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浅谈低压配电线路应该如何进行防雷措施

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/6/20 9:21:39   

 关键词:  配电线路 线路


文章标题:浅谈低压配电线路应该如何进行防雷措施
摘要:文中说明雷电过电压会在电气设备的接线端子之间产生电弧特性的现象,又充分考虑了低压配电系统特有的被雷击损坏的机理之后,为了防止雷电过电压在电气设备的端子之间产生火花放电,提出了降低雷电过电压的措施,以及能限制和断开续电流等措施。  
关键词:低压配电线路 雷击 防雷措施

  1.概述
  
  在很广阔的地区范围内,建设了既复杂又庞大的很多电力设备构成的高低电压配电网络。配电网络中有配电设备,又有用电设备,它们是影响电力能量的质量和重要设备。图1为东京电力公司设计的标准设备的简图。
  
  至今,对配电线路的防雷措施主要放在:(1)雷电过电压在某条高压配电线路上发生的雷击事故的影响范围有多广以及其可能性的概率;(2)确定其防雷保护的程度;(3)制定在实际的配电线路上能使用的各种防雷措施。例如:在单相100/200v或者三相200v等的低压配电线路上,要考虑雷电过电压对低压配电设备的烧坏现象,以及对漏电形状产生的误动作等雷害事故。
  
  雷电过电压产生的火花放电不是烧坏低压配电设备的原因,该火花放电导致配电设备的端子间短路,在商用工频电压下,在端子之间流过短路电流(电弧放电),这时的大量电能是烧坏低压配电设备的主要原因。低压配电设备的电弧我与高压电力系统的电弧特性是不一样的,在端子之间有火花放电之后不一定发生续电流电弧,这是低压配电系统特有的性能。
  
  2.低压配电线路发生雷电过电压的频率
  
  在非常广地区的低压配电网络上发生雷电过电压受到该地区的地形、气象条件雷雨日数、雷云的移动路径、雷击电流峰值的颁高低压配电线路的架设密度、和对地雷击密度等的影响。在这些因素中,对在低压配电线路上发生雷电过电压峰值的频率颁发问的清楚统计是重要的。
  
  为了获取研究低压配电线的防雷措施的基础资料,在1981~1987年间的7~10月的雷电多发期,对枥木县等地区的低压配电线路上装了110多台电涌计数器进行460多次雷电过电压的观测,取得了统计数据等详细资料。
  
  根据这项研究的观测结果,计算出低压配电线路上发生的概率值。在研究耐雷设计中,要有图2a所示的最基本的雷电过电压的频率分布曲线(上边的线)。在这项观测中,从2kv以上的雷电过电压中,担心在低压配电设备的端子板或者设备内部会发生火花放电的雷电过电压假定为10kv限值,在超过10kv以上所观测到的累计频率为10%左右,而在5kv以下所观测到的累计频率为70%左右。
  
  还有另一个观测结果,在一个非常狭窄的面积范围内,在同样的低压配电线路上装了电涌计数器进行了187次累计观测。将这两次观测结果的雷电过电压累积频率颁进行比较,它们各自的频率分布双对数曲线都近似于一条直线。但是图2a中的两条直线不是完全一致的。这是因为在电涌计数器上设定的雷电过电压的下限值有区别,例如,在这次观测中,雷电过电压的设定下限值为2kv,而在有的文献中定为1.2kv。
  这次观测结果用任何次的回归式表示
  
  式中pvp---某个雷电过电压限值vp以上的频率,%;
  vp---雷电过电压电平,kv
  k,n---常数值。
  这些观测结果都设定一个统一的下限值时,雷电过电压分布经常是一致的。
  例如:将1kv定为雷电过电压的基准下限值(即1kv以上的雷电过电压的累积频率定为100%),如图2b所示,将两项完全不同的观测结果用一个回归式表示。这时式(1)的常数,k=100,n=1.4。
  3.低压配电线路上发生的雷电过电压的情况
  
