感應過電壓的幅值Ug與雷電主放電電流的幅值I成正比,與雷擊地面點至導線間距離S成反比,感應過電壓的大小也與導線距地面的高度有關(guān)。導線距地面越近,感應過電壓值越小,這是因為導線對地電容與其距離成反比,距離大,電容小。
感應雷過電壓的幅值可達300~400kV,足以使60~80cm空氣間隙擊穿,或使3個X-4.5型懸式絕緣子閃絡。目前根據(jù)標準制造的10kV架空絕緣導線,在一般情況下其沖擊電壓耐受水平為93.8kV,故雷擊過電壓對35kV及以下線路都會引起閃絡。
當雷電發(fā)生,架空絕緣導線有雷電過電壓閃絡,瞬間電弧電流很大,但時間短,會把絕緣導線的絕緣層擊穿而暫時不會斷導線;但是在兩相或三相之間的閃絡形成金屬性短路通道,就會引起數(shù)千安培工頻續(xù)流,電弧瞬間能量驟增,由于絕緣層對電弧形成屏障,使電弧移動緩慢,工頻電弧集中在絕緣層的破壞點,使絕緣導線的電弧部分被固定,產(chǎn)生高溫,繼而燒斷絕緣導線。所以從表1中看到,雷擊后兩相或三相導線同時燒斷的事故也時有發(fā)生。而從前使用裸導線,反而沒有頻繁出現(xiàn)雷電擊斷導線,是因為發(fā)生由雷電引起的過電壓閃絡,產(chǎn)生工頻續(xù)流時,電弧在電磁力的作用下,沿著裸導線移動,不致于集中在導線固定部位造成斷線。
2架空絕緣導線的防雷措施
做好對10kV架空絕緣線路的防雷措施,是做好運行維護工作的重要保障,廣州荔灣供電局對架空絕緣線路的防雷采取的措施如下。
2.1安裝接地避雷線
由于架空絕緣導線具有種種不可替代的優(yōu)點,不可能因為易遭雷擊斷線而不再使用架空絕緣導線。上文曾提到10kV架空線福沙F15與福沙F2的地理條件、供電區(qū)域都大致相同,福沙F15附近還有河道,本來受雷害比福沙F2要多,但實際的事故統(tǒng)計次數(shù)卻并非如此。原因是福沙F15靠近河道和跨農(nóng)田的架空線,都安裝了接地避雷線,進行屏蔽,避雷線將雷云對地放電,引向自身并泄放到大地,防止線路免遭直接雷擊。此外,一旦線路遭受雷電繞擊時,避雷線還會起分流耦合和屏蔽作用,使線路所受的沖擊波降低。避雷線可使電力線路上的雷電流減少近一半,同時它的屏蔽效應,還可以降低電力線路上的雷電感應電壓,減少架空線路和設備受損幾率。事實證明,在重要配電線路絕緣水平較低的情況下,雖然架空避雷線容易受雷擊而造成反擊閃絡,并不能完全消除工頻續(xù)流燒斷架空絕緣導線的現(xiàn)象,但是安裝架空避雷線,還是可以防止直擊雷與感應雷過電壓對絕緣導線的破壞。2006年3月在桃園F7與桃園F19的同桿架設線路上安裝避雷線,至2006年11月,沒有發(fā)生雷擊破壞電氣設備事故。
2.2安裝避雷器
對10kV架空饋電線,荔灣供電局大多在柱上SF6斷路器兩側(cè),配電變壓器一次側(cè)安裝避雷器,在架空絕緣線路上安裝避雷器防護雷擊過電壓,是當今各地普遍采用的方法。避雷器是一種限制由輸配電線路傳來的雷電過電壓,或由操作引起的內(nèi)部過電壓的電氣設備。實質(zhì)上它是一種放電器,并聯(lián)在被保護設備附近線路上。當電壓超過避雷器的啟動電壓時,避雷器立即放電,限制了過電壓,從而保護了其它電氣設備免遭損傷。其作用可以吸收雷電放電能量和限制感應過電壓?,F(xiàn)多采用復合外套避雷器,該類型避雷器的雷電沖擊殘壓可達50kV,大電流沖擊耐受可達40kA。一般10kV線路遭受直擊雷的雷電流超過20kA。從日本九州電力公司提供有關(guān)數(shù)據(jù)可知,要消除雷擊事故,必須每基桿均安裝避雷器,當避雷器密度增加,感應過電壓也同時降低。
該方法可以限制過電壓,吸收過電壓能量,以檔距50m計算,每基桿安裝三相避雷器的話,每km投資約1.8萬元,但是由于避雷器本身的設計局限和一定壽命,而且受到避雷器的質(zhì)量決定,安裝避雷器后不可能一勞永逸,還要投入一定的維護費用,一旦更換或安裝時,受影響的停電范圍,涉及整條或大部分的架空線路,所以,目前沒有采取在10kV架空線全部安裝避雷器的方法,防止雷擊斷線的措施。
2.3過電壓保護器
由于避雷線和避雷器的推廣使用各有其限制性,從2005年底開始,嘗試架空絕緣導線采用線路過電壓保護器。首先選取了有代表性的10kV沖口F18淡養(yǎng)支架空線路作試點,該線路分別在線路首、末端、跨河道兩端各安裝一組保護器,空曠地區(qū)每隔3基桿安裝一組,共安裝過電壓保護器9組,其中的4組安裝了動作計數(shù)器,當過電壓保護器發(fā)生放電時會自動記數(shù)。安裝過電壓保護器后,2006年的夏季在汛期,臺風接二連三地發(fā)生,但沒有出現(xiàn)雷擊斷線或破壞電氣設備事故,其中一臺動作記數(shù)器記錄過一次放電。
保護器由限流元件、串聯(lián)不銹鋼引流環(huán)和該環(huán)與絕緣導線間的間隙組成。一般情況下,保護器利用串聯(lián)間隙釋放雷電過電壓,利用限流元件切斷工頻續(xù)流。在一般地區(qū)可以在每隔3~5基桿安裝一組。
現(xiàn)階段的過電壓保護器,只處于試用性質(zhì),從運行數(shù)據(jù)看來,安裝過電壓保護器對防止雷電過電壓,對架空絕緣導線的保護效果較為明顯。