配電線路架設地線對雷電感應過電壓的防護效果探究

王強

摘要：雷電感應過電壓是配電線路當中的主要保護對象，而架設地線對于雷電感應過電壓具有重要保護作用，因而對地線線路感應過電壓模型進行計算對地線的架設位置進行研究，對于保護配電線路運行安全性具有重要價值。本文主要對配電線路當中架設地線在雷電感應過電壓當中的防護效果進行了分析探討，以期能夠不斷促進配電線路的發展。

關鍵詞：配電線路;架設地線;過電壓;防護探究

在低電壓配電線路當中，由于絕緣水平較低因而被雷擊中發生故障的概率比較高，而且多是由于導線感應過電壓產生的故障，因而如何提升線路對于感應過電壓的閃絡次數是提升配電線路運行可靠性的關鍵。而通過架設地線則是對感應過電壓進行防護的重要措施之一，因而有必要加強對架設地線所產生的防護作用進行研究，以期推廣這種防護措施在配電線路當中的應用。

1.配電線路對雷電過電壓的感應

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.架設地線對于過電壓的限制效果分析

2.1接地電阻限制效果

配電線路當中所架設的地線一般是采取自然接地的模式，接地的電阻比較高，并且結合大地所產生的電阻合起來的電阻值較高，要限制雷電感應過電壓就需要對電桿電阻進行控制。配電線路當中，雷擊所產生的雷電感應過電壓最大值一般是在配電線路中間區域，在這一區域當中的電壓會根據時間推移而發生起伏性變化，而地線也會對感應過電壓產生一定的限制作用，電桿會在接地電阻的影響下，使得部分架設了地線的配電線路也出現感應過電壓，而導線對地感應過電壓的幅值和節點電阻的大小呈正比例關系，而和絕緣子則是呈反比例關系，隨著接地電阻增加，絕緣子所承受的電壓幅值也會隨之變小，因而可以架設地線對感應過電壓進行防護，這樣也不用對電桿進行電阻控制，從而實現對感應過電壓的限制效果。

2.2地線安裝位置產生的限制效果

在架設地線的時候，需要從地線安裝位置上進行考慮，并對不同地線架設高度進行比較，從中選擇出最適合的地線高度，并對不同配電線路當中的感應過電壓值進行計算，對于導線和絕緣子在設置參數上不同找到相應的變化規律，總結相應的變化規律，導線和絕緣子最大過電壓復制和地線的架設時可以同比例變化的，地線和導線之間的距離越來越近，這樣同比例變化也會隨之變小。而在導線距離相同的情況下，對于地線架設位置對于感應過電壓來說也會產生不同的影響，而從試驗結果來看，地線在導線上方和在導線下方的限制效果是不同的，在導線上方所產生的限制作用更好，因而在對地線安裝位置進行確定的時候，首先需要考慮將地線安裝在導線上方位置上，并且在結合線間距的條件下，還應該盡量將地線和導線之間的距離不斷拉近，這樣才能夠達到對于雷電感應過電壓進行限制的效果。

3.地線對雷電閃絡率的防護效果

3.1計算用參數

配電線路中，地線的架設可以起到有效的降低雷電閃絡率的效果。配電線路對感應過電壓的耐受性能最為直觀的體現，就是感應過電壓閃絡率。為了更好地研究與分析地線的架設對雷電感應過電壓閃絡率的影響，可以通過對比未架設地線的配電線路，以及已經架設地線的配電線路之間的感應過電壓閃絡率來進行分析。而在這個過程中，所使用的計算參數包括以下：（1）地閃密度Ng的計算，可以按照40個雷暴日進行計算，經過一系列折算，確定地閃密度為2.78次/（km2·a）;（2）對于雷電沖擊閃絡電壓的計算。事實上，我國架空配電線路的絕緣配置方法各異，一般在雷電沖擊的情況下，絕緣子所承受的閃絡電壓在100kV～150kV之間。出于保障本次研究普遍性的需要，本次研究將100kV與150kV閃絡電壓作為絕緣閃絡效果的判定依據，以此為基礎討論配電線路的感應過電壓閃絡率;（3）大地電阻率。對于配電線路的雷電沖擊來說，大地電阻率是其中的一項重要影響因素，也是影響瞬變電磁場與傳輸線瞬態阻抗的基本參數，會對配電線路感應過電壓閃絡率產生影響。本次研究所選擇的大地電阻率包括50Ω·m、100Ω·m、200Ω·m、500Ω·m、1000Ω·m和1500Ω·m;（4）配電線路線纜的具體參數為：A相線纜與地面之間的距離為11米，B相及C相線纜與地面之間的距離為10米，A相線纜與B/C相線纜之間的空間距離為1米，線纜截面積為185mm2，配電線路每一檔中間的水平檔距為80米，為配電線路的整體長度為3200米，線路自然接地，電阻為Rg，以大地電阻率為基礎進行計算而確定的。

3.2結果分析

如果絕緣子閃絡電壓為100kV，按照不同的大地電阻率對其進行計算，并判斷架設地線的配電線路雷電沖擊感應過電壓閃絡率，及未架設地線的配電線路雷電線路沖擊感應過電壓閃絡率，對二者進行計算與比對。經過計算與比對可以得知，無論是否架設了地線，大地電阻率的提升，配電線路中過電壓閃絡率的提升，其本質都是由于大地電阻的上升，致使配電線路在受到雷電沖擊的一瞬間，電磁場產生瞬變，線路大地瞬態阻抗也發生了變化，配電線路的感應過電壓急劇上升。感應過電壓隨著大地電阻率上升的同時，配電線路發生的閃絡率卻有所下降，主要原因在于，大地電阻率提升進一步增強了接地電阻，進而使架設了地線線路的絕緣子承受到的感應過電壓下降。而當大地電阻率條件不同的情況下，對比架設地線與未架設地線的配電線路雷電沖擊感應過電壓，可以確定的是，架設了地線的配電線路中，感應過電壓的閃絡率大大下降，下降率在72%～84%之間，可見配電線路中，地線的架設對于雷電感應過電壓可以實現較好的防護效果。

4.結束語

隨著配電線路中的電桿接地電阻的提升，配電線路地線中的感應過電壓會有明顯的上升，絕緣子承受的過電壓會在很大程度上下降，基于此，如果在配電線路中進行地線架設，則可以起到對過電壓的防護效果，因此并不必再增加降低電阻的措施，可以通過電桿自然接地的方式起到雷電沖擊的防護效果。另外，在配電線路中架設底線，還可以有效降低雷電沖擊感應過電壓閃絡發生的概率，并降低閃絡情況對配電線路造成的影響。

參考文獻

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