淺析10kV 配電線路防雷設(shè)計的應(yīng)用

[摘 要] 傳統(tǒng)10kV 配電線路設(shè)計及建設(shè)均未考慮避雷線，因此配電線路雷害事故成為中低壓配電線路事故的主要原因之一。文章分析配電線路雷擊現(xiàn)象及危害，提出10kV 配電線路防雷技術(shù)措施及防雷設(shè)計。

[關(guān)鍵詞] 雷電；架空配電線路；避雷線；接地電阻

[作者簡介] 韓術(shù)安，唐山華電電氣工程有限公司助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)輸配電系統(tǒng)設(shè)計與施工，河北 唐山，063000

[中圖分類號] TM75 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2012）11-0072-0003

目前我國中小城市、縣級配電網(wǎng)傳統(tǒng)10kV 配電線路設(shè)計一般都不考慮線路防雷，隨著電網(wǎng)公司供電可靠率的不斷提高，10kV 及以下中低壓配網(wǎng)遭受雷擊的頻率和次數(shù)不斷增加，特別是開闊區(qū)域的桿塔絕緣子和導(dǎo)線雷擊斷線、跳閘率長期居高不下，嚴(yán)重影響配網(wǎng)線路的安全運行。筆者所在唐山地區(qū)屬于多雷區(qū)，平均雷暴日為32.7 天/年，河北鋼鐵集團九江線材有限公司焦化10kV送電線路位于唐山北部遷安地區(qū)，遇到雷電時常跳閘斷電，給公司造成了很大的經(jīng)濟損失。為了解決配電線路雷害事故，提高供電可靠性，對該條線路進(jìn)行了簡單的初步防雷技術(shù)改造，經(jīng)過1個雷電年的運行考驗，沒有發(fā)生雷電跳閘事故，取得了初步的防雷效果。

一、雷擊分析

（一）地區(qū)概況

唐山北部遷安地區(qū)為山區(qū)，在太陽輻射的作用下，地面受熱不均，易產(chǎn)生對流行天氣，發(fā)生雷暴；并且該地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，金屬礦藏是一種非常好的導(dǎo)體，很容易吸引雷雨云，造成對地面放電。

（二）雷電的形成

正常情況下云層均帶有電荷，云層的下端帶負(fù)電荷，上端帶正電荷。在雷雨天氣云層因帶雨水負(fù)重增大后云層下降接近地面；大地表面因被雨水淋濕后具有導(dǎo)電性，使雷云下方大地表面被雷云電荷感應(yīng)的正電荷在雷云電荷下行先導(dǎo)的激勵下，積聚到地面凸出部位，將地表面所帶的正電荷隨凸起物接近云層，產(chǎn)生向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)雷云下行先導(dǎo)與大地凸起物迎面先導(dǎo)距離足夠近時擊穿空氣放電，這就是雷電。

（三）配電線路的引雷特性

1. 桿塔的引雷特性

大地表面的感應(yīng)電荷沿桿塔積聚到桿塔頂部，由于桿塔頂部凹凸不平，存在諸如頂套、抱箍、橫擔(dān)、連接螺栓等尖銳凸?fàn)钗?，使桿塔頂部形成的迎面先導(dǎo)如同避雷針具有微小截面線狀迎面先導(dǎo)，吸引雷云電荷下行先導(dǎo)向桿塔迎面先導(dǎo)發(fā)展，當(dāng)雷云電荷下行先導(dǎo)與桿塔迎面先導(dǎo)之間的空氣間隙達(dá)到擊穿值時，則可能發(fā)生雷擊桿塔。

2. 導(dǎo)線的引雷特性

架空配電線路的導(dǎo)線與大地是絕緣的，無法收集大地表面的感應(yīng)電荷，因此導(dǎo)線并不利用大地表面的雷云感應(yīng)電荷吸引雷云電荷下行先導(dǎo)。但是，當(dāng)雷云電荷下行先導(dǎo)向線路附近的凸起物發(fā)展時，導(dǎo)線電壓有可能直接與雷云電荷下行先導(dǎo)電位疊加，引雷接閃。

3. 配電線路附近地面凸出物的引雷特性

配電線路附近的地面凸起物（如樹木、建筑等）在雷云電荷下行先導(dǎo)的激勵下，大地表面感應(yīng)出電荷沿凸起物積聚到其頂部。當(dāng)線路附近的凸起物發(fā)生擊穿，雷擊凸起物時經(jīng)過導(dǎo)線則有可能引發(fā)雷電繞擊導(dǎo)線事故。

二、線路防雷主要原則及措施

線路防雷的基本任務(wù)是采用技術(shù)上與經(jīng)濟上合理的措施，將雷擊事故減少到可接受的程度，以保證供電的可靠性與經(jīng)濟性。一般可以采取以下的原則和措施：

（一）防止雷擊導(dǎo)線

主要措施是沿線架設(shè)避雷線，保護導(dǎo)線不受直接雷擊，因為雷擊導(dǎo)線時，可能產(chǎn)生很高電位，極易引起絕緣閃絡(luò)。線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好。避雷線主要用在鐵塔及鋼筋混凝土桿的線路上。避雷線的保護角α愈小，其效果愈好。

