于尚友+高巍

摘 要 根據(jù)本溪市明山區(qū)高臺(tái)子鎮(zhèn)塔峪村五隊(duì)溝里5農(nóng)戶家時(shí)有發(fā)生用電設(shè)備遭到雷電損壞的事實(shí)，本文計(jì)算了與農(nóng)宅連接的低壓架空輸電線路設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，計(jì)算表明農(nóng)村低壓架空輸電線路過長且沒有防雷措施，即增加了農(nóng)戶用電設(shè)備雷擊次數(shù)又加重了災(zāi)情；同時(shí)從雷擊通道感應(yīng)低壓架空輸電線路的機(jī)理進(jìn)行了定性定量分析，可知農(nóng)村低壓輸電線路上的雷電感應(yīng)過電壓是造成農(nóng)戶用電設(shè)備損壞的主要原因；并提出了防御對(duì)策和措施。

關(guān)鍵詞 輸電線路；雷電過電壓；用電設(shè)備；防御對(duì)策

中圖分類號(hào)TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）161-0192-02

本溪市明山區(qū)高臺(tái)子鎮(zhèn)塔峪村五隊(duì)是坐落在距本溪市內(nèi)20km左右的一條東低西高三面依山的山溝中，山坡主要生長著有油松、落葉松和柞樹等樹木，溝里溝外地表土為黃沙泥土質(zhì)，地下藏有鐵礦石，為云地間放電提供了有利條件。溝內(nèi)住有5農(nóng)戶，多年來，時(shí)有發(fā)生農(nóng)用生產(chǎn)設(shè)備、照明線路、家用電器、用電插座等遭到雷電不同程度的破壞和一遇強(qiáng)雷暴天氣時(shí)即使拔掉用電設(shè)備，插座也時(shí)時(shí)出現(xiàn)噼里啪啦的電火花現(xiàn)象。據(jù)姓史農(nóng)戶反映，在2012年7月份的一次雷暴天氣中，因廚房鼓風(fēng)機(jī)的地上移動(dòng)插座打火花損壞，點(diǎn)燃堆放其邊的紙削，好在家中有人及時(shí)撲滅。從這些災(zāi)情的現(xiàn)象看，是因雷電在輸電線路上產(chǎn)生高電壓影響所致。這些雷電災(zāi)害現(xiàn)在城市的樓房里是很少見的，為什么在邊遠(yuǎn)的農(nóng)村住宅里卻時(shí)有發(fā)生呢？基于此因，本文根據(jù)本溪農(nóng)村電網(wǎng)輸配電線路防雷現(xiàn)狀，對(duì)農(nóng)村低壓架空輸配電線路雷電致災(zāi)機(jī)理和途徑進(jìn)行分析，從中找出致災(zāi)主要影響因素，并提出防御對(duì)策和措施，這對(duì)完善農(nóng)村電網(wǎng)防雷建設(shè)，消除“盲區(qū)”安全隱患，提高農(nóng)村居民生活質(zhì)量、生產(chǎn)能力等都大有裨益，同時(shí)，也為供電主管部門和防雷業(yè)內(nèi)人士及農(nóng)村居民提供防雷參考。

1 本溪地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)防雷情況

根據(jù)本溪市發(fā)改委和本溪市供電公司提供的本溪農(nóng)網(wǎng)工程改造現(xiàn)狀資料，在“十二五”期間，用于農(nóng)網(wǎng)改造9.7億元。由于本溪地理環(huán)境是“八山一水一分田”的自然地貌，表現(xiàn)出明顯山區(qū)特色，受自然環(huán)境的影響和制約，農(nóng)村居民都是以分組單元方式分布在溝溝岔岔居住，增加了電網(wǎng)改造和防雷設(shè)施建設(shè)的難度；在防雷方面，10kV以上的中高壓輸配電線路都有較好的防雷措施，線路直擊雷防護(hù)采用避雷線，在各級(jí)變電所（或變壓器）的輸入和輸出端都裝設(shè)了跌落式熔斷器和避雷器，提高了電網(wǎng)供電可靠性。但380V/220V低壓輸配電線路至終端用電戶卻沒有防雷措施。這是否是造成邊遠(yuǎn)的農(nóng)村居民（如塔峪村5農(nóng)戶）用電設(shè)備遭到雷電損壞，甚至釀成火災(zāi)的主要影響原因呢？這里，我們從低壓架空輸電線路雷電過電壓產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行解析。

