CN202068162U - 高压配电线路防雷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关于一种高压配电线路防雷系统，包括：多个防雷器、多条接地引下线、以及多个接地体；一条高压配电线路中的各个线杆上的三相线中的每相线均对应设置一防雷器，一防雷器与一线杆上的一相线连接，每个线杆上的三相线对应三个防雷器；一接地引下线与一线杆上的三个防雷器连接；一接地体与一接地引下线连接。本实用新型能够在投入的高压配电线路的建设费尽可能少的情况下，大幅度的降低高压配电线路的雷电事故率，非常适于实用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压配电技术，特别是涉及一种高压配电线路防雷系统。
背景技术
目前，我国的高压(如6-20千伏)配电线路的雷电事故(如跳闸)率比较高，例如，在每年有40天雷电活动的地区(即年平均雷电日Td＝40d/a)，高压配电线路的雷电事故次数n可以高达10-20次/100km/年，即以配电线路长度为10km计，则高压配电线路每年的雷电事故为1-2次；而在Td＝60d/a的雷电活动地区(如两湖地区)以及Td＝80-90d/a的雷电活动地区(如两广地区)，以配电线路长度为10km计，则高压配电线路每年的雷电事故分别高达1.5-3次和2-5次之多。
一些对高压配电线路的安全性要求较高的部门如邮电通信部门等，为了降低高压配电线路的雷电事故率，通常会要求改用地下电缆供电，或者至少有约1km长的引入线路改为地下电缆。但是，地下电缆的建设费用通常为架空线路的20倍，以1km长的高压配电线路为例，架空线路的建设费用约为17万元，而地下电缆的建设费约为340万元。
发明人在实现本发明过程中发现：目前的高电压及防雷专业技术人员都愿意研究高精尖和超高压、特高压输电课题，对高压配电线路的进一步研究却相对较少。如何在投入的高压配电线路建设费尽可能少的情况下，大幅度降低高压配电线路的雷电事故率，是目前高压配电技术中一个急需解决的技术问题。
有鉴于上述现有的高压配电线路存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合高电压学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的高压配电线路防雷系统，能够克服现有的高压配电线路存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有的高压配电线路存在的缺陷，而提供一种新型结构的高压配电线路防雷系统，所要解决的技术问题是，在投入的高压配电线路的建设费尽可能少的情况下，大幅度的降低高压配电线路的雷电事故率，非常适于实用。
本实用新型的目的以及解决其技术问题可以采用以下的技术方案来实现。
依据本实用新型提出的一种高压配电线路防雷系统，所述系统包括：多个防雷器、多条接地引下线、以及多个接地体；一条高压配电线路中的各个线杆上的三相线中的每相线均对应设置一防雷器，一防雷器与一线杆上的一相线连接，每个线杆上的三相线对应三个防雷器；一接地引下线与一线杆上的三个防雷器连接；一接地体与一接地引下线连接。
本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述各防雷器均作为绝缘子以支撑相线的方式与其对应的相线连接。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述各防雷器均与其对应的相线的绝缘子并联。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述各防雷器均与其对应的相线的绝缘子垂直放置。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述一线杆上的三个防雷器的放置位置呈三角形、或者呈一直线。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述防雷器的外部为绝缘套，所述防雷器的内部设置有多个串联的氧化锌芯片，且所述防雷器中设置有防爆膜。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述防雷器内部的多个氧化锌芯片用顶端内间隙作间隔进行隔离。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述系统还包括：
一避雷线，架设在各个线杆顶部，且每个线杆上的避雷线均与该线杆的接地引下线连接。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，任一线杆上的避雷线与该线杆上的任一相线的基于垂线的夹角均不超过30度。
