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摘要：随着电网的改造，电网的可靠性得到了提高，但出于雷电不可干预和控制的特性，其危害所造成的电网设备事故和损失还是比较严重的。因此，我们有必要探讨一下供、配电系统的防雷接地问题。
关键词：10kV防雷；架空线路；架空绝缘线；变压器；避雷器
一、配电线路的防雷与接地
与输电线路一样，配电线路的防雷也可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。
（一）10kV裸导线线路
对于10kV裸导线路，可架设避雷线，但由于成本高，施工不方便，除重要的负荷外，基本上都不采用避雷线；而是在一些雷电活动频繁的线段，安装避雷器，同時按照要求做好杆塔的接地，能有效地降低雷害。相隔多远距离安装一组避雷器和如何选型呢？根据 Ubm+2*l*a/v≤U50%得出：
l≤0.5（U50% - Ubm）* v/a
其中：Ubm为避雷器的残压最大值；
U50%为线路绝缘子的50%放电电压；
a 为雷电波陡度；
l 为避雷器的保护距；
v 为波速，取小于光速。
取Ubm=55kV，a=1kV/50us，U50% =120kV。
l=525m，这一数据与经验实践数据基本一致。所以对于架空线路，按一定距离（每500m至600m）加装避雷器是一种有效的
方法。
（二）10kV架空绝缘线线路
由于近几年城网改造，城镇线路不少都换成了交联聚乙烯架空绝缘线，但其防雷措施与原来的裸导线线路的防雷措施并没有变化，致使发生了雷击绝缘线断线事故。其原因是配电网雷电过电压闪络，亦即大气压或高于大气压中大电流放电，为电弧放电形式。对于架空绝缘电缆线路，雷电过电压闪络时，瞬间电弧电流很大但时间很短，仅在架空绝缘电缆绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。但是，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定是在同一电杆上）之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频电流持续0.2~0.3s，直至变电站跳闸为止；此时，由于架空绝缘电缆绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。对于裸导线，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面滑移，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧。因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘电缆。
对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：（1）提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平；（2）在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故；（3）延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等；（4）局部剥离绝缘层，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，但此法会引起水分从剥支绝缘层处侵入，导致铝导线的腐蚀，椐外国经验，腐蚀引起的故障在安装20年左右才出现。
（三）10kV电缆线路
城区配电网络电缆化改造后，雷害事故明显减少；同时我们传统观念认为只有对配电配压变压器提供足够的保护，也同时对与其相连的电缆提供了保护。但是，往往在城市线路电缆化后的7～10年，雷害引起的电缆故障又明显增加。这是由于线路电缆化后落雷机会减少使我们忽视了对电缆的保护。我国目前广泛使用的交联聚乙烯电缆（XLPE）在潮湿环境下运行，根据外国的试验研究报告指出，在潮湿环境中运行的交联聚乙烯电缆（XLPE）是形成水树枝，由水树枝在电场的作用下变成电树枝，高幅值的重复冲击电压是加速绝缘劣化并产生电树贯穿的主要原因。在电缆化的配网中，由于变压器与电缆的绝缘结构完全不同，地埋交联聚乙烯电缆（XLPE）因电树枝劣化，使得它的耐受电压比变压器的电压低很多，电缆成为配网系统中绝缘最薄弱的部份。采用性能优良的金属氧化锌的避雷器成为延长电缆寿命的有效办法。电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。由于单位长度电缆线路的电容比加空线路的电容大30倍，电缆中的储能将比架空线路大得多，在避雷器选型中应充分考虑电缆线路的类型、系统的参数和地区落雷密度等因素。
（四）架空与电缆混合的线路
对于架空与电缆混合的线路（如图1），由于线路结点1、2处的波阻抗不同，当雷电波入侵时，行波在电缆段的两结点之间发生多次折反射。结点2的电压多次的折反射后，有存在波峰叠加的情况，此时结点2的电压高于入侵电压。
图1
结点1、2处的折射系数为α1=
，α2 =
结点1、2处的反射系数为β1=
， β2=
