10kV配電線路架設地線對雷電感應過電壓的防護效果

李揚

（江蘇省政協，江蘇 南京 210024）

1 雷電感應過電壓對配電線路產生的影響

1.1 避雷器的影響

在線路中，避雷器的作用就是保護線路不受雷電沖擊，確保一旦發生雷擊，如果產生的電流超過配電線路范圍，避雷器就會啟動發揮作用。其工作的原理是分流電流，將電流分流釋放到大地中，進一步限制絕緣子部分的電壓，確保配電線路安全進行，盡可能降低雷電傷害。

避雷器所具有的承載能力一定，過大的雷電感應電壓會影響避雷器的承載能力。在其使用的過程中，一旦遇到更大的電流，避雷器因為承載能力有限就會發生損壞，導致避雷器功能出現故障。不僅如此，在日常工作中，如果不注意避雷器的養護，一旦發生了腐蝕，就會導致電流不能順利分流釋放到大地中去，繼而嚴重影響避雷器功能的發揮。

1.2 絕緣子的影響

眾所周知，外界電壓會產生一定的磁場，磁場繼而會對電流產生影響。絕緣子可以隔離外界電壓和電流之間的作用，進一步保證配電線路的安全，如果一旦遇到雷擊，絕緣子會因為瞬時電流過大出現閃絡的現象，對其功能破壞力較強。特別是在南方夏季的雷雨季節，因為此時出現雷雨天氣的頻率較大，頻繁的雷電以較大頻率沖擊絕緣子，造成感應電壓驟增，配電線路自身所能承受的電流也會有所增加，最終就會造成絕緣子兩端電壓的承載能力不足。不僅如此，某些外界的實際情況也會影響絕緣子功能的發揮，最終造成配電線路存在安全隱患。

2 地線對感應過電壓的限制效果

（1）接地電阻的影響。配電線路中采用自然接地的方式進行地線的架設，接地電阻相對較高，如果接地電阻和大地產生的電阻相互加和，那么就會產生更大的電阻。此時，一定程度的控制電桿電阻可以有效的限制雷電感應過電壓。在配電線路工作的過程中，雷擊的瞬時作用會導致較大的雷電感應過電壓，其最大值通常處于配電線路中間區域，雷電感應過電壓會在該區域隨著時間的變化產生起伏性的變化，地線的存在也會限制感應過電壓的產生，電桿因為受到電阻的影響，使已經架設的配電線路也出現一定的感應過電壓，造成導線對節點電阻大小和電壓的幅值不成正相關關系，但和絕緣子是成反相關關系的。絕緣子所承受的電壓幅值會隨著接地電阻的增加而減小，這樣就可保護架設的地線所產生的感應過電壓，繼而控制電桿電阻，實現限制感應過電壓的目的。

通過相關計算和研究得出以下結論：不管有沒有地線的存在，所有線路中感應過電壓的最大值都不會超過線路的中間區域，在這個區域內，隨著時間的延續，電壓會發生一定的變化，地線會對感應過電壓進行限制，對比有地線的情況，無線路所有導線中的感應過電壓相對較高。更為重要的就是絕緣子承受過鍛壓對比。在無地線線路中，因為不存在地線，感應電流不能向大地釋放，這就導致電桿和大地電位狀態一致，絕緣子產生的電壓就是導線對地電壓。在有地線線路中，如果忽略地線同絕緣子的壓降，絕緣子所能承受的電壓就是導線和地線之間的電位差，這時需要對比有地線和無地線的電壓幅值，結果顯示，無地線的絕緣子存在更高的感應過電壓。經分析感應過電壓幅值、絕緣子所能承受的最高電壓幅值以及導線對地最高感應過電壓幅值之間的關系可知，導線不管是和接地電阻還是和最高感應過電壓之間都是正相關的關系，導線隨最高感應過電壓和接地電阻的變化而變化，相反的，絕緣子和接地電阻和最高感應過電壓成反相關關系，絕緣子所能承受的最高過電壓幅值隨著接地電阻的變大逐漸減小之所以會出現這類現象，是因為地線的感應過電壓與導線的感應過電壓相同，均和接地電阻成正相關變化，對比來說，接地線的變化要比導線的變化更為明顯。應用地線防護感應過電壓的過程中，不需要對電桿進行降阻處理，直接就可實現。

