利用響應時間探討配電變壓器的防雷過程

摘要：每逢雷雨季節，農村地區經常會出現配電變壓器被雷擊壞的情況，造成供電中斷和經濟損失。文章利用時間響應法，探討了配電變壓器被雷擊時的防雷過程，并簡單評估了變壓器的絕緣配合。

關鍵詞：響應時間；配電變壓器；雷擊；防雷裝置；防雷過程

中圖分類號：TM403 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0108-02

農村地區的架空配電變壓器多采用避雷器接地引線與變壓器0.4kV繞組側中性點及變壓器金屬外殼連接在一起共同接地，即“三位一體”式，如圖1所示：

1.4 “反變換”

10kV避雷器導通后，雷電流將在接地裝置的接地掌瞬間產生較高的電壓UR，如忽略電感、電容的影響，UR=IRs，如Rs≤4，則UR≤5×4=20kV，如R≤10則UR≤50kV。變壓器的低壓繞組的中性點與接地掌連通，UR通過中性點加在低壓繞組上，再通過配變的磁耦合作用于高壓繞組，將在高壓繞組產生的電壓約為（20～50）×（10/0.4）=500～1250kV，這個電壓幅值對繞組是十分危險的，會使繞組被擊穿，特別是離高壓繞組中性點越近的地方，電壓陡度越大，越容易被擊穿，此過程稱為“反變換”。

1.5 雷電流在地極泄放

如第4點所述，雷電流在低壓繞組中性點瞬間產生的過電壓或經地極感應產生的過電壓，相當于一個入侵過電壓波UR，UR同時作用于變壓器中性點和地極，具體過程分析可參考第1、2點。但是由于配變的線圈、連接導線的波阻特性和磁滯，UR入侵通過“反變換”到高壓繞組有一個時間延遲tR，地極泄放雷電流時間ts，地極合格的情況下ts比tR小很多，UR入侵通過“反變換”到高壓繞組的電壓將會較低，地極起到保護作用。地極泄放雷電流時間主要取決于地極電阻值、土壤的電導率、地極的結構材料等因素，所以在地極設計、施工、維護時要十分重視是否合格。

1.6 低壓避雷器的重要性

1.6.1 從3、4點分析可以看到，“正變換”時，雖然在低壓繞組產生的電壓不高，但會傳遞到低壓線路上；“反變換”在低壓繞組中性點產生的電壓經磁耦合作用于高壓繞組，產生的電壓可以達到1000kV以上，高壓繞組十分危險，容易被擊穿，需要采取保護措施。

1.6.2 如過電壓波從低壓導線入侵，同樣會在高壓繞組上產生較高的過電壓，具體分析可參照以上各點。所以在低壓繞組的出線端安裝低壓避雷器進行限壓是非常必要的，因為低壓避雷器的殘壓約為1.3kV，那么通過磁耦合作用于高壓繞組上的電壓約為1.3×25+10=42.5kV<75kV，從而起到保護作用。

2 配電變壓器的工作接地與防雷保護接地分開

配電變壓器的工作接地與防雷保護接地分開更有利于變壓器防雷。從4、5點分析可知，10kV避雷器導通后，雷電流將在接地掌瞬間產生較高的電壓UR，相當于在配變的中性點引入一個入侵過電壓波，如低壓繞組中性點工作接地與防雷接地極分開，如圖3所示：那么10kV避雷器導的通雷電流泄放過程中，作用于中性點的電壓不是雷電流在接地掌上產生的瞬間電壓，而是雷電流在工作接地感應產生的電壓。理論上，此時的電壓已經經過保護接地的泄放，幅值將大為下降，入侵時間更短，通過“反變換”到高壓繞組的電壓將更低，更有利于變壓器的防雷。但缺點是增加投資，增加地極維護的工作量，兩地極的距離要大于3.0m。

3 結語

（1）理論上，配電變壓器的工作接地與防雷保護接地分開，更有利于變壓器防雷。

（2）低壓避雷器與10kV避雷器同樣，對變壓器防雷起十分重要的作用，不容忽視。

（3）地極的電阻值、土壤的電導率、地極結構、材料直接影響雷電流的泄放時間和防雷效果。

（4）地極設計、施工、維護時要十分重視，確保地極的合格。

參考文獻

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作者簡介：吳禮海（1974-），男，廣東電白人，廣東電網茂名電白供電局中級電力工程師，研究方向：電網管理。