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摘要：10kV 配电线路作为中低压架空线路，一般没有特殊的保护措施，常常作为电力系统中更为贴近用户的一级。中低压配电线路比较容易因雷击产生线路烧毁、跳闸停电等电力事故。利用 ANSYS 软件仿真分析防雷保护间隙与绝缘子配合时遭雷击过电压放电过程及电压等级分布，可以确定防雷保护间隙的大小。使雷击情况下保护间隙先于绝缘子放电来保证10kV配电线路的安全运行。
关键词：10kV ；配电线路 ；保护间隙 ；防雷
据相关可靠的统计数据显示。我国近年来输电线路因雷击造成的事故占总事故数的50％以上，在导致故障的原因中，大气过电压占到了相当的比例。10kV配电线路具有分布广泛的特点，该设备主要使用 T 接入线路结构，这就使得雷击更容易通过，从而造成电气事故。我们通过防雷保护间隙的合理设计，可以有效地避免电力事故的发生，保护人民的生命和财产安全，提高10kV配电线路供电的可靠性。
1 雷击分析
1.1雷电的形成
正常情况下云层均带有电荷，云层的下端带负电荷，上端带正电荷。在雷雨天气，云层因带雨水负重增大后，云层下降接近地面；大地表面因被雨水淋湿后具有导电性，雷云下方大地表面被雷云电荷感应的正电荷在雷云电荷下行先导的激励下，积聚到地面凸出部位，将地表面所带的正电荷随凸起物接近云层，产生向上的迎面先导。当雷云下行先导与大地凸起物迎面先导距离足够近时击穿空气放电，这就是雷电。
1.2配电线路的引雷特性
① 杆塔的引雷特性
大地表面的感应电荷沿杆塔积聚到杆塔顶部，由于杆塔顶部凹凸不平，存在诸如顶套、抱箍、横担、连接螺栓等尖锐凸状物，使杆塔顶部形成的迎面先导如同避雷针具有微小截面线状迎面先导，吸引雷云电荷下行先导向杆塔迎面先导发展，当雷云电荷下行先导与杆塔迎面先导之间的空气间隙达到击穿值时，则可能发生雷击杆塔。
② 导线的引雷特性
架空配电线路的导线与大地是绝缘的，无法收集大地表面的感应电荷，因此导线并不利用大地表面的雷云感应电荷吸引雷云电荷下行先导。但是，当雷云电荷下行先导向线路附近的凸起物发展时，导线电压有可能直接与雷云电荷下行先导电位叠加，引雷接闪。
③ 配电线路附近地面凸出物的引雷特性
配电线路附近的地面凸起物（如树木、建筑等）在雷云电荷下行先导的激励下，大地表面感应出电荷沿凸起物积聚到其顶部。当线路附近的凸起物发生击穿，雷击凸起物时经过导线则有可能引发雷电绕击导线事故。
2 10KV配电线路防雷保护间隙的设计
10KV配电线路的防雷保护间隙设计依据保护间隙的机理，第一是要保证雷击时保护间隙先放电，达到保护线路的目的；二是结合保护间隙的10KV配电线路绝缘能够保证线路不被击穿；三是保护间隙的设计不能对绝缘子产生其他不利的影响。
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2.1 配电线路断线机理
当雷电过电压击穿绝缘层时，绝缘层呈现为针孔的形状，绝缘层阻隔了工频短路电弧使电弧根仅仅燃烧于绝缘层的针孔处，导致导线极短时间内被烧断，一般断路器会在绝缘子或导线被烧损之前切断电弧，由此可见防范雷击事故的方法在于尽快切断持续的工频电流。我国10KV配电线路传统的防雷保护措施是安装氧化锌避雷器，避雷器一定程度上可以避免雷击事故的产生，但是避雷器长久负载电压使用寿命短，而且由于避雷器在雷击后的保护残压大，难以成功发挥线路重合闸的作用。
2.210KV 配电线路防雷保护间隙的确定
以氧化锌避雷器的使用为基础条件，进行防雷保护间隙的设计。设计的思路是线路遭遇雷击时外间隙放电，雷电流通过避雷器的限流元件可以释放出去，工频续流被避雷器的限流元件截断来达到避免绝缘线路烧损的情况产生。
2.2.1 雷击过电压
