浅析10kV配电线路防雷设计

浅析10kV配电线路防雷设计

李华鹏 （贵州电网公司兴义供电局）

摘要：传统10kV配电线路设计及建设均未考虑避雷线，因此配电线路雷害事故成为中低压配电线路事故的主要原因之一。文中分析了配电线路雷击现象及危害，提出了10kV配电线路防雷技术措施及防雷设计。

关键词：雷电、避雷器、绝缘子、被动防雷、主动防雷

1、前言

中小城市、县级配电网传统10kV配电线路设计一般都不考虑线路防雷，随着电网公司供电可靠率的不断提高，10kV及以下中低压配网遭受雷击的频率和次数不断增加，特别是开阔区域的杆塔绝缘子和导线雷击断线、跳闸率长期居高不下，严重影响配网线路的安全运行。

笔者所在兴义地区平均海拔1240米，平均雷暴日为75.8天/年，雷暴在贵州排名第2位,属雷电活动较强烈的地区。

为了解决配电线路雷害事故，提高供电可靠性，我们在2007年至2009年先后对6条线路进行了简单的初步防雷技术改造，经过2个雷电年的运行考验，雷害事故从2007年前的16次降到2009年4次，取得了初步的防雷效果。 2、雷击分析 2.1 雷电的形成

正常情况下云层均带有电荷，云层的下端带负电荷，上端带正电荷。在雷雨天气云层因带雨水负重增大后云层下降接近地面；大地表面因被雨水淋湿后具有导电性，使雷云下方大地表面被雷云电荷感应的正电荷在雷云电荷下行先导的激励下，积聚到地面凸出部位，将地表面所带的正电荷随凸起物接近云层，产生向上的迎面先导。当雷云下行先导与大地凸起物迎面先导距离足够近时击穿空气放电，这就是雷电。 2.2 配电线路的引雷特性 2.2.1杆塔的引雷特性

大地表面的感应电荷沿杆塔积聚到杆塔顶部，由于杆塔顶部凹凸不平，存在诸如顶套、抱箍、横担、连接螺栓等尖锐凸状物，使杆塔顶部形成的迎面先导如同避雷针具有微小截面线状迎面先导，吸引雷云电荷下行先导向杆塔迎面先导发展，当雷云电荷下行先导与杆塔迎面先导之间的空气间隙达到击穿值时，则可能发生雷击杆塔。 2.2.2导线的引雷特性

架空配电线路的导线与大地是绝缘的，无法收集大地表面的感应电荷，因此导线并不利用大地表面的雷云感应电荷吸引雷云电荷下行先导。但是，当雷云电荷下行先导向线路附近的凸起物发展时，导线电压有可能直接与雷云电荷下行先导电位叠加，引雷接闪。

2.2.3 配电线路附近地面凸出物的引雷特性

配电线路附近的地面凸起物（如树木、建筑等）在雷云电荷下行先导的激励下，大地表面感应出电荷沿凸起物积聚到其顶部。当线路附近的凸起物发生击穿，雷击凸起物时经过导线则有可能引发雷电绕击导线事故。 3、防雷措施和防雷设计 3.1被动防雷技术改造

被动防雷系指线路及设备遭受雷击后,通过防雷设备、避雷装置将雷电危害消除的防雷技术。配电线路一般采用的是：加装避雷器、增加绝缘子绝缘水平、接地装置整改、线路连接点整改等简易措施。 3.1.1 加装避雷器

在空旷的地区，由于没有高大建筑物引雷，雷直击线路是常有的事，所以宜在空旷的10kV架空线路上安装线路型带脱离器的氧化锌避雷器，新安装的配网设备如配变、柱上开关、电缆头等也必须安装氧化锌避雷器（推荐使用带脱离器的氧化锌避雷器），以加强对10kV线路及设备的防雷保护。

本地区10kV线路上的避雷器安装方式采用50*5*250的角铁作为安装支架，两侧分别开φ17.5和φ14的孔，一端固定在横担的针瓶上，一端安装避雷器，可大大简化安装工艺，美观实用。（见照片1）

