10kV配电线路防雷分析及措施优化探究

10kV配电线路防雷分析及措施优化探究

【摘要】10kV配电线路由于没有架空地线，电压等级低，线间距离也较小，所以配电网绝缘水平较低，易发生雷击过电压而造成绝缘事故。雷害事故导致配电设备和用户设备的损坏，造成大面积停电，严重的情况下甚至造成人身伤亡，给人们日常生活带来不便。因此需要对其防雷水平及防范措施进行研究，以期能够减少雷击跳闸次数，提高配电网络供电可靠性，确保电网安全运行。

【关键词】配电线路;感应雷过电压;防雷;优化措施

引言

在电力系统中，配电网和人们的生活息息相关，其安全稳定运行关乎着用户的正常生活。在其他各种因素导致配电网络出现故障的同时，雷击也是不可避免的一种，尤其是在地形复杂、土壤电阻率高的位置，雷击概率更高。在国内现阶段的电力配电系统发展中，管理人员应该对配电系统中的防雷和接地设置认真地进行调查，了解具体设置地区的地质、地貌、气象以及环境等不同因素、雷电活动规律及其被保护物的主要特点和作用等，这样就能够因地制宜地采取比较有效地防雷措施，达到安全有效、技术领先、经济合理的配电系统防雷。

1.10kV架空配电线路感应雷过电压

作为配电线路雷击过电压的两种不同形式，直击雷过电压指的是在雷在云层中击中物体的一瞬间产生极高电压降。而产生在线路中感应雷过电压则是由物体在受到雷击时由电磁感应引发的，本文主要讨论的是感应雷过电压的产生原理和电压幅值的计算。

1.1 感应雷过电压的产生机理

雷云主要表现形式为是负极性。因此在介绍感应雷过电压的产生机理的过程中，我们是以负极性雷电做例子。导线上的带点电荷会沿线路方向的电场方向进行定向移动，而雷电的先导放电过程中，由于电荷移动速度限制不能产生电流，但线路受到雷云放电，在通道中的电荷产生电流的过程中，通道中的磁场发生改变会产生感应电压，即为感应雷过电压的静电分量，而由于周围磁场发生改变，导致感应电压的产生，被称之为电磁分量。由于静电分量比电磁分量大得多，所以主要是以静电分量为主来讨论感应雷过电压幅值。

1.2 感应雷过电压的计算

图1 架空线路感应雷过电压计算模型

为了更好的实现绝缘防雷，在采取有效措施前，必须对进行防雷绝缘设计的线路进行感应雷过电压数值计算，这是在进行防雷过程实施中不可或缺的一个步

骤。在进行感应雷过电压的计算过程中，我们利用电磁场发将研究对象定为静电感应电压。由图1所示的计算模型可知，架空线C与雷击点O的距离记为S，hd是导线距离地面的高度，EY为在任意一点A处的电场强度的垂直分量，有此可以得出：

EyA=（λ/2πε0）（1/（式1），在式中，ε0表示的是空气介电常数;λ表示的是雷电先导的电荷线密度;y表示的是A点距离地面的高度。

在进行理论值计算的同时，也必须对在工程中的实际情况的修正系数进行分析，才可以求出较为精确的算出架空线路上静电感应雷过电压，求得幅值为：Um=KK1Ihd/S（式2），常数K=1/2πε0v;修正系数K1，K1=0.6～0.9;I表示的是雷电流。

2.电力系统中10kV配电线路的防雷措施

在10kV绝缘线线路中，由雷击引起的配电网络的无法正常状态运行，其断线的断点位置一般在绝缘子附近，对于实际电力系统中的10kV绝缘线路现阶段可采取如下的防雷措施：

可以安装避雷线，这种手段的避雷效果也最好，也能够使感应电压降低，但是其可行性与难度比较大，大面积的安装避雷线成本比较高线路复杂导致防击效果不佳。

（2）提高电力线路中绝缘子的耐压水平，把10kV 绝缘子改变为防雷绝缘子就能够将很大程度上有效地提高防雷水平。

（3）在现实工作中的多雷区或按照相关档距所安装的线路避雷器，能够有效地减少了雷击断线事故。

（4）采用延长闪烁路径的方式，这样就导致电弧比较容易熄灭，在局部上增加了绝缘的强度，假如在相应的导线和绝缘子的相连处加强了绝缘，或者采用了长闪烁的路径避雷器等。

（5）局部剥离其电力线路中的绝缘导线，这样就导致局部成为了裸导线，进一步确保电弧能够在剥离的部分进行滑动，而并不是某一固定的点上烧蚀，与此同时还可为今后的施工提供一个能够挂线的地点。低压线路还应该从变压器的出口处安装相关的低压避雷器或者击穿保险器，与此同时需要做好接地工作，接地的装置接地电阻营销小于4Ω。中性点的直接接地低压电力网中的相关的中性线应该在电源点上接地。低压的配电线路中，在干线与分支线的终端处应该继续进行重复接地，每年的重复接地装置的接地电阻应该小于10Ω，对于一些比较长的电力线路，重复的接地装置应该不少于3处。尤其是防止雷电波沿着低压的配电线路侵入到用户中，对这些接户线上的绝缘子铁角也应该进行接地处理，接地的电阻应小于30Ω。

（6）可以安装线路过电压保护器（如图2所示），保护器由氧化锌阀片和放电间隙组成，适用于工频放电电压高和冲击放电电压低的地方。但由于这种办法的保护范围有限，且全线安装的成本又很巨大，所以在具体操作过程中也得慎重考虑。

图2 过电压保护器安装示意图

3.10kV架空电路仿真计算与防雷措施优化策略

采用如图3所示的典型杆塔参数建立仿真模型。我国在防雷研究中的K值一般取K1=25，由式2得感应雷过电压幅值为500kV，配电线路的绝缘水平有限，电压过高会造成绝缘击穿、断线和闪络等事故，可以安装过电压保护器，增设闪络开关。

图3 典型杆塔参数

为了提高线路防雷水平，可以对仿真数据进行分析。在绝缘子保护中，提高绝缘子等级，可以提高架空线路的防雷水平。在表一可以看出，再将绝缘子的类型进行更替之后，有S-210/Z变为S-280/Z后，经由仿真计算得，整个线路的耐雷水平提升了将近三分之一。

表1 更替绝缘子线路的耐雷水平

雷击距离S/m 线路耐雷水平/kA

S-210/Z S-280/Z

25 22.63 30.18

50 44.48 59.32

100 88.57 118.08

表2 接地电阻不同线路的耐雷水平

接地电阻/Ω 线路耐雷水平/kA

5 18.39

10 13.67

30 6.79

将杆内钢筋直接接地和采用外接接地两种情况进行仿真计算后得出，采用外

接线接地时，降低了接地电阻，线路的耐雷水平得到提升。

4.结束语

在10kV配电线路防雷系统中，防雷措施应该全面从工程的设计环节就进行认真考虑，应该依据作业中各地的具体情况，采取一切有效、可行的防雷措施和方案，选用那些质量比较可靠的电气设备与可靠性相对较高的防雷设备，与此同时还应该真正地遵循等电位的根本原则，做好符合规定和要求的共用接地网装置，综合地考虑好防雷和接地，那么只有如此的线路与设备才能够有效地避免遭受到雷击危害的可能性，为配电线路的正常安全可靠运行提供保障，保证电力系统的正常运行和居民的正常生活。

参考文献

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