10 kV配電線路防雷分析計算

劉波+崔朋

摘 要 本文針對以裸導線為主的10 kV配電線路進行實際運行情況研究，分析了雷電對配電線路的危害。對常規的避雷器、降低接地電阻等防雷措施進行分析，由分析結果提出防雷措施的適用場合。

關鍵詞 10 kV配電線路;防雷;分析

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配電線路能夠可靠運行且安全供電，對人員安全和企業正常用電均具有重要意義[1]。因此，為了降低雷電導致的跳閘，需要不斷提高10 kV配電線路的防雷水平。配電線路的安全可靠性、穩定運行、跳閘率的降低均與雷擊損壞率密切相關[2]。為了增強配電線路的防雷水平，應充分考慮線路的運行方式和重要程度，以及所在區域雷電環境、地形地貌的接地電阻等條件，結合以往的當地防雷操作經驗積累，進行技術、經濟、可操作性等多方面的比較，經充分比較分析后，確定合理有效、現有條件便于操作的保護措施[3]。

1 配電線路防雷水平性能指標

用來表征配電線路的防雷能力的兩個重要指標時防雷水平和跳閘率。當雷擊配電線路時，線路的防雷水平是此時絕緣子不發生閃絡的最大電流值，當雷擊線路產生的電流低于最大電流值時，不會產生閃絡，否則必然會導致閃絡。雷擊的跳閘率是指折算到40個雷雨天氣下每100 km的配電線路在一年內由雷擊導致的跳閘次數，跳閘率是表征防雷能力的綜合指標。

因此，高的防雷水平和低的雷擊跳閘率表征配電線路具有良好的防雷能力。在考慮提高線路的防雷能力措施時，雷擊的跳閘率是否能夠得到降低是衡量防雷措施設計工作的重要指標。

2 雷擊跳閘的條件

當雷擊配電線路時，線路上的雷擊電流值超過最大電流值將導致閃絡現象的發生。閃絡具有瞬態特性，持續沖擊的時間很短，如果僅僅是閃絡的出現一般不會導致跳閘事故的發生。能引起配電線路跳閘的原因是由于雷擊過電壓產生的電弧引起的。一般來說，10 kV配電線路不具備很高的絕緣條件，雷擊會不可避免的引起線路對地的閃絡，因此配電線路在雷擊情況下跳閘必須要滿足一下兩個條件：第一個是雷擊時引起沖擊閃絡，但是電壓超過絕緣子產生的閃絡是瞬態的，是微秒級的沖擊，在這么短的時間段內，不會引起配電線路的跳閘事故;第二個是閃絡轉換為工頻短路電流電弧，由于電弧持續時間較長，并且相較于閃絡沖擊更穩定，是導致配電線路跳閘的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配電線路遭遇雷擊引起跳閘的決定因素是以下兩個：防雷水平和系統中性點運行方式。

1）線路防雷水平。當落雷擊打到配電線路時，一般來說，電流只會向連接線路的桿塔進行傳播，由于電暈的作用，電流到達桿塔時的幅值已經大大減小，只有在接地電阻較高的時候，電流才會產生大的電壓，當電壓升高到足夠超過絕緣子時才會發生閃絡。同時，電流會有一部分傳播到臨近的桿塔，剩余部分經桿塔傳播到地面，普遍使用沖擊接地電阻來代替桿塔的接地電阻。

桿塔電壓和絕緣子電壓的升幅值與沖擊接地電阻值是最直接的影響關系，在沖擊電流一定的情況下，電壓升幅值與接地電阻值為線性關系。因此，接地電阻越大，桿塔的電壓升幅越大，作用在絕緣子上的壓差也越大，導致閃絡現象的產生，甚至在多個絕緣子之間產生相間短路現象，最終導致配電線路的雷擊跳閘。