照片1

3.1.2 增加绝缘子绝缘水平

雷击10kV架空线路针式绝缘子，导致绝缘子爆裂事故，引起10kV线路接地或相间短路，是最多见的配网设备雷害事故，造成这类事故的原因除了本地区雷暴日多之外，针式绝缘子绝缘水平选择偏低也是原因之一。

经运行经验证明，将绝缘子绝缘水平提高，可以增强耐雷水平。设计时将普通常用的X-4.5和P-15的绝缘子更改为X-7和P-20的绝缘子，提高绝缘子的耐雷水平。 3.1.3 导线连接器接触不良

很多地区都习惯使用并沟线夹作为10kV线路的连接器，甚至连并沟线夹都不用而缠绕接线，并沟线夹连接或缠绕接线都不是导线的最佳连接，导线连接不良，会经受不住强大雷击电流的冲击，从而在有雷电流冲击时发生断线事故。

在今后的10kV线路改造和检修中，应逐步淘汰并沟线夹作为导线连接器，并严禁不用线夹而缠绕接线，选用连接性能较好的安普线夹改善传统导线连接方式。 3.1.4 避雷器接地装置不合格

接地电阻大于10欧不合格的接地装置，其卸流能力低，雷击电流不能快速流入大地，导致雷害事故发生。应定期检查测量10kV线路上接地装置的接地电阻，不合格的给予整改，保证接地电阻值不大于10欧。新安装的10kV线路接地装置接地电阻也不宜大于10欧，与1kV以下设备共用的接地装置接地电阻不大于4欧。 3.2 主动防雷技术改造

主动防雷系指雷云形成但还未发生雷击前,通过防雷装置将雷电危害消除的防雷技术。 3.2.1 引雷避雷针

在变电站一般都设计有避雷针，变电站避雷针的防雷属主动防雷，即在变电站上方有雷云形成后，避雷针将雷云电荷下行先导吸引到避雷针上，通过接地装置将雷电流向大地泄放，使雷云不会对其它物体进行放电，从而保护其它设备不受雷击。 3.2.2 线路型头部分裂均压式避雷针

在部分供电局110kV线路上已引进线路型头部分裂均压式避雷针进行防雷改造，其技术已成熟，可以引入到10kV配电线路中对易受雷击杆塔进行防雷。

线路型头部分裂均压式避雷针安装在杆塔顶部，通过接地引下线与多层短针散流式集中接地装置连接。其主要作用是利用分裂针及均压环的宽大头部结构，屏蔽杆塔顶部，将杆塔迎面先导由具有微小截面的线状迎面先导改造为具有等效大截面的迎面先导，可以大幅减少雷云电荷下行先导与杆塔迎面先导之间的空气泄漏支路的泄漏电阻，加速雷云电荷向大地向大地泄漏消散，降低雷云电荷下行先导电位，阻碍雷云电荷的阶段性积聚，避免雷云电荷下行先导进一步向杆塔发展，防止杆塔遭受雷击。另外，由于削弱了雷云电荷下行先导电位的强度，线路型头部分裂均压式避雷针还可改善线路的绕击雷，有效地降低线路的雷击跳闸率。 3.4综合防雷

在10kV配电线路中进行防雷改造和设计时，可以采用对雷电活动频繁地区、易受雷击杆塔安装线路型头部分裂均压式避雷针或其它主动防雷方式；在偶有雷击历史的杆塔地段安装脱离型氧化锌避雷器和更换高一电压等级的绝缘子进行综合防雷。 4、结束语

本地区2008年开始对新建城网10kV配电线路项目全部采用了设置线路避雷器、提高绝缘子绝缘水平、采用安普线夹的被动防雷技术措施，经过一个雷电年的运行考验，新建线路均未发生雷害事故。可见,开展10kV配电线路防雷，可以有效避免杆塔及线路遭受雷击，降低线路雷击跳闸率，改善线路健康运行水平，提高供电可靠性。