10 kV配电线路防雷分析计算

刘波+崔朋

摘 要 本文针对以裸导线为主的10 kV配电线路进行实际运行情况研究，分析了雷电对配电线路的危害。对常规的避雷器、降低接地电阻等防雷措施进行分析，由分析结果提出防雷措施的适用场合。

关键词 10 kV配电线路;防雷;分析

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配电线路能够可靠运行且安全供电，对人员安全和企业正常用电均具有重要意义[1]。因此，为了降低雷电导致的跳闸，需要不断提高10 kV配电线路的防雷水平。配电线路的安全可靠性、稳定运行、跳闸率的降低均与雷击损坏率密切相关[2]。为了增强配电线路的防雷水平，应充分考虑线路的运行方式和重要程度，以及所在区域雷电环境、地形地貌的接地电阻等条件，结合以往的当地防雷操作经验积累，进行技术、经济、可操作性等多方面的比较，经充分比较分析后，确定合理有效、现有条件便于操作的保护措施[3]。

1 配电线路防雷水平性能指标

用来表征配电线路的防雷能力的两个重要指标时防雷水平和跳闸率。当雷击配电线路时，线路的防雷水平是此时绝缘子不发生闪络的最大电流值，当雷击线路产生的电流低于最大电流值时，不会产生闪络，否则必然会导致闪络。雷击的跳闸率是指折算到40个雷雨天气下每100 km的配电线路在一年内由雷击导致的跳闸次数，跳闸率是表征防雷能力的综合指标。

因此，高的防雷水平和低的雷击跳闸率表征配电线路具有良好的防雷能力。在考虑提高线路的防雷能力措施时，雷击的跳闸率是否能够得到降低是衡量防雷措施设计工作的重要指标。

2 雷击跳闸的条件

当雷击配电线路时，线路上的雷击电流值超过最大电流值将导致闪络现象的发生。闪络具有瞬态特性，持续冲击的时间很短，如果仅仅是闪络的出现一般不会导致跳闸事故的发生。能引起配电线路跳闸的原因是由于雷击过电压产生的电弧引起的。一般来说，10 kV配电线路不具备很高的绝缘条件，雷击会不可避免的引起线路对地的闪络，因此配电线路在雷击情况下跳闸必须要满足一下两个条件：第一个是雷击时引起冲击闪络，但是电压超过绝缘子产生的闪络是瞬态的，是微秒级的冲击，在这么短的时间段内，不会引起配电线路的跳闸事故;第二个是闪络转换为工频短路电流电弧，由于电弧持续时间较长，并且相较于闪络冲击更稳定，是导致配电线路跳闸的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配电线路遭遇雷击引起跳闸的决定因素是以下两个：防雷水平和系统中性点运行方式。

1）线路防雷水平。当落雷击打到配电线路时，一般来说，电流只会向连接线路的杆塔进行传播，由于电晕的作用，电流到达杆塔时的幅值已经大大减小，只有在接地电阻较高的时候，电流才会产生大的电压，当电压升高到足够超过绝缘子时才会发生闪络。同时，电流会有一部分传播到临近的杆塔，剩余部分经杆塔传播到地面，普遍使用冲击接地电阻来代替杆塔的接地电阻。

杆塔电压和绝缘子电压的升幅值与冲击接地电阻值是最直接的影响关系，在冲击电流一定的情况下，电压升幅值与接地电阻值为线性关系。因此，接地电阻越大，杆塔的电压升幅越大，作用在绝缘子上的压差也越大，导致闪络现象的产生，甚至在多个绝缘子之间产生相间短路现象，最终导致配电线路的雷击跳闸。

