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

李揚(yáng)

（江蘇省政協(xié)，江蘇 南京 210024）

1 雷電感應(yīng)過電壓對(duì)配電線路產(chǎn)生的影響

1.1 避雷器的影響

在線路中，避雷器的作用就是保護(hù)線路不受雷電沖擊，確保一旦發(fā)生雷擊，如果產(chǎn)生的電流超過配電線路范圍，避雷器就會(huì)啟動(dòng)發(fā)揮作用。其工作的原理是分流電流，將電流分流釋放到大地中，進(jìn)一步限制絕緣子部分的電壓，確保配電線路安全進(jìn)行，盡可能降低雷電傷害。

避雷器所具有的承載能力一定，過大的雷電感應(yīng)電壓會(huì)影響避雷器的承載能力。在其使用的過程中，一旦遇到更大的電流，避雷器因?yàn)槌休d能力有限就會(huì)發(fā)生損壞，導(dǎo)致避雷器功能出現(xiàn)故障。不僅如此，在日常工作中，如果不注意避雷器的養(yǎng)護(hù)，一旦發(fā)生了腐蝕，就會(huì)導(dǎo)致電流不能順利分流釋放到大地中去，繼而嚴(yán)重影響避雷器功能的發(fā)揮。

1.2 絕緣子的影響

眾所周知，外界電壓會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)繼而會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生影響。絕緣子可以隔離外界電壓和電流之間的作用，進(jìn)一步保證配電線路的安全，如果一旦遇到雷擊，絕緣子會(huì)因?yàn)樗矔r(shí)電流過大出現(xiàn)閃絡(luò)的現(xiàn)象，對(duì)其功能破壞力較強(qiáng)。特別是在南方夏季的雷雨季節(jié)，因?yàn)榇藭r(shí)出現(xiàn)雷雨天氣的頻率較大，頻繁的雷電以較大頻率沖擊絕緣子，造成感應(yīng)電壓驟增，配電線路自身所能承受的電流也會(huì)有所增加，最終就會(huì)造成絕緣子兩端電壓的承載能力不足。不僅如此，某些外界的實(shí)際情況也會(huì)影響絕緣子功能的發(fā)揮，最終造成配電線路存在安全隱患。

2 地線對(duì)感應(yīng)過電壓的限制效果

（1）接地電阻的影響。配電線路中采用自然接地的方式進(jìn)行地線的架設(shè)，接地電阻相對(duì)較高，如果接地電阻和大地產(chǎn)生的電阻相互加和，那么就會(huì)產(chǎn)生更大的電阻。此時(shí)，一定程度的控制電桿電阻可以有效的限制雷電感應(yīng)過電壓。在配電線路工作的過程中，雷擊的瞬時(shí)作用會(huì)導(dǎo)致較大的雷電感應(yīng)過電壓，其最大值通常處于配電線路中間區(qū)域，雷電感應(yīng)過電壓會(huì)在該區(qū)域隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生起伏性的變化，地線的存在也會(huì)限制感應(yīng)過電壓的產(chǎn)生，電桿因?yàn)槭艿诫娮璧挠绊懀挂呀?jīng)架設(shè)的配電線路也出現(xiàn)一定的感應(yīng)過電壓，造成導(dǎo)線對(duì)節(jié)點(diǎn)電阻大小和電壓的幅值不成正相關(guān)關(guān)系，但和絕緣子是成反相關(guān)關(guān)系的。絕緣子所承受的電壓幅值會(huì)隨著接地電阻的增加而減小，這樣就可保護(hù)架設(shè)的地線所產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，繼而控制電桿電阻，實(shí)現(xiàn)限制感應(yīng)過電壓的目的。

通過相關(guān)計(jì)算和研究得出以下結(jié)論：不管有沒有地線的存在，所有線路中感應(yīng)過電壓的最大值都不會(huì)超過線路的中間區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，隨著時(shí)間的延續(xù)，電壓會(huì)發(fā)生一定的變化，地線會(huì)對(duì)感應(yīng)過電壓進(jìn)行限制，對(duì)比有地線的情況，無線路所有導(dǎo)線中的感應(yīng)過電壓相對(duì)較高。更為重要的就是絕緣子承受過鍛壓對(duì)比。在無地線線路中，因?yàn)椴淮嬖诘鼐€，感應(yīng)電流不能向大地釋放，這就導(dǎo)致電桿和大地電位狀態(tài)一致，絕緣子產(chǎn)生的電壓就是導(dǎo)線對(duì)地電壓。在有地線線路中，如果忽略地線同絕緣子的壓降，絕緣子所能承受的電壓就是導(dǎo)線和地線之間的電位差，這時(shí)需要對(duì)比有地線和無地線的電壓幅值，結(jié)果顯示，無地線的絕緣子存在更高的感應(yīng)過電壓。經(jīng)分析感應(yīng)過電壓幅值、絕緣子所能承受的最高電壓幅值以及導(dǎo)線對(duì)地最高感應(yīng)過電壓幅值之間的關(guān)系可知，導(dǎo)線不管是和接地電阻還是和最高感應(yīng)過電壓之間都是正相關(guān)的關(guān)系，導(dǎo)線隨最高感應(yīng)過電壓和接地電阻的變化而變化，相反的，絕緣子和接地電阻和最高感應(yīng)過電壓成反相關(guān)關(guān)系，絕緣子所能承受的最高過電壓幅值隨著接地電阻的變大逐漸減小之所以會(huì)出現(xiàn)這類現(xiàn)象，是因?yàn)榈鼐€的感應(yīng)過電壓與導(dǎo)線的感應(yīng)過電壓相同，均和接地電阻成正相關(guān)變化，對(duì)比來說，接地線的變化要比導(dǎo)線的變化更為明顯。應(yīng)用地線防護(hù)感應(yīng)過電壓的過程中，不需要對(duì)電桿進(jìn)行降阻處理，直接就可實(shí)現(xiàn)。