较佳的，前述的高压配电线路防雷系统，其中，所述系统还包括：
一分流线，架设在各个线杆的铁横担下的预定距离处，且每个线杆上的分流线均与该线杆的接地引下线连接。
借由上述技术方案，本实用新型的高压配电线路防雷系统至少具有下列优点及有益效果：通过为高压配电线路申的各个线杆上的三相线中的每相线均对应设置一防雷器，且一接地引下线与一线杆上的三个防雷器连接，一接地体与一接地引下线连接，可以有效的将雷电的引入到地下，大量避 免了雷电造成的损害，从而可以在少量增加高压配电线路投资成本的情况下，大幅度降低高压配电线路的雷电事故率。
综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型的一种高压配电线路防雷系统示意图；
图2为本实用新型的另一种高压配电线路防雷系统示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的高压配电线路防雷系统的具体实施方式、结构、流程、特征及其功效，详细说明如后。
本实用新型的高压配电线路防雷系统是针对一条高压(如6-20千伏，尤其是指10千伏)配电线路来说的，该高压配电线路的长度可以为10KM-20KM，当然，该高压配电线路的长度也可以更长些或者更短些。该高压配电线路是通过多个线杆架设的。这里的线杆可以为架设高压配电线路的混凝土电杆、金属电杆、或者金属塔架等。本实用新型不限制高压配电线路的具体长度、以及线杆的具体类型等。
本实用新型的高压配电线路防雷系统包括：多个防雷器、多条接地引下线、以及多个接地体，另外，本实用新型还可以包括：由多个线杆架设的一避雷线或者由多个线杆架设的一分流线。
下面结合附图1和附图2针对架设一条高压配电线路的任意一个线杆，对本实用新型中的防雷器A、接地引下线B、接地体C、避雷线D、以及分流线进行说明，各线杆上安装的防雷器A、接地引下线B、以及接地体C可以完全相同，在此不再针对架设一条高压配电线路的各个线杆进行逐一说明。
本实用新型中的一个线杆上的三相线1、2、3中的每相线均对应设置有一防雷器，一防雷器与该线杆上的一相线连接，也就是说，该线杆上的三相线对应连接三个防雷器(A1、A2和A3)。从而本实用新型的系统中包含的防雷器A的数量为架设该条高压配电线路的线杆数量的三倍，这里所说的三倍是针对单回路的高压配电线路而言的，如果是针对双回路的高压配电线路，则防雷器A的数量应是线杆数量的六倍。
防雷器A与线杆上的相线的连接方式有两种，其中一种连接方式为：防雷器A以支撑高压相线的方式与其对应的高压相线连接，即防雷器A作为与其对应的高压相线的绝缘子，从而该防雷器A即可用于防雷，也可用作高压相线的支柱(即绝缘子)，这样，可以不再为高压相线独立设置绝缘子；其中另一种连接方式为：防雷器A与其对应的相线的绝缘子F并联，即防雷器A基本上不对高压相线起支撑作用，线杆上既设置有高压相线的绝缘子F，又设置有在实体上独立于绝缘子的防雷器。
在防雷器A与相线的绝缘子F并联连接的情况下，防雷器A可以与其对应的高压相线的绝缘子F垂直放置，如防雷器A的底部与绝缘子F的底部端面相垂直。本实用新型中的垂直放置的含义为基本垂直放置，即允许防雷器A与绝缘子F之间的设置角度在90度上下的一个预定范围内。
另外，不论防雷器A以怎样的连接方式与高压相线连接，线杆上的与三相线连接的三个防雷器(A1、A2和A3)的放置位置可以呈三角形(如图2所示)、或者呈一直线。该三角形可以为等腰三角形、等边三角形、直角三角形、或者其他类型的三角形。在三个防雷器(A1、A2和A3)的放置位置呈一直线的情况下，这三个防雷器(A1、A2和A3)可以均设置在线杆的铁横担上(如图1所示)。
上述防雷器A可以为外部为绝缘套、内部设置有多个串联的氧化锌芯片的防雷器。绝缘套可以为陶瓷套或者复合材料绝缘套等。防雷器A的主体形状可以为柱体，如与绝缘子的主体形状相同，防雷器A的大小尺寸并不一定需要和现有的高压配电线路上的绝缘子F的大小尺寸完全一致(如防雷器A的尺寸比绝缘子的尺寸大)。为了提高防雷器的寿命，防雷器A内部的多个氧化锌芯片可以用顶端间隙作间隔予以隔离，各氧化锌芯片的中间可以设置有通孔。另外，本实用新型中的防雷器A的下端可以设置有防爆膜，以避免防雷器A的绝缘体爆炸而导致的损害。本实用新型可以采用现有的防暴膜、以及现有的防暴膜的设置方式，本实用新型不限制防暴膜的具体类型、以及具体的设置方式等。
线杆上的与三相线1、2、3连接的三个防雷器A1、A2和A3可以相互连接，并在相互连接后，与该线杆的接地引下线B连接，接地引下线B与接地体C连接，从而使防雷器A可以将雷电引入到地下。该接地体C可以为环形接地装置。该接地体C应埋入地下，如设置在地下50厘米深处。该接地体C可以为电阻值不大于30Ω的接地体，而这对防雷器A来说已经能够满足将雷电泄流入地的要求。绝缘产品能够承受的防雷器的残压，与接地体C的电阻值无关。
