浅析10kV配电线路防雷设计

浅析10kV配电线路防雷设计

张宇

国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司辽宁鞍山114100

摘要：近年来，随着农网改造升级工程的不断推进，电网逐渐向着安全与稳定的方向发展。为提高配电网抗雷击能力，本文从对雷电特点、引雷特性和防雷设计等方面分析研究，并结合台安地区季节性雷电的特点，提出了相应的防雷治理措施，取得了良好的配电线路防雷技术经济成果。

关键词：配电线路；雷击危害；防雷措施；避雷器；接地体

1．前言

县级配电网传统10kV配电线路设计一般都不考虑线路防雷，随着国网公司对供电可靠率的不断提高，10kV及以下配网遭受雷击的频率和次数不断增加，特别是开阔区域的杆塔绝缘子和导线雷击断线、跳闸率长期居高不下，严重影响配网线路的安全运行。

2．材料与方法

2.1雷电的形成

正常情况下云层均带有电荷，云层的下端带负电荷，上端带正电荷。在雷雨天气云层因带雨水负重增大后，云层下降接近地面，大地表面因被雨水淋湿后具有导电性，使雷云下方大地表面被雷云电荷感应的正电荷在雷云电荷下行先导的激励下，积聚到地面凸出部位，将地表面所带的正电荷随凸起物接近云层，产生向上的迎面先导。当雷云下行先导与大地凸起物迎面先导距离足够近时击穿空气放电，这就是雷电。

2.2配电线路的引雷特性

2.2.1杆塔的引雷特性

大地表面的感应电荷沿杆塔积聚到杆塔顶部，由于杆塔顶部凹凸不平，存在诸如杆顶瓷瓶架、抱箍、横担、连接螺栓等尖锐凸状物，使杆塔顶部形成的迎面先导如同避雷针具有微小截面线状迎面先导，吸引雷云电荷下行先导向杆塔迎面先导发展，当雷云电荷下行先导与杆塔迎面先导之间的空气间隙达到击穿值时，则可能发生雷击杆塔。

2.2.2导线的引雷特性[2]

架空配电线路的导线与大地是绝缘的，无法收集大地表面的感应电荷，因此导线并不利用大地表面的雷云感应电荷吸引雷云电荷下行先导。但是，当雷云电荷下行先导向线路附近的凸起物发展时，导线电压有可能直接与雷云电荷下行先导电位叠加，引雷接闪。

3．结果与分析

目前在10kV架空配电线路上，都已广泛地应用了绝缘导线。可以说，配电网架空导线的绝缘化，已是一项成熟的技术。但是，绝缘到在应用过程中，也出现了一些新的问题，其中，最为突出的是遭受雷击时，容易发生断线事故。因此本文主要针对绝缘导线防雷断线的几种措施进行阐述。

3.1防雷绝缘子

雷击10kV架空线路针式绝缘子，导致绝缘子爆裂事故，引起10kV线路接地或相间短路，是最多见的配网设备雷害事故，造成这类事故的原因除了本地区雷暴日多之外，针式绝缘子绝缘水平选择偏低也是原因之一。经运行经验证明，将绝缘子绝缘水平提高，可以增强耐雷水平。设计时将普通常用的P-15、P-20型绝缘子更改为FEG-12/5型防雷支柱绝缘子，提高绝缘子的耐雷水平。

防雷绝缘子根据用途可分为用于直线杆和用于耐张杆两种类型，用于直线杆的防雷绝缘子在绝缘子两端安装放电金具和引弧金具组成固定放电间隙，放电金具内段绝缘导线剥皮处理，建议每3基左右电杆加1处接地，多雷区应逐基加接地；用于耐张杆的防雷绝缘子安装与直线杆一致，建议每基电杆加1处接地。当雷电过电压闪络后，工频短路电流在放电金具与引弧金具之间燃烧，保护绝缘导线免受损伤。

