易遭雷击的原因。

3 现阶段10kV配网常用的防雷技术和措施

(1)现阶段配电线路防雷主要采用降低塔体接地电阻的方法。这在平原地区和土壤电阻率比较低的地方实施起来应该相对较容易，但是对于丘陵地区，特别是部分山区杆塔，要保证接地电阻合格则往往在4个塔脚部位采用敷设较长的接地网或打深井加降阻剂，以增加地线与土壤的接触面积降低电阻率，在工频状态下接地电阻会有所下降。但遭受雷击时，因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态分量Ldi/dt会加在塔体电位上，使塔顶电位大大提高，更容易造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降。

(2)在配变开关、电缆等设备高压侧安装避雷器，这样保护的变压器在运行中还会有一些雷害事故。这是由于一般配电变压器未在低压侧装设低压避雷器的缘故，这时不仅会发生低压侧的损坏，也会发生高压侧的损坏。

(3)延长闪烁路径，使电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。

(4)采用比线路电压高一级的绝缘，最好采用陶瓷横担、悬式绝缘子，以提高线路绝缘水平。

(5)在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，雷电过电压下间隙击穿接地，放电降压而起到保护线路或设备绝缘的作用。

(6)在干燥的时间段如春节前1个月进行地网接地电阻测试，以保证测试的准确性。

(7)定期进行地网接地电阻测试，及时对不合格的地网进行改造。

(8)加强线路的巡视和保护宣传工作，保证配电线路的防雷设施不受侵害和破坏。

(9)如果条件许可尽量使用地下电缆线路代替架空线路。

(10)定期进行避雷器的周期轮换工作，淘汰旧式防雷设备。

4 线路避雷器防雷的工作原理

在线路未装避雷器时，雷电流完全通过杆塔或引下线接地装置倒泄流入大地，但是，由于存在接地电阻，塔顶电位会迅速升高，特别是对于接地电阻较高的杆塔，当塔顶电位与导线感应电位的差值超过绝缘子串临界闪络电压U50%时，就会出现绝缘子串闪络，并可能产生工频电弧直到线路断路器跳闸。对于某些地处土壤电阻率较大地区的杆塔，由于接地电阻难以降低，使得常规的防雷遇到了难题。

在线路中装设线路避雷器，将避雷器的伏-秒特性与绝缘子串的伏-秒特性相配合，当线路遭受雷击（或绕击、反击等）时，线路避雷器可靠动作，以保护绝缘子串不发生闪络。具体过程是：当塔顶电位超过避雷器的导通电压时，避雷器动作，此时杆塔上的雷电流分流发生变化，一部分仍旧沿杆塔或引下线、接地电阻泄入大地，另一部分则经避雷器流入导线，于是导线和避雷线上都有雷电流流过。由于电磁感应作用，雷电流分别在导线和避雷线中产生耦合分量，导线上较大的雷电流耦合分量使得其电位迅速升高，使杆塔对导线放电得到了有效的控制，从而达到防雷效果。因此，线路避雷器就是利用其很好的钳电位作用来遏制绝缘子串上放电电压的出现，从而达到防雷效果的。

以下是具体的理论分析：配电线路杆塔接地装置的冲击阻抗与配电线路的跳闸率直接有关，线路杆塔接地装置冲击接地电阻严重影响线路的防雷水平。关于防雷设计，除了采用架空地线减少雷电直击导线外，同时还要限制塔顶电位，降低塔顶与导线之间的电位差，以防止反击。当雷击配电线路杆塔时，雷电流i经塔顶和接地装置而流入地下。

Vt=（1-β）（RIi+Ldi/dt）(1)

式中：

RI为杆塔接地装置的冲击接地电阻；

L为杆塔的电感，一般与其高度成正比；

β为避雷线对雷电流的分流系数。

5 10kV配网采用加装线路避雷器进行防雷的优势

由于线路避雷器具有钳电位作用，对接地电阻要求不太严格，对山区线路防雷比较容易实现，因而加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。

从式(1)可以看出，塔顶电位与杆塔接地装置冲击接地电阻的密切关系，因此，对接地装置进行正确的设计能够有效地提高配电线路运行的可靠性。从式(1)可知，冲击接地电阻值越低，雷击时加在绝缘子串上的电压就越低，发生闪络的概率就越小。所以在配电线路接地设计时，冲击接地电阻是一个相当重要的参数。在冲击电流作用下，接地装置的冲击接地电阻一般低于工频接地电阻，但是冲击接地电阻因土壤性质、冲击电流峰值及接地装置的几何形状不同而相差很大。因此在实际的接地装置设计中仍以正常工频电阻值作为考虑的依据，同时考虑一定的降低裕度。为此在配电线路设计中，如果工频接地能达到10～15Ω，设计上即被认为优良。但是通过降低接地电阻来完成防止反击事故是比较困难的。

6 线路避雷器的安装和注意事项

(1)选择多雷区且易遭雷击的配电线路杆塔，最好在铁塔上安装。

(2)安装时尽量不使避雷器受力，并注意保持足够的安全距离。

(3)避雷器应单独敷设接地线，其截面不小于25mm2，尽量减小接地电阻的影响。

(4)线路避雷器的地网要另外敷设，不能采用原铁塔的地网，建议做成10Ω以下。

(5)安装牢固，排列整齐，高低一致。

(6)引下线应短而直，连接紧密，采用铜芯绝缘线，其截面应不小于上引线：16mm2，下引线：25mm2。

(7)与电气部分连接，不应使避雷器产生外加应力。

(8)引下线应可靠接地，接地电阻值应符合规定。

(9)投运后进行必要的维护：1）结合停电定期测量绝缘电阻，历年结果不应明显变化；2）检查并记录计数器的动作情况；3）对其紧固件进行拧紧，防止松动；4）定期测量线路避雷器的接地电阻，对不合格的地网及时进行改造；5）更换质量不良的避雷器组件。

6 结语

总之，10kV配电网是电力系统与用户直接相连的最重要的环节，它的安全运行水平直接关系到供电企业的经济效益和社会效益。因此，对10kV配电线路防雷应当引起足够重视。只有做好线路的防雷工作，才能预防雷击发生，提高线路供电可靠性，从而保证电网的安全、经济和稳定运行，更好地满足社会经济发展的需要。

参考文献

[1] 李林易;输电线路设计中的防雷措施及应用[J];云南电业;2010年01期

[2] 唐正森;李景禄;;10kV配电网柱上开关雷击分析和防雷措施研究[J];电力建设;2008年10期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。