淺談10kV輸電線路設計中防雷措施及應用

吳金鋒

摘要：雷電是一種常見的自然現象，雷電過程中造成的過電壓對輸電線路影響很大，使用有效的防雷技術來確保輸電線路運行安全是十分重要的。

關鍵詞：輸電線路;10kV;雷擊;防雷措施;設計

引言

架空輸電線路是供電系統的重要組成部分，由于架空輸電線路多數布局在野外環境中，故極易受到外界條件的影響和損害，環境的變化是對其安全運行影響非常大。其中主要影響因素之一就是雷擊，雷擊不僅僅只是造成居民商業斷電，而且對線路中的元器件及電氣設備損壞巨大，造成線路運行損失，因此做好架空輸電線路的防雷設計是我們線路設計中非常重要的環節。

線路遭雷擊原因

架空輸電線路因雷擊造成跳閘，具體可以分為繞擊雷和直擊雷，雷電流幅值也有大有小，在輸電線路設計前，我們從設計的角度應先研究當地地形以及雷擊特點，以便有針對性的進行線路的防雷設計。在線路運行期間最容易受到雷擊的是避雷保護線路的保護角度過大以及桿塔接地系統的電阻過高的線路。以下是幾種常見的線路遭雷擊原因：

（1）桿塔存在隱患

部分配電線路中為施工方便，沒有采用獨立的接地系統，而直接使用水泥電桿內部的鋼筋進行接地，一旦雷擊造成大電流經過電桿內部鋼筋時，容易造成該水泥電桿開裂造成其損壞。

（2）安全預防措施嚴重不足

部分架空輸電線路在施工設計時沒有考慮相關規范安裝防雷設施，也沒有根據現場的地形特點采用相對應的防雷安全措施。

（3）配電線路電線存在問題

部分輸電線路的保護角過大對繞過雷擊不利，譬如一部分多雷電區域的輸電線路就很難滿足220kV及以上輸電線路的避雷線保護角不得大于20°的規定。

當前在輸電線路常用的防雷保護措施有以下幾種：安裝避雷線、降低輸電桿塔的接地電阻、選用自動合閘設備、安裝耦合地線和采用不平衡的絕緣系統等。

輸電線路中的防雷策略設計：設計輸電線路的防雷策略時，要考慮很多綜合因素，從多個角度、根據具體情況融入土質、電阻、地形、地域、線路等各種因素以全方位地進行線路的設計規劃。

（1）線路避雷器的防雷原理。線路中的避雷器所采用的是避雷器自身和串聯空氣間隙結構二者的組合，其中，避雷器本體基本上不會承擔由系統運行產生的電壓，因此，避雷器的使用不需要考慮其由于長期運行造成的老化問題，即便是避雷器有故障，也不會對線路運行造成影響。串聯空氣間隙有兩種，即以合成絕緣為支撐的串聯空氣間隙和純空氣串聯間隙。

當雷電擊中塔桿時，由雷電產生的電流分為兩路，分別經由避雷線、塔桿流入大地，此時，若是塔桿頂端的電位和導線的電位之差高于一定值，絕緣子串中的50%放電電壓就會引起從塔頂到導線的閃絡。輸電線路整體抗雷能力絕大程度上是受接地電阻、架空的避雷線、雷電流的強度以及絕緣子串的50%放電電壓影響。其中，接地電阻和架空的避雷線是人為可控制的，因此，要提高線路抗雷能力，通常選擇安裝避雷器和減小接地電阻的方法。

（2）選用合理的輸電線路路徑。由于自然區域的條件不一樣，受雷擊的概率也會有很大差異。那些雷擊頻發的地域，自然行業不是鋪設線路室最佳的考慮方案。因此，要選擇鋪設線路最合理的路徑，盡量避免此類雷擊區域。應該要避免的路徑有如下幾種：第一，號稱“雷暴走廊”的山谷峽谷地區;第二，地下埋有導體性質的礦物或者地下水位高的地區;第三，環山而坐既潮濕又低洼的盆地，尤其是其旁邊有連綿的山脈或者是有樹木、池塘、水庫等的鐵塔周圍更加危險;第四，已經發生土地電阻率的突變或者極易發生突變的地域，這些區域有低土質性電阻的特性，比如地質的斷層處或者有溪流的山谷區域，又或是那些土壤與巖石、到天河山丘交接的地帶;第五，那些土壤很好的山地或是向陽的山坡，雖然其電阻的差距不是很明顯，但是遭到雷擊的概率也比普通的地區要多。

