CN114336179A - 一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，属于雷击监测防护技术领域。一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，包括10kV架空绝缘线路，所述10kV架空绝缘线路安装在高架线杆上，所述高架线杆顶端的两侧设置绝缘支撑杆，防雷击保护线缆通过所述绝缘支撑杆固定在两所述高架线杆之间的所述10kV架空绝缘线路的正上方，所述防雷击保护线缆包括中间的低电阻铜线、位于所述低电阻铜线外侧的钢丝绳保护壳。采用低电阻快速放电技术和电能单向传输设计，有效降低的雷击放电造成的影响，避免雷击时产生的脉冲放电现象导致线路断裂，对周围设备造成的破坏，保障电力供应的稳定。

Description

一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护 装置

技术领域

本发明属于雷击监测防护技术领域，具体涉及一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置。

背景技术

目前，我国的10kV线路以架空线为主。特别是在较发达的城市，l0kV架空线己经由裸导线为主改为绝缘导线为主。架空绝缘导线有着绝缘性能良好、可减小线路相间距离、防腐蚀、结构简化、深入负荷中心、利于城镇绿化、缩小线路走廊、延长检修周期等诸多优点。这使得架空线路的安全性得到了较为明显的提升，但同时如何防止架空绝缘导线雷击断线成为研究的新方向。

雷电是自然界中的一种常见且复杂的现象，可能对人类的生产生活带来诸多危害。国内外雷电观测表明，70％的地面落雷过程有多重性，其连续脉冲次数往往在2-20次(平均为3-4次)，脉冲间的时间间隔通常为15-150ms(平均为30-40ms)，雷电的整个持续过程一般在20ms至1s左右，平均持续时间0.2s。随着电作为能源的普及，促进了防雷技术的进步。

随着科技和经济的发展，用户对于电能质量和供电可靠性的要求也日益提高，1OkV架空线路作为我国中压配网的主力输电设备，其运行可靠性直接影响着电力企业的供电可靠性。10kV架空线路发生概率最高的事故就是雷击事故。因为架空1OkV线路的路径长、数量多，在每年的雷雨季中雷击概率极高，由此产生的线路断线、跳闸事故极为常见。以国网某供电公司为例，1998年至2003年lOkV架空线平均每百公里雷击断线为2.78次。2004年雷击造成的架空线路故障跳闸达606次，其中10千伏架空绝缘导线雷击断线7次(线路重合成功3次，其中1次呈接地状态)。通过分析，故障的10千伏架空线路线间距离多为60厘米，断线的多发生在两相或三相绝缘线路，并且同时伴有绝缘子闪络发生，在个别空旷地区甚至出现了一条线路多处发生雷击故障的现象。因此，必须解决雷击造成断线的问题，才可以有效保证架空配电线路的安全和稳定运行。

如专利CN 102290775 B，采用线路上侧设置带钢芯的裸导线为核心，优先吸收雷电带来的能量，但仅采用接地的方式进行接地保护，未设置逆向阻隔单元，已导入地的雷击能量有可能沿接地装置逆向传输到裸导线内，构成往复脉冲式放电。如专利CN 214506477U，结构复杂且采用大量电器元件，在雷击时，该装置的自身稳定性有待验证，且由于雷击造成的强磁场环境下，数据读取的置信度严重下降，影响装置的正常使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种在雷击条件下，对10kV架空绝缘线路提供保护，防止雷电直接击中或构成往复式脉冲放电造成线路断裂的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，包括10kV架空绝缘线路，所述10kV架空绝缘线路安装在高架线杆上，所述高架线杆顶端的两侧设置绝缘支撑杆，防雷击保护线缆通过所述绝缘支撑杆固定在两所述高架线杆之间的所述10kV架空绝缘线路的正上方，所述防雷击保护线缆包括中间的低电阻铜线、位于所述低电阻铜线外侧的钢丝绳保护壳，所述防雷击保护线缆两端分别连接引流环，所述引流环连接线缆侧电极，所述线缆侧电极连接接地单元。

所述绝缘支撑杆包括玻璃纤维支杆、陶瓷支杆，所述绝缘支撑杆与所述防雷击保护线缆间采用铁氧体瓷管夹固定连接，所述绝缘支撑杆的高度不低于30厘米。

所述防雷击保护线缆的两端采用U型夹固定，所述防雷击保护线缆上所述钢丝绳保护壳的两端面采用铜粉热熔固定，所述钢丝绳保护壳采用多股钢丝绳交叉编线形成。

所述低电阻铜线的端面伸出所述钢丝绳保护壳的端面5厘米以上，所述引流环固定在所述低电阻铜线的伸出部分，所述引流环与所述低电阻铜线的接触面积不小于所述低电阻铜线的截面面积。

