松原 防止架空絕緣電纜雷擊斷線的實用技術

城市配電網(wǎng)絡大量采用架空絕緣電纜線路，全國關于運行中的線路發(fā)生雷擊斷線和絕緣子擊穿事故的統(tǒng)計數(shù)量呈急劇上升趨勢。試驗研究和實際事故原因分析證實：架空絕緣電纜線路雷電過電壓閃絡時，瞬間電弧電流很大但時間很短，僅在架空絕緣電纜絕緣層上形成擊穿孔，不會燒斷導線。但是，當雷電過電壓閃絡，特別是在兩相或三相（不一定是在同一電桿上）之間閃絡而形成金屬性短路通道，引起數(shù)千安培工頻續(xù)流，電弧能量將驟增。此時，由于架空絕緣電纜絕緣層阻礙電弧在其表面滑移，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點而在斷路器動作之前燒斷導線。

對于裸導線，電弧在電磁力的作用下，高溫弧根沿導線表面滑移，并在工頻續(xù)流燒斷導線或損壞絕緣子之前引起斷路器動作，切斷電弧。因此，裸導線的斷線故障率明顯低于架空絕緣電纜。

國家電力公司發(fā)輸電輸[2001] 7號文件《城市電網(wǎng)架空絕緣導線應用研討會紀要》中特別指出：宜使用架空絕緣線路過電壓保護器來防止架空絕緣電纜雷擊斷線事故。 

限流元件用于截斷工頻續(xù)流，因而必須認真考慮在工頻過電壓下流過限流元件的電流。對于10kV系統(tǒng)，工頻過電壓一般不超過1.1√3p.u.。我們把10kV系統(tǒng)用的保護器額定電壓定為12.7kV，限流元件直流1mA參考電壓應大于18kV。這樣在13.2kV工頻過電壓作用下，如果忽略串聯(lián)間隙對于工頻續(xù)流的影響，理論上流過避雷器的工頻續(xù)流為0.1A，計算結果表明限流元件完全能夠很好地切斷工頻續(xù)流。由于串聯(lián)間隙對小電流具有很好的切斷作用，因而流過限流元件的工頻續(xù)流必然大大的低于0.1A。

按照DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》推薦，我國一般地區(qū)雷電流幅值超過I的概率為P=10（-I/88）。雷電流可能達到的幅值與地域、時間跨度相關。從產(chǎn)品的雷擊損壞事故來看，地域范圍并不重要，可以忽略不計；至于時間跨度，應該考慮產(chǎn)品預期壽命周期，20年是一個大家可以接受的時間。按DL/T 620-1997的推薦，對于雷暴日Td=40的地區(qū)，每100km、每年的雷擊次數(shù)NL=0.28×4h(h為架空線的平均高度，m，10kV線路h=10m)，則雷電流幅值超過I的雷擊次數(shù)N1=1.12h×10（-I/88），時間跨度20年、每100km的雷擊次數(shù)為N2=224×10（-I/88），以基桿間距為50m計算，則每基桿、20年的時間跨度雷電過電壓超過U的次數(shù)為N=0.112×10（-I/88）。由此可以計算，10000基桿、20年的時間內(nèi)，雷電流超過200kA的次數(shù)為6次，考慮到配電線路一般位于市區(qū)，周圍有高大的建筑物和樹木的屏蔽作用，可能的雷擊次數(shù)一定大大小于6次，但從嚴考慮仍以6次計。 

雖然感應雷電流幅值為200kA，但流過保護器的雷電流極少，按規(guī)程選擇接地電阻30Ω，使用EMTP暫態(tài)計算程序，模擬計算結果為流過保護器的雷電流幅值不超過16kA。我們選用D3閥片，它能承受2次65kA的大電流沖擊，若設計目標僅考慮200kA及以下的安全性，那么每基桿都安裝保護器、20年內(nèi)，保護器的雷擊損壞率約為6/10000，其安全裕度是很大的。若每間隔一基桿安裝一組保護器，則保護器的雷擊損壞率為1.2‰。而每間隔四基桿安裝一組保護器，則保護器的雷擊損壞率為2.4‰。為保證保護器的安全運行，因而建議對人口密集地區(qū)或雷電易擊區(qū)，每基桿安裝一組保護器，這樣20年內(nèi)雷擊損壞率為6/10000，而對于一般地區(qū)，則每隔3-5基桿安裝一組保護器，則20年內(nèi)雷擊損壞率約為3‰。