树木对10 kV配电线路防雷性能的影响

郭容

（广东电网有限责任公司东莞常平供电分局，广东 东莞 523560）

10 kV配电线路往往会穿过附近有树木的地区，在配电线路的下方也有可能存在树木，一些树木的高度接近配电线路，有时甚至比配电线路还要高，如果配电线路的附近存在树木，极有可能会对线路的防雷能力产生一定的影响。本文主要通过雷电击距、树木击距和地面击距等来分析和判断雷击发生位置，并且对树木的整体情况进行仿真实验，从而分析线路直击雷和感应雷等情况；同时，还对树木对配电线路防雷能力的影响进行综合分析，相关研究结果能够为10 kV配电线路防雷能力的提升及线路附近植被管理工作提供相应的经验。

1 树木对直击雷和感应雷造成的影响

1.1 树木的雷害原理

当雷电击中树木后，会通过树木表面的纹理及内层树皮传递，以螺旋的形式环绕树干并最终进入地下。假如树木的顶部受到雷击，雷电会通过树干的湿形成层放电，也就是说，树木在受到雷击以后，雷电就会选择开始时的行进方向在树内前行，然后在树木的表面发生闪络，生成的冲击波会对树木本身造成比较严重的损害。雷电的导电路线与树木表面的形态、树木的朝向以及树体的潮湿程度并无过多的联系[1]。

1.2 建立判断雷击位置的模型

导线遭受雷击的范围是以导线为圆心、以击距为半径作出的圆弧，这个弧线的移动线路能够形成空间曲面，我们将这个曲面称为“引雷面”。地面遭受雷击的范围就是与地面平行且高度为击距的平面，这个平面就是地面的引雷面。基于此，我们可以得出以下结论：树木所受雷击的范围大概是以树木最高点为中心、以树木击距作为半径作出的半球面，从而得出树木的引雷面。设定A1A2C、CB2B3和DE分别是树木、导线和地面的引雷面，雷电在下落时最先沿垂直方向到达地面，并且将雷电下落位置与树木和线路之间的距离分别设为L1和L2，树木的高度为ht，而线路的高度为h1，树木的雷击距离为Rt，线路的雷击距离为R1，地面的雷击距离为Rg.对于地面来说，ht与地面雷击距离相同，将雷电以垂直落下的位置和线路、树木的雷击距离面与地面高度进行对比，ht的最大值就是相应的雷击位置。

1.3 雷击故障的参考数据

每一种直击雷都会使线路发生闪络，我们可以对一年中所受雷电直击次数进行定义，将其称为“直击雷闪络次数”，并且可以把它当作描述雷电直击线路影响的参数。与此同时，应该把每个绝缘基杆塔在一年当中所受感应雷过电压闪络次数称为“感应雷闪络次数”，把它作为描述感应雷过电压影响的参数[2]。

图1 雷电的引导道进行简化后的模型

1.4 感应过电压计算

在对树木进行研究的同时，也应该考虑雷电不与地面保持垂直状态，并且将雷电的引导道进行简化，简化后的模型如图1所示。图中，S为导向原始下落位置与线路位置的水平距离，S1为树木与线路当前位置的水平距离，ht为树木的高度，h1为线路的平均高度。在遭遇第一个物体的引雷面后，先导将会形成一定的角度，并且向引雷面内的物体发展，随后在树木遭到雷击过程当中的处理方式也各不相同。若将树木当作金属或者将其作为一种电解质来考虑，存在以下两种情况：即针对不同情况来计算感应过电压和将两种计算结果、方式进行对比，最后将得出的结论应用于防雷能力的大体评估计算环节之中。应用规程法时，感应过电压的计算结果偏差较大，并且将树木作为电解质来考虑时，所得到的感应过电压要比将树木作为金属时小。

2 树木对线路防雷能力的影响分析

当树木高度达到5～40 m时，对指定线路防雷能力的具体影响进行分析，并且把树木的高度分为三类进行计算，主要类别为高度低于线路高度、高度接近线路高度和高度高于线路高度，重点分析树木高度接近线路高度这一类别。树木的高度在10.4 m左右获得的对应值较为准确，这种计算分析形势主要考虑中心为塔杆并且以该线前后和两侧50 m范围内树木对此塔杆线路防雷能力的影响。

2.1 树木位置、高度与直击雷闪络次数的关系

如果把树木的高度设定为0 m，树木的击距系数也为0，那么就可以得出以下结论：当不考虑树木这一因素时，杆塔直击雷闪络次数Na为0.031 8次，通过计算直击雷的闪络频率，其大约为31.8次/100 km。最后得出仿真结果如下：在线路5 m以内，树木使线路发生直击雷闪络的次数明显减少，这说明树木降低直击雷闪络的数量和能力明显降低；当树木的高度与塔杆接近时，其降低直击雷闪络的能力也就变弱；当树木和线路接近且树木高度较高时，线路直击雷闪络次数明显下降，这就得出以下结论，即在相同位置时，树木高度越高，屏蔽直击雷的效果就越好，尤其是在树木高度超过20 m但低于30 m时，树木屏蔽雷击的效果越发明显。

2.2 树木位置、高度与感应雷闪络次数的关系

如果将树木高度设置为0 m，树木的击距数设置为0，在不考虑树木时，其仿真结果如下：5 m以上的树木会使塔杆感应雷闪络次数增加。如果树木高度处于5～12 m之间，当对线路两旁的树木展开测试时发现，如果树木与线路距离较近时，树木的位置对整个线路感应雷闪络次数产生的影响较小，但是在线路两侧的其他位置就可能会出现很多极值，这就证明如果树木处在这些位置，就比线路两侧的位置更容易吸收多次雷击，这样会给整个线路造成巨大威胁。当树木高度为20 m左右时，原本线路两侧出现的平面地区就会消失，这说明树木如果位于线路较近的位置时，产生的影响较大。如果树木高度为30 m或30 m以上，并且树木与塔杆的距离较远，感应雷闪络次数会明显减少，这就说明树木高度越高且与电线的距离越远时，发生感应雷闪络的次数就越少。

3 总结

树木虽然能够使线路的直击雷闪络次数减少，但是也会使线路发生感应雷闪络的次数明显上升，因此，应该合理利用树木的高度及与电线的距离来增强10 kV配电线路的防雷能力，并且在实际工作中也应该有效应用仿真模拟手段来对其进行测试和研究，这样才能够真正实现保护线路的目的。