雷击杆塔导致电压过大时，雷电流更直接导致绝缘子电压升幅值过大，当超出允许的最大闪络电压时，不可避免的将产生闪络。

2）系统中性点运行方式。目前，国内的系统中性点运行方式在相关规程中有具体规定，采用绝缘运行方式作为系统中性点的运行方式。因此，当雷击配电线路导致单相对地短路时，短路点往往会引起电弧的产生，电弧的持续存在或者出现频率过高，就容易由电弧产生过电压，对配电线路上低绝缘水平的设备产生危险，并且如果此时，配电线路遭遇频繁雷击引起相间短路，会立即导致配电线路的跳闸。因此，系统中性点采用绝缘的运行方式就是减小接地电流，并能够加快或自动熄灭电弧，使得配电线路能够安全工作。

3 雷击过电压的计算

在进行雷击过电压的计算时，10 kV配电线路主要包括以下三种：

1）雷直击导线时的过电压。

2）雷击导线附近大地的感应雷过电压。

3）雷直击杆塔时的反击过电压。

3.1 直击雷过电压的计算

1）雷击杆塔时，被击塔顶的电位为：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i为雷电流;Ldi/dt为暂态分量;Rd为冲击接地电阻）。

2）雷击避雷线中央部分时，被击点的电位为：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb为半档避雷线的电感;a为雷电流陡度）。

3）雷绕击于导线时，导线电位为：UB = IZ/4 （kV） （Z为线路波阻抗）。

3.2 感应雷过电压的计算

1）当雷击点远离线路或杆塔时。

根据线路是否架设避雷线，可分别计算线路上的感应过

电压：

①导线上方无避雷线，感应雷过电压为：Ugd=25Ihd/S（KV）（S为雷击点与线路的垂直距离，m;hd为导线悬挂的平均高度，m;I为雷电流幅值）。

②导线上方有避雷线，感应雷过电压为：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0为避雷线与导线间的几何耦合系数;hd为导线悬挂的平均高度;hb为避雷线悬挂的平均高度）。

2）雷击杆塔或线路时。

当雷击杆塔时，感应过电压计算公式如下。

①无避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（kV）（a为感应过电压系数，kV/m）;

②有避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 结论

本文给出了两个指标来衡量配电线路的防雷性能，也是检验防雷措施的综合指标。然后分析了配电线路防雷水平的几种影响因素，最后计算了几种形式的雷击过电压。

参考文献

[1]郇嘉嘉，曾海涛，黄少先.应用线路避雷器提高10 kV配电线路防雷性能的研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（9）：109-112.

[2]买亮.浅析电网谐振过电压及其抑制[J].中小企业管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，吕永丽，邹洪英.10 kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施[J].高电压技术，2007，33（1）：102-105.endprint

摘 要 本文针对以裸导线为主的10 kV配电线路进行实际运行情况研究，分析了雷电对配电线路的危害。对常规的避雷器、降低接地电阻等防雷措施进行分析，由分析结果提出防雷措施的适用场合。

关键词 10 kV配电线路;防雷;分析

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配电线路能够可靠运行且安全供电，对人员安全和企业正常用电均具有重要意义[1]。因此，为了降低雷电导致的跳闸，需要不断提高10 kV配电线路的防雷水平。配电线路的安全可靠性、稳定运行、跳闸率的降低均与雷击损坏率密切相关[2]。为了增强配电线路的防雷水平，应充分考虑线路的运行方式和重要程度，以及所在区域雷电环境、地形地貌的接地电阻等条件，结合以往的当地防雷操作经验积累，进行技术、经济、可操作性等多方面的比较，经充分比较分析后，确定合理有效、现有条件便于操作的保护措施[3]。

1 配电线路防雷水平性能指标

用来表征配电线路的防雷能力的两个重要指标时防雷水平和跳闸率。当雷击配电线路时，线路的防雷水平是此时绝缘子不发生闪络的最大电流值，当雷击线路产生的电流低于最大电流值时，不会产生闪络，否则必然会导致闪络。雷击的跳闸率是指折算到40个雷雨天气下每100 km的配电线路在一年内由雷击导致的跳闸次数，跳闸率是表征防雷能力的综合指标。