雷擊桿塔導致電壓過大時，雷電流更直接導致絕緣子電壓升幅值過大，當超出允許的最大閃絡電壓時，不可避免的將產生閃絡。

2）系統中性點運行方式。目前，國內的系統中性點運行方式在相關規程中有具體規定，采用絕緣運行方式作為系統中性點的運行方式。因此，當雷擊配電線路導致單相對地短路時，短路點往往會引起電弧的產生，電弧的持續存在或者出現頻率過高，就容易由電弧產生過電壓，對配電線路上低絕緣水平的設備產生危險，并且如果此時，配電線路遭遇頻繁雷擊引起相間短路，會立即導致配電線路的跳閘。因此，系統中性點采用絕緣的運行方式就是減小接地電流，并能夠加快或自動熄滅電弧，使得配電線路能夠安全工作。

3 雷擊過電壓的計算

在進行雷擊過電壓的計算時，10 kV配電線路主要包括以下三種：

1）雷直擊導線時的過電壓。

2）雷擊導線附近大地的感應雷過電壓。

3）雷直擊桿塔時的反擊過電壓。

3.1 直擊雷過電壓的計算

1）雷擊桿塔時，被擊塔頂的電位為：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i為雷電流;Ldi/dt為暫態分量;Rd為沖擊接地電阻）。

2）雷擊避雷線中央部分時，被擊點的電位為：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb為半檔避雷線的電感;a為雷電流陡度）。

3）雷繞擊于導線時，導線電位為：UB = IZ/4 （kV） （Z為線路波阻抗）。

3.2 感應雷過電壓的計算

1）當雷擊點遠離線路或桿塔時。

根據線路是否架設避雷線，可分別計算線路上的感應過

電壓：

①導線上方無避雷線，感應雷過電壓為：Ugd=25Ihd/S（KV）（S為雷擊點與線路的垂直距離，m;hd為導線懸掛的平均高度，m;I為雷電流幅值）。

②導線上方有避雷線，感應雷過電壓為：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0為避雷線與導線間的幾何耦合系數;hd為導線懸掛的平均高度;hb為避雷線懸掛的平均高度）。

2）雷擊桿塔或線路時。

當雷擊桿塔時，感應過電壓計算公式如下。

①無避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（kV）（a為感應過電壓系數，kV/m）;

②有避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 結論

本文給出了兩個指標來衡量配電線路的防雷性能，也是檢驗防雷措施的綜合指標。然后分析了配電線路防雷水平的幾種影響因素，最后計算了幾種形式的雷擊過電壓。

參考文獻

[1]郇嘉嘉，曾海濤，黃少先.應用線路避雷器提高10 kV配電線路防雷性能的研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（9）：109-112.

[2]買亮.淺析電網諧振過電壓及其抑制[J].中小企業管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，呂永麗，鄒洪英.10 kV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術，2007，33（1）：102-105.endprint

摘 要 本文針對以裸導線為主的10 kV配電線路進行實際運行情況研究，分析了雷電對配電線路的危害。對常規的避雷器、降低接地電阻等防雷措施進行分析，由分析結果提出防雷措施的適用場合。

關鍵詞 10 kV配電線路;防雷;分析

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配電線路能夠可靠運行且安全供電，對人員安全和企業正常用電均具有重要意義[1]。因此，為了降低雷電導致的跳閘，需要不斷提高10 kV配電線路的防雷水平。配電線路的安全可靠性、穩定運行、跳閘率的降低均與雷擊損壞率密切相關[2]。為了增強配電線路的防雷水平，應充分考慮線路的運行方式和重要程度，以及所在區域雷電環境、地形地貌的接地電阻等條件，結合以往的當地防雷操作經驗積累，進行技術、經濟、可操作性等多方面的比較，經充分比較分析后，確定合理有效、現有條件便于操作的保護措施[3]。

1 配電線路防雷水平性能指標

用來表征配電線路的防雷能力的兩個重要指標時防雷水平和跳閘率。當雷擊配電線路時，線路的防雷水平是此時絕緣子不發生閃絡的最大電流值，當雷擊線路產生的電流低于最大電流值時，不會產生閃絡，否則必然會導致閃絡。雷擊的跳閘率是指折算到40個雷雨天氣下每100 km的配電線路在一年內由雷擊導致的跳閘次數，跳閘率是表征防雷能力的綜合指標。