所述线缆侧电极与所述接地单元间依次设置单向放电模块、二极管式单向通路，所述二极管式单向通路包括PN结二极管、面接触式二极管，所述单向放电模块包括与所述线缆侧电极连接的电弧放电球、与所述接地单元连接的电弧金属板凹面。

所述接地单元包括低阻值接地网、接地桩，所述接地单元周围填充防雷接地降阻剂。

所述10kV架空绝缘线路在与所述高架线杆连接点设置穿刺线夹，所述穿刺线夹与所述10kV架空绝缘线路中的导线相连接并固定在所述高架线杆上，所述穿刺线夹连接高压放电单元，所述高压放电单元包括与所述穿刺线夹连接的正电极、与所述接地单元的负电极，所述正电极、所述负电极间设置放电间隙。

所述单向放电模块、所述高压放电单元外设置灭弧罩。

进一步的，10kV配电线路作为电力客户最主要的输电线路，其安全稳定运行关系到客户的用电安全，同时也关系到配电网上设备的正常运行。研究如何提高配电线路的防雷水平，避免线路因过多的雷击导致故障或断线，保证配电设备的安全具有十分重要的工程意义。

进一步的，日本早在七十年代初通过研究就得出了结论：绝缘导线遭受雷击必断，而断线后，继电保护却不一定动作，造成了极大的隐患。而随着绝缘导线的不断普及，近年来己发生了多起由于绝缘导线遭受雷击而断线的事故，严重威胁配电网的安全，造成极大隐患。绝缘导线雷击断线问题不但影响着配电网架的安全运行而且还严重阻碍l0kV架空导线绝缘化工作的推广。

进一步的，国外发达国家采用架空绝缘导线输配电的时间较长，积累了大量的运行经验。例如，芬兰在绝缘子与导线联结处剥离绝缘层采用闪络保护型线夹；瑞典和美国将绝缘子两侧的绝缘导线剥离一段绝缘层并加装防弧线夹；日本将绝缘子出处的导线绝缘层剥离，采用放箝位绝缘子。上述采用“疏导”的方式来防止架空绝缘导线雷击断线事故，这种方式操作简单，投资少，但局部裸露，存在密封和绝缘缺陷；另外，线夹装置经常会存在抗震性能较差的问题，在线路风吹舞动时，常发生故障。

进一步的，另外一种“堵塞”方式就是阻止雷击闪络后工频续流起弧，例如日本大量采用过电压保护器，即带串联环形外间隙金属氧化物避雷器。

进一步的，1OkV线路雷击主要有直击雷(绕击雷)、感应雷和反击过电压三种形式对于直击雷(绕击雷)，1OkV架空导线在雷击作用下容易被过电压击穿，击穿瞬间产生的电弧电流极大而持续时间很短，在绝缘层上可能会因此出现击穿孔，但不会因此烧断导线。但是如果雷电过电压造成了单相绝缘子串的闪络或相间闪络时，就形成了短路通道，继而产生工频续流，能量骤增。此时弧根会被固定在某一击穿点上燃烧，并且在断路器动作前就烧断绝缘导线。直击雷(绕击雷)常见于郊区或空旷地区，而位于城区内的10kV架空配电线路多数情况下会受到感应过电压的冲击。

进一步的，现有技术的防雷绝缘子主要依靠放电间隙，将雷击过电压击穿形成的工频电弧引入间隙燃烧，从而使高温电弧弧根远离导线，避免了电弧烧断导线的情况，起到良好的防范雷击断线功能，然而这类产品却不具备防止雷击跳闸的功能，雷击时经常还是要导致线路跳闸，因为间隙无熄灭工频续流能力。

进一步的，参考《高压输电线路绝缘子并联间隙的电弧特性》、《高压电缆现场局部放电检测百问百答及应用案例》、《一种防止10kV架空绝缘导线雷击断线用新型串联间隙金属氧化物避雷器》、《关于消雷器的消雷机理》等有关文献，传统的放电机制在通常采用燃烧室放电机制，放电速度慢，出现电能的逆向传输，形成放电、电能均衡、再放电的往复式机制，容易造成带电导体因为烧断，影响电力供应的现象。

进一步的，采用高设防雷击保护线缆来避免雷击产生的威胁，在安全放电距离的基础上，将低电阻铜线与钢丝绳保护壳相结合，对防雷击保护线缆产生的磁场进行约束和相互抵消，采用高压电极放电，增加放电效率。

进一步的，绝缘支撑杆采用耐腐蚀绝缘材质，延长使用寿命。

进一步的，设置定向放电单元，增强放电效率，避免形成电力回流，损坏装置，影响供电安全。

进一步的，设置高压间隙性放电，在安全电压的范围内不会发生高压放电单元，当雷击时，线路的电压远高于设定值，放电距离大大增加，高压放电单元产生间隙放电现像。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