（3）降低接地電阻。僅僅依靠安裝避雷器和架設避雷線所達到的防雷效果不是非常理想，因此，接地電阻是避雷線很好的一個補充，以達到更大的降壓目的。比如說，當電壓值在40～65kV區間時，避雷線沒有搭設的必要性，但是為使所有鐵塔的接地情況良好，同時又有防雷的效果，就需要運用降低鐵塔的接地電阻策略。降低電阻方法有三種：一是對于那些較為集中同時規模較小的接地網，可使用降阻劑。將降阻劑鋪設在接地極的四周，擴大接地面積，從而達到降低地面和鐵塔的電阻。因其導電性能較好，可推廣使用此方法;二是爆破技術。利用爆破，制造破裂，然后通過壓力機作用將電阻率較低的材料導入裂縫中去，以增強土地導電性能;三是加長水平接地體，因為水平節地體長度與電感效應成正比，若其長度為80m，電阻率達2000，長度是55m時，電阻率是500，因此，當其長度達一定值時，沖擊系數就會逐步穩定下來，不會再下降。

目前我們在10kV線路設計中常用避雷方式：過去在雷電多發地區，10kV線路與35kV類似加裝避雷線，但缺點是投資成本及維護成本過高，10kV線路布局較為錯亂，避雷線保護角過大造成繞過雷擊效果差，并且輸電線路更容易受到反擊。目前在10kV設計中常見的避雷方式是采用安裝過電壓保護器和防雷絕緣子。

采用防雷柱式絕緣子：每根直線水泥桿上的單橫擔裝置安裝3只，雙橫擔裝置安裝6只（或者一側3只防雷絕緣子，一側3只普通絕緣子），要求每3根水泥桿加1處接地裝置（可根據雷區不同接地裝置距離可調整），要求接地電阻不應大于10歐姆。FEG型防雷型支柱絕緣子是采用組合式結構的產品，其采取先堵塞電壓后疏通的設計工藝，增強了支柱絕緣子的絕緣性能以及防污穢水平。并且不會類似瓷絕緣子炸毀現象，具有防止雷擊斷線、以及降低雷擊跳閘保護等功能。防雷柱式絕緣子原理是：當雷擊的過電壓超過設定的數值時，電流會在防雷絕緣子引弧棒和下金屬腳放電，使得電弧在引弧棒上灼燒，這樣導線就不會受到損傷。

安裝過電壓保護器：目前國內的10kV配電線路存量十分龐大，需要保護的區域范圍廣，因此避免雷擊是十分困難，傳統的避雷器長時間受到線路的工頻電壓，還要承受雷擊時的過電壓，因此傳統的避雷器更易老化，故障頻發，無法確保供電的穩定性。目前在10kV現場施工中主要采取過電壓保護器，其主要采取氧化鋅避雷器與外間隙組合的方式，當輸電線路沒有受到雷擊時，外間隙可以起到有效的隔離作用從而使避雷器不承受到線路中的電壓，即便當避雷器老化損壞時，外間隙也不會導致線路接地而發生運行的危險。在雷擊的過電壓達到一定值時，電壓才會穿過保護器外間隙導致避雷器動作，因此過電壓保護器具有更佳的防雷效果，安裝該保護器會提高線路安全運行的穩定水平。由于過電壓保護器的有效保護距離有限，在10kV設計安裝時我們需要根據現場雷區分布，過電壓保護器安裝密度控制在200m-360m之間是經濟效益最佳，雷擊的過電壓經過外間隙到達避雷器后再經過接地系統進入大地，從而保護絕緣線。

在10kV輸電線路設計時，我們一定要對接好當地需求以及施工習慣，如果線路沒有有效的防雷設備，一旦遭到雷擊會給電力系統造成巨大損失，在設計前將當地氣候資料進行全面收集，從而更好的將防雷設計與現場相結合，根據雷電資料進行預防工作，進一步提高輸電線路供電可靠性，對保護電力系統的穩定性有重大意義。

參考文獻：

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