因此，高的防雷水平和低的雷击跳闸率表征配电线路具有良好的防雷能力。在考虑提高线路的防雷能力措施时，雷击的跳闸率是否能够得到降低是衡量防雷措施设计工作的重要指标。

2 雷击跳闸的条件

当雷击配电线路时，线路上的雷击电流值超过最大电流值将导致闪络现象的发生。闪络具有瞬态特性，持续冲击的时间很短，如果仅仅是闪络的出现一般不会导致跳闸事故的发生。能引起配电线路跳闸的原因是由于雷击过电压产生的电弧引起的。一般来说，10 kV配电线路不具备很高的绝缘条件，雷击会不可避免的引起线路对地的闪络，因此配电线路在雷击情况下跳闸必须要满足一下两个条件：第一个是雷击时引起冲击闪络，但是电压超过绝缘子产生的闪络是瞬态的，是微秒级的冲击，在这么短的时间段内，不会引起配电线路的跳闸事故;第二个是闪络转换为工频短路电流电弧，由于电弧持续时间较长，并且相较于闪络冲击更稳定，是导致配电线路跳闸的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配电线路遭遇雷击引起跳闸的决定因素是以下两个：防雷水平和系统中性点运行方式。

1）线路防雷水平。当落雷击打到配电线路时，一般来说，电流只会向连接线路的杆塔进行传播，由于电晕的作用，电流到达杆塔时的幅值已经大大减小，只有在接地电阻较高的时候，电流才会产生大的电压，当电压升高到足够超过绝缘子时才会发生闪络。同时，电流会有一部分传播到临近的杆塔，剩余部分经杆塔传播到地面，普遍使用冲击接地电阻来代替杆塔的接地电阻。

杆塔电压和绝缘子电压的升幅值与冲击接地电阻值是最直接的影响关系，在冲击电流一定的情况下，电压升幅值与接地电阻值为线性关系。因此，接地电阻越大，杆塔的电压升幅越大，作用在绝缘子上的压差也越大，导致闪络现象的产生，甚至在多个绝缘子之间产生相间短路现象，最终导致配电线路的雷击跳闸。

雷击杆塔导致电压过大时，雷电流更直接导致绝缘子电压升幅值过大，当超出允许的最大闪络电压时，不可避免的将产生闪络。

2）系统中性点运行方式。目前，国内的系统中性点运行方式在相关规程中有具体规定，采用绝缘运行方式作为系统中性点的运行方式。因此，当雷击配电线路导致单相对地短路时，短路点往往会引起电弧的产生，电弧的持续存在或者出现频率过高，就容易由电弧产生过电压，对配电线路上低绝缘水平的设备产生危险，并且如果此时，配电线路遭遇频繁雷击引起相间短路，会立即导致配电线路的跳闸。因此，系统中性点采用绝缘的运行方式就是减小接地电流，并能够加快或自动熄灭电弧，使得配电线路能够安全工作。

3 雷击过电压的计算

在进行雷击过电压的计算时，10 kV配电线路主要包括以下三种：

1）雷直击导线时的过电压。

2）雷击导线附近大地的感应雷过电压。

3）雷直击杆塔时的反击过电压。

3.1 直击雷过电压的计算

1）雷击杆塔时，被击塔顶的电位为：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i为雷电流;Ldi/dt为暂态分量;Rd为冲击接地电阻）。

2）雷击避雷线中央部分时，被击点的电位为：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb为半档避雷线的电感;a为雷电流陡度）。

3）雷绕击于导线时，导线电位为：UB = IZ/4 （kV） （Z为线路波阻抗）。

3.2 感应雷过电压的计算

1）当雷击点远离线路或杆塔时。

根据线路是否架设避雷线，可分别计算线路上的感应过

电压：

①导线上方无避雷线，感应雷过电压为：Ugd=25Ihd/S（KV）（S为雷击点与线路的垂直距离，m;hd为导线悬挂的平均高度，m;I为雷电流幅值）。

②导线上方有避雷线，感应雷过电压为：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0为避雷线与导线间的几何耦合系数;hd为导线悬挂的平均高度;hb为避雷线悬挂的平均高度）。