不考虑架空线路Z2中的反行波对结点2的影响，线路Z2的前行波为结点2上所有折反射波之和，行波在电缆长度L折反射一次所需的时间τ=2L/v，结点2的电压为
U2q （t）=U0α1α2 （t）+ U0α1α2β1β2 （t-τ）+ U0α1α2β12β22（t-2τ）
+……U0α1α2β1nβ2n（t-nτ）
U2q电压的幅值取决于Z1、Z2、Zd的相对值，在Z1、Z2、Zd最不利的组合中，将出现图A中所示的电压幅值图。此时结点2的电压将大于入侵波的电压幅值，电缆的绝缘水平必须高于线路的的绝缘水平。为此我们通常在电缆的首末端加装避雷器来限制过电压。由此我们可以得出一结论，配电线路中若存在不同阻抗的的线路相联，雷电波入侵时结点处易发生电压突变，可加装避雷器来限制过电压。
（五）低压线路
低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器，同时做好接地，接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。低压配电线路，在干线和分支线终端处应重复接地，每年重复接地装置的接地电阻应不大于10Ω，对于较长的线路，重复接地应不少于3处。特别是为防止雷电波沿低压配电线路侵入用户，对于接户线上的绝缘子铁角应接地，接地电阻应小于30Ω，这一点对于我们进行的一户一表改造工作尤其应引起重视。
二、配电变压器的防雷
配电网广泛采用Δ/ Y0、Y/Y0变压器，在10kV雷电波侵入时，避雷器动作，在接地电阻上流经大电流时产生压降，使得中性点电压升高。
U=i Rj
其中：U为中性点冲击电压；
i为雷电流；
Rj为接地电阻。
取i=5kA， Rj=4Ω， U=20kV。
在中性点电位的作用下，低压绕组上流经冲击电流。由于低压三相绕组中流经的电流大小相等、方向相同，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很在的零序磁通，使得高压侧感应出很高的电势，感应电势沿绕组分布，在中性点的幅值最大，引起中性点绝缘击穿，同时由于层间和匝间的电位梯度相应增大，引起高压绕组层间和匝间击穿。既然是中性点电压是由接地电阻引起的，可采用高压侧避雷器的接地与中性点接地分开，采用单独的接地线和接地网（两接地网之间的距离超过在5米），利用大地对雷电波的衰减作用，基本可以削除中性点电压升高引起的绝缘击穿，如图2所示：
图2
当雷电波从低压侧入侵时，低压绕组中有冲击电流通过，在高压绕组上产生感应电动势，使得高压侧的中性点的电压大大提高，高压绕组的层间和匝间的电位梯度相应增大，引起高压绕组层间和匝间击穿。此时可在低压侧加装避雷器来解决此问题。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：10kV防雷；架空线路；架空绝缘线；变压器；避雷器
一、配电线路的防雷与接地
与输电线路一样，配电线路的防雷也可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。
（一）10kV裸导线线路
对于10kV裸导线路，可架设避雷线，但由于成本高，施工不方便，除重要的负荷外，基本上都不采用避雷线；而是在一些雷电活动频繁的线段，安装避雷器，同時按照要求做好杆塔的接地，能有效地降低雷害。相隔多远距离安装一组避雷器和如何选型呢？根据 Ubm+2*l*a/v≤U50%得出：
l≤0.5（U50% - Ubm）* v/a
其中：Ubm为避雷器的残压最大值；
U50%为线路绝缘子的50%放电电压；
a 为雷电波陡度；
l 为避雷器的保护距；
v 为波速，取小于光速。
取Ubm=55kV，a=1kV/50us，U50% =120kV。
l=525m，这一数据与经验实践数据基本一致。所以对于架空线路，按一定距离（每500m至600m）加装避雷器是一种有效的
方法。
（二）10kV架空绝缘线线路
由于近几年城网改造，城镇线路不少都换成了交联聚乙烯架空绝缘线，但其防雷措施与原来的裸导线线路的防雷措施并没有变化，致使发生了雷击绝缘线断线事故。其原因是配电网雷电过电压闪络，亦即大气压或高于大气压中大电流放电，为电弧放电形式。对于架空绝缘电缆线路，雷电过电压闪络时，瞬间电弧电流很大但时间很短，仅在架空绝缘电缆绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。但是，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定是在同一电杆上）之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频电流持续0.2~0.3s，直至变电站跳闸为止；此时，由于架空绝缘电缆绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。对于裸导线，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面滑移，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧。因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘电缆。
