关于 10kV配电线路防雷保护间隙的设计探讨

关于 10kV配电线路防雷保护间隙的设计探讨

莫春成

广西金宇电力开发有限公司 广西南宁 530022

摘要：电力工程的发展关系到我国整体经济的发展速度和发展方向，一直以来我国大力发展，改革创新。10kV配电线路在电力系统中是相对比较接近于用户的，在配电网络中是重要的一环，这种线路质量相对可靠、性能能够正常发挥，能够保证配电系统正常运行。但是普遍10kV配网线路绝缘水平普遍都比较低，在架空的低压线路中没有较为特别的防雷装置，难以抵抗一些雷雨天气等的影响，因此，要对其采用一定的防雷技术。

关键词：10kV配电线路；防雷保护间隙设计

引言

我国经济建设的快速发展带动我国快速进入现代化科学技术发展阶段，随着社会经济的快速发展，配电网工程建设规模逐渐扩大，配电网运行稳定性影响因素较多，比如技术因素、人为因素、环境因素等等。而在环境因素中，雷电的影响较大，不仅会造成停电现象，甚至会引发严重的火灾，影响配电网运行质量。因此，在建设配电网时，需要加强防雷技术的实施，保护国家公共财产以及社会个人财产的安全。

1.10kV配电线路的防雷保护间隙设计的重要意义

因雷击事件造成的电力系统故障，不仅影响电力线路的正常运行，而且还会对正常的用电产生重大的影响，可能导致财产受到重大的损失，严重的情况下甚至会危害生命安全，对经济和社会产生重大影响。从10kV配电线路雷击过电压产生来看，一般有两种雷击感应过电压，直击雷电过电压是由于直接命中配电线所导致的，感应雷电过电压是雷电击中配电线附近的地面所引起的电磁感应造成的。

2.10kV配电线路防雷保护间隙的设计

2.1防雷保护间隙地理位置不适合安装装置

配电线路所处的地理位置也会对防雷等效果产生很大的影响，比如线路在地理形势相对复杂的山区，对于防雷设备的安装点就很难找到一个合适的位置，接地的电阻等没有办法实现应有的效果。在一般情况下，线路都在上空，防雷保护装置的作用是有限度的。线路安装防雷的四道防线分别为：1.屏蔽。主要采用避雷针、避雷线或者改用电缆等措施进行防雷的方法。2.绝缘子不闪络。加强架空导线的绝缘能力，以及使用避雷器等措施。3.闪络点的转移。这种方法的原理是使绝缘子的闪络尽量不发生转变，使电弧的工频保持在相对稳定的阶段，为此采用的具体方法是提高电弧等熄灭的可靠性、转移弧道的破坏点、使开关不跳闸。在配电系统中安装智能处理的开关装置，避免停电或停电后迅速重合闸恢复线路绝缘，这是保证线路防雷的最后一道防线，对于供电可靠性要求较高的场合，可以采用双回路供电的方法。

2.2配电线路中断的原因

在电网运行过程中，如果雷电过电压击穿电力线路绝缘层，则绝缘层会呈针孔状，持续的工频短路电流电弧会受到周边环境绝缘的阻隔，由于电弧弧根的温度相当高,并且仅集中在针孔位置进行燃烧,因此架空导线线路势必会在较短的时间内被烧断。通常情况下，在工频续流烧断导线或者绝缘子损坏之前，就会引发断路器发生动作，切断电弧。因此，为了避免雷电灾害造成断线故障，必须及时切断雷电流所造成的工频续流。过去，在进行10kV配电线路防雷过程中，直接安装氧化锌避雷器，这样虽然能够有效防止雷击断线以及绝缘子闪络，但是，由于避雷器在较长时间内需要承载较大电压，因此避雷器的使用寿命也会受到不良影响，容易造成线路重合闸失败。

