降重20%以内10kV绝缘架空线路避雷线的保护角选择

摘要：绝缘架空线路具有良好的绝缘性能，可以有效地隔绝导线与外界，确保配电线路供电的安全性和稳定性，避免非人力误触电现象的发生，提升单段线路的载流上限。由于10KV架空线路运行环境十分复杂，安装避雷线的时候，必须选择合适的保护角，这样可以提高架空线路的防雷水平。本文简单分析了雷电危害与形式，架空线路避雷线设计要素以及10KV绝缘架空线路避雷线保护角选择，分析发现保护角数值为25°比较合理。

关键词：10kv绝缘架空线路;避雷线;保护角

引言

10KV绝缘架空线路是我国电网重要组成部分，并随着农村电网改造广泛应用。由于10KV绝缘架空线路往往经过森林、农田、城镇、河流等地区，架空运行环境十分恶劣，容易受到风、雪、雷电等自然灾害，尤其是雷电灾害，雷电发生的瞬间产生高温、强烈的电磁辐射，瞬间释放几十万倍的电流，可能导致线路绝缘体破裂、线路起火，直接摧毁建筑物、供配电系统，影响到10KV绝缘架空线路运行安全性。因此，10KV绝缘架空线路施工时，需要安装避雷线，降低雷击发生概率。避雷线的保护角的选择与雷电绕击率和防雷效果有关，因此通过探讨10KV绝缘架空线路避雷线保护角的选择对提高架空线路防雷水平具有重要意义。

1.雷电的危害与形式

我国是雷电自然灾害比较频繁的地区，尤其是南方夏季多雷电现象，雷电灾害也被电工委列为电子时代的一大公害。雷电是雷云层接近地面时，地面感应出相反电荷，当电荷达到一定数量，则在云间、云和大地之间放电，迸发光、电现象。雷电可以分为直击雷、感应雷和球形雷。直击雷是带电积云层接近地面时，与地面凸出物之间的放电现象，雷电电流直接流入地下，让雷击点与连接金属部分产生对地高压，直接击伤人和动物[1]。感应雷分为静电感应雷和电磁感应雷，静电感应雷是带电积云在架空电纜导线与其他导电凸出物感应出大量电荷。带电积云层与其他导体放电后，感应电荷失去负荷，以大电流、高电压的形式沿着导线或者导电凸出物传播;电磁感应雷是雷电放电时，在周围产生强大的电磁场，从而导致周围的导体产生感应电动势[1]。球形雷是一种星球、发红光和极亮白光的火球，可以直接从窗户、门、管道等通道入侵，危害比较大。

2. 10KV绝缘架空线路避雷设计要素

本文10KV绝缘架空线路按照国家电力工程相关技术标准和要求设计，水泥杆选择15米高，其中地面高度为12.7米，架空线路的导线横截面积为240平方米的钢芯绞线，避雷横截面积为35平方毫米，避雷线保护角为15—30°。

2.1避雷线保护角与绕击率

避雷线保护角是避雷线和导线与垂直线的夹角，用符号ɑ表示，一般ɑ越小则避雷线的防雷效果越好，避雷线的保护角一般小于25度。由于雷电活动产生雷电流，容易穿透地线击中导线，造成雷电绕击。雷电绕过避雷线击中导线的次数与雷击线路次数之比就是雷电绕击率，雷电绕击率P可以按照下面公式计算：

一般来说，避雷线保护角度越大，则绕击概率越大，避雷线保护角越校，则绕击发生概率越小。如果发生绕击，则可能造成架空线路跳闸停电。因此，在设计的时候，需要选择较小的避雷线保护角，降低绕击事故的发生。但是避雷线的保护角过小，则会增加导线与避雷线的距离，减少导线的耦合系数[2]。