（二）防止避雷線受雷擊后引起絕緣閃絡(luò)

避雷線遭雷擊后，雷電流沿避雷線流入桿塔。此時，由于桿塔或接地引下線的電感，以及接地電阻上的壓降，使桿頂電位提高，有可能使絕緣子串閃絡(luò)，及所謂反擊。要防止反擊，需要改善避雷線的接地，適當(dāng)加強絕緣，個別桿塔還可使用避雷器。

（三）防止雷擊閃絡(luò)后建立工頻短路電弧

即使絕緣子串閃絡(luò)了，也要使它盡量不轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的工頻電弧，如果工頻電弧建立不起來，線路就不會跳閘。相應(yīng)的措施為：（1）適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，減少絕緣子串的工頻電場強度，可減少雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電弧的可能性；（2）電網(wǎng)中性點采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地，當(dāng)線路絕緣發(fā)生單相對地的沖擊閃絡(luò)時，電弧自行熄滅。

（四）防止線路中斷供電

為了使線路跳閘后，也能保證不中斷供電，可采取自動重合閘或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施。

根據(jù)上述四原則，結(jié)合本工程實際情況：（1）該工程為改造工程且還在運行，顯然采用改變供電方式（采用雙回路或環(huán)網(wǎng)供電）和中性點接地方式已不可行；（2）停電時間短，增加絕緣子絕緣水平，需要更換全部線路的絕緣子，時間不允許。

綜合整體情況可采用沿線路架設(shè)避雷線，同時降低接地電阻。假設(shè)避雷線有以下功能：（1）有效防止雷直擊導(dǎo)線；（2）雷擊桿塔頂時對雷電流有分流作用，減少流入桿塔的雷電流，使塔頂電位降低；（3）對導(dǎo)線有耦合作用，降低雷擊桿塔時塔頭絕緣（絕緣子串和空氣間隙）上的電壓；（4）對導(dǎo)線有屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

三、工程設(shè)計

（一）避雷線選型

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（DL/T620-1997）規(guī)定，對裝有地線的線路，在一般土壤電阻率地區(qū)，其耐雷水平不宜小于下表所列數(shù)值。

本線路為10kV電壓參照35kV耐雷水平不小于20kA避雷線分流按10kA考慮，避雷線選用JLB40-70鋁包鋼絞線。

避雷線允許短路電流按下式計算：

I= （1）

式中： R20——20℃時電阻值（Ω）

a——電阻溫度系數(shù)（1/℃）

C——熱容量（J/（km·℃））

t——短路持續(xù)時間（s）

θ——允許溫升（℃）

經(jīng)計算JLB40-70鋁包鋼絞線允許短路電流為11.5kA。JLB40-70鋁包鋼絞線技術(shù)參數(shù)：（選自《新華金屬制品股份有限公司》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），如表2所示。

（二）避雷線對導(dǎo)線距離

全線架設(shè)地線作為對線路的防雷保護，地線對邊導(dǎo)線的保護角應(yīng)滿足α在20°～30°角度內(nèi)，在15℃無風(fēng)時， 檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離宜符合下式：

S1=0.012l+1 （2）

式中：S1——導(dǎo)線與避雷線間的距離，m；

l——檔距長度，m。（參見DL/T620-1997）

本工程檔距計算按100m考慮則：

S1=0.012×100+1=2.2m

（三）避雷線保護范圍計算

根據(jù)DL/T620-1997規(guī)定如圖1：

當(dāng) 時，rx=0.47（h-hx）P =0.47 ha P （3）

式中：rx——每側(cè)保護范圍的寬度，m；

P——高度影響系數(shù)，h≤30m，P=1；

ha——避雷針的有效高度，m。

計算rx=0.47 ha P=0.47×2.2×1=1.034m。

根據(jù)工程實際計算制作支架使導(dǎo)線在保護范圍內(nèi)，并使保護角α≤25°，（h≤30m時，θ=25°）。

（四）接地電阻

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（DL/T620-1997）規(guī)定：有避雷線的線路，每基桿塔不連避雷線的工頻接地電阻，在雷季干燥時，不宜超過表3所列數(shù)值。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程（DL/T621-1997）本工程接地采用L50*50*5*2500等邊鍍鋅角鋼做垂直接地極和-6*50鍍鋅扁鋼做水平接地，沿線路每根桿塔均做接地網(wǎng)，保證接地電阻小于10Ω。

四、取得效果

河北鋼鐵集團九江線材有限公司對焦化10kV架空送電線路進(jìn)行了防雷改造工作，還對每基混凝土電桿加裝接地裝置，接地電阻值小于10歐姆。經(jīng)過1個雷電年的運行考驗，沒有發(fā)生雷電跳閘事故取得了初步的防雷效果，提高了供電可靠率。

五、結(jié) 語

對于防止架空配電線路導(dǎo)線雷擊事故的措施是多種多樣的，各有優(yōu)缺點。根據(jù)河北鋼鐵集團九江線材有限公司對焦化10kV架空送電線路的實際情況，采取了在架空配電線路全線架設(shè)避雷線和減小接地電阻的措施，有效地防止了雷擊跳閘事故發(fā)生，保證配電網(wǎng)安全運行。

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