李揚(yáng)

（江蘇省政協(xié)，江蘇 南京 210024）

1 雷電感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)配電線(xiàn)路產(chǎn)生的影響

1.1 避雷器的影響

在線(xiàn)路中，避雷器的作用就是保護(hù)線(xiàn)路不受雷電沖擊，確保一旦發(fā)生雷擊，如果產(chǎn)生的電流超過(guò)配電線(xiàn)路范圍，避雷器就會(huì)啟動(dòng)發(fā)揮作用。其工作的原理是分流電流，將電流分流釋放到大地中，進(jìn)一步限制絕緣子部分的電壓，確保配電線(xiàn)路安全進(jìn)行，盡可能降低雷電傷害。

避雷器所具有的承載能力一定，過(guò)大的雷電感應(yīng)電壓會(huì)影響避雷器的承載能力。在其使用的過(guò)程中，一旦遇到更大的電流，避雷器因?yàn)槌休d能力有限就會(huì)發(fā)生損壞，導(dǎo)致避雷器功能出現(xiàn)故障。不僅如此，在日常工作中，如果不注意避雷器的養(yǎng)護(hù)，一旦發(fā)生了腐蝕，就會(huì)導(dǎo)致電流不能順利分流釋放到大地中去，繼而嚴(yán)重影響避雷器功能的發(fā)揮。

1.2 絕緣子的影響

眾所周知，外界電壓會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)繼而會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生影響。絕緣子可以隔離外界電壓和電流之間的作用，進(jìn)一步保證配電線(xiàn)路的安全，如果一旦遇到雷擊，絕緣子會(huì)因?yàn)樗矔r(shí)電流過(guò)大出現(xiàn)閃絡(luò)的現(xiàn)象，對(duì)其功能破壞力較強(qiáng)。特別是在南方夏季的雷雨季節(jié)，因?yàn)榇藭r(shí)出現(xiàn)雷雨天氣的頻率較大，頻繁的雷電以較大頻率沖擊絕緣子，造成感應(yīng)電壓驟增，配電線(xiàn)路自身所能承受的電流也會(huì)有所增加，最終就會(huì)造成絕緣子兩端電壓的承載能力不足。不僅如此，某些外界的實(shí)際情況也會(huì)影響絕緣子功能的發(fā)揮，最終造成配電線(xiàn)路存在安全隱患。

2 地線(xiàn)對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的限制效果

（1）接地電阻的影響。配電線(xiàn)路中采用自然接地的方式進(jìn)行地線(xiàn)的架設(shè)，接地電阻相對(duì)較高，如果接地電阻和大地產(chǎn)生的電阻相互加和，那么就會(huì)產(chǎn)生更大的電阻。此時(shí)，一定程度的控制電桿電阻可以有效的限制雷電感應(yīng)過(guò)電壓。在配電線(xiàn)路工作的過(guò)程中，雷擊的瞬時(shí)作用會(huì)導(dǎo)致較大的雷電感應(yīng)過(guò)電壓，其最大值通常處于配電線(xiàn)路中間區(qū)域，雷電感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)在該區(qū)域隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生起伏性的變化，地線(xiàn)的存在也會(huì)限制感應(yīng)過(guò)電壓的產(chǎn)生，電桿因?yàn)槭艿诫娮璧挠绊懀挂呀?jīng)架設(shè)的配電線(xiàn)路也出現(xiàn)一定的感應(yīng)過(guò)電壓，造成導(dǎo)線(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)電阻大小和電壓的幅值不成正相關(guān)關(guān)系，但和絕緣子是成反相關(guān)關(guān)系的。絕緣子所承受的電壓幅值會(huì)隨著接地電阻的增加而減小，這樣就可保護(hù)架設(shè)的地線(xiàn)所產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓，繼而控制電桿電阻，實(shí)現(xiàn)限制感應(yīng)過(guò)電壓的目的。

通過(guò)相關(guān)計(jì)算和研究得出以下結(jié)論：不管有沒(méi)有地線(xiàn)的存在，所有線(xiàn)路中感應(yīng)過(guò)電壓的最大值都不會(huì)超過(guò)線(xiàn)路的中間區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，隨著時(shí)間的延續(xù)，電壓會(huì)發(fā)生一定的變化，地線(xiàn)會(huì)對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓進(jìn)行限制，對(duì)比有地線(xiàn)的情況，無(wú)線(xiàn)路所有導(dǎo)線(xiàn)中的感應(yīng)過(guò)電壓相對(duì)較高。更為重要的就是絕緣子承受過(guò)鍛壓對(duì)比。在無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路中，因?yàn)椴淮嬖诘鼐€(xiàn)，感應(yīng)電流不能向大地釋放，這就導(dǎo)致電桿和大地電位狀態(tài)一致，絕緣子產(chǎn)生的電壓就是導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電壓。在有地線(xiàn)線(xiàn)路中，如果忽略地線(xiàn)同絕緣子的壓降，絕緣子所能承受的電壓就是導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)之間的電位差，這時(shí)需要對(duì)比有地線(xiàn)和無(wú)地線(xiàn)的電壓幅值，結(jié)果顯示，無(wú)地線(xiàn)的絕緣子存在更高的感應(yīng)過(guò)電壓。經(jīng)分析感應(yīng)過(guò)電壓幅值、絕緣子所能承受的最高電壓幅值以及導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地最高感應(yīng)過(guò)電壓幅值之間的關(guān)系可知，導(dǎo)線(xiàn)不管是和接地電阻還是和最高感應(yīng)過(guò)電壓之間都是正相關(guān)的關(guān)系，導(dǎo)線(xiàn)隨最高感應(yīng)過(guò)電壓和接地電阻的變化而變化，相反的，絕緣子和接地電阻和最高感應(yīng)過(guò)電壓成反相關(guān)關(guān)系，絕緣子所能承受的最高過(guò)電壓幅值隨著接地電阻的變大逐漸減小之所以會(huì)出現(xiàn)這類(lèi)現(xiàn)象，是因?yàn)榈鼐€(xiàn)的感應(yīng)過(guò)電壓與導(dǎo)線(xiàn)的感應(yīng)過(guò)電壓相同，均和接地電阻成正相關(guān)變化，對(duì)比來(lái)說(shuō)，接地線(xiàn)的變化要比導(dǎo)線(xiàn)的變化更為明顯。應(yīng)用地線(xiàn)防護(hù)感應(yīng)過(guò)電壓的過(guò)程中，不需要對(duì)電桿進(jìn)行降阻處理，直接就可實(shí)現(xiàn)。

