10kV配電線路避雷器安裝使用的優化選擇

劉素芳 陳康 亓兆全

摘 要 本文主要通過對比分析3種常見外串聯間隙避雷器的結構及安裝特點，并通過放電路徑試驗對放電的準確性進行試驗探究，得出環電極及穿刺電極避雷器可以配合各種柱式絕緣子使用，但對安裝要求較高;固定串聯間隙避雷器間隙距離固定，放電路徑固定，不會因放電路徑不準而失效，但安裝相對復雜;通過comsol電場分析，得出間隙距離位于高壓與避雷器本體之間，避雷器本體承受的電場較小，更有利于產品的長期穩定運行。

關鍵詞 串聯間隙金屬氧化物避雷器;安裝;放電;comsol;電場

引言

目前常見的10kV配電網堵塞式[1]防雷產品主要為串聯間隙避雷器，按結構又包括穿刺型[2]、環電極型、固定間隙型等各式各樣，每一種防雷產品對于10kV配網系統的防雷均起到了很好的防護作用，為配電線路的安全運行提供了安全保障。但由于避雷器的種類形式多樣，避雷器的安裝選擇應用不當，不僅不會起到防雷作用，還可能引起額外的停電事故。針對多式多樣的10kV絕緣子，應該如何選擇合適的避雷器，每種避雷器之間又有什么區別，各自有什么優缺點，這些問題給使用單位造成了嚴重的困擾。

針對上述問題，本文主要通過對比分析3種常見外串聯間隙避雷器的結構及安裝特點，對其進行放電路徑保護特性試驗，查看其放電路徑的準確性，并通過comsol三維有限元分析軟件對3種避雷器進行電場分析，查看其在線路中的電場情況，為10kV配電線路避雷器的安裝使用提供優化建議。

1 不同外串聯間隙避雷器[3-4]的對比分析

1.1 環電極外串聯間隙避雷器

環電極外串聯間隙金屬氧化物避雷器是將環電極套接在保護絕緣子上，通過調節環電極與導線間的間隙距離，達到對絕緣子的保護，其環電極直徑要求是大于對應絕緣子傘葉20～30mm，串聯間隙距離與被保護絕緣子干弧距離的比值不大于60%，且應保證組裝形成的環形電極水平布置并且與被保護絕緣子完全同軸心，否則環形電極無法可靠定位雷電沖擊放電路徑。該類產品理論上是可以保護各種形式的柱式絕緣子，但在實際應用中發現環形電極存在容易偏離設定位置的問題，且環形串聯間隙避雷器放電路徑不固定：一種是導線對環放電;一種是從捆線開始沿面閃絡對環放電，第二種放電路徑經過絕緣子表面，閃絡通道中的火花或電弧可能損壞絕緣子表面絕緣，影響絕緣子性能。

1.2 穿刺電極外串聯間隙金屬氧化物避雷器

穿刺電極外串聯間隙避雷器，其特點是利用高壓穿刺電極擠壓穿透導線絕緣層接觸芯線，將導線電位引出，避雷器本體高壓端設置一個半球電極，高壓穿刺電極與半球電極構成串聯空氣間隙。穿刺電極外串聯間隙金屬氧化物避雷器應安裝在線路絕緣子的負荷側。但穿刺電極由于需與絕緣導線內導線接觸，降低絕緣導線的密封性，且穿刺高壓電極的穿刺齒都比較尖銳，力度不好把控，易損傷鋁導線，降低導線的機械拉伸強度。

穿刺電極外串聯間隙避雷器高壓電極的好處是當避雷器本體損壞后，如果發生雷擊事故，能夠將高壓引出，并將工頻續流電弧引到穿刺電極上燃燒，可避免絕緣導線受燒蝕斷線，引起雷擊事故，達到二次保護的特點，但該種情況下不會降低線路的雷擊跳閘率。

1.3 固定外串聯間隙金屬氧化物避雷器

固定外串聯間隙避雷器其放電間隙在出廠前就已固定好，安裝時無須調整間隙距離，無論與何種絕緣子配合，其間隙距離是不變的，避雷器本體帶有連接線，連接線通過線夾與導線連接，作為高壓引下線，其特點是間隙距離出廠前就已經固定，不會造成間隙距離安裝不當，但其需額外增加高壓連接線及連接線夾。耐張桿線桿，轉角線桿，其絕緣子兩頭為懸式絕緣子，且一根橫擔一相上有多只絕緣子，多選用固定定間避雷器;支柱絕緣子也可采用固定間隙外串聯間隙避雷器，該類產品可有效預防由于間隙距離的選取不當造成的防雷失效問題。

2 避雷器本體的電場分布分析

本文采用三維有限元分析[5-6]軟件comsol對10kV配電線路絕緣子及3種常規避雷器進行分析，查看幾種不同的避雷器在線路上的電場分布情況，為避雷器的選擇應用提供優化建議。

選擇常用的PS15柱式瓷絕緣子，絕緣子上方為導線，底部與橫擔電氣連接，PS15絕緣子為4傘絕緣子，傘葉直徑118mm，高度 269mm ，頂端導線上施加相電壓7000V，橫擔接地。其中空氣的相對介電常數為1，瓷絕緣子的相對介電常數為6，采用了四面體網格剖分方法，整個計算域大小為4m×4m×4m，網格總數約63萬。

計算發現環電極避雷器及穿刺電極避雷器，其空氣間隙位于避雷器本體與高壓導線之間，避雷器本身不直接承受高壓，其周圍的電場較低，要明顯低于避雷器本體直接與高壓相連，間隙位于避雷器本體與地之間的電聲;其中環電極穿刺電極的尖端處出現局部場強增大，最大可達1.6kV/mm。

3 結束語

每一種防雷產品均為配電線路的防雷保護做出了貢獻，但也各自存在優缺點，其中，環形電極，穿刺電極外串聯間隙避雷器屬于較常規的支柱絕緣子用外串聯間隙避雷器，它們可配合各種支柱絕緣子使用，但該兩種產品對安裝的要求較高，環電極避雷器不能偏移，穿刺電極避雷器金具不能損傷導線。

固定外串聯間隙避雷器既可應用于支柱式絕緣子，也可應用于懸式絕緣子，此類產品間隙距離固定，不會因間隙選取不當造成產品失效，但安裝上需額外連接線及安裝金具，安裝相對復雜，使線路看起來也更加復雜，降低了整體線路美觀性。

外串聯間隙位于高壓與本體之間時避雷器本體承受的電場較小，優于避雷器本體直接與高壓導線接觸的避雷器產品，有利于避雷器的長期穩定運行;與避雷器配套的電極有尖端或毛刺時，會造成局部的場強增大，選擇時應注意電極的打磨作圓滑處理。

參考文獻

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