2）雷击杆塔或线路时。

当雷击杆塔时，感应过电压计算公式如下。

①无避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（kV）（a为感应过电压系数，kV/m）;

②有避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 结论

本文给出了两个指标来衡量配电线路的防雷性能，也是检验防雷措施的综合指标。然后分析了配电线路防雷水平的几种影响因素，最后计算了几种形式的雷击过电压。

参考文献

[1]郇嘉嘉，曾海涛，黄少先.应用线路避雷器提高10 kV配电线路防雷性能的研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（9）：109-112.

[2]买亮.浅析电网谐振过电压及其抑制[J].中小企业管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，吕永丽，邹洪英.10 kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施[J].高电压技术，2007，33（1）：102-105.endprint

摘 要 本文针对以裸导线为主的10 kV配电线路进行实际运行情况研究，分析了雷电对配电线路的危害。对常规的避雷器、降低接地电阻等防雷措施进行分析，由分析结果提出防雷措施的适用场合。

关键词 10 kV配电线路;防雷;分析

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0106-01

10 kV配电线路能够可靠运行且安全供电，对人员安全和企业正常用电均具有重要意义[1]。因此，为了降低雷电导致的跳闸，需要不断提高10 kV配电线路的防雷水平。配电线路的安全可靠性、稳定运行、跳闸率的降低均与雷击损坏率密切相关[2]。为了增强配电线路的防雷水平，应充分考虑线路的运行方式和重要程度，以及所在区域雷电环境、地形地貌的接地电阻等条件，结合以往的当地防雷操作经验积累，进行技术、经济、可操作性等多方面的比较，经充分比较分析后，确定合理有效、现有条件便于操作的保护措施[3]。

1 配电线路防雷水平性能指标

用来表征配电线路的防雷能力的两个重要指标时防雷水平和跳闸率。当雷击配电线路时，线路的防雷水平是此时绝缘子不发生闪络的最大电流值，当雷击线路产生的电流低于最大电流值时，不会产生闪络，否则必然会导致闪络。雷击的跳闸率是指折算到40个雷雨天气下每100 km的配电线路在一年内由雷击导致的跳闸次数，跳闸率是表征防雷能力的综合指标。

因此，高的防雷水平和低的雷击跳闸率表征配电线路具有良好的防雷能力。在考虑提高线路的防雷能力措施时，雷击的跳闸率是否能够得到降低是衡量防雷措施设计工作的重要指标。

2 雷击跳闸的条件

当雷击配电线路时，线路上的雷击电流值超过最大电流值将导致闪络现象的发生。闪络具有瞬态特性，持续冲击的时间很短，如果仅仅是闪络的出现一般不会导致跳闸事故的发生。能引起配电线路跳闸的原因是由于雷击过电压产生的电弧引起的。一般来说，10 kV配电线路不具备很高的绝缘条件，雷击会不可避免的引起线路对地的闪络，因此配电线路在雷击情况下跳闸必须要满足一下两个条件：第一个是雷击时引起冲击闪络，但是电压超过绝缘子产生的闪络是瞬态的，是微秒级的冲击，在这么短的时间段内，不会引起配电线路的跳闸事故;第二个是闪络转换为工频短路电流电弧，由于电弧持续时间较长，并且相较于闪络冲击更稳定，是导致配电线路跳闸的主要原因。因此，由以上分析，10 kV配电线路遭遇雷击引起跳闸的决定因素是以下两个：防雷水平和系统中性点运行方式。

