10kV配電線路架設地線對雷電感應過電壓的防護效果分析

摘要：10kV配電線路容易受到雷電的侵襲，可通過架設地線對雷電感應過電壓進行防護，以保障10kV配電線路的安全運行。文章首先分析了10kV配電線路對雷過電壓的感應，然后分析了架設地線對雷電感應過電壓的防護效果。

關鍵詞：10kV配電線路；架設地線；雷電感應過電壓；防護效果；雷擊故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM721 文章編號：1009-2374（2015）29-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.068

10kV配電線路自身的絕緣能力有限，容易遭受雷擊發生故障問題，為了積極控制線路的感應過電壓，減少閃絡現象的出現，通過架設地線能夠對雷電感應過電壓進行有效防護。

1 配電線路對雷過電壓的感應

雷電多發的季節，配電線路很容易遭到雷電的威脅，雷過電壓一旦超過了線路自身的絕緣水平，就可能造成絕緣子破壞，甚至引發接地短路問題，帶來嚴重的配網故障問題，具體的雷過電壓的影響如下：

1.1 避雷器故障

為了預防雷電對配電線路的襲擊，通常將避雷器配置于架空線路中，雷擊過電壓影響下，雷電流一旦超出規定范圍，線路避雷器就會加入分流，就會有大規模的感應電流經避雷器流向大地，這樣就控制了絕緣子兩端的電壓，既維護了線路安全，也保證了其有效抗雷。但是，避雷器也可能遭受雷電的破壞，例如：避雷器自身的型號不合適、無法承受過大電流；或者避雷器因為遭到過電壓、天氣、自然環境、諧波等的影響，導致避雷器封閉性受破壞，最終受濕受潮，導致線路老化、破損，為雷擊提供可乘之機；或者當接地電阻超標以及接地引下線遭受腐蝕破壞，造成線路中的雷感應電流無法流入大地。要想維護避雷器安全，就要在雷電季節事先做好準備，優先檢查好避雷器的各項裝備與裝置，注重運行檢測，有問題及時解決與消除，同時要將諧波監測設備裝入配電線路中，一旦發現諧波，要安裝并啟用消諧設備消除諧波，并優選配線與避雷器，同時配置脫離器，充分維護避雷器的性能安全。

1.2 絕緣子閃絡故障

絕緣子維護架空配線的安全，當遭受強雷電襲擊時，容易出現絕緣子閃絡現象，導致絕緣子遭到破壞。在不斷發生的強雷雨天氣下，雷電感應過電壓會加重配電線路的負擔，導致絕緣子兩側電壓差超過了其可承受范圍，導致閃絡問題出現。再加上絕緣子受到外界自然天氣的影響，容易造成絕緣子的受熱破損等問題，此時就需要改用絕緣效果更佳的絕緣子。

2 地線對感應過電壓的限制效果

2.1 接地電阻的影響

配電架空線路電桿通常是自然接地，接地電阻很高，再加上大地電阻的影響，所以通過架設地線來防護過電壓就要明確是否對電桿進行降阻，具體可以通過計算對比無地線以及有地線的感應過電壓得出結論：

無地線線路感應過電壓的計算。（A相）中相導線對地高取11m，（B相或C相）邊相導線對地高則取10m，這兩相導線間相距1m，線路截面面積達到185mm2，檔距達80m，長度達到20km，線路兩側途經適合的電阻接地，雷電將恰好落于配電線路中間位置，雷電集中區與配網中相差50米遠，雷電電流達到30kA，大地電阻率為100Ω·m。有地線線路的計算按照以下標準和方法：將截面積70mm2的地線裝設在無地線中相導線頂端1m的位置，地線通過電桿接地。

經過計算研究得出：無論有無地線，各相線路中的感應過電壓最大值都定位于線路的最中間區域，這一區域感應過電壓會隨時間發生起伏變化，因為地線會限制感應過電壓，無地線線路上各相導線中的感應過電壓水平都比有地線的高，同時，因為出現了電桿接地電阻，有地線路的地線同樣會產生感應過電壓，具體幅值大小大概為相導線的17%。

