对10kv绝缘导线线路防雷综合措施的思考

摘要：本文通过对10kv绝缘导线的雷击断线机理分析,结合国内外的研究成果提出了有效防止雷击断线事故的综合措施，并对外间隙避雷器的保护原理、作用、选择及安装进行了全面的分析。在现有的设备和技术下，应根据10kv绝缘导线具体的实际情况，选择恰当的防雷措施,从而保证配电网的安全运行。
　　关键词：10kv绝缘导线；防雷措施；避雷器；过电压
　　10kV配电线路采用绝缘导线，这对提高线路供电的可靠性，解决外物附挂以及防止人或动物碰触导线所引起的危险事故等，发挥着巨大的作用。目前，我国的10kV线路是以架空绝缘导线线路为主，它解决了裸导线所不能解决的安全问题，与电缆相比它又具有投资省、建设快的优点。但10kV配电网的分布广泛、设备重多，而且绝缘水平较低，雷击断线问题十分严重，甚至造成绝缘事故，因此我们必须采取有效的防雷击综合措施。
　　实践证明，发生雷击断线事故不仅会造成严重的经济损失，而且会危及人们的人身安全，极大的影响了社会生产与人民生活。近年来，随着电力事业的发展，以及城市配电网络绝缘化的深入开展，绝缘线路长度的不断增加，雷击断线问题随着也日益突出，这给电力生产运行造成了极大隐患，配电线路的安全运行受到严重威胁。因此，如何对绝缘导线实施有效的防雷措施，妥善解决雷击断线问题，减少雷害事故发生，以确保绝缘电线线路的安全运行，已成为电力系统中一个急需解决的问题。
　　1.绝缘导线雷击断线机理分析
　　绝缘导线的雷击断线主要由感应过电压所致，感应雷电波向杆塔两侧迅速传播，当抵达绝缘子附近的薄弱处时，就向铁塔横担放电从而形成雷击闪络，并击穿导线的绝缘层，被击穿的绝缘层呈针孔状。当感应过电压引起两相或三相同时闪络时，就可能在雷击闪络的通道上形成工频续流，产生高达数千安培的工频短路电弧。工频短路电弧受到周围绝缘层的阻隔，电弧的弧根不能沿绝缘导线滑动，只能在雷击闪络处形成针孔集中放电,在绝缘击穿点燃烧，并在断路器跳闸前极短的时间内就把绝缘导线烧断。尤其是在尽头杆与耐张杆导线的破损处，工频续流更容易建弧形成相间金属性短路，最终造成绝缘导线断线。因此，我们要采取有效的措施及时切断雷电波引起的工频续流，以防止绝缘导线雷击断线。
　　2.绝缘导线的综合防雷措施
　　根据以上针对绝缘导线雷击断线的机理分析，防雷击措施主要可以概括为“疏导”和“堵塞”两种方式。所谓“疏导”就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使工频电弧的弧根转移或者将其固定在特制的金具上燃烧,以此来保护导线，防止其烧断；而“堵塞”就是限制雷击时的过电压幅值，防止雷击闪络后工频续流形成短路电弧。其具体防护措施如下:
　　2.1架空避雷线
　　这种方法是利用架空避雷线而产生的屏蔽效果来保护供电线路的，在对输电线路的防雷击应用中十分有效。主要是用同杆架设避雷线的方式来对配电网的绝缘导线线路进行屏蔽，这可以大大降低感应过电压的幅值。但由于配电导线的绝缘水平比较低，当架空避雷线受到雷击后很容易形成反击闪络，同样会引发工频续流，进而将绝缘导线烧断。对于架空避雷线而言，它能够有效地防止直击雷，降低线路的感应过电压。但对10kV的绝缘导线线路防雷效果并不明显，而且安装架空避雷线时，需要大规模的改造现有杆塔，这无疑又大大增加了施工的成本和难度。
　　2.2延长闪络路径
　　这是防止绝缘导线雷击断线的又一种措施，通过延长闪络路径，可以有效降低工频建弧率，熄灭电弧，从而增加局部的绝缘强度。具体方法可以采用延长闪络间隙的保护模式，在横担上安装上U形的绝缘闪络路径，使得绝缘导线与U形头部间的冲击放电电压比绝缘子低。从而在产生雷电过电压时，该闪络间隙就会比绝缘子先发生击穿闪络，并可以沿着闪络路径延展，进而切断工频续流，阻止工频续流形成电弧。因此，安装延长闪络路径的避雷器，或者在绝缘子与绝缘导线的相连处增加绝缘强度，均可以增加绝缘导线的防雷击能力。
　　2.3局部裸线化
　　这种方法在雷击频繁区应用较多，主要采用剥除绝缘导线的局部绝缘层，使其局部导线成为裸导线，使电弧可以在裸导线处滑动，而不停留在固定一定燃烧，防止了导线烧断，此外，这也为今后的施工提供一个接地线的点。
　　另外，还可采用钳位绝缘子，在剥除的绝缘导线处，架设引弧放电间隙和金属线夹。当发生雷击闪络时，引发的工频续流就会在金属线夹与绝缘子间产生电弧，直至开关跳闸切断，这样便有效的避免了烧断绝缘导线。
　　2.4使用防弧金具
　　安装上防弧金具，当雷电过电压到达一定数值时，在防弧金具的导体电极与接地电极间就会产生闪络，从而形成短路通道，接续的工频电弧就会在防弧金具上燃烧，进而防止了导线被烧断。对于辐射型线路而言，较常用的方法是把导线的绝缘层由绝缘子轴线处开始，朝着负荷一侧剥除100-150mm，在剥除处的负荷端安装一个金属线夹。对于环网线路而言，常用方法是将绝缘子两侧导线的绝缘层分别剥除100-150mm，剥除处的两端分别安装上防弧线夹。当发生雷击闪烙时，工频续流形成的电弧会在朝着反电源方向的金属线夹处移动，且弧根固定在防弧线夹上燃烧。