1）线路防雷水平。当落雷击打到配电线路时，一般来说，电流只会向连接线路的杆塔进行传播，由于电晕的作用，电流到达杆塔时的幅值已经大大减小，只有在接地电阻较高的时候，电流才会产生大的电压，当电压升高到足够超过绝缘子时才会发生闪络。同时，电流会有一部分传播到临近的杆塔，剩余部分经杆塔传播到地面，普遍使用冲击接地电阻来代替杆塔的接地电阻。

杆塔电压和绝缘子电压的升幅值与冲击接地电阻值是最直接的影响关系，在冲击电流一定的情况下，电压升幅值与接地电阻值为线性关系。因此，接地电阻越大，杆塔的电压升幅越大，作用在绝缘子上的压差也越大，导致闪络现象的产生，甚至在多个绝缘子之间产生相间短路现象，最终导致配电线路的雷击跳闸。

雷击杆塔导致电压过大时，雷电流更直接导致绝缘子电压升幅值过大，当超出允许的最大闪络电压时，不可避免的将产生闪络。

2）系统中性点运行方式。目前，国内的系统中性点运行方式在相关规程中有具体规定，采用绝缘运行方式作为系统中性点的运行方式。因此，当雷击配电线路导致单相对地短路时，短路点往往会引起电弧的产生，电弧的持续存在或者出现频率过高，就容易由电弧产生过电压，对配电线路上低绝缘水平的设备产生危险，并且如果此时，配电线路遭遇频繁雷击引起相间短路，会立即导致配电线路的跳闸。因此，系统中性点采用绝缘的运行方式就是减小接地电流，并能够加快或自动熄灭电弧，使得配电线路能够安全工作。

3 雷击过电压的计算

在进行雷击过电压的计算时，10 kV配电线路主要包括以下三种：

1）雷直击导线时的过电压。

2）雷击导线附近大地的感应雷过电压。

3）雷直击杆塔时的反击过电压。

3.1 直击雷过电压的计算

1）雷击杆塔时，被击塔顶的电位为：Ut = iRd+Ldi/dt （kV） （i为雷电流;Ldi/dt为暂态分量;Rd为冲击接地电阻）。

2）雷击避雷线中央部分时，被击点的电位为：UB = Lb/2+di/dt=a Lb/2 （kV） （Lb为半档避雷线的电感;a为雷电流陡度）。

3）雷绕击于导线时，导线电位为：UB = IZ/4 （kV） （Z为线路波阻抗）。

3.2 感应雷过电压的计算

1）当雷击点远离线路或杆塔时。

根据线路是否架设避雷线，可分别计算线路上的感应过

电压：

①导线上方无避雷线，感应雷过电压为：Ugd=25Ihd/S（KV）（S为雷击点与线路的垂直距离，m;hd为导线悬挂的平均高度，m;I为雷电流幅值）。

②导线上方有避雷线，感应雷过电压为：Ugd= Ugd （1-k0 hb/hd）（kV）（k0为避雷线与导线间的几何耦合系数;hd为导线悬挂的平均高度;hb为避雷线悬挂的平均高度）。

2）雷击杆塔或线路时。

当雷击杆塔时，感应过电压计算公式如下。

①无避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（kV）（a为感应过电压系数，kV/m）;

②有避雷线的线路计算公式为Ugd= a hd（1-k0 hb/hd） （kV）。

4 结论

本文给出了两个指标来衡量配电线路的防雷性能，也是检验防雷措施的综合指标。然后分析了配电线路防雷水平的几种影响因素，最后计算了几种形式的雷击过电压。

参考文献

[1]郇嘉嘉，曾海涛，黄少先.应用线路避雷器提高10 kV配电线路防雷性能的研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（9）：109-112.

[2]买亮.浅析电网谐振过电压及其抑制[J].中小企业管理，2009（1）：225-226.

[3]王茂成，吕永丽，邹洪英.10 kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施[J].高电压技术，2007，33（1）：102-105.endprint