城市配電網(wǎng)絡(luò)大量采用架空絕緣電纜線路,全國關(guān)于運行中的線路發(fā)生雷擊斷線和絕緣子擊穿事故的統(tǒng)計數(shù)量呈急劇上升趨勢。試驗研究和實際事故原因分析證實:架空絕緣電纜線路雷電過電壓閃絡(luò)時,瞬間電弧電流很大但時間很短,僅在架空絕緣電纜絕緣層上形成擊穿孔,不會燒斷導(dǎo)線。但是,當(dāng)雷電過電壓閃絡(luò),特別是在兩相或三相(不一定是在同一電桿上)之間閃絡(luò)而形成金屬性短路通道,引起數(shù)千安培工頻續(xù)流,電弧能量將驟增。此時,由于架空絕緣電纜絕緣層阻礙電弧在其表面滑移,高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點而在斷路器動作之前燒斷導(dǎo)線。
對于裸導(dǎo)線,電弧在電磁力的作用下,高溫弧根沿導(dǎo)線表面滑移,并在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前引起斷路器動作,切斷電弧。因此,裸導(dǎo)線的斷線故障率明顯低于架空絕緣電纜。
國家電力公司發(fā)輸電輸[2001] 7號文件《城市電網(wǎng)架空絕緣導(dǎo)線應(yīng)用研討會紀(jì)要》中特別指出:宜使用架空絕緣線路過電壓保護(hù)器來防止架空絕緣電纜雷擊斷線事故。
限流元件用于截斷工頻續(xù)流,因而必須認(rèn)真考慮在工頻過電壓下流過限流元件的電流。對于10kV系統(tǒng),工頻過電壓一般不超過1.1√3p.u.。我們把10kV系統(tǒng)用的保護(hù)器額定電壓定為12.7kV,限流元件直流1mA參考電壓應(yīng)大于18kV。這樣在13.2kV工頻過電壓作用下,如果忽略串聯(lián)間隙對于工頻續(xù)流的影響,理論上流過避雷器的工頻續(xù)流為0.1A,計算結(jié)果表明限流元件完全能夠很好地切斷工頻續(xù)流。由于串聯(lián)間隙對小電流具有很好的切斷作用,因而流過限流元件的工頻續(xù)流必然大大的低于0.1A。
按照DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》推薦,我國一般地區(qū)雷電流幅值超過I的概率為P=10(-I/88)。雷電流可能達(dá)到的幅值與地域、時間跨度相關(guān)。從產(chǎn)品的雷擊損壞事故來看,地域范圍并不重要,可以忽略不計;至于時間跨度,應(yīng)該考慮產(chǎn)品預(yù)期壽命周期,20年是一個大家可以接受的時間。按DL/T 620-1997的推薦,對于雷暴日Td=40的地區(qū),每100km、每年的雷擊次數(shù)NL=0.28×4h(h為架空線的平均高度,m,10kV線路h=10m),則雷電流幅值超過I的雷擊次數(shù)N1=1.12h×10(-I/88),時間跨度20年、每100km的雷擊次數(shù)為N2=224×10(-I/88),以基桿間距為50m計算,則每基桿、20年的時間跨度雷電過電壓超過U的次數(shù)為N=0.112×10(-I/88)。由此可以計算,10000基桿、20年的時間內(nèi),雷電流超過200kA的次數(shù)為6次,考慮到配電線路一般位于市區(qū),周圍有高大的建筑物和樹木的屏蔽作用,可能的雷擊次數(shù)一定大大小于6次,但從嚴(yán)考慮仍以6次計。
雖然感應(yīng)雷電流幅值為200kA,但流過保護(hù)器的雷電流極少,按規(guī)程選擇接地電阻30Ω,使用EMTP暫態(tài)計算程序,模擬計算結(jié)果為流過保護(hù)器的雷電流幅值不超過16kA。我們選用D3閥片,它能承受2次65kA的大電流沖擊,若設(shè)計目標(biāo)僅考慮200kA及以下的安全性,那么每基桿都安裝保護(hù)器、20年內(nèi),保護(hù)器的雷擊損壞率約為6/10000,其安全裕度是很大的。若每間隔一基桿安裝一組保護(hù)器,則保護(hù)器的雷擊損壞率為1.2‰。而每間隔四基桿安裝一組保護(hù)器,則保護(hù)器的雷擊損壞率為2.4‰。為保證保護(hù)器的安全運行,因而建議對人口密集地區(qū)或雷電易擊區(qū),每基桿安裝一組保護(hù)器,這樣20年內(nèi)雷擊損壞率為6/10000,而對于一般地區(qū),則每隔3-5基桿安裝一組保護(hù)器,則20年內(nèi)雷擊損壞率約為3‰。
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