淺談10 kV及以下配網防雷保護措施

摘 要：臨邑縣地處魯西北平原，今年入夏以來，多次遭遇強雷電天氣，10 kV及以下中低壓配電線路雷擊事故時有發生，配變遭雷擊燒壞導致家用電器損壞事故不在少數。因此，了解雷電及其形成過程，據之采取切實可行的防護措施，保證配網的安全可靠運行，有著重要的社會意義和經濟價值。

關鍵詞：配網；防雷；措施

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0085-02

1 雷電放電的形成過程

雷電放電是一種氣體放電現象，雷電路徑往往達數千米，是一種超長間隙的火花放電，作為電極的雷云比較特殊，它不是一個金屬極板，具有多次重復雷擊等現象和特點。實測表明：當云中某一電荷密集中心處的場強達到25～30 kV/cm時，就可能引發雷電放電。雷電有線狀雷電、片狀雷電、球狀雷電等幾種不同形式，電力系統中絕大多數雷害事故都是“云-地”之間的線狀雷電造成的。

2 雷電參數

雷電參數是雷電過電壓計算和防雷設計的基礎，參數變化，計算結果就會隨之變化。目前通常采用的參數是建立在已有雷電記錄數據基礎之上的，即雷暴日、雷暴小時、地面落雷密度。

習慣上，常用該地區多年所得出的平均出現雷暴日或雷暴小時來評價該地區雷電活動強度。在1 d內（或1 h）只要聽到雷聲就算一個雷暴日（或雷暴小時），根據統計，一個雷暴日大約等于三個雷暴小時，我國雷區等級劃分見表1。雷暴日的分布與地理位置有很大關系。一般濕熱地區多于干冷地區，陸地多于海洋，山區多于平原，我國平均雷暴日分布劃分見表2。

臨邑縣地處魯西北平原，魯中地區為山區，受其地勢分布影響，大氣流動等氣候因素尤其是在夏季會受到很大影響，2013年7月份、8月份兩個月份，雷雨天氣特別多，線路受颮線風等惡劣天氣影響，受損嚴重。按照我國雷區等級劃分，臨邑縣屬于少雷區，但是按照今年數據統計，則介于少雷區和多雷區之間，所以在工程設計時應引起重視，應適當提高防雷措施等級標準。

雷暴日和雷暴小時的統計中，沒有區分雷云對地的放電和雷云之間的放電。對電力系統造成危害過電壓是由落地雷引起的，因此有必要介紹一下地面落雷密度這個概念，它表示每一雷暴日、每平方公里地面受到的平均落雷此數，記作γ，根據世界上其他國家及我國的實測數據，規程建議取γ=0.07，但在峽谷、土壤電阻率突變地帶的低電阻率地區，γ值會偏高，在工程設計時需注意。

3 雷電事故分析

3.1 架空線路雷擊斷線事故分析

隨著近幾年農網升級改造和新農村電氣化建設的不斷推進，線路絕緣化率不斷提高。但是絕緣導線與裸導線雷擊斷線明顯不同。絕緣導線遭雷擊時，雷電過電壓引起絕緣子閃絡并導致導線絕緣層擊穿，被擊穿的絕緣層呈一針孔狀，持續的工頻短路電流電弧受周圍絕緣的阻隔，弧根只能在針孔處燃燒，在極短的時間內導線就會被迅速的燒斷。而在直擊雷或感應雷作用于裸導線引起絕緣子閃絡時，接續的工頻短路電弧弧根在電磁力的作用下沿導線表面不斷滑移，不會集中在某一點灼燒，因此不會嚴重燒傷導線。

3.2 變壓器雷擊事故分析

變壓器雖然都安裝了避雷器和接地裝置，但在實際運行過程中仍有遭雷擊現象發生。2013年7～8月份就有近10臺變壓器遭雷擊燒毀。究其原因，一是避雷器安裝不符合要求，二是避雷器本身存在缺陷，三是接地裝置不規范且接地電阻不符合規程要求。以今年遭雷擊的配電變壓器為例，絕大多數只在高壓側裝設避雷器，未在低壓側裝設避雷器。這是因為當雷擊高壓側線路時，避雷器動作后，經過避雷器的雷電流在接地裝置上產生一個電壓降，它會直接作用在低壓側中性點上，此時低壓側出線可以看作是經導線波阻抗接地，將有電流經過低壓繞組，通過電磁耦合使高壓繞組產生感應電勢，而高壓側出線端電位受避雷器限制，所以這個高電位將沿高壓繞組分布，在中性點處達到最大值，中性點附近的絕緣就有可能受到損害，最終導致變壓器遭雷擊事故的發生。