3.2带间隙的氧化锌避雷器

在空旷的地区，由于没有高大建筑物引雷，雷直击线路是常有的事，所以宜在空旷的10kV架空线路上安装线路型带脱离器的氧化锌避雷器，新安装的配网设备如配变、柱上开关、电缆头等也必须安装氧化锌避雷器（推荐使用带脱离器的氧化锌避雷器），以加强对10kV线路及设备的防雷保护。

避雷器与线路柱式瓷绝缘子并联安装，架空绝缘导线通过引弧环或引弧棒与避雷器顶端保持合适的间隙，其下端与绝缘子底部连接并与接地极相连。线路遭遇雷击时，由于防雷装置伏秒特性低于线路绝缘子的伏秒特性，串联间隙优先放电，避雷器本体发挥作用，限制雷电过电压幅值，并迅速切断工频续流，避免绝缘子闪络或击穿，保护绝缘导线的正常运行。每基电杆应加1处接地。

3.3线路直连氧化锌避雷器

线路通过引线与氧化锌避雷器连接，利用氧化锌避雷器非线性电阻特性和快速阻断工频续流的特性以限制雷电过电压，该防雷方式通常只能保护本杆设备。每基电杆应加1处接地。

3.4架空地线

架空地线架设于导线上方，有效减少雷电直击导线概率及降低雷电在导线上引起的雷电感应过电压。架空地线[3]对边导线的保护角宜采用20°-30°，规格一般采用35㎜?镀锌钢绞线。每基电杆应加1处接地。

3.5改善传统导线连接方式

目前习惯使用并沟线夹作为10kV线路的连接器，甚至连并沟线夹都不用而缠绕接线，并沟线夹连接或缠绕接线都不是导线的最佳连接，导线连接不良，会经受不住强大雷击电流的冲击，从而在有雷电流冲击时发生断线事故。在今后的10kV线路改造和检修中，应逐步淘汰并沟线夹作为导线连接器，并严禁不用线夹而缠绕接线，选用连接性能较好的安普线夹改善传统导线连接方式。

3.6降低接地电阻阻值

3.6.1无地线的杆塔接地

无地线的杆塔在居民区宜接地，接地电阻不宜超过30Ω；除多雷区外，沥青路面上的架空线路的钢筋混凝土杆塔和金属杆塔、以及有运行经验的地区，可不另设人工接地装置。

3.6.2有地线的杆塔接地

有地线的杆塔应接地，其接地装置在雷雨季节地面干燥时工频接地电阻不宜大于表3-1所列的数值。

3.6.3设备接地[5]

保护配电柱上断路器、负荷开关和电容器组等柱上设备的避雷器的接地导体，应与设备外壳相连，接地装置的接地电阻不应大于10Ω。

3.6.4接地体选材

人工接地装置中接地体按材料可分为钢或铜，按材料表面可分为热镀锌、电镀铜护层和裸露等。接地体宜采用垂直敷设的角钢、圆钢、钢管或水平敷设的圆钢、扁钢、铜绞线、铜覆圆钢或铜覆扁钢；外覆的接地引下线可采用镀锌钢绞线，也可根据地区运行经验自行确定，但应符合相关规程规范要求。

4．结论

综上所述，对于防止架空配电线路导线雷击断线措施是多种多样的。目前，台安供电公司根据本地区的实际情况，在2016年4个批次的机井通电工程中均采用了加装避雷器及防雷绝缘子等措施，提高了线路绝缘水平，经过一个雷电年的运行考验，该线路均未发生雷害事故。可见，开展10kV配电线路防雷，可以有效避免杆塔及线路遭受雷击，降低线路雷击跳闸率，改善线路健康运行水平，提高供电可靠性。

参考文献：

[1]国家电网公司配电网工程典型设计（10kV架空线路分册）（2016年版）

[2]江安烽，包炳生，顾承昱，吴爱军，王广利，傅正财.后续雷击对10kV配电线路耐雷性能及防雷措施的影响[J].电网技术，2014，（06）：1657-1663.

[3]郭权文.10kV配电线路防雷措施研究[D].华南理工大学，2015.