通過對各相導線的感應電壓幅值的對比能夠看到：在感應過電壓方面，其中無地線A相與有地線B相為最大，這是因為有地線路的地線架設與A相最近，這樣就大大限制了其感應過電壓，取A相、B相中最大的感應過電壓進行對比，可以得出：有地線線路要比無地線線路低34.26%。這其中需要明確的是，絕緣子閃絡與否取決于它所承受的過電壓。所以，將絕緣子所承受過電壓進行對比才更重要。無地線線路因為缺少地線，感應電流無法經電桿流向大地，這樣電桿同大地處于一樣的電位狀態，絕緣子的電壓就是導線對地電壓。有地線路，不考慮地線同絕緣子腳間的壓降，導線同地線間的電位差就是絕緣子所承受的電壓，通過對有地線、無地線之間的電壓幅值對比得出，無地線絕緣子的感應過電壓更高。接著針對有地線路，選擇不同的接地電阻值，來計算其感應過電壓，其中大地電阻率定值：100Ω·m，以此來預防大地電阻率的動態變化引發的計算麻煩。下圖1表示地線感應過電壓幅值、導線對地最高感應過電壓幅值、絕緣子承受的最高過電壓幅值隨接地電阻變化的圖像：

從上圖1可以看出，導線對地最高感應過電壓幅值同接地電阻之間成正比，前者隨后者的變化而變化，相反，絕緣子則與之成反比，接地電阻變大，絕緣子所承受的最高過電壓幅值卻對應變小，出現這種現象是因為在感應過電壓方面，地線同導線大致相似，都是與接地電阻成正比例變化，但是，接地線的變化相對更為明顯。從中可以看出，選擇地線對感應過電壓加以防護時，無需對電桿進行降阻，直接自然接地就能實現。

2.2 地線安裝位置的影響

要想具體探究出這一影響性因素，就要對地線架設高度做出不同的選型，從而來計算線路感應過電壓，從中得出導線、絕緣子等的最高過電壓幅值與地線架設高度之間的關系，具體的變化圖像如圖2所示：

從圖2可以看出：導線、絕緣子等的最高過電壓幅值與地線架設高度的是同步變化關系，也就是地線靠導線越近，變化越小。從上圖還能看到：同導線距離一樣時，地線架設的位置會對感應電壓帶來不同的限制效果，通常情況下，地線于上方要相對于下方的效果更佳。因此，選擇架設地線來防護感應過電壓時，一般應把地線定位于導線上方，在達到線間距的前提下，需要拉近地線與導線間的距離。

3 地線對感應過電壓閃絡率的降低效果

感應過電壓閃絡率能最直接地反映出地線對感應過電壓的承受能力，要想得出地線對感應過電壓閃絡率的控制程度，可以通過以下參數來運算分析：（1）將地閃密度Ng設為40個雷暴日，取值2.78次；（2）當前，10kV架空配電線路在我國的絕緣配置各不相同，在雷擊影響下，通常當電壓在100～150kV時，絕緣子會發生閃絡，為了覆蓋多數情況，選擇100與150kV作為判斷依據，以此來計算感應過電壓閃絡率；（3）對應的電阻率則取特殊值：50，500，1500等；（4）電桿選擇自然接地模式。

經過實際的實驗運算得出：由于大地電阻率的不斷上升，無地線、有地線感應過電壓閃絡率也隨之增大，因為大地電阻率的上升會引起雷電瞬變電磁場的變化、傳輸線大地瞬態阻抗也會變化，導致線路感應過電壓不斷上升。

4 結語

雷電感應過電壓容易引發配電線路故障，通過架設地線能夠有效防范雷電感應過電壓的不良影響，要加強配電線路感應雷過電壓的計算，通過科學架線進行防護，從而有效確保配電線路的穩定安全。

參考文獻

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作者簡介：甄雄輝（1969-），男，廣東開平人，廣東電網有限責任公司江門開平供電局電氣工程師，研究方向：配網運行維護。

（責任編輯：蔣建華）