10kV配电线路架设地线对雷电感应过电压的防护效果分析

摘要：10kV配电线路容易受到雷电的侵袭，可通过架设地线对雷电感应过电压进行防护，以保障10kV配电线路的安全运行。文章首先分析了10kV配电线路对雷过电压的感应，然后分析了架设地线对雷电感应过电压的防护效果。

关键词：10kV配电线路；架设地线；雷电感应过电压；防护效果；雷击故障 文献标识码：A

中图分类号：TM721 文章编号：1009-2374（2015）29-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.068

10kV配电线路自身的绝缘能力有限，容易遭受雷击发生故障问题，为了积极控制线路的感应过电压，减少闪络现象的出现，通过架设地线能够对雷电感应过电压进行有效防护。

1 配电线路对雷过电压的感应

雷电多发的季节，配电线路很容易遭到雷电的威胁，雷过电压一旦超过了线路自身的绝缘水平，就可能造成绝缘子破坏，甚至引发接地短路问题，带来严重的配网故障问题，具体的雷过电压的影响如下：

1.1 避雷器故障

为了预防雷电对配电线路的袭击，通常将避雷器配置于架空线路中，雷击过电压影响下，雷电流一旦超出规定范围，线路避雷器就会加入分流，就会有大规模的感应电流经避雷器流向大地，这样就控制了绝缘子两端的电压，既维护了线路安全，也保证了其有效抗雷。但是，避雷器也可能遭受雷电的破坏，例如：避雷器自身的型号不合适、无法承受过大电流；或者避雷器因为遭到过电压、天气、自然环境、谐波等的影响，导致避雷器封闭性受破坏，最终受湿受潮，导致线路老化、破损，为雷击提供可乘之机；或者当接地电阻超标以及接地引下线遭受腐蚀破坏，造成线路中的雷感应电流无法流入大地。要想维护避雷器安全，就要在雷电季节事先做好准备，优先检查好避雷器的各项装备与装置，注重运行检测，有问题及时解决与消除，同时要将谐波监测设备装入配电线路中，一旦发现谐波，要安装并启用消谐设备消除谐波，并优选配线与避雷器，同时配置脱离器，充分维护避雷器的性能安全。

1.2 绝缘子闪络故障

绝缘子维护架空配线的安全，当遭受强雷电袭击时，容易出现绝缘子闪络现象，导致绝缘子遭到破坏。在不断发生的强雷雨天气下，雷电感应过电压会加重配电线路的负担，导致绝缘子两侧电压差超过了其可承受范围，导致闪络问题出现。再加上绝缘子受到外界自然天气的影响，容易造成绝缘子的受热破损等问题，此时就需要改用绝缘效果更佳的绝缘子。

2 地线对感应过电压的限制效果

2.1 接地电阻的影响

配电架空线路电杆通常是自然接地，接地电阻很高，再加上大地电阻的影响，所以通过架设地线来防护过电压就要明确是否对电杆进行降阻，具体可以通过计算对比无地线以及有地线的感应过电压得出结论：

无地线线路感应过电压的计算。（A相）中相导线对地高取11m，（B相或C相）边相导线对地高则取10m，这两相导线间相距1m，线路截面面积达到185mm2，档距达80m，长度达到20km，线路两侧途经适合的电阻接地，雷电将恰好落于配电线路中间位置，雷电集中区与配网中相差50米远，雷电电流达到30kA，大地电阻率为100Ω·m。有地线线路的计算按照以下标准和方法：将截面积70mm2的地线装设在无地线中相导线顶端1m的位置，地线通过电杆接地。

经过计算研究得出：无论有无地线，各相线路中的感应过电压最大值都定位于线路的最中间区域，这一区域感应过电压会随时间发生起伏变化，因为地线会限制感应过电压，无地线线路上各相导线中的感应过电压水平都比有地线的高，同时，因为出现了电杆接地电阻，有地线路的地线同样会产生感应过电压，具体幅值大小大概为相导线的17%。