（2）地線安裝位置的影響。如若探討這一現象的具體影響因素，必須要對地線的架設高度進行不同選型的定制，進一步計算線路的感應過電壓，進而得出導線、地線架設高度以及絕緣子最高過電壓之間存在的關系，經分析可知，導線、地線架設高速以及絕緣子的最高感應過電壓之間的變化基本同時進行，變化關系具體是：導線和地線之間的距離越近，變化幅度越小。另外，地線如果和導線距離相等，地線架設的位置對感應電壓的影響也是不一樣的。一般來說，地線架設在導線的上方要比架設在導線的下方效果更好。所以，通過地線的架設進行感應過電壓的防護時，通常將地線架設在導線的上方。以滿足線間距為基礎，盡可能拉近導線和地線之間的距離。

3 地線對感應過電壓閃絡率的降低效果

最能對感應過電壓的耐受性能進行體現的直觀性指標Wie感應過電壓閃絡率。地線對感應過電壓的閃絡率具有降低的效果，為了研究這種效果，現分別計算有地線線路的感應過電壓的閃絡率以及無地線線路的感應過電壓的閃絡率，并進行了對比。在計算的過程中，會應用到的具體參數為：（1）地閃密度取為2.77次 /（km2·a）。（2）就國內來說，10kV架空配電線路的絕緣配置不盡相同，絕緣子的雷電沖擊閃絡電壓范圍處于100～150kV。為了盡可能多地涵蓋所有情況，閃絡判斷電壓分別為100kV和150kV，然后計算并討論了線路的感應過電壓閃絡率。（3）影響雷電傳輸線大地瞬態阻抗以及瞬變電磁場的主要參數即為大地電阻率，這些參數也會對線路的感應過電壓的閃絡率產生影響。所以，分別在大地電阻值為50、100、200、500、1000、1500Ω·m時，計算了感應過電壓的閃絡率。（4）線路參數。通過相關研究，電桿的接地方式為自然接地，接地電阻的電阻率可通過計算得出，結果如表1所示。

表1 各電桿在不同大地電阻率下的自然接地電阻

如果絕緣子的閃絡電壓為100kV，大地電阻率不同，有地線路的感應過電壓的閃絡率以及無地線線路的感應過電壓的閃絡率隨著電阻的增大所出現的變化如表2所示。通過對表2進行分析可得出，不管是有地線路的感應過電壓的閃絡率，還是無地線線路的感應過電壓的閃絡率，都隨著大地電阻率的增加而上升，出現這種情況的原因是，傳輸線大地瞬態抗阻以及雷電瞬變電磁場會隨著大地電阻率的增加而發生變化，最終導致線路感應過電壓水平提高。即使感應過電壓的閃絡率隨著大地電阻的增加呈現上升趨勢，但無地線線路和有地線線路的感應過電壓的閃絡率的比值有所降低。具體原因是電桿接地電阻隨著大地電阻率的增加而增大，進一步降低了有地線路絕緣子所能承受的過電壓。

表2 不同大地電阻率下在100kV的絕緣閃絡電壓下線路感應過電壓閃絡率

如果絕緣子的閃絡電壓為150kV，大地接地電阻率不同，無地線線路的感應過電壓和有地線線路的感應過電壓閃絡率的計算結果如表3所示。如果絕緣子的閃絡電壓有所增加，那么線路的感應過電壓的閃絡率就會發生明顯的下降趨勢。

表3 不同電阻率下150kV絕緣閃絡電壓下線路感應過電壓閃絡率

通過對表3進行觀察發現，如果絕緣子的電壓為150kV時，有地線路和無地線線路的感應過電壓的閃絡率都有明顯的下降趨勢。

4 結語

綜上所述，雷電感應過電壓很容易導致配電線路出現故障，為了降低雷電感應過電壓對配電線路造成的影響，可通過架設地線的方式來進行解決。通過分析發現，架設地線可使感應過電壓閃絡率下降72.3%～84.2%，有效保證了配電線路安全，具有較高的推廣應用價值。