设置高架防雷击保护线缆，在10kV架空绝缘线路上方形成屏蔽，通过引流环、线缆侧电极导入接地单元。

优化绝缘支撑杆、铁氧体瓷管夹的具体选型，使其具备更长的使用寿命，确保防雷击保护线缆与10kV架空绝缘线路间有足够的安全距离。

采用U型夹固定，防止防雷击保护线缆外围的钢丝绳保护壳松散，使用U型夹更加均衡的分布受力，延长装置的使用寿命。对钢丝绳保护壳端面进行铜粉热熔处理，防止雨水沿钢丝绳保护壳端面流入钢丝绳保护壳端面与低电阻铜线间的夹层，防止钢丝绳保护壳内部锈蚀，产生安全隐患。

将低电阻铜线与引流环相连接，确保雷击能量可沿低电阻铜线导入大地。

所述线缆侧电极与所述接地单元间依次设置单向放电模块、二极管式单向通路，利用单相电路、高压单向放电的设计原理，有效的实现雷击能量的单向传递。二极管式单向通路基于二极管设计原理，当电能逆向传输时，电阻值趋于无穷大，故只能实现单向电能传输。单向放电模块采用电弧放电球实现点接触高压电、电弧金属板凹面接触降低电压传递电能，且电弧金属板凹面中单位面积的电压值相对较小，无法实现远距离放电。

所述接地单元基于低阻值的设计思想，达到将雷击能量快速消散的目的。

10kV架空绝缘线路依次连接放电燃烧室、接地单元，实现对雷击高压能量的释放并导地保护。

设置灭弧罩确保放电装置产生的电弧始终位于灭弧罩，不会对周边产生影响。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明实施例1的结构示意图；

图2：本发明实施例1的雷击电能传递示意图；

其中，1-10kV架空绝缘线路，2－高架线杆，3－绝缘支撑杆，4－防雷击保护线缆，5－单向放电模块，6－二极管式单向通路，7－接地单元，8－穿刺线夹，9－高压放电单元。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例1

参阅图1-2，一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路1防雷击断线保护装置，包括10kV架空绝缘线路1，所述10kV架空绝缘线路1安装在高架线杆2上，所述高架线杆2顶端的两侧设置绝缘支撑杆3，防雷击保护线缆4通过所述绝缘支撑杆3固定在两所述高架线杆2之间的所述10kV架空绝缘线路1的正上方，所述防雷击保护线缆4包括中间的低电阻铜线、位于所述低电阻铜线外侧的钢丝绳保护壳，所述防雷击保护线缆4两端分别连接引流环，所述引流环连接线缆侧电极，所述线缆侧电极连接接地单元7。

所述绝缘支撑杆3包括玻璃纤维支杆、陶瓷支杆，所述绝缘支撑杆3与所述防雷击保护线缆4间采用铁氧体瓷管夹固定连接，所述绝缘支撑杆3的高度不低于30厘米。

所述防雷击保护线缆4的两端采用U型夹固定，所述防雷击保护线缆4上所述钢丝绳保护壳的两端面采用铜粉热熔封装，所述钢丝绳保护壳采用多股钢丝绳交叉编线形成。

所述低电阻铜线的端面伸出所述钢丝绳保护壳的端面5厘米以上，所述引流环固定在所述低电阻铜线的伸出部分，所述引流环与所述低电阻铜线的接触面积不小于所述低电阻铜线的截面面积。

所述线缆侧电极与所述接地单元7间依次设置单向放电模块5、二极管式单向通路6，所述二极管式单向通路6包括PN结二极管、面接触式二极管，所述单向放电模块5包括与所述线缆侧电极连接的电弧放电球、与所述接地单元7连接的电弧金属板凹面。

所述接地单元7包括低阻值接地网、接地桩，所述接地单元7周围填充防雷接地降阻剂。

所述10kV架空绝缘线路1在与所述高架线杆2连接点设置穿刺线夹8，所述穿刺线夹8与所述10kV架空绝缘线路1中的导线相连接并固定在所述高架线杆2上，所述穿刺线夹8连接高压放电单元9，所述高压放电单元9包括与所述穿刺线夹8连接的正电极、与所述接地单元7的负电极，所述正电极、所述负电极间设置放电间隙。

所述单向放电模块5、所述高压放电单元9外设置灭弧罩。

所述U型夹包括标准304不锈钢钢绳夹头卡头。

钢丝绳保护壳在受到雷击时，由于钢丝绳保护壳阻值较高且在高压状态下短暂磁化，会呈现持续时间较长的磁场效应，同时该磁场效应略微滞后于低电阻铜线的磁场现象，会出现部分磁场相互抵消的效果，在防雷击保护线缆4上体现为相对稳定的短期磁场现象。