2 低壓線路雷電致災(zāi)途徑及機(jī)理分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，常遭受雷電損傷的農(nóng)戶都是低壓架空輸電線路較遠(yuǎn)的住戶，例如，塔峪村五隊(duì)，溝里居住5戶，照明用電距供電源遠(yuǎn)的可達(dá)0.7km左右，近的也在0.5km左右，平時(shí)電壓偏低，但家用電器都曾遭到雷電的損壞或是只要電閃雷鳴，用電插座時(shí)常打火花，而離變壓器較近的農(nóng)戶（溝外戶）較少有這些現(xiàn)象，這表明，輸電線路長遭到雷電影響和侵害的機(jī)率就要高，那么，為什么輸電線路長易受雷害呢？雷電是如何通過低壓線路干擾和損害用電終端住戶的呢？下面從定性和定量的方法進(jìn)行分析。

2.1 供電源至入戶線路長增大了雷擊次數(shù)

為了說明問題，這里我們可以根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（N2）的計(jì)算方法來進(jìn)行分析[ 1 ]。

計(jì)算式為：N2=Ng×Ae=（0.1×Td）×（Ae1+Ae2）（次/a）（1）

Ae1=2000×L×10-6 （km2） （2）

其中：Td為本地的年平均雷暴日數(shù)（本溪地區(qū)年平均雷暴日數(shù)Td=33.5d/a），Ae1為低壓架空電源線入戶設(shè)施的接收面積（km2），L是低壓架空電源線至入戶設(shè)施的距離（m）。由公式（1）、（2）可知，當(dāng)不考慮Ae2的影響，對(duì)于同一地區(qū)N2的大小取決于Ae1，而Ae1的大小又取決于L。如塔峪村五隊(duì)，溝里居住5戶，L取700m，溝外住戶L取100m，其計(jì)算結(jié)果是：溝里居住的5農(nóng)戶家入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N2=4.7次/a，溝外住戶入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N2=0.67次/a，溝里居住的5戶入戶設(shè)施預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)是溝外住戶的7倍以上，因此，低壓架空輸電線路過長易受雷擊，在沒有防雷措施的情況下，農(nóng)戶用電設(shè)備遭到雷電損傷的次數(shù)就越多。

2.2 低壓架空輸電線路雷電感應(yīng)過電壓及強(qiáng)度

根據(jù)塔峪村五隊(duì)周圍地理環(huán)境分析，線路遭到直擊雷襲擊的可能性很?。ㄒ蚣芸站€路低于周邊的樹木），大多數(shù)是由感應(yīng)雷致架空輸電線路上產(chǎn)生很高的過電壓。感應(yīng)雷使低壓線路產(chǎn)生過電壓和過電流主要有2種形式，一是雷云內(nèi)、雷云間和雷云對(duì)地放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖磁場交鏈于有導(dǎo)線，桿塔和大地構(gòu)成的回路，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓；二是雷云與低壓線路、雷擊通道與低壓線路靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓。在線路上的雷電感應(yīng)過電壓中，靜電感應(yīng)分量起主要作用[2，3]，電磁感應(yīng)分量約為靜電感應(yīng)的1/5[4，5]。因此，這里僅分析雷擊通道與低壓線路靜電感應(yīng)過電壓的分量。

2.2.1 雷擊通道與架空線路導(dǎo)線的靜電感應(yīng)機(jī)理

現(xiàn)以最常見的負(fù)地閃放電過程來說明架空線路上感應(yīng)電荷和過電壓的產(chǎn)生機(jī)理。當(dāng)雷雨云發(fā)展一定階段時(shí)，雷雨云底部出現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)荷電中心并與對(duì)應(yīng)的地面物（樹木、房屋、導(dǎo)線等）形成垂直向上的強(qiáng)電場，當(dāng)云地間的電場發(fā)展極強(qiáng)時(shí)，在雷云底部和地面突出物上出現(xiàn)下行先導(dǎo)和上行先導(dǎo)。雷云底部的下行先導(dǎo)每向地面伸展時(shí)，都向先導(dǎo)通道內(nèi)攜帶了大量負(fù)電荷，這些大量的負(fù)電荷將在最靠近其前端的一段架空導(dǎo)線上感應(yīng)出正電荷，在回?fù)羯形窗l(fā)生時(shí)，導(dǎo)線上的大量正電荷將受到先導(dǎo)通電中的負(fù)電荷的束縛，不能自由運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)線上的負(fù)電荷則被排斥向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)線路的泄漏電導(dǎo)和電網(wǎng)的中性點(diǎn)進(jìn)入大地。當(dāng)下行先導(dǎo)到達(dá)近地面（擊距）時(shí)，回?fù)簦ㄔ频胤烹姡┌l(fā)生，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷被迅速中和，這時(shí)，導(dǎo)線上的正電荷失去了束縛瞬時(shí)向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，故形成了過電壓波。由于回?fù)舴烹姷乃俣群芸?，?dǎo)線上的正電荷被釋放的時(shí)間也很短，所以，導(dǎo)線上的過電壓波幅值很高，這對(duì)線路上的電氣設(shè)備破壞性是極強(qiáng)的。