2.3操作过电压下的绝缘配合

有不少的电感和电容元件是操作中出现过电压的根源所在。消弧线圈、电抗器等均为电感元件。电容元件可用线路导线对地电容和相间电容，补偿用的并联和串联电容器组等表示。当电力系统出现各种故障，使元件处于异常状态时，就有可能会形成过渡过程。过渡过程后，电源源源不断被供应给部件，电感中的磁能很快以静电场能量形式存储于系统电容，几倍于电源电压的操作过电压产生，而操作过电压会持续几十毫秒，然后消逝。近来有关操作过电压波形下气体绝缘放电特性的研究表明，放电电压或多或少受操作过电压波形的影响。经多次试验验证，开关的空气间隙的击穿现象通常在右波前在操作冲击电压作用时出现。波尾时间对击穿电压的影响微乎其微，击穿电压和波前时间等参数关系为“U形曲线”，即空气间隙的半数击穿电压最小值出现在各波前时间下，而且其对应的波前时间受间隙距离的影响，随之变化。根据10kV系统线路的绝缘配合状况，线路操作过电压极值U相当于4倍于相电压，即40KV。操作过电压的空气间隙击穿电压的概率分布与正态分布曲线一致，这跟雷击电压情况相同。与雷击电压相异，空间电荷产生、扩散和放电均有统计性特征，所以该电压也具有分散型分布特征。对于波前时间在数十到数百微妙的操作冲击电压，极不均匀电场间隙的50%击穿电压的标准偏差大约是5个百分点，若波前时间超过了1000μs，偏差就会上升到百分之八。从上面可以得知，最大操作过电压的大小是40kV，因此保护间隙的操作冲击50%放电电压就必须要大于47.04kV，才有可能达到设计的最初要求。究其原因，这主要是由于极不均匀电场中操作冲击击穿电压还是会产生一定的极性效应，正极性下的操作冲击50%击穿电压要高于负极性状态。以u50=47.04kV来计算，依据操作冲击波50%放电电压和间隙距离的曲线，得出达到绝缘配合要求的保护距离是18mm。

2.4绝缘子串电压分布

通过ANSYS有限元分析软件的绝缘子串电压分布计算。该软件是一个结合金属结构，流体，电磁，传热，分析和声学等的通用软件。美国公司设计的软件ANSYS具有强大的处理和分析功能，利用ANSYS软件可以构建并计算出电磁场分析模型。电磁场分析的基本原则，是解决麦克斯韦方程等相关的电磁场量。绝缘子串电压分布泊松方程需要的基础上计算。计算出点分布后，参考常数电压和农业有关的其他物理量，并通过与保护间隙绝缘子串的计算得到间隙值。最终结果显示，安装后的保护间隙绝缘子与不安装保护的比较，当间隙电压分布很多，保护的间隙可以看出其良好的压差，以改善结果。

2.5保护间隙的形式

保护间隙的外形有圆形和柱形两种，如果采用圆形间隙，则需要将绝缘体制作成为环状，然后将两个环状结构配合使用，注意在两个环状结构之间保持一定的距离，通过应用环状绝缘体，能够达到平衡绝缘的效果。另外，柱形绝缘结构是由两个圆形结构所组成的柱形电极结构形式，两个电极之间也需要保持一定的间距，同时，在圆形结构的上部位置还应该安装球电极间隙，而球电极间隙是由两个金属电极制作的，其在实际应用中能够避免被烫伤，满足18-21.06mm范围保护间隙要求。

结语

综上所述，随着社会经济的快速发展，社会各界对于电能的需求量不断提升，电网工程数量不断增加，配电线路建设规模也在不断扩大，同时，人们对于电力工程建设质量的要求越来越高。配电线路是电力系统中十分重要的组成部分，配电线路运行安全性和稳定性直接影响电力系统的供电效果。但是，配电线路一般建设在室外环境中，运行环境复杂，容易受到环境因素、人为因素、气候因素等的影响下，尤其是雷击灾害，容易造成配电线路元件、线路受到损坏，进而造成配电线路运行质量降低。

参考文献

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