  从配电线路上一直彩的防雷措施进行的研究来看,已考虑到在低压配电线路上发生雷电过电压的因素有:1直击雷(直接雷击到低压配电线路上);2感应雷(雷击到低压配电线路附近的地区时,对配电线路感应生成的感应雷);3高压侧的雷电过电压是侵入低压侧的雷电过电压的原因,由于避雷器动作使大地(接地)电位上升,从柱上变压器的高压侧过渡到低压侧的雷电过电压。
  
  实际上,除了在低压配电线路上发生雷电过电压之外,还有雷击电流直接侵入配电线路附近的建筑物上设置的避雷针,使得大地电位上升影响到配电设备的接地系统的场合应考虑这些是产生雷电过电压的合成原因。
  
  3.1从高压侧过渡到低压侧的雷电过电压
  
  压配电线路上发生雷电过电压各种情况进行一般的研究,将高压配电线路上的雷电过电压侵入低压配电线路上发生雷电过电压所产生的各种情况,进行一些试验性的研究。这些研究中,应在实际规模的高压配电线路上施加了雷电脉冲电压。
  由于配电用避雷器的放电使大地电位上升,通过柱上变压器的过渡电压,使低压配电线路上发生雷电过电压。
  
  示,由于雷电过电压侵入到低压配电线路,在有低压配电线路的中性线的架空共用地线的接地点(中间接地),照明线路或电力线路(电压相)与架空共用地线(接地相)之间的线间电压是大的。
  
  3.2感应雷过电压
  
  作为对象,对有关低压配电线路上发生雷电过电压的情况的试验进行研究。为了模拟在近处有雷击时的配电线路和雷电通道(见图4),架设一条按现行配电线的1/4比例大小的模型线路,还从气球上吊下电线。这根电线有脉冲电流渡过,这时,测定在配电线路的导体上感应的电压波形。
  
  感应的电压波形,就有下列两种情况:
  
  (1)抑制低压配电线的架空地线和共用架空地线的雷电过电压效果,在接地电阻值是小的显著的。
  (2)由于高压配电线路的避雷器出现适中动作,高压配电线处于接地状态,也同时有抑制低压电线的架空地线的雷电过电压的效果。
  