2.2.2 低壓架空輸電線路雷電感應(yīng)過電壓的強(qiáng)度

式中，U0-導(dǎo)線雷電感應(yīng)過電壓幅值（kv）；k-系數(shù)，當(dāng)s﹥65m時(shí)，一般取值為25Ω；Im-雷電流幅值（kA）；s-雷擊點(diǎn)到導(dǎo)線懸掛處的水平距離（m）；hd-導(dǎo)線對(duì)地的懸掛高度（m）。（1）式在工程上適于s﹥65m時(shí)的估算。（2）式可用在雷擊大地，且無上行先導(dǎo)發(fā)生的情況下，當(dāng)s﹤65m時(shí)雷電感應(yīng)過電壓的計(jì)算式。在（1）式中，若取雷電流幅值Im=50kA，s=100m，hd=10m，則有U0=125kV；在（2）式中，若取雷電流幅值Im=50kA，s=60m，則有U0=207kV。在輸電線路上產(chǎn)生這么強(qiáng)的雷電感應(yīng)過電壓即使通過了前邊端桿的絕緣子閃絡(luò)放電的衰減，但侵入到末端的農(nóng)戶家里時(shí)也是極高的。我們知道，空氣的擊穿臨界場強(qiáng)是500kV/m（5kV/cm），電器插座、家電設(shè)備及電子設(shè)備的耐沖擊電壓分別為4kV、2.5kV和1.5kV，由此可見，線路上的雷電感應(yīng)過電壓完全可以擊穿插座孔間的空氣進(jìn)行高壓放電，并出現(xiàn)噼里啪啦的電火花，也可擊毀絕緣不好的用電插座、以及與其相連的用電設(shè)備和家電。

3 防御對(duì)策和措施

由上述分析可知，農(nóng)戶家入戶設(shè)施的架空線路年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)達(dá)4.7次/a，由于低壓輸電線路長且又沒有防雷措施，使雷電過電壓波在線路上“暢通無阻”，這樣，會(huì)造成農(nóng)戶用電設(shè)備損傷次數(shù)也要達(dá)4.7次/a。因此，對(duì)農(nóng)村低壓輸配電線路頻遭受雷擊并致農(nóng)戶財(cái)產(chǎn)損失的地域應(yīng)設(shè)有防雷措施和防御對(duì)策。

1）電力主管部門在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中，在考慮主網(wǎng)供電穩(wěn)定和安全的同時(shí)，也要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供的雷電密度分布情況、供電線路距離長短和實(shí)際發(fā)生雷電災(zāi)情頻數(shù)等實(shí)際情況來考慮末端農(nóng)戶用電的防雷安全，不要因沒有相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，就棄之不為。要廣泛調(diào)查，科學(xué)評(píng)估，實(shí)事求是，進(jìn)而采取可行的防雷措施。

2）在防雷措施上，可鑒戒城市樓房入戶前后的防雷做法?？稍谟秒娪?jì)量表前后至入宅的一段線路上采取防雷措施，可將這段線路改為金屬鎧裝電纜架設(shè)（或在環(huán)境允許的條件下最好埋地鋪設(shè)）并將電纜兩端的金屬外皮做接好地處理且符合相關(guān)防雷規(guī)定要求。采用的金屬鎧裝電纜長度應(yīng)大于15m。

3）在用電計(jì)量表前和入宅的交界處安裝符合技術(shù)參數(shù)要求的電涌保護(hù)器（SPD）并做好接地工作，實(shí)現(xiàn)1級(jí)和2級(jí)防雷保護(hù)。

4）雷電災(zāi)害頻發(fā)的類式農(nóng)戶應(yīng)極時(shí)地把情況反映到鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級(jí)政府和電力部門，以為防雷決策和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

5）希望農(nóng)戶對(duì)家中的線路要經(jīng)常檢查，有老化或破損現(xiàn)象要及時(shí)更換；用電插座一定要買質(zhì)量好的產(chǎn)品；插座下面不要堆放易燃易爆物，避免因插座擊壞火花下落釀成火災(zāi)。

6）在沒有防雷措施的情況下，遇有強(qiáng)雷暴天氣時(shí)，最好的辦法是隔斷雷電高電壓波侵入的路徑，這不僅要把所有用電設(shè)備拔離電源，最好從入宅總電源處拉閘斷電（電話線、電視接收天線同時(shí)也要拔掉）。

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