本实用新型中的防雷器A可以通过放电降低其两端的电压，从而可以保护与其并联的绝缘子F或者保护其支撑的高压相线，使绝缘子F和/或高压相线处于良好的对地绝缘状态，从而保证了高压配电线路的正常运行。
本实用新型中的避雷线D可以架设在各个线杆顶部，如通过卡环等固定件将避雷线D固定在线杆顶部。这里的线杆顶部并不是特指线杆的最上面的端面的外表面，而是指线杆最上面的一段线杆，如线杆最上面20厘米的部分线杆段均属于线杆顶部。本实用新型不限制避雷线D在线杆顶部的具体架设位置以及具体架设方式等。
避雷线D可以针对Td＞60d/a的强雷电活动区中的重要单回路的高压配电线路设置。避雷线D可以与线杆的接地引下线B连接，以便于将雷电泄入地下。另外，线杆上的避雷线D与该线杆上的任一相线的夹角最好均不超过30度。这里的夹角具体是指，以线杆上固定的避雷线D向下做垂线，避雷线D与支柱上的相线的连线和该垂线之间所形成的角。
本实用新型可以不架设避雷线D，而架设一分流线，该分流线可以架设在各个线杆的铁横担G下的预定距离处，如铁横担G下1.5米-2米处。线杆上的分流线应与该线杆的接地引下线B连接，以便于将雷电泄入地下。另外，分流线可以将雷电分散到多个线杆的接地引下线B，即分流线可以实现通过多个线杆的接地引下线B将雷电导入地下。本实用新型中的分流线可以单独铺设用，如架设35mm2的钢绞线；本实用新型中的分流线也可以由现有的低压配电线(即低压线)来充当。
本实用新型提供的高压配电线路防雷系统可以将高压配电线路的雷电事故减少到现有雷电事故的十分之一到二十分之一。通过模拟实验可获得本实用新型适用在年平均雷电日不同的地区所发生的雷电事故与该地区目前发生的雷电事故的对比如表1所示。
表1
由于目前的氧化锌芯片的造价大幅降低，从而即使为每个线杆上的三相线安装三只防雷器，针对一条高压配电线路的防雷所花费的造价也是完全可以接受的。具体的，以每只防雷器300多元计算，每个线杆的防雷器造价约为1000元，如果每公里高压配电线路包括20基线杆，则每公里高压配电线路的防雷器的造价约为2万元。在不设置本实用新型的防雷器的应用场景下，目前高压配电线路的架设造价约为每公里17万元，从而采用本实用新型为高压配电线路增设防雷器会使高压配电线路的架设造价增加12％左右。而目前为110-220千伏配电线路架设避雷线会使架设成本增加10％左右。由此可知，本实用新型所增加的成本比例在经济上是合理的。在架设的高压配电线路较长的情况下，本实用新型的经济效益是非常可观的，如10公里的高压配电线路，使用本实用新型提供的技术方案即便是双回路，其造价也只有2*190＝380万元。而地下电缆则即便是10公里单回路，其造价也需要3400万元，从而一个工程至少可节约3400-380≌1000万元。
本实用新型提供的技术方案在实际应用中可以有多种适用方式。下面简单举两个例子进行说明。
适用方式一、现有高压配电线路改造。采用LP-10A型防雷器或者有间隙的MOA型防雷器，将该类型的防雷器与线路上的已有绝缘子并联，从而在可以不对现有的高压配电线路改变过大的情况下，大量减少雷电事故的发生。
适用方式二、新建高压配电线路。采用LP-10B型防雷器，该种类型的防雷器采用中空瓷套，且MOA芯片放置在中空瓷套内。MOA芯片可以间隙放置，且瓷套可以采用高强度瓷。该防雷器还兼作固定高压配电相线的绝缘子，也就是说，每个绝缘子都是既作固定相线的支柱又是自保护的防雷型绝缘柱。在该适用方式中，架线方式可以与现有的架线方式相同。
在上述两种适用方式中均可以设置避雷线和/或分流线，可以根据实际需要来决定是否设置避雷线和/或分流线，当然，与高压配电线路共同架设的现有的低压配电线路可以充作分流线。
在低压用户稠密地区的10千伏配电线路，不论该线路是否为重要线路或者该线路是否处于强雷电区，即使是在我国雷暴最强的海南省澄迈县(Td＝132d/a，其雷击次数高达华北地区(Td＝40d/a)的3倍以上)，也可以不单独架设避雷线或者分流线，而完全可以利用同线杆架设的4条220/380伏低压配电线路作为分流线。
低压配电线路可以充作分流线的具体原因包括：发明人发现，将4条低压配电线路的绝缘子的铁脚用35mm2的钢绞线相互连接，并与沿线杆敷设的接地引下线就近相连。这一实现方式看似简单，实际上却是基于防雷理论巧妙利用低压配电线路进行分流。通过计算可知，雷电直击电杆或配电线路上，线杆上的高电位必然会因很高的地电位升高，使低压绝缘子造成反击，从而使4条低压配电线路起到了分流作用。其理论根据如下：
雷电流I＝100-200kA时，线杆的地电位升高值U可通过下述公式(1)计算获得：
U＝mIRi＝mIαR＝0.35*(100-200)*0.4*30＝420-840千伏(1)
在公式(1)中，R为工频接地电阻，一般取30Ω；m为雷击工况一侧线杆入地分流系数，根据[文献2]可知，m取0.35；α为接地冲击系数，估计为0.4(可使用刘继的α的计算公式计算获得，具体的计算公式在本实用新型中从略，该计算公式已列入1999年《水电站接地设计导例》标准中，如有需要可以从该标准中查阅)。
