利用响应时间探讨配电变压器的防雷过程

摘要：每逢雷雨季节，农村地区经常会出现配电变压器被雷击坏的情况，造成供电中断和经济损失。文章利用时间响应法，探讨了配电变压器被雷击时的防雷过程，并简单评估了变压器的绝缘配合。

关键词：响应时间；配电变压器；雷击；防雷装置；防雷过程

中图分类号：TM403 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0108-02

农村地区的架空配电变压器多采用避雷器接地引线与变压器0.4kV绕组侧中性点及变压器金属外壳连接在一起共同接地，即“三位一体”式，如图1所示：

1.4 “反变换”

10kV避雷器导通后，雷电流将在接地装置的接地掌瞬间产生较高的电压UR，如忽略电感、电容的影响，UR=IRs，如Rs≤4，则UR≤5×4=20kV，如R≤10则UR≤50kV。变压器的低压绕组的中性点与接地掌连通，UR通过中性点加在低压绕组上，再通过配变的磁耦合作用于高压绕组，将在高压绕组产生的电压约为（20～50）×（10/0.4）=500～1250kV，这个电压幅值对绕组是十分危险的，会使绕组被击穿，特别是离高压绕组中性点越近的地方，电压陡度越大，越容易被击穿，此过程称为“反变换”。

1.5 雷电流在地极泄放

如第4点所述，雷电流在低压绕组中性点瞬间产生的过电压或经地极感应产生的过电压，相当于一个入侵过电压波UR，UR同时作用于变压器中性点和地极，具体过程分析可参考第1、2点。但是由于配变的线圈、连接导线的波阻特性和磁滞，UR入侵通过“反变换”到高压绕组有一个时间延迟tR，地极泄放雷电流时间ts，地极合格的情况下ts比tR小很多，UR入侵通过“反变换”到高压绕组的电压将会较低，地极起到保护作用。地极泄放雷电流时间主要取决于地极电阻值、土壤的电导率、地极的结构材料等因素，所以在地极设计、施工、维护时要十分重视是否合格。

1.6 低压避雷器的重要性

1.6.1 从3、4点分析可以看到，“正变换”时，虽然在低压绕组产生的电压不高，但会传递到低压线路上；“反变换”在低压绕组中性点产生的电压经磁耦合作用于高压绕组，产生的电压可以达到1000kV以上，高压绕组十分危险，容易被击穿，需要采取保护措施。

1.6.2 如过电压波从低压导线入侵，同样会在高压绕组上产生较高的过电压，具体分析可参照以上各点。所以在低压绕组的出线端安装低压避雷器进行限压是非常必要的，因为低压避雷器的残压约为1.3kV，那么通过磁耦合作用于高压绕组上的电压约为1.3×25+10=42.5kV<75kV，从而起到保护作用。

2 配电变压器的工作接地与防雷保护接地分开

配电变压器的工作接地与防雷保护接地分开更有利于变压器防雷。从4、5点分析可知，10kV避雷器导通后，雷电流将在接地掌瞬间产生较高的电压UR，相当于在配变的中性点引入一个入侵过电压波，如低压绕组中性点工作接地与防雷接地极分开，如图3所示：那么10kV避雷器导的通雷电流泄放过程中，作用于中性点的电压不是雷电流在接地掌上产生的瞬间电压，而是雷电流在工作接地感应产生的电压。理论上，此时的电压已经经过保护接地的泄放，幅值将大为下降，入侵时间更短，通过“反变换”到高压绕组的电压将更低，更有利于变压器的防雷。但缺点是增加投资，增加地极维护的工作量，两地极的距离要大于3.0m。

3 结语

（1）理论上，配电变压器的工作接地与防雷保护接地分开，更有利于变压器防雷。

（2）低压避雷器与10kV避雷器同样，对变压器防雷起十分重要的作用，不容忽视。

（3）地极的电阻值、土壤的电导率、地极结构、材料直接影响雷电流的泄放时间和防雷效果。

（4）地极设计、施工、维护时要十分重视，确保地极的合格。

参考文献

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[2] [苏]C.B.瓦修京斯基，崔立群，杜思图，等.变压器的理论与计算[M].北京：机械工业出版社，1983.

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[4] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）[S].北京：中国计划出版社，2011.

作者简介：吴礼海（1974-），男，广东电白人，广东电网茂名电白供电局中级电力工程师，研究方向：电网管理。