吳忠 防止架空絕緣電纜雷擊斷線的實(shí)用技術(shù)
城市配電網(wǎng)絡(luò)大量采用架空絕緣電纜線路，全國(guó)關(guān)于運(yùn)行中的線路發(fā)生雷擊斷線和絕緣子擊穿事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)量呈急劇上升趨勢(shì)。試驗(yàn)研究和實(shí)際事故原因分析證實(shí)：架空絕緣電纜線路雷電過(guò)電壓閃絡(luò)時(shí)，瞬間電弧電流很大但時(shí)間很短，僅在架空絕緣電纜絕緣層上形成擊穿孔，不會(huì)燒斷導(dǎo)線。但是，當(dāng)雷電過(guò)電壓閃絡(luò)，特別是在兩相或三相（不一定是在同一電桿上）之間閃絡(luò)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(shí)，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(diǎn)而在斷路器動(dòng)作之前燒斷導(dǎo)線。
對(duì)于裸導(dǎo)線，電弧在電磁力的作用下，高溫弧根沿導(dǎo)線表面滑移，并在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前引起斷路器動(dòng)作，切斷電弧。因此，裸導(dǎo)線的斷線故障率明顯低于架空絕緣電纜。
國(guó)家電力公司發(fā)輸電輸[2001] 7號(hào)文件《城市電網(wǎng)架空絕緣導(dǎo)線應(yīng)用研討會(huì)紀(jì)要》中特別指出：宜使用架空絕緣線路過(guò)電壓保護(hù)器來(lái)防止架空絕緣電纜雷擊斷線事故。
限流元件用于截?cái)喙ゎl續(xù)流，因而必須認(rèn)真考慮在工頻過(guò)電壓下流過(guò)限流元件的電流。對(duì)于10kV系統(tǒng)，工頻過(guò)電壓一般不超過(guò)1.1√3p.u.。我們把10kV系統(tǒng)用的保護(hù)器額定電壓定為12.7kV，限流元件直流1mA參考電壓應(yīng)大于18kV。這樣在13.2kV工頻過(guò)電壓作用下，如果忽略串聯(lián)間隙對(duì)于工頻續(xù)流的影響，理論上流過(guò)避雷器的工頻續(xù)流為0.1A，計(jì)算結(jié)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(duì)小電流具有很好的切斷作用，因而流過(guò)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(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》推薦，我國(guó)一般地區(qū)雷電流幅值超過(guò)I的概率為P=10（-I/88）。雷電流可能達(dá)到的幅值與地域、時(shí)間跨度相關(guān)。從產(chǎn)品的雷擊損壞事故來(lái)看，地域范圍并不重要，可以忽略不計(jì)；至于時(shí)間跨度，應(yīng)該考慮產(chǎn)品預(yù)期壽命周期，20年是一個(gè)大家可以接受的時(shí)間。按DL/T 620-1997的推薦，對(duì)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(guò)I的雷擊次數(shù)N1=1.12h×10（-I/88），時(shí)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(jì)算，則每基桿、20年的時(shí)間跨度雷電過(guò)電壓超過(guò)U的次數(shù)為N=0.112×10（-I/88）。由此可以計(jì)算，10000基桿、20年的時(shí)間內(nèi)，雷電流超過(guò)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(yán)考慮仍以6次計(jì)。
雖然感應(yīng)雷電流幅值為200kA，但流過(guò)保護(hù)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(jì)算程序，模擬計(jì)算結(jié)果為流過(guò)保護(hù)器的雷電流幅值不超過(guò)16kA。我們選用D3閥片，它能承受2次65kA的大電流沖擊，若設(shè)計(jì)目標(biāo)僅考慮200kA及以下的安全性，那么每基桿都安裝保護(hù)器、20年內(nèi)，保護(hù)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(hù)器，則保護(hù)器的雷擊損壞率為1.2‰。而每間隔四基桿安裝一組保護(hù)器，則保護(hù)器的雷擊損壞率為2.4‰。為保證保護(hù)器的安全運(yùn)行，因而建議對(duì)人口密集地區(qū)或雷電易擊區(qū)，每基桿安裝一組保護(hù)器，這樣20年內(nèi)雷擊損壞率為6/10000，而對(duì)于一般地區(qū)，則每隔3-5基桿安裝一組保護(hù)器，則20年內(nèi)雷擊損壞率約為3‰。