因此，高的防雷水平和低的雷擊跳閘率表征配電線路具有良好的防雷能力。在考慮提高線路的防雷能力措施時，雷擊的跳閘率是否能夠得到降低是衡量防雷措施設計工作的重要指標。

2 雷擊跳閘的條件

當雷擊配電線路時，線路上的雷擊電流值超過最大電流值將導致閃絡現象的發生。閃絡具有瞬態特性，持續沖擊的時間很短，如果僅僅是閃絡的出現一般不會導致跳閘事故的發生。能引起配電線路跳閘的原因是由于雷擊過電壓產生的電弧引起的。一般來說，10 kV配電線路不具備很高的絕緣條件，雷擊會不可避免的引起線路對地的閃絡，因此配電線路在雷擊情況下跳閘必須要滿足一下兩個條件：第一個是雷擊時引起沖擊閃絡，但是電壓超過絕緣子產生的閃絡是瞬態的，是微秒級的沖擊，在這么短的時間段內，不會引起配電線路的跳閘事故;第二個是閃絡轉換為工頻短路電流電弧，由于電弧持續時間較長，并且相較于閃絡沖擊更穩定，是導致配電線路跳閘的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配電線路遭遇雷擊引起跳閘的決定因素是以下兩個：防雷水平和系統中性點運行方式。

1）線路防雷水平。當落雷擊打到配電線路時，一般來說，電流只會向連接線路的桿塔進行傳播，由于電暈的作用，電流到達桿塔時的幅值已經大大減小，只有在接地電阻較高的時候，電流才會產生大的電壓，當電壓升高到足夠超過絕緣子時才會發生閃絡。同時，電流會有一部分傳播到臨近的桿塔，剩余部分經桿塔傳播到地面，普遍使用沖擊接地電阻來代替桿塔的接地電阻。

桿塔電壓和絕緣子電壓的升幅值與沖擊接地電阻值是最直接的影響關系，在沖擊電流一定的情況下，電壓升幅值與接地電阻值為線性關系。因此，接地電阻越大，桿塔的電壓升幅越大，作用在絕緣子上的壓差也越大，導致閃絡現象的產生，甚至在多個絕緣子之間產生相間短路現象，最終導致配電線路的雷擊跳閘。

雷擊桿塔導致電壓過大時，雷電流更直接導致絕緣子電壓升幅值過大，當超出允許的最大閃絡電壓時，不可避免的將產生閃絡。

2）系統中性點運行方式。目前，國內的系統中性點運行方式在相關規程中有具體規定，采用絕緣運行方式作為系統中性點的運行方式。因此，當雷擊配電線路導致單相對地短路時，短路點往往會引起電弧的產生，電弧的持續存在或者出現頻率過高，就容易由電弧產生過電壓，對配電線路上低絕緣水平的設備產生危險，并且如果此時，配電線路遭遇頻繁雷擊引起相間短路，會立即導致配電線路的跳閘。因此，系統中性點采用絕緣的運行方式就是減小接地電流，并能夠加快或自動熄滅電弧，使得配電線路能夠安全工作。

3 雷擊過電壓的計算

在進行雷擊過電壓的計算時，10 kV配電線路主要包括以下三種：

1）雷直擊導線時的過電壓。

2）雷擊導線附近大地的感應雷過電壓。

3）雷直擊桿塔時的反擊過電壓。

3.1 直擊雷過電壓的計算

1）雷擊桿塔時，被擊塔頂的電位為：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i為雷電流;Ldi/dt為暫態分量;Rd為沖擊接地電阻）。

2）雷擊避雷線中央部分時，被擊點的電位為：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb為半檔避雷線的電感;a為雷電流陡度）。