雷击线杆顶或者雷击10千伏线路时，220伏低压配电线路的绝缘子上承受的反击电压U220可通过下述公式(2)计算获得：
U220＝U(1-k’)(2)
在公式(2)中，k’为10千伏导线有电晕时对低压线的耦合系数。
强雷击时，例如雷击于档中导线，高电压使三条导线间绝缘子击穿连成一体后，电流向两侧线杆流动，并泄入大地，此时10千伏导线1、2、3均被击穿，对地闪络时，下层220伏导线耦合系数最小，易于击穿者为导线4。此时，导线1、2、3对导线4的耦合系数k’按下列公式(3)计算：
在公式(3)中，Z11，Z22，Z12，Z13是自波阻抗和互波阻抗。
上述公式(3)的计算非常复杂，根据以前大量的技术结果，k’可以取一估计值，该k’的估计值可以取：按照110千伏，双避雷线、双耦合线，k1234，5＝0.44，有电晕时的k’＝0.53。
从而低压线所承受的电压U220(按本线杆泄流I＝70kA技术，U＝420千伏)为：U220＝420(1-0.53)＝200千伏。
而220伏绝缘子的耐压值一般为60-70千伏，可见低压线4必然会发生连续多线杆对地闪络。利用公式(3)可以算出，对导线5、6、7也都会 发生多线杆对地闪络，从而引起分流作用。
上述理论计算可以证明，现行10千伏防雷器，最大放电电流25千安完全能够满足要求。例如，上述雷击工况，每线杆分到的电流不大于雷击电流的一半，即对最强雷击，每线杆的70千安即使由线杆向地下分流40％，则余下的60％，即42千安由3只防雷器引流入地，每只防雷器承受14千安，小于其所能承受的25千安。对有分流线的情况，分流线至少还会分流30％以上，则在强雷电区，每个防雷器只承担14*0.7＝10千安，远小于25千安。由此可知，本实用新型中的防雷器没有必要比现行的10千伏电站型防雷器增大通流能力标准。
本实用新型的参考文献包括如下：
文献1：刘继著《电子装置的过电压保护》，电力出版社，1982年、1986年版。
文献2：德国Dr Ing.Th.Bnchnoed，Elecktrische kraftwerke undNetge，1938.
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高压配电线路防雷系统，其特征在于，包括：
多个防雷器，一条高压配电线路中的各个线杆上的三相线中的每相线均对应设置一防雷器，一防雷器与一线杆上的一相线连接，每个线杆上的三相线对应三个防雷器；
多条接地引下线，一接地引下线与一线杆上的三个防雷器连接；
多个接地体，一接地体与一接地引下线连接。
2.如权利要求1所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述各防雷器均作为绝缘子以支撑相线的方式与其对应的相线连接。
3.如权利要求1所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述各防雷器均与其对应的相线的绝缘子并联。
4.如权利要求3所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述各防雷器均与其对应的相线的绝缘子垂直放置。
5.如权利要求1所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述一线杆上的三个防雷器的放置位置呈三角形、或者呈一直线。
6.如权利要求1所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述防雷器的外部为绝缘套，所述防雷器的内部设置有多个串联的氧化锌芯片，且所述防雷器中设置有防爆膜。
7.如权利要求6所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述防雷器内部的多个氧化锌芯片用顶端内间隙作间隔进行隔离。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述系统还包括：
一避雷线，架设在各个线杆顶部，且每个线杆上的避雷线均与该线杆的接地引下线连接。
9.如权利要求8所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，任一线杆上的避雷线与该线杆上的任一相线的基于垂线的夹角均不超过30度。
10.如权利要求1至7中任一权利要求所述的高压配电线路防雷系统，其特征在于，所述系统还包括：
一分流线，架设在各个线杆的铁横担下的预定距离处，且每个线杆上的分流线均与该线杆的接地引下线连接。
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