  4.低压配电设备用材料的耐雷特性
  了雷电过电压烧坏低压配电设备的情况。作为雷电过电压烧坏对象的低压配电设备,连接到低压配电系统的电源端子之间的距离为5-10mm的空气间隙,是没有用耐雷元件保护的设备。
  (1)雷电过电压会击穿端子之间的空气间隙(产生火花放电)。火花放电时有大电流流过端子之间空气层,流过的时间非常短,约1μs~1ms左右,因为其电能量很小,这时设备端子上的火花放电处只有非常小的放电痕迹,不至于烧坏端子(图51)。
  (2)上述第(1)点的火花放电路径因为与低压配电系统的线间电压(100v或200v)有关,这时满足以后叙述的条件的场合会继续过渡为电弧放电。这个放电是工频电压下的适中电流(图52)。
  (3)在上述第(2)点时为线间短路状态。如有大电流(2000~3000a)流过时会烧坏低压配电设备。通常在数周波~10周波左右之后,熔断器等保护装置会动作,断开短路电流(图53)。
  但是,在烧坏配电设备或者熔断器熔断之前的电弧放电,很多场合会自然消弧,这时,可能认为配电设备不会受到雷击损害。
  4.1低压配电设备用材料的v-t特性
  从续流电弧的触发到达火花放电的性能,通过试验来调查低压配电线路上用的各种设备材料的v-t特性(见图6)。再断时间为1~3μs左右的再断电压峰值为一密切协作一的范围内,低压干线和dv进线大约为50kv,变压器二次测大约为30kv,低压配电设备上约为10kv。从这些结果值来看,电度表、低压进线箱等低压配电设备很容易是受到雷电过电压损坏的设备。
  4.2其所长低压配电设备的电弧特性
  示,在模拟低压配电设备的电源端子的电极之间要施加工频电压,用设定可能的雷电脉冲电压重叠在任意的接通相位上的方法,对再现电弧我的试验进行调查,见图8试验线路图。
  从这个试验得出的电弧电压波形来计算电弧电流波形
  (2)
  式中vs--电源电压(vrms),v;
  r--回路的电阻,ω;
  l--回路的电感,h;
  q--雷电过电压侵入时的电源电压的相位,rad;
  φ:φ=tan-1(ωl/r),rad。
  图9示出了在单相供电系统中,侵入到模拟电极的雷电脉冲接通相位与电弧电流峰值的关系图。雷电过电压的接通相位对供电电源电压影响是大的。
  图10为三相3线式供电系统,在三个线间电压之中至少有一个线间电压常常在其低压配电设备固有的最低电弧电压以上的场合,在任何相位时,雷电过电压的侵入会发生电弧续流的情况。
  例如:最低电弧电压v电弧为100v时,这时发生电弧焊接的概率为100%。可是,图11为单相供电的场合,供电电源电压超出有v电弧的相位因为只限于斜线部分,发生电弧的概率是相当小的。
  但是,供电方式以外的条件在同样场合时,三相3线式与单相2(或3)线式相比较,继续发生电弧电流的可能性是高的。从(2)来看,电弧电流的大小相当于2倍电源电压时的电流,这时,被雷击损坏的程度是大的。
  5.低压配电线路的防雷措施的现状
  配电线路的防雷措施,到目前为止,还没有进行一般性的研究。
  但是,在有关的配电线路的耐雷设计指南,因为在柱上变压器安装地点,低压配电线路的中性线进行了b种接地,由于有了这个合适的接地,就能防止危险的雷电过电压。
  作为低压配电线路的防雷措施,低压配电设备要有高的绝缘强度,在个别配电设备年安装耐雷元件,除此之外,进行多重接地系统也能抑制雷电过电压。
  如配电线路的架空地线的接地线,避雷器接地线柱上变压器的b种接地线的单独连接或者共用连接在一起的场合由于直击雷或者感应雷而产生的架空地线接地电流和避雷器放电电流使接地电位上升,因为雷电过电压会侵入那样的低压配电线路,必须要有抑制雷电过电压的防雷措施。
  
  一种有效的方法可适用的措施见图12。利用架空共用地线在低压配电线路进行1处以上的中间接地,构成了多重接地系统。为此,可以降低侵入低压配电线路的雷电过电压,而抑制在配电线路附近落雷时,在配电线路上感应生成的感应雷,有很大的用处。
  
  架空共用地线的感应雷的效果,架空地线同样也能抑制由于相互的电磁感应在配电线路上发生的感应雷电过电压,就能说明架空共用地线可抑制低压配电线路的感应雷电过电压。
  当设计多重接地系统时,接地间隔、单独接地阻抗和合成接地阻抗等应该有所规定。如果考虑了这些规定值而设计好的接地系统,高压配电线路的耐雷效果是更高的,同时抑制在低压配电线路上发生的雷电过电压也是有贡献的。
  
  据上述方法已抑制的雷电过电压是在架空共用地线(接地用)与照明线路和电线路(电压相)之间发生的雷电过电压的对地电压成分关于线间电压成分是不成问题的。
  
  为用连接到这根接地相和各个电压相的进入线供电,不仅有雷电过电压的对地电压成分,而且其线间电压成分可能威胁低压配电系统和室内配线等点处还有必须抑制线间电位差的雷电过电压。
  
  压配电线路的防雷措施时,有必要充分考虑到目前为止已知道的发生雷击损害的机理。图13示出了抑制低压配电线路的雷电过电压和限制续流电弧等,以及低压配电线路的主要防雷措施。
  
  配电设备的损坏进行完全防护是一项非常困难的技术。但是,配电设备的供电可靠性,防雷措施要求的配电设备的性能增强,以及诊断设备才华的技术进步等方面均有提高。要继续面向今后的电气化生活和高度信息化的越来越多的发展,低压配电线路不用说在有关配电网络的整体可行性而且费用很低的耐雷设计和防雷措施等方面,有必要进行综合性的研究。

来源:电气商情网
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