（2）地線(xiàn)安裝位置的影響。如若探討這一現(xiàn)象的具體影響因素，必須要對(duì)地線(xiàn)的架設(shè)高度進(jìn)行不同選型的定制，進(jìn)一步計(jì)算線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓，進(jìn)而得出導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)架設(shè)高度以及絕緣子最高過(guò)電壓之間存在的關(guān)系，經(jīng)分析可知，導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)架設(shè)高速以及絕緣子的最高感應(yīng)過(guò)電壓之間的變化基本同時(shí)進(jìn)行，變化關(guān)系具體是：導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)之間的距離越近，變化幅度越小。另外，地線(xiàn)如果和導(dǎo)線(xiàn)距離相等，地線(xiàn)架設(shè)的位置對(duì)感應(yīng)電壓的影響也是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，地線(xiàn)架設(shè)在導(dǎo)線(xiàn)的上方要比架設(shè)在導(dǎo)線(xiàn)的下方效果更好。所以，通過(guò)地線(xiàn)的架設(shè)進(jìn)行感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)時(shí)，通常將地線(xiàn)架設(shè)在導(dǎo)線(xiàn)的上方。以滿(mǎn)足線(xiàn)間距為基礎(chǔ)，盡可能拉近導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)之間的距離。

3 地線(xiàn)對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率的降低效果

最能對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的耐受性能進(jìn)行體現(xiàn)的直觀(guān)性指標(biāo)Wie感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率。地線(xiàn)對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率具有降低的效果，為了研究這種效果，現(xiàn)分別計(jì)算有地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率以及無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率，并進(jìn)行了對(duì)比。在計(jì)算的過(guò)程中，會(huì)應(yīng)用到的具體參數(shù)為：（1）地閃密度取為2.77次 /（km2·a）。（2）就國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，10kV架空配電線(xiàn)路的絕緣配置不盡相同，絕緣子的雷電沖擊閃絡(luò)電壓范圍處于100～150kV。為了盡可能多地涵蓋所有情況，閃絡(luò)判斷電壓分別為100kV和150kV，然后計(jì)算并討論了線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率。（3）影響雷電傳輸線(xiàn)大地瞬態(tài)阻抗以及瞬變電磁場(chǎng)的主要參數(shù)即為大地電阻率，這些參數(shù)也會(huì)對(duì)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率產(chǎn)生影響。所以，分別在大地電阻值為50、100、200、500、1000、1500Ω·m時(shí)，計(jì)算了感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率。（4）線(xiàn)路參數(shù)。通過(guò)相關(guān)研究，電桿的接地方式為自然接地，接地電阻的電阻率可通過(guò)計(jì)算得出，結(jié)果如表1所示。

表1 各電桿在不同大地電阻率下的自然接地電阻

如果絕緣子的閃絡(luò)電壓為100kV，大地電阻率不同，有地線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率以及無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率隨著電阻的增大所出現(xiàn)的變化如表2所示。通過(guò)對(duì)表2進(jìn)行分析可得出，不管是有地線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率，還是無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率，都隨著大地電阻率的增加而上升，出現(xiàn)這種情況的原因是，傳輸線(xiàn)大地瞬態(tài)抗阻以及雷電瞬變電磁場(chǎng)會(huì)隨著大地電阻率的增加而發(fā)生變化，最終導(dǎo)致線(xiàn)路感應(yīng)過(guò)電壓水平提高。即使感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率隨著大地電阻的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路和有地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率的比值有所降低。具體原因是電桿接地電阻隨著大地電阻率的增加而增大，進(jìn)一步降低了有地線(xiàn)路絕緣子所能承受的過(guò)電壓。

表2 不同大地電阻率下在100kV的絕緣閃絡(luò)電壓下線(xiàn)路感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率

如果絕緣子的閃絡(luò)電壓為150kV，大地接地電阻率不同，無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓和有地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率的計(jì)算結(jié)果如表3所示。如果絕緣子的閃絡(luò)電壓有所增加，那么線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率就會(huì)發(fā)生明顯的下降趨勢(shì)。

表3 不同電阻率下150kV絕緣閃絡(luò)電壓下線(xiàn)路感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率

通過(guò)對(duì)表3進(jìn)行觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，如果絕緣子的電壓為150kV時(shí)，有地線(xiàn)路和無(wú)地線(xiàn)線(xiàn)路的感應(yīng)過(guò)電壓的閃絡(luò)率都有明顯的下降趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雷電感應(yīng)過(guò)電壓很容易導(dǎo)致配電線(xiàn)路出現(xiàn)故障，為了降低雷電感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)配電線(xiàn)路造成的影響，可通過(guò)架設(shè)地線(xiàn)的方式來(lái)進(jìn)行解決。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，架設(shè)地線(xiàn)可使感應(yīng)過(guò)電壓閃絡(luò)率下降72.3%～84.2%，有效保證了配電線(xiàn)路安全，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。