10kV配电线路避雷器安装使用的优化选择

刘素芳 陈康 亓兆全

摘 要 本文主要通过对比分析3种常见外串联间隙避雷器的结构及安装特点，并通过放电路径试验对放电的准确性进行试验探究，得出环电极及穿刺电极避雷器可以配合各种柱式绝缘子使用，但对安装要求较高;固定串联间隙避雷器间隙距离固定，放电路径固定，不会因放电路径不准而失效，但安装相对复杂;通过comsol电场分析，得出间隙距离位于高压与避雷器本体之间，避雷器本体承受的电场较小，更有利于产品的长期稳定运行。

关键词 串联间隙金属氧化物避雷器;安装;放电;comsol;电场

引言

目前常见的10kV配电网堵塞式[1]防雷产品主要为串联间隙避雷器，按结构又包括穿刺型[2]、环电极型、固定间隙型等各式各样，每一种防雷产品对于10kV配网系统的防雷均起到了很好的防护作用，为配电线路的安全运行提供了安全保障。但由于避雷器的种类形式多样，避雷器的安装选择应用不当，不仅不会起到防雷作用，还可能引起额外的停电事故。针对多式多样的10kV绝缘子，应该如何选择合适的避雷器，每种避雷器之间又有什么区别，各自有什么优缺点，这些问题给使用单位造成了严重的困扰。

针对上述问题，本文主要通过对比分析3种常见外串联间隙避雷器的结构及安装特点，对其进行放电路径保护特性试验，查看其放电路径的准确性，并通过comsol三维有限元分析软件对3种避雷器进行电场分析，查看其在线路中的电场情况，为10kV配电线路避雷器的安装使用提供优化建议。

1 不同外串联间隙避雷器[3-4]的对比分析

1.1 环电极外串联间隙避雷器

环电极外串联间隙金属氧化物避雷器是将环电极套接在保护绝缘子上，通过调节环电极与导线间的间隙距离，达到对绝缘子的保护，其环电极直径要求是大于对应绝缘子伞叶20～30mm，串联间隙距离与被保护绝缘子干弧距离的比值不大于60%，且应保证组装形成的环形电极水平布置并且與被保护绝缘子完全同轴心，否则环形电极无法可靠定位雷电冲击放电路径。该类产品理论上是可以保护各种形式的柱式绝缘子，但在实际应用中发现环形电极存在容易偏离设定位置的问题，且环形串联间隙避雷器放电路径不固定：一种是导线对环放电;一种是从捆线开始沿面闪络对环放电，第二种放电路径经过绝缘子表面，闪络通道中的火花或电弧可能损坏绝缘子表面绝缘，影响绝缘子性能。

1.2 穿刺电极外串联间隙金属氧化物避雷器

穿刺电极外串联间隙避雷器，其特点是利用高压穿刺电极挤压穿透导线绝缘层接触芯线，将导线电位引出，避雷器本体高压端设置一个半球电极，高压穿刺电极与半球电极构成串联空气间隙。穿刺电极外串联间隙金属氧化物避雷器应安装在线路绝缘子的负荷侧。但穿刺电极由于需与绝缘导线内导线接触，降低绝缘导线的密封性，且穿刺高压电极的穿刺齿都比较尖锐，力度不好把控，易损伤铝导线，降低导线的机械拉伸强度。

穿刺电极外串联间隙避雷器高压电极的好处是当避雷器本体损坏后，如果发生雷击事故，能够将高压引出，并将工频续流电弧引到穿刺电极上燃烧，可避免绝缘导线受烧蚀断线，引起雷击事故，达到二次保护的特点，但该种情况下不会降低线路的雷击跳闸率。

1.3 固定外串联间隙金属氧化物避雷器

固定外串联间隙避雷器其放电间隙在出厂前就已固定好，安装时无须调整间隙距离，无论与何种绝缘子配合，其间隙距离是不变的，避雷器本体带有连接线，连接线通过线夹与导线连接，作为高压引下线，其特点是间隙距离出厂前就已经固定，不会造成间隙距离安装不当，但其需额外增加高压连接线及连接线夹。耐张杆线杆，转角线杆，其绝缘子两头为悬式绝缘子，且一根横担一相上有多只绝缘子，多选用固定定间避雷器;支柱绝缘子也可采用固定间隙外串联间隙避雷器，该类产品可有效预防由于间隙距离的选取不当造成的防雷失效问题。

2 避雷器本体的电场分布分析

本文采用三维有限元分析[5-6]软件comsol对10kV配电线路绝缘子及3种常规避雷器进行分析，查看几种不同的避雷器在线路上的电场分布情况，为避雷器的选择应用提供优化建议。

选择常用的PS15柱式瓷绝缘子，绝缘子上方为导线，底部与横担电气连接，PS15绝缘子为4伞绝缘子，伞叶直径118mm，高度 269mm ，顶端导线上施加相电压7000V，横担接地。其中空气的相对介电常数为1，瓷绝缘子的相对介电常数为6，采用了四面体网格剖分方法，整个计算域大小为4m×4m×4m，网格总数约63万。

计算发现环电极避雷器及穿刺电极避雷器，其空气间隙位于避雷器本体与高压导线之间，避雷器本身不直接承受高压，其周围的电场较低，要明显低于避雷器本体直接与高压相连，间隙位于避雷器本体与地之间的电声;其中环电极穿刺电极的尖端处出现局部场强增大，最大可达1.6kV/mm。

3 结束语

每一种防雷产品均为配电线路的防雷保护做出了贡献，但也各自存在优缺点，其中，环形电极，穿刺电极外串联间隙避雷器属于较常规的支柱绝缘子用外串联间隙避雷器，它们可配合各种支柱绝缘子使用，但该两种产品对安装的要求较高，环电极避雷器不能偏移，穿刺电极避雷器金具不能损伤导线。

固定外串联间隙避雷器既可应用于支柱式绝缘子，也可应用于悬式绝缘子，此类产品间隙距离固定，不会因间隙选取不当造成产品失效，但安装上需额外连接线及安装金具，安装相对复杂，使线路看起来也更加复杂，降低了整体线路美观性。

外串联间隙位于高压与本体之间时避雷器本体承受的电场较小，优于避雷器本体直接与高压导线接触的避雷器产品，有利于避雷器的长期稳定运行;与避雷器配套的电极有尖端或毛刺时，会造成局部的场强增大，选择时应注意电极的打磨作圆滑处理。

参考文献

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