防雷技术

探讨10kV架空绝缘导线雷击断线的防护措施


广东佛山电力设计院 (528000) 练振辉

民居与雷击

为了减少树枝、鸟类等外物引起架空裸线的故障、减小停电时间、提高供电可靠性，佛山电力局从1999年开始使用10kV架空绝缘导线。从运行情况看，确实达到了预期的效果。但是，也带来了一些新的技术问题，主要是雷击断线问题十分突出。在已架设的20条架空绝缘线路中，在两年时间内已有7条线路受到雷击而断线。因此，为确保架空绝缘配电网的安全运行，必须妥善解决雷击断线问题。

一、架空绝缘导线雷击断线的机理

架空绝缘导线的雷击耐受特性与架空裸导线的物理特性明显不同：当直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时，接续的工频短路电流电弧在电动力的作用下沿着导线向背离电源方向移动，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧；对于架空绝缘导线，在雷击过电压闪络时，瞬间电弧的电流很大但时间很短，仅在架空绝缘导线绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。但是，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相(不一定是在同一杆、塔上)之间闪络而形成金属性短路通道，会引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增，此时，由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。由此可见，雷击过电压引起工频续流是导致架空绝缘导线雷击断线的主要原因。

二、防范措施

1．安装架空地线架空地线的作用，主要是将幅值很大的雷电过电压转化为电流，经很低的杆塔接地电阻排泄出去，从而大幅度降低雷电过电压，使导线得到保护。这在绝缘水平很高的110kV及以上电压等级送电线路是作为防雷的主要措施。10kV配电网绝缘水平较低，雷击架空地线后极容易造成反击闪络，仍然会发生工频续流烧断绝缘导线。而且根据统计，配电线路遭受直接雷击或绕击的概率很小，约占雷害事故的20%，配电线路上80%的雷电过电压故障是感应过电压。因此，架空地线只能在直击雷频繁的区域使用。

2．安装氧化锌避雷器随着氧化锌阀片技术性能的提高，氧化锌避雷器的优良保护性能已被人们所接受，近年来已广泛应用于电气设备过电压保护。氧化锌避雷器可以限制感应过电压幅值，在雷击闪络后吸收放电能量，阻止工频续流起弧，达到保护导线的目的。氧化锌避雷器价格比较高，因此要研究每隔多少距离安装一组，既要安装得最小又能够保护全线。氧化锌避雷器的保护范围与雷电特性、氧化锌避雷器参数、氧化锌避雷器接地装置的接地电阻数值和线路绝缘水平有关。而其中的雷电特性目前还缺乏数据。只能加以假定。以佛山市区为例：配电线路的感应过电压幅值为200－300kV峰值，波头为2μS，线路采用P－15T针式绝缘子，防雷接地电阻为10欧姆，建议每隔200－300米安装一组氧化锌避雷器。但安装氧化锌避雷器亦有不足之处：(1)破坏架空绝缘导线的主绝缘，可能会因密封不良而引起架空绝缘导线线芯进水，容易在线路弧垂最低点处产生积聚水份并发生电－化腐蚀，运行至六、七年后会发生腐蚀断线事故；(2)氧化锌避雷器在使用时，长期承受工频电压的作用，一旦氧化锌避雷器意外损坏，将会造成系统死接地的故障。

3．安装防弧金具在距离绝缘子中心150－200mm的范围内(负荷侧)剥离一小段绝缘导线的绝缘层，安装上防弧金具，可使雷电过电压均在防弧金具与绝缘子钢脚之间定位闪络，接续的工频短路电流电弧的弧根固定在防弧金具上燃烧，从而保护导线免于烧伤。该方式操作简便，投资少，能防止雷击断线，但需剥离绝缘层，存在局部导体裸露，并且在雷击后必须要更换烧伤的防弧金具。

4．安装线路过电压保护器线路过电压保护器是由非线性电阻限流元件(氧化锌阀片)及串联放电间隙(不锈钢引流环)组成，在雷电过电压闪络后引起的工频续流流过线路过电压保护器，非线性电阻限流元件(氧化锌阀片)利用其电压高时阻值低，电压低时阻值高的特性，将正弦波形的工频续流转变成尖顶波，尖顶波电流在过零前有相当长的时间电流幅值较小，同时，限流元件的残压削减放电电压，截断工频续流使电弧瞬间熄灭。此时，串联间隙起隔离作用，保护限流元件耐受较高的过电压而不损坏，有效地阻止架空绝缘导线发生雷击断线事故。这种方式成本比安装氧化锌避雷器稍低，而且与绝缘子并联安装，不损坏绝缘导线的主绝缘层，基本上免维护装合成绝缘子采用合成绝缘子，提高了线路的冲击耐压水平，确保只在特别高的雷电感应过电压作用下才闪络，工频续流会因合成绝缘子的放电爬距大而无法建弧而熄灭。但合成绝缘子价格比较贵，经多次闪络后将会损伤，适用于新建线路。


三、结论 绝缘导线雷击必断，这是其特性所然，在架设架空绝缘导线的地方，应重视雷击断线问题.......