3）雷繞擊于導線時，導線電位為：UB = IZ/4 （kV） （Z為線路波阻抗）。

3.2 感應雷過電壓的計算

1）當雷擊點遠離線路或桿塔時。

根據線路是否架設避雷線，可分別計算線路上的感應過

電壓：

①導線上方無避雷線，感應雷過電壓為：Ugd=25Ihd/S（KV）（S為雷擊點與線路的垂直距離，m;hd為導線懸掛的平均高度，m;I為雷電流幅值）。

②導線上方有避雷線，感應雷過電壓為：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0為避雷線與導線間的幾何耦合系數;hd為導線懸掛的平均高度;hb為避雷線懸掛的平均高度）。

2）雷擊桿塔或線路時。

當雷擊桿塔時，感應過電壓計算公式如下。

①無避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（kV）（a為感應過電壓系數，kV/m）;

②有避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 結論

本文給出了兩個指標來衡量配電線路的防雷性能，也是檢驗防雷措施的綜合指標。然后分析了配電線路防雷水平的幾種影響因素，最后計算了幾種形式的雷擊過電壓。

參考文獻

[1]郇嘉嘉，曾海濤，黃少先.應用線路避雷器提高10 kV配電線路防雷性能的研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（9）：109-112.

[2]買亮.淺析電網諧振過電壓及其抑制[J].中小企業管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，呂永麗，鄒洪英.10 kV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術，2007，33（1）：102-105.endprint

摘 要 本文針對以裸導線為主的10 kV配電線路進行實際運行情況研究，分析了雷電對配電線路的危害。對常規的避雷器、降低接地電阻等防雷措施進行分析，由分析結果提出防雷措施的適用場合。

關鍵詞 10 kV配電線路;防雷;分析

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配電線路能夠可靠運行且安全供電，對人員安全和企業正常用電均具有重要意義[1]。因此，為了降低雷電導致的跳閘，需要不斷提高10 kV配電線路的防雷水平。配電線路的安全可靠性、穩定運行、跳閘率的降低均與雷擊損壞率密切相關[2]。為了增強配電線路的防雷水平，應充分考慮線路的運行方式和重要程度，以及所在區域雷電環境、地形地貌的接地電阻等條件，結合以往的當地防雷操作經驗積累，進行技術、經濟、可操作性等多方面的比較，經充分比較分析后，確定合理有效、現有條件便于操作的保護措施[3]。

1 配電線路防雷水平性能指標

用來表征配電線路的防雷能力的兩個重要指標時防雷水平和跳閘率。當雷擊配電線路時，線路的防雷水平是此時絕緣子不發生閃絡的最大電流值，當雷擊線路產生的電流低于最大電流值時，不會產生閃絡，否則必然會導致閃絡。雷擊的跳閘率是指折算到40個雷雨天氣下每100 km的配電線路在一年內由雷擊導致的跳閘次數，跳閘率是表征防雷能力的綜合指標。

因此，高的防雷水平和低的雷擊跳閘率表征配電線路具有良好的防雷能力。在考慮提高線路的防雷能力措施時，雷擊的跳閘率是否能夠得到降低是衡量防雷措施設計工作的重要指標。

2 雷擊跳閘的條件

當雷擊配電線路時，線路上的雷擊電流值超過最大電流值將導致閃絡現象的發生。閃絡具有瞬態特性，持續沖擊的時間很短，如果僅僅是閃絡的出現一般不會導致跳閘事故的發生。能引起配電線路跳閘的原因是由于雷擊過電壓產生的電弧引起的。一般來說，10 kV配電線路不具備很高的絕緣條件，雷擊會不可避免的引起線路對地的閃絡，因此配電線路在雷擊情況下跳閘必須要滿足一下兩個條件：第一個是雷擊時引起沖擊閃絡，但是電壓超過絕緣子產生的閃絡是瞬態的，是微秒級的沖擊，在這么短的時間段內，不會引起配電線路的跳閘事故;第二個是閃絡轉換為工頻短路電流電弧，由于電弧持續時間較長，并且相較于閃絡沖擊更穩定，是導致配電線路跳閘的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配電線路遭遇雷擊引起跳閘的決定因素是以下兩個：防雷水平和系統中性點運行方式。