对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：（1）提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平；（2）在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故；（3）延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等；（4）局部剥离绝缘层，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，但此法会引起水分从剥支绝缘层处侵入，导致铝导线的腐蚀，椐外国经验，腐蚀引起的故障在安装20年左右才出现。
（三）10kV电缆线路
城区配电网络电缆化改造后，雷害事故明显减少；同时我们传统观念认为只有对配电配压变压器提供足够的保护，也同时对与其相连的电缆提供了保护。但是，往往在城市线路电缆化后的7～10年，雷害引起的电缆故障又明显增加。这是由于线路电缆化后落雷机会减少使我们忽视了对电缆的保护。我国目前广泛使用的交联聚乙烯电缆（XLPE）在潮湿环境下运行，根据外国的试验研究报告指出，在潮湿环境中运行的交联聚乙烯电缆（XLPE）是形成水树枝，由水树枝在电场的作用下变成电树枝，高幅值的重复冲击电压是加速绝缘劣化并产生电树贯穿的主要原因。在电缆化的配网中，由于变压器与电缆的绝缘结构完全不同，地埋交联聚乙烯电缆（XLPE）因电树枝劣化，使得它的耐受电压比变压器的电压低很多，电缆成为配网系统中绝缘最薄弱的部份。采用性能优良的金属氧化锌的避雷器成为延长电缆寿命的有效办法。电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。由于单位长度电缆线路的电容比加空线路的电容大30倍，电缆中的储能将比架空线路大得多，在避雷器选型中应充分考虑电缆线路的类型、系统的参数和地区落雷密度等因素。
（四）架空与电缆混合的线路
对于架空与电缆混合的线路（如图1），由于线路结点1、2处的波阻抗不同，当雷电波入侵时，行波在电缆段的两结点之间发生多次折反射。结点2的电压多次的折反射后，有存在波峰叠加的情况，此时结点2的电压高于入侵电压。
图1
结点1、2处的折射系数为α1=
，α2 =
结点1、2处的反射系数为β1=
， β2=
不考虑架空线路Z2中的反行波对结点2的影响，线路Z2的前行波为结点2上所有折反射波之和，行波在电缆长度L折反射一次所需的时间τ=2L/v，结点2的电压为
U2q （t）=U0α1α2 （t）+ U0α1α2β1β2 （t-τ）+ U0α1α2β12β22（t-2τ）
+……U0α1α2β1nβ2n（t-nτ）
U2q电压的幅值取决于Z1、Z2、Zd的相对值，在Z1、Z2、Zd最不利的组合中，将出现图A中所示的电压幅值图。此时结点2的电压将大于入侵波的电压幅值，电缆的绝缘水平必须高于线路的的绝缘水平。为此我们通常在电缆的首末端加装避雷器来限制过电压。由此我们可以得出一结论，配电线路中若存在不同阻抗的的线路相联，雷电波入侵时结点处易发生电压突变，可加装避雷器来限制过电压。
（五）低压线路
低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器，同时做好接地，接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。低压配电线路，在干线和分支线终端处应重复接地，每年重复接地装置的接地电阻应不大于10Ω，对于较长的线路，重复接地应不少于3处。特别是为防止雷电波沿低压配电线路侵入用户，对于接户线上的绝缘子铁角应接地，接地电阻应小于30Ω，这一点对于我们进行的一户一表改造工作尤其应引起重视。
二、配电变压器的防雷
配电网广泛采用Δ/ Y0、Y/Y0变压器，在10kV雷电波侵入时，避雷器动作，在接地电阻上流经大电流时产生压降，使得中性点电压升高。
U=i Rj
其中：U为中性点冲击电压；
i为雷电流；
Rj为接地电阻。
取i=5kA， Rj=4Ω， U=20kV。
在中性点电位的作用下，低压绕组上流经冲击电流。由于低压三相绕组中流经的电流大小相等、方向相同，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很在的零序磁通，使得高压侧感应出很高的电势，感应电势沿绕组分布，在中性点的幅值最大，引起中性点绝缘击穿，同时由于层间和匝间的电位梯度相应增大，引起高压绕组层间和匝间击穿。既然是中性点电压是由接地电阻引起的，可采用高压侧避雷器的接地与中性点接地分开，采用单独的接地线和接地网（两接地网之间的距离超过在5米），利用大地对雷电波的衰减作用，基本可以削除中性点电压升高引起的绝缘击穿，如图2所示：
图2
当雷电波从低压侧入侵时，低压绕组中有冲击电流通过，在高压绕组上产生感应电动势，使得高压侧的中性点的电压大大提高，高压绕组的层间和匝间的电位梯度相应增大，引起高压绕组层间和匝间击穿。此时可在低压侧加装避雷器来解决此问题。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看