4 防雷保護措施

4.1 10 kV及以下配網線路防雷措施

電纜與架空線連接處應安裝氧化鋅避雷器一組，柱上開關設備應裝設防雷裝置，經常開路運行而又帶電的柱上開關設備兩側，均應裝設防雷裝置。針對絕緣線路因雷擊斷線的問題，可以采取以下措施：10 kV及以下配網絕緣線路如在0.5 km的線段內無防雷設施時，宜裝設一組避雷器；安裝線路過電壓保護器。此種方式成本比安裝氧化鋅避雷器稍低，而且與絕緣子并聯安裝，不損壞絕緣導線的主絕緣層，基本上免維護；安裝防弧金具：在距離絕緣子中心150～200 mm的范圍內（負荷側）剝離一小段絕緣導線的絕緣層，安裝上防弧金具，可使雷電過電壓均在防弧金具與絕緣子鋼腳之間定位閃絡，接續的工頻短路電流電弧的狐根固定在防弧金具上燃燒，從而保護導線免于燒傷。該方式操作簡便，投資少，能防止雷擊斷線，但需剝離絕緣層，存在局部導體裸露，并且在雷擊后必須要更換燒傷的防護金具。

4.2 變壓器防雷措施

變壓器高壓側避雷器的接地引線應與變壓器外殼及低壓側中性點連接在一起接地，低壓側也應安裝避雷器，因為低壓側一旦造雷擊或低壓線路有感應過電壓時可起到保護作用，可有效地限制正變換過電壓。除此之外，要選擇電壓等級與線路額定電壓相等的避雷器，且接地引下線不宜過長，因為如果接地引下線過長，它自身電感就會比較大，再加上雷電流陡度極大，那么接地引下線產生的自感電壓就會大，會產生很大的負面作用。

4.3 加強設備的檢修維護

利用線路檢修等機會對避雷器進行試驗，對不合格和有缺陷的避雷器進行更換，定期測試接地電阻值，檢查接地引下線，及時處理不合格的接地，使之處于良好的運行狀態，這樣就可有效降低雷擊事故概率。

5 接地的重要性

“防雷在于接地”，這句話說明接地的重要性，即各種防雷裝置須配以合適的接地裝置，將雷電流泄入大地，才能有效發揮其保護作用。換言之，防雷接地裝置的作用就是為了減小沖擊接地電阻以降低雷電流泄放是防雷裝置端部的電壓。

工程中實用的接地裝置通常有垂直、水平接地體以及它們的組合。根據恒流場下靜電場相似原理，我們可以得到一些典型接地體的工頻接地電阻計算方法。

5.1 垂直接地體：當l≥d時

式中，？籽為土壤電阻率（Ω·m）；l為接地體長度（m）；d為接地體直徑（m），當采用扁鋼時，d=0.5 b，b是扁鋼寬度，采用角鋼時，d=0.84 b，b是角鋼每邊的寬度。

5.2 水平接地體

式中，l為接地體總長度（m）；h為接地體埋深（m）；d為接地體直徑（m）；A為形狀系數，反映接地體之間的屏蔽影響使接地電阻增加的系數，其值見表3。

5.3 接地網

接地網一般情況下主要由水平接地體組成，其接地電阻可以用下面的公式估算：

式中，L為全部水平接地體的總長度（m），n為垂直接地體的根數，l為垂直接地體的長度（m），S為接地網的總面積（m2），B為按1 決定的系數，可以從表4查詢得出。

6 結 語

10 kV及以下配網防雷點多面廣，是一項長期的系統工程，不可能一蹴而就，除了做好日常防護之外，嚴把新建工程質量關，確保“零缺陷”驗收投產，從源頭上消除安全隱患也是非常重要的。

參考文獻：

[1] 夏道止.電力系統分析[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 文遠芳.高電壓技術[M].武漢：華中科技大學出版社，2001.

[3] 朱秀蘭.10kV架空絕緣導線斷線機理及其防雷措施[J].電氣應用，2010，（18）.

[4] 山東電力集團公司農電工作部.農村中低壓配電改造升級工程典型設計[M].北京：中國工人出版社，2010.

[5] DL/T499-2001，農村低壓電力技術規程[S].

[6] GB/50173-92，電氣裝置安裝工程35kV及以下架空電力線路施工及驗收規范[S].