1）線路防雷水平。當落雷擊打到配電線路時，一般來說，電流只會向連接線路的桿塔進行傳播，由于電暈的作用，電流到達桿塔時的幅值已經大大減小，只有在接地電阻較高的時候，電流才會產生大的電壓，當電壓升高到足夠超過絕緣子時才會發生閃絡。同時，電流會有一部分傳播到臨近的桿塔，剩余部分經桿塔傳播到地面，普遍使用沖擊接地電阻來代替桿塔的接地電阻。

桿塔電壓和絕緣子電壓的升幅值與沖擊接地電阻值是最直接的影響關系，在沖擊電流一定的情況下，電壓升幅值與接地電阻值為線性關系。因此，接地電阻越大，桿塔的電壓升幅越大，作用在絕緣子上的壓差也越大，導致閃絡現象的產生，甚至在多個絕緣子之間產生相間短路現象，最終導致配電線路的雷擊跳閘。

雷擊桿塔導致電壓過大時，雷電流更直接導致絕緣子電壓升幅值過大，當超出允許的最大閃絡電壓時，不可避免的將產生閃絡。

2）系統中性點運行方式。目前，國內的系統中性點運行方式在相關規程中有具體規定，采用絕緣運行方式作為系統中性點的運行方式。因此，當雷擊配電線路導致單相對地短路時，短路點往往會引起電弧的產生，電弧的持續存在或者出現頻率過高，就容易由電弧產生過電壓，對配電線路上低絕緣水平的設備產生危險，并且如果此時，配電線路遭遇頻繁雷擊引起相間短路，會立即導致配電線路的跳閘。因此，系統中性點采用絕緣的運行方式就是減小接地電流，并能夠加快或自動熄滅電弧，使得配電線路能夠安全工作。

3 雷擊過電壓的計算

在進行雷擊過電壓的計算時，10 kV配電線路主要包括以下三種：

1）雷直擊導線時的過電壓。

2）雷擊導線附近大地的感應雷過電壓。

3）雷直擊桿塔時的反擊過電壓。

3.1 直擊雷過電壓的計算

1）雷擊桿塔時，被擊塔頂的電位為：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i為雷電流;Ldi/dt為暫態分量;Rd為沖擊接地電阻）。

2）雷擊避雷線中央部分時，被擊點的電位為：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb為半檔避雷線的電感;a為雷電流陡度）。

3）雷繞擊于導線時，導線電位為：UB = IZ/4 （kV） （Z為線路波阻抗）。

3.2 感應雷過電壓的計算

1）當雷擊點遠離線路或桿塔時。

根據線路是否架設避雷線，可分別計算線路上的感應過

電壓：

①導線上方無避雷線，感應雷過電壓為：Ugd=25Ihd/S（KV）（S為雷擊點與線路的垂直距離，m;hd為導線懸掛的平均高度，m;I為雷電流幅值）。

②導線上方有避雷線，感應雷過電壓為：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0為避雷線與導線間的幾何耦合系數;hd為導線懸掛的平均高度;hb為避雷線懸掛的平均高度）。

2）雷擊桿塔或線路時。

當雷擊桿塔時，感應過電壓計算公式如下。

①無避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（kV）（a為感應過電壓系數，kV/m）;

②有避雷線的線路計算公式為Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 結論

本文給出了兩個指標來衡量配電線路的防雷性能，也是檢驗防雷措施的綜合指標。然后分析了配電線路防雷水平的幾種影響因素，最后計算了幾種形式的雷擊過電壓。

參考文獻

[1]郇嘉嘉，曾海濤，黃少先.應用線路避雷器提高10 kV配電線路防雷性能的研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（9）：109-112.

[2]買亮.淺析電網諧振過電壓及其抑制[J].中小企業管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，呂永麗，鄒洪英.10 kV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術，2007，33（1）：102-105.endprint