使用时，先将绝缘支撑杆3安装到高架线杆2顶端的两侧，并在绝缘支撑杆3上部固定U型夹，完成两高架线杆2上绝缘支撑杆3的安装后，将防雷击保护线缆4利用U型夹将其固定在10kV架空绝缘线路1的正上方。完成两高架线杆2之间的防雷击保护线缆4的安装。

将防雷击保护线缆4依次连接引流环、线缆侧电极、单向放电模块5、二极管式单向通路6、接地单元7，完成防雷装置的安装。

将穿刺线夹8固定在10kV架空绝缘线路1上，并依次与高压放电单元9、接地单元7相连接，采用高压放电单元9高压放电、击穿空气燃烧、导地保护的放电机制。实现对10kV架空绝缘线路1的防雷击保护。

当雷击时，雷电会首先击中设置在10kV架空绝缘线路1上方的防雷击保护线缆4，当防雷击保护线缆4接收到来自雷击的能量时，低电阻铜线传输主要雷击能量，钢丝绳保护壳在低电阻铜线外侧形成电磁场保护，防止强磁场脉冲，干扰周边设备。低电阻铜线将雷击能量经引流环、线缆侧电极传输到单向通路电器元件中，单向放电模块5、二极管式单向通路6主要起到单向高压放电、单向电流输送的目的，防止电能逆流。最后将雷击电能利用低阻值的接地单元7实现雷击电能的消散。

当10kV架空绝缘线路1上产生感应电压时，该电压主要由钢丝绳保护壳产生的强磁场造成，该磁场强度分布均匀，不会出现单一点磁场强度过高的情况。当10kV架空绝缘线路1线路上的电压值在额定电压安全范围内时，不会对线路安全造成威胁，当超过额定电压时，放电距离超过高压放电单元9内的放电间隙，实现高压放电单元9的放电燃烧，并将多余能量导入底面，实现对10kV架空绝缘线路1防感应电压保护。

实施例2

所述10kV架空绝缘线路1上设置过压保护器。

所述防雷击保护线缆4上设置雷击计数器。

所述过压保护器连接驱动电机，所述驱动电机连接齿条，所述齿条的一端固定在所述高压放电单元9中的所述负电极上。

根据过压保护器监测到的电压值，控制驱动电机转动通过齿条传递驱动力来实现对高压放电单元9中负电极的位置移动。

实时调整负电极与正电极间放电间隙的距离，实现对高压放电单元9的放电间隙控制，优化高压放电单元9的放电效率。

设置雷击计数器便于对雷击现象的计算统计，建立相应的数据库，完善高压线路雷击数据模型。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：包括10kV架空绝缘线路，所述10kV架空绝缘线路安装在高架线杆上，所述高架线杆顶端的两侧设置绝缘支撑杆，防雷击保护线缆通过所述绝缘支撑杆固定在两所述高架线杆之间的所述10kV架空绝缘线路的正上方，所述防雷击保护线缆包括中间的低电阻铜线、位于所述低电阻铜线外侧的钢丝绳保护壳，所述防雷击保护线缆两端分别连接引流环，所述引流环连接线缆侧电极，所述线缆侧电极连接接地单元。

2.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述绝缘支撑杆包括玻璃纤维支杆、陶瓷支杆，所述绝缘支撑杆与所述防雷击保护线缆间采用铁氧体瓷管夹固定连接，所述绝缘支撑杆的高度不低于30厘米。

3.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述防雷击保护线缆的两端采用U型夹固定，所述防雷击保护线缆上所述钢丝绳保护壳的两端面采用铜粉热熔固定，所述钢丝绳保护壳采用多股钢丝绳交叉编线形成。

4.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述低电阻铜线的端面伸出所述钢丝绳保护壳的端面5厘米以上，所述引流环固定在所述低电阻铜线的伸出部分，所述引流环与所述低电阻铜线的接触面积不小于所述低电阻铜线的截面面积。

5.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述线缆侧电极与所述接地单元间依次设置单向放电模块、二极管式单向通路，所述二极管式单向通路包括PN结二极管、面接触式二极管，所述单向放电模块包括与所述线缆侧电极连接的电弧放电球、与所述接地单元连接的电弧金属板凹面。

6.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述接地单元包括低阻值接地网、接地桩，所述接地单元周围填充防雷接地降阻剂。

7.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述10kV架空绝缘线路在与所述高架线杆连接点设置穿刺线夹，所述穿刺线夹与所述10kV架空绝缘线路中的导线相连接并固定在所述高架线杆上，所述穿刺线夹连接高压放电单元，所述高压放电单元包括与所述穿刺线夹连接的正电极、与所述接地单元的负电极，所述正电极、所述负电极间设置放电间隙。

8.如权利要求1所述的一种新型屏蔽绝缘隔离10kV架空绝缘线路防雷击断线保护装置，其特征在于：所述单向放电模块、所述高压放电单元外设置灭弧罩。

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