Page 40 - 电力与能源2022年第六期

5 0 2 赵恒亮, 等: 10kV 架空线路防雷方案对比分析

防范小电流的直击雷而不跳闸, 并非传统观点认
为 10kV配网直击雷跳闸率为 100% 。当雷电流
较大时, 不可避免地会出现多相闪络, 此时跳闸不
可避免, 重要的是将工频续流与雷电流通过合理
路径释放疏导, 避免雷击断线或绝缘子炸裂等重
大事故的发生, 尽可能提高重合闸成功率 [ 4 ] 。
由此可以得出, 10kV 架空线路防雷方案的
设计原则( 见表 1 ) 如下: 感应雷不跳闸不断线, 小
电流直击雷不跳闸不断线, 大电流直击雷允许跳
图 1 单个避雷针的保护范围
闸但不断线, 并且无论何种情况均应尽量避免设 本可以保护直击雷过电压, 在此范围内, 基本没有
备严重损坏。这个原则基本考虑到现有技术的客
直击雷危害隐患。
观条件, 下面将基于这一原则, 对现有技术的一些 2.1.2 感应雷过电压
防雷方案进行分析比较, 并确定最佳方案 [ 7-10 ] 。 感应雷过电压是防范重点。若想计算感应雷
表 1 10kV 线路防雷方案设计原则
过电压, 则必须先计算避雷线的耦合系数, 耦合系
方案设计原则 感应雷 小电流直击雷 大电流直击雷
数计算公式如下:
跳闸 无 无 允许
断线 无 无 无 D
ln ( )
设备严重损坏 无 无 无 d
k=k 1 · k 0 =k 1 · 2 H ( 3 )
ln ( )
2 架设避雷线方案分析 r
———电晕校正系数, 对于 10kV 线路取
式中 k 1
2.1 架设避雷线防雷方案
1.05 ; D ———避雷线与导线镜像间距离, m ; d ———
2.1.1 直击雷过电压 避雷线与导线 距离, m ; H ———避雷线平均高度,
避雷线的防雷机理可以概括为避雷线的耦合
m ; r ———避雷线半径, m 。
作用和分流作用, 降低导线的过电压和过电流。 设杆塔高度 12m , 避雷线高度 1.6 m , 线路
单根避雷线保护范围如图 1 所示, 其中: r x 为避
绝缘子高度按 0.3 m 计算, 则 D=26.2 m , d=
雷针的保护半径, m ; h x 为被保护物高度, m ; h a 为
1.6m , h 1=13.9m , 设r=0.005m , 则根据公式
避雷针的有效高度, m ; h 为避雷针的额定高度,
计算可得k=0.340 。装设避雷线后, 线路感应雷
p
m ; 为高度影响系数, 对于杆塔高度均小于 30m 过电压计算公式如下:
p
的 10kV 配电线路而言, 取 1 。
Ih 1
(
U = 1-k ) · 25 · ( 4 )
ì 0.47 ( h-h x p h x ≥ h S
ï
) ,
ï 2
r x = í ( 1 ) 式中 I ———雷 电 流, kA ; h 1 ———杆 塔 高 度, m ;
ï h
) ,
ï ( h-1.53h x p h x < S ———雷击点与线路的直线距离, m 。
î 2
根据 PS20 绝缘子 160kV 闪络电压, 可得对
假设杆塔高度 12m , 横担长度 1 m , 水泥杆
应带 0.5m 高避雷线与不带避雷线的最大允许
两边对称布置, 线路绝缘子高度 0.3m , 保护范围
雷击电流分别是 68kA 与34.7kA 。根据雷电流
宽度r x 为 0.5m , 杆塔绝缘子总高为 12.3m , 根
据公 式 代 入 计 算 可 得: 含 避 雷 线 杆 塔 总 高 度 为 与雷击概率 P 对数关系:
13.36m , 即避雷线架设高度高于线路 1.06m 时 l g P =- I ( 5 )
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才可以保护线路。
由此可知, 雷击雷电流大于 68kA 的概率为
由于需要考虑雷击避雷线反击过电压, 则避
17% , 雷击雷电流大于 34.7kA 的概率为 40% 。
雷线与导线的距离 S 应满足:
这意味着每 100 次雷击无避雷线时会有 40 次造
S ≥0.012L+1 ( 2 )
成闪络, 有避雷线则会降为 17 次。由此可见, 避
式中 L ———档距。
雷线可降低感应雷事故率 42% , 但从防雷效果来
当避雷线架设高度高于线路 1.06 m 时, 基
看并不显著。因为一旦闪络, 如果绝缘子无疏导