　　2.5提高线路的绝缘水平
　　提高绝缘子50%的放电电压，即可增强线路的绝缘强度，从而使雷击所产生的工频续流不能建弧，进而可大大降低雷击时的跳闸率。此外，还可采取用玻璃钢绝缘横担取代直线杆原有的铁横担，用钢化玻璃绝缘子代替耐张杆原有的悬式瓷瓶的方式来提高线路的绝缘水平。因为玻璃钢熔丝横担有着机械强度高、绝缘性好的优点，若将其用作支柱绝缘子横担，即可明显的延长闪络路径，从而大大增强线路的抗雷击强度，降低线路的建弧率，可以进一步防止雷击断线事故的产生。
　　2.6安装外间隙避雷器
　　配电线路比输电线路需要保护的范围更加广泛，因此想要完全避免配电线路的雷击故障是非常困难的。由于传统的无间隙避雷器长时间的承受工频电压，还要承受雷击时的过电压和工频续流，因此，避雷器常出故障，且极易老化，使配电线路供电的可靠性得不到保障。近年来，外间隙避雷器（过电压保护器），已在实践中得到了广泛的应用，它主要是采用氧化锌避雷器与外间隙组合方式。当线路正常运行时，串联起外间隙可以起到有效的隔离作用，使避雷器不用承受持续的工频电压，而且即使避雷器老化破损，也不会导致线路接地。与此同时，只有当避雷器在达到一定值的雷击过电压作用下,串联间隙后，才会使避雷器处于工作状态，因此，外间隙避雷器具有良好的防雷效果和可靠性，可大大提高线路的运行水平。
　　2.6.1避雷器的保护原理
　　当雷电过电压或其它故障导致10kV绝缘导线线路断线，雷击闪络对地形成短路电弧时，避雷器中的不锈钢引流环可以将高达数千安的工频续流引向氧化锌电阻这种非线性限流元件，并借助它的非线性特性可以将正弦波的工频续流转换为尖顶波。同时，该限流元件的残压还可削弱放电电压，瞬间熄灭电弧，迅速斩断工频续流，以防止绝缘导线由于工频续流温度过高而熔断的目的。
　　2.6.2避雷器的作用
　　利用避雷器保护配电线路的雷电过电压，其作用有两方面:一是以吸收雷击时的放电能量，来起到保护作用；二是有效限制配电线路的感应过电压。
　　2.6.3避雷器的选择
　　针对山区的线路特点，在避雷器的选择上，可采用氧化锌避雷器。这种避雷器具有重量轻、体积小、耐污性及散热性好的优点。更重要的是它具有非线性电阻特性，可迅速截断工频续流，吸收雷击时的放电能量，有效限制雷电过电压与感应过电压，从而可达到保护配电线路的目的。
　　此外，在氧化锌避雷器后加装上串联间隙，利用间隙放电的分散性，来保证避雷器工作的可靠性，因此，避雷器必须要具有足够的通流能力足以释放雷电流以及吸收雷电过电压的能量。为达到限制雷电过电压的目的,避雷器必须与线路绝缘子具有很好的绝缘配合，从而保证雷击发生时，绝缘子不会发生闪络。另外，避雷器还需具有可靠切断工频续流的能力，以保障设备的正常运行，在避雷器发生故障时要允许线路重合闸，以确保线路能够及时恢复供电。
　　2.6.4避雷器的安装
　　由于避雷器的有效保护距离是有限的，所以在安装避雷器时必须考虑其密度问题。研究表明，避雷器的安装密度与限制雷电过电压和感应过电压的水平是成正比的，所以要想完全避免配电线路的雷击事故，那就必须每基杆塔的每相都安装上避雷器。据日本、美国等发达国家统计，若是在每基杆塔的每相上都安装上氧化锌避雷器后，其雷击断线率由原来的93.3%降到了2.7%，几乎没有雷击断线事故发生。但是，安装避雷器和加装接地装置都需要大量的资金投入，其维护工作也很多，这既不经济，也没有必要。根据研究表明，要限制雷电感应过电压事故，每相避雷器的安装密度只要控制在200-360m内即可。安装起外间隙的避雷器，当发生雷击时，避雷器的间隙被击穿，雷电波经过间隙，到达避雷器，再进入大地，从而保护了绝缘导线。
　　3.思考与结论
　　综上所述，从电力系统运行可靠性与经济性考虑，线路当前使用的防雷支柱的绝缘子跳闸率过高，需设计出兼顾可靠性与经济型的新型防雷支柱绝缘子。从线路稳定安全的运行角度出发，可采用绝缘横担，既不影响线路运行的可靠性，也不影响电能的质量。对于耐张杆则不宜采用防弧金具或防雷支柱绝缘子等防雷措施，则考虑采用氧化锌避雷器。另外，在配电线路上若安装避雷器后，避雷器的高故障率，会导致维护费用的增加。因此，要根据具体的实际情况选择恰当的经济的防雷措施，以保障配电网的安全运行。
　　随着科学技术的迅猛发展，新设备的广泛应用使防雷技术水平越来越高。对于防止绝缘导线线路的雷击断线事故的措施是多种多样的，各有其优缺点，有些方法实施起来比较容易，比如安装外间隙避雷器，有些方法的实施工程需要破坏原有的绝缘层，因此要做好裸线处的防水措施。在现有设备和技术水平的基础上，只依靠单一的防雷措施来解决10kV绝缘导线的雷击断线问题还存在很大的困难，只有综合利用各种防雷措施才能有效防止对雷击事故的发生。
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