2.2避雷线耦合系数

耦合系数指避雷线元件间耦合的松紧程度，避雷线电感元件的实际绝对值与最大限值之比就是耦合系数。避雷线的耦合系数计算公式如下：

其中公式中的表示几何耦合系数，代表校正系数，代表架空线路避雷线的半径，代表架空线路避雷线的高度，代表架空线路避雷线与导线的镜像距离，代表架空线路的导线与避雷线距离。避雷线的耦合系数直接影响到架空线路的绝缘效果，如果耦合系数过低，可能降低架空线路导线的电压电位，影响到防雷线的防雷效果。

避雷线保护角与耦合系数的关系如下图：

通过图1可以得出避雷线保护角增大，避雷线的耦合系数不断增长，并对雷电过电压产生一定的抑制作用，有利于架空线路导线防雷效果。所以要选择合适的架空线路保护角，以免降低防雷效果。

3.10KV绝缘架空线路避雷线保护角选择分析

3.1避雷线保护角约束条件

架空线路安装避雷线主要为了避免由于雷击导线导致线路跳闸或者断线，造成大范围停电故障。因此，10KV绝缘架空线路避雷线必须满足国家电力工程建设的相关规定。在选择避雷线保护角的时候，必须遵循以下条件：第一，10KV绝缘架空线路导线最低处距离地面的距离大于6.5米，档距为50米，弧垂为1.3米，横担下移高度大于7.8米，则避雷线保护角ɑ大于10°。第二，架空线路的导线必须安装在避雷线保护范围内，减少雷电绕击导线，造成线路短路故障，因此避雷线保护角<25°。第三，合理设置避雷线档距，避雷线和导线的气隙设置1.6米，避雷线的保护角则应该<25.9°。第四，根据10KV架空线路施工建设技术标准，并结合架空线路应力情况，在常温无风的情况下，导线最低点的应力在84.79N/mm2，避雷线最低点的应力为380.4 N/mm2，由此可以得出10KV架空线路避雷线的架设高度2.59米，保护角>17.2°。

3.2架空线路避雷线防雷效果分析

架空线路避雷线防雷效果一般用雷击跳闸率计算，雷击跳闸率与落雷次数、击杆率、建弧率有关[3]。按照国家电力工程相关规定，落雷次数一般为0.07，击杆率和避雷线的数量和自然环境有关，需要根据地形安装不同数量的避雷线。

平原地区安装一根避雷线击杆率为四分之一，两根避雷线的击杆率为六分之一，山区一根避雷线的击杆率为三分之一，两根避雷线的击杆率为四分之一。雷电电压过大，则容易造成绝缘子闪络，闪络引发电弧，并造成线路跳闸。10KV架空吸纳路的绝缘子高度一般设置为14-20米，以20米计算，则建弧率为0.36。为了进一步了解设计避雷线保护角安装后的防雷效果，可以利用计算机仿真软件进行仿真，将架空线路的雷击跳闸率、落雷次数、击杆率、建弧率等数据进行分析，发现在满足约束条件下，避雷线的保护角设置为25°的耐雷水平比较高。

结束语：

综上所述，10KV绝缘架空线路避雷线的防雷水平跟避雷线的保护角、避雷线与导线的耦合系数、应力有关。通过计算机仿真软件，可以得出10KV绝缘架空线路避雷线的保护角设置为25°是一个相对合理的数值。

参考文献：

[1]郑帅.谈10kV绝缘架空线路避雷线保护角的选择[J].科技资讯，2019，17（23）：31-33.

[2]张静，金明，程云国， 等.10kV绝缘架空线路避雷线的保护角选择[J].电瓷避雷器，2019，（2）：84-89.

[3]蒿峰，卢泽军，王晓光， 等.10kV架空配电线路临近变电站防雷保护措施[J].科学技术与工程，2019，19（28）：159-164.

作者简介：

严圣伟（1988.12.20）;性别 男 ;籍贯 上海;民族 汉;学历 大学本科;职称 中级：职务 国网上海市北供电公司输电运检一班副班长：研究方向 架空线路防雷措施;单位：上海交通大学，国网上海市北供电公司.