通过对保护间隙施加电压的研究，我们可以确定空气间隙在冲击电压下完成击穿的时间与间隙结构和电压有关，随着电压峰值的提高，空气间隙击穿几率逐渐升高并在电压峰值高于某值时击穿几率为100%。通过进一步的研究我们得以算出保护间隙和绝缘子串雷击50%输出电压关系为前者小于或等于后者的0.835倍时，保护间隙可以有效保障绝缘子串的安全。例如：某 10KV 配电线路雷击作用下绝缘子的 50%输出电压数值为122KV，则保护间隙雷击下的50%输出电压应小于或等于上述数值的0.835倍，也就是说该 10KV 配电线路保护间隙 50% 电压不大于 101.87KV 就能够对绝缘子串提供有效保护。
2.2.2 操作过电压
我国 10KV 配电线路出现的绝缘击穿事故，主要原因是操作过电压的产生造成的。操作过电压的产生是由电力系统中电容和电感元件导致的。电力系统中存在许多诸如变压器、发电机、电抗器等电容和电感元件，在工作状态改变时，电容和电感元件将电源提供的能量瞬间转换，从而产生远高于供电电压的操作过电压。通过对操作过电压的实验和分析，我们可以知道操作过电压导致的空气间隙击穿大多产生于右波前时间，而且空气间隙在不同的波前时间有着 50% 击穿电压的最小值，另外随着间隙距离的增大极小值对应的波前时间也增大。
10KV 配电线路的最大操作化电压可取为 40KV，空气间隙和绝缘子串的击穿电压和闪络电压大体遵从生态分布。与雷电冲击电压有区别的地方在于操作冲击电压的击穿电压比雷电击穿电压的分散性大很多，这要求保护间隙操作冲击电压的 50% 放电电压要高于 10KV 系统最大操作过电压的 1.176 倍，即要达到 47.04KV 才能满足要求。
2.2.3 保护间隙的形式
满足保护间隙要求的距离在18mm到21.06mm之间。保护间隙的形式一种是棒形，可用圆钢材料制造出两个棒形的电极，将两个电极保持一定间距相对，还可在棒形电极的顶端安装两个金属球来形成间隙避免电极被烧伤；另一种是环形，用圆钢弯曲成环形并将两环保持一定间隙相对，环形可以对绝缘子串起着均压的作用。
2.2.4 绝缘子串电压分布
绝缘子串电压分布通过ANSYS有限元计算软件来计算，该软件是一种结合融结构、流体、电磁、传热学、爆破分析和声学等于一体的通用软件，该软件具有强大的处理功能和分析能力。计算模型采用 ANSYS 软件电磁场分析来建立，电磁场分析基本原理是通过麦克斯韦方程等来求解电磁场的相关量，绝缘子串电压分布需要以泊松方程为计算基础，通过输入介电常数来求出节点电压和其他电场相关的物理量。通过对带保护间隙和不带保护间隙的绝缘子串进行计算，最终得知在加装保护间隙后的绝缘子串比没有加装保护间隙时的电压分布均匀很多，可见保护间隙对其均压有很好的改善效果。
3 总 结
通过上述保护间隙的设计，可以有效地保证的绝缘体在遭受雷击时不被烧损。确保供电的稳定性和可靠性。10kV配电线路防雷保护间隙的实验结果表明该保护措施具有良好的效果和较高的应用价值。
参考文献：
[1]李凡，施围.线路避雷器的绝缘配合[J].高电压技术，2005，31（8）：18-23.
[2]李壮和，李燕.避雷器在输电线路防雷中的应用分析[J].高电压技术，2004，30（3）：63-64.
[3]李建龙.输电线路的防雷措施．农村电气化，1997；3（5）：4—5
[4]王泉龙，赵小龙，李红卫，刘彦林，刘春葵.输电线路杆塔接地的防雷分析[J].山西电力，2003，（06）．
[5]向树明.浅淡如何有效防止架空输电线路的防雷措施[J].广东科技，2007，（11）．
论文作者:关仕明
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/9
标签：间隙论文; 线路论文; 电压论文; 过电压论文; 绝缘子论文; 电荷论文; 防雷论文; 《基层建设》2016年11期论文;