（2）地線安裝位置的影響。如若探討這一現(xiàn)象的具體影響因素，必須要對(duì)地線的架設(shè)高度進(jìn)行不同選型的定制，進(jìn)一步計(jì)算線路的感應(yīng)過電壓，進(jìn)而得出導(dǎo)線、地線架設(shè)高度以及絕緣子最高過電壓之間存在的關(guān)系，經(jīng)分析可知，導(dǎo)線、地線架設(shè)高速以及絕緣子的最高感應(yīng)過電壓之間的變化基本同時(shí)進(jìn)行，變化關(guān)系具體是：導(dǎo)線和地線之間的距離越近，變化幅度越小。另外，地線如果和導(dǎo)線距離相等，地線架設(shè)的位置對(duì)感應(yīng)電壓的影響也是不一樣的。一般來說，地線架設(shè)在導(dǎo)線的上方要比架設(shè)在導(dǎo)線的下方效果更好。所以，通過地線的架設(shè)進(jìn)行感應(yīng)過電壓的防護(hù)時(shí)，通常將地線架設(shè)在導(dǎo)線的上方。以滿足線間距為基礎(chǔ)，盡可能拉近導(dǎo)線和地線之間的距離。

3 地線對(duì)感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率的降低效果

最能對(duì)感應(yīng)過電壓的耐受性能進(jìn)行體現(xiàn)的直觀性指標(biāo)Wie感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率。地線對(duì)感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率具有降低的效果，為了研究這種效果，現(xiàn)分別計(jì)算有地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率以及無地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率，并進(jìn)行了對(duì)比。在計(jì)算的過程中，會(huì)應(yīng)用到的具體參數(shù)為：（1）地閃密度取為2.77次 /（km2·a）。（2）就國(guó)內(nèi)來說，10kV架空配電線路的絕緣配置不盡相同，絕緣子的雷電沖擊閃絡(luò)電壓范圍處于100～150kV。為了盡可能多地涵蓋所有情況，閃絡(luò)判斷電壓分別為100kV和150kV，然后計(jì)算并討論了線路的感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率。（3）影響雷電傳輸線大地瞬態(tài)阻抗以及瞬變電磁場(chǎng)的主要參數(shù)即為大地電阻率，這些參數(shù)也會(huì)對(duì)線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率產(chǎn)生影響。所以，分別在大地電阻值為50、100、200、500、1000、1500Ω·m時(shí)，計(jì)算了感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率。（4）線路參數(shù)。通過相關(guān)研究，電桿的接地方式為自然接地，接地電阻的電阻率可通過計(jì)算得出，結(jié)果如表1所示。

表1 各電桿在不同大地電阻率下的自然接地電阻

如果絕緣子的閃絡(luò)電壓為100kV，大地電阻率不同，有地線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率以及無地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率隨著電阻的增大所出現(xiàn)的變化如表2所示。通過對(duì)表2進(jìn)行分析可得出，不管是有地線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率，還是無地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率，都隨著大地電阻率的增加而上升，出現(xiàn)這種情況的原因是，傳輸線大地瞬態(tài)抗阻以及雷電瞬變電磁場(chǎng)會(huì)隨著大地電阻率的增加而發(fā)生變化，最終導(dǎo)致線路感應(yīng)過電壓水平提高。即使感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率隨著大地電阻的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但無地線線路和有地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率的比值有所降低。具體原因是電桿接地電阻隨著大地電阻率的增加而增大，進(jìn)一步降低了有地線路絕緣子所能承受的過電壓。

表2 不同大地電阻率下在100kV的絕緣閃絡(luò)電壓下線路感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率

如果絕緣子的閃絡(luò)電壓為150kV，大地接地電阻率不同，無地線線路的感應(yīng)過電壓和有地線線路的感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率的計(jì)算結(jié)果如表3所示。如果絕緣子的閃絡(luò)電壓有所增加，那么線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率就會(huì)發(fā)生明顯的下降趨勢(shì)。

表3 不同電阻率下150kV絕緣閃絡(luò)電壓下線路感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率

通過對(duì)表3進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，如果絕緣子的電壓為150kV時(shí)，有地線路和無地線線路的感應(yīng)過電壓的閃絡(luò)率都有明顯的下降趨勢(shì)。

4 結(jié)語

綜上所述，雷電感應(yīng)過電壓很容易導(dǎo)致配電線路出現(xiàn)故障，為了降低雷電感應(yīng)過電壓對(duì)配電線路造成的影響，可通過架設(shè)地線的方式來進(jìn)行解決。通過分析發(fā)現(xiàn)，架設(shè)地線可使感應(yīng)過電壓閃絡(luò)率下降72.3%～84.2%，有效保證了配電線路安全，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。