通过对各相导线的感应电压幅值的对比能够看到：在感应过电压方面，其中无地线A相与有地线B相为最大，这是因为有地线路的地线架设与A相最近，这样就大大限制了其感应过电压，取A相、B相中最大的感应过电压进行对比，可以得出：有地线线路要比无地线线路低34.26%。这其中需要明确的是，绝缘子闪络与否取决于它所承受的过电压。所以，将绝缘子所承受过电压进行对比才更重要。无地线线路因为缺少地线，感应电流无法经电杆流向大地，这样电杆同大地处于一样的电位状态，绝缘子的电压就是导线对地电压。有地线路，不考虑地线同绝缘子脚间的压降，导线同地线间的电位差就是绝缘子所承受的电压，通过对有地线、无地线之间的电压幅值对比得出，无地线绝缘子的感应过电压更高。接着针对有地线路，选择不同的接地电阻值，来计算其感应过电压，其中大地电阻率定值：100Ω·m，以此来预防大地电阻率的动态变化引发的计算麻烦。下图1表示地线感应过电压幅值、导线对地最高感应过电压幅值、绝缘子承受的最高过电压幅值随接地电阻变化的图像：

从上图1可以看出，导线对地最高感应过电压幅值同接地电阻之间成正比，前者随后者的变化而变化，相反，绝缘子则与之成反比，接地电阻变大，绝缘子所承受的最高过电压幅值却对应变小，出现这种现象是因为在感应过电压方面，地线同导线大致相似，都是与接地电阻成正比例变化，但是，接地线的变化相对更为明显。从中可以看出，选择地线对感应过电压加以防护时，无需对电杆进行降阻，直接自然接地就能实现。

2.2 地线安装位置的影响

要想具体探究出这一影响性因素，就要对地线架设高度做出不同的选型，从而来计算线路感应过电压，从中得出导线、绝缘子等的最高过电压幅值与地线架设高度之间的关系，具体的变化图像如图2所示：

从图2可以看出：导线、绝缘子等的最高过电压幅值与地线架设高度的是同步变化关系，也就是地线靠导线越近，变化越小。从上图还能看到：同导线距离一样时，地线架设的位置会对感应电压带来不同的限制效果，通常情况下，地线于上方要相对于下方的效果更佳。因此，选择架设地线来防护感应过电压时，一般应把地线定位于导线上方，在达到线间距的前提下，需要拉近地线与导线间的距离。

3 地线对感应过电压闪络率的降低效果

感应过电压闪络率能最直接地反映出地线对感应过电压的承受能力，要想得出地线对感应过电压闪络率的控制程度，可以通过以下参数来运算分析：（1）将地闪密度Ng设为40个雷暴日，取值2.78次；（2）当前，10kV架空配电线路在我国的绝缘配置各不相同，在雷击影响下，通常当电压在100～150kV时，绝缘子会发生闪络，为了覆盖多数情况，选择100与150kV作为判断依据，以此来计算感应过电压闪络率；（3）对应的电阻率则取特殊值：50，500，1500等；（4）电杆选择自然接地模式。

经过实际的实验运算得出：由于大地电阻率的不断上升，无地线、有地线感应过电压闪络率也随之增大，因为大地电阻率的上升会引起雷电瞬变电磁场的变化、传输线大地瞬态阻抗也会变化，导致线路感应过电压不断上升。

4 结语

雷电感应过电压容易引发配电线路故障，通过架设地线能够有效防范雷电感应过电压的不良影响，要加强配电线路感应雷过电压的计算，通过科学架线进行防护，从而有效确保配电线路的稳定安全。

参考文献

[1] 沈海滨，陈维江，张少军，等.一种防止10kV架空绝缘导线雷击断线用新型串联间隙金属氧化物避雷器[J].电网技术，2007，31（3）.

[2] 高飞，陈维江，刘之方，等.1000kV交流输电系统串补站的雷电侵入波保护[J].高电压技术，2010，36（9）.

[3] 刘靖，刘明光，屈志坚，等.不同地形条件下架空配电线路的防雷分析[J].高电压技术，2011，37（4）.

作者简介：甄雄辉（1969-），男，广东开平人，广东电网有限责任公司江门开平供电局电气工程师，研究方向：配网运行维护。

（责任编辑：蒋建华）