利用響應(yīng)時(shí)間探討配電變壓器的防雷過程

摘要：每逢雷雨季節(jié)，農(nóng)村地區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)配電變壓器被雷擊壞的情況，造成供電中斷和經(jīng)濟(jì)損失。文章利用時(shí)間響應(yīng)法，探討了配電變壓器被雷擊時(shí)的防雷過程，并簡(jiǎn)單評(píng)估了變壓器的絕緣配合。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)時(shí)間；配電變壓器；雷擊；防雷裝置；防雷過程

中圖分類號(hào)：TM403 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）31-0108-02

農(nóng)村地區(qū)的架空配電變壓器多采用避雷器接地引線與變壓器0.4kV繞組側(cè)中性點(diǎn)及變壓器金屬外殼連接在一起共同接地，即“三位一體”式，如圖1所示：

1.4 “反變換”

10kV避雷器導(dǎo)通后，雷電流將在接地裝置的接地掌瞬間產(chǎn)生較高的電壓UR，如忽略電感、電容的影響，UR=IRs，如Rs≤4，則UR≤5×4=20kV，如R≤10則UR≤50kV。變壓器的低壓繞組的中性點(diǎn)與接地掌連通，UR通過中性點(diǎn)加在低壓繞組上，再通過配變的磁耦合作用于高壓繞組，將在高壓繞組產(chǎn)生的電壓約為（20～50）×（10/0.4）=500～1250kV，這個(gè)電壓幅值對(duì)繞組是十分危險(xiǎn)的，會(huì)使繞組被擊穿，特別是離高壓繞組中性點(diǎn)越近的地方，電壓陡度越大，越容易被擊穿，此過程稱為“反變換”。

1.5 雷電流在地極泄放

如第4點(diǎn)所述，雷電流在低壓繞組中性點(diǎn)瞬間產(chǎn)生的過電壓或經(jīng)地極感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓，相當(dāng)于一個(gè)入侵過電壓波UR，UR同時(shí)作用于變壓器中性點(diǎn)和地極，具體過程分析可參考第1、2點(diǎn)。但是由于配變的線圈、連接導(dǎo)線的波阻特性和磁滯，UR入侵通過“反變換”到高壓繞組有一個(gè)時(shí)間延遲tR，地極泄放雷電流時(shí)間ts，地極合格的情況下ts比tR小很多，UR入侵通過“反變換”到高壓繞組的電壓將會(huì)較低，地極起到保護(hù)作用。地極泄放雷電流時(shí)間主要取決于地極電阻值、土壤的電導(dǎo)率、地極的結(jié)構(gòu)材料等因素，所以在地極設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)時(shí)要十分重視是否合格。

1.6 低壓避雷器的重要性

1.6.1 從3、4點(diǎn)分析可以看到，“正變換”時(shí)，雖然在低壓繞組產(chǎn)生的電壓不高，但會(huì)傳遞到低壓線路上；“反變換”在低壓繞組中性點(diǎn)產(chǎn)生的電壓經(jīng)磁耦合作用于高壓繞組，產(chǎn)生的電壓可以達(dá)到1000kV以上，高壓繞組十分危險(xiǎn)，容易被擊穿，需要采取保護(hù)措施。

1.6.2 如過電壓波從低壓導(dǎo)線入侵，同樣會(huì)在高壓繞組上產(chǎn)生較高的過電壓，具體分析可參照以上各點(diǎn)。所以在低壓繞組的出線端安裝低壓避雷器進(jìn)行限壓是非常必要的，因?yàn)榈蛪罕芾灼鞯臍垑杭s為1.3kV，那么通過磁耦合作用于高壓繞組上的電壓約為1.3×25+10=42.5kV<75kV，從而起到保護(hù)作用。

2 配電變壓器的工作接地與防雷保護(hù)接地分開

配電變壓器的工作接地與防雷保護(hù)接地分開更有利于變壓器防雷。從4、5點(diǎn)分析可知，10kV避雷器導(dǎo)通后，雷電流將在接地掌瞬間產(chǎn)生較高的電壓UR，相當(dāng)于在配變的中性點(diǎn)引入一個(gè)入侵過電壓波，如低壓繞組中性點(diǎn)工作接地與防雷接地極分開，如圖3所示：那么10kV避雷器導(dǎo)的通雷電流泄放過程中，作用于中性點(diǎn)的電壓不是雷電流在接地掌上產(chǎn)生的瞬間電壓，而是雷電流在工作接地感應(yīng)產(chǎn)生的電壓。理論上，此時(shí)的電壓已經(jīng)經(jīng)過保護(hù)接地的泄放，幅值將大為下降，入侵時(shí)間更短，通過“反變換”到高壓繞組的電壓將更低，更有利于變壓器的防雷。但缺點(diǎn)是增加投資，增加地極維護(hù)的工作量，兩地極的距離要大于3.0m。

3 結(jié)語

（1）理論上，配電變壓器的工作接地與防雷保護(hù)接地分開，更有利于變壓器防雷。

（2）低壓避雷器與10kV避雷器同樣，對(duì)變壓器防雷起十分重要的作用，不容忽視。

（3）地極的電阻值、土壤的電導(dǎo)率、地極結(jié)構(gòu)、材料直接影響雷電流的泄放時(shí)間和防雷效果。

（4）地極設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)時(shí)要十分重視，確保地極的合格。

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作者簡(jiǎn)介：吳禮海（1974-），男，廣東電白人，廣東電網(wǎng)茂名電白供電局中級(jí)電力工程師，研究方向：電網(wǎng)管理。