防止10kv架空绝缘导线雷击断线用穿刺型防弧金具研究

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1、1防止防止 10kV10kV 架空绝缘导线雷击断线用架空绝缘导线雷击断线用 穿刺型防弧金具研究穿刺型防弧金具研究陈维江1、孙昭英1、周小波2、潘波2、陈伟明2、吴才彪2(1.中国电力科学研究院，北京 100085； 2.上海市电力公司市南供电公司，上海 200002)摘要 本文通过雷电冲击放电试验、压紧力和热稳定试验以及工频电弧试验研究,研制出一种防止 10kV架空绝缘导线雷击断线用的穿刺型防弧金具，该防弧金具能定位雷电冲击放电路径，疏导工频电弧弧根，起到了保护绝缘导线免于雷击断线的作用。关键词：绝缘导线 雷击断线 穿刺型防弧金具 1 引言架空配电线路绝缘化对解决线树矛盾、降低瞬时性故障概率，

2、优点十分明显。但是，雷击断线问题却十分突出。在架空配电线路已基本实现绝缘化的日本，七十年代初的研究得出结论：绝缘导线雷击必断。近年来，我国 10kV 架空线路的绝缘化率不断提高，雷击断线事故逐渐凸显。因此，加快研究防止绝缘导线雷击断线的措施，对保证配电网的安全、可靠运行意义重大。2000 年，中国电力科学研究院与北京供电局合作研制出 10kV 绝缘导线防雷击断线用防弧金具1，产品已投入电网运行,并获实用新型专利。借鉴前者的研究成果，2002-2003年，中国电科院与上海市电力公司市南供电公司合作，研制出一种穿刺型防弧金具（以下简称防弧金具） ，该防弧金具由高压电极、低压电极和绝缘罩三部分构成，

3、其中高压电极与绝缘导线穿刺连接，且配戴绝缘罩，具有安装方便、局部绝缘的特点。产品已在上海、北京、江苏等地挂网试运行，并获实用新型专利。本文系对穿刺型防弧金具研制工作的介绍，期望为广大配网工作者在解决绝缘导线雷击断线问题时提供参考。2防弧金具的技术性能要求和设计（1）防弧金具的技术性能 防弧金具的技术性能主要有如下三点要求：高压电极与绝缘导线紧密接触，应能通过热稳定试验。适用于截面为 150 mm2及以上、95120 mm2和 70 mm2导线的高压电极，热稳定试验电流的有效值分别为 16kA，12.5kA和 10.0kA，持续时间 1s ；防弧金具应能将雷电冲击放电路径定位在高、低压电极构成的

4、间隙上；防弧金具应通过工频大、小电流电弧试验，试验后，高、低压电极允许局部烧蚀，但绝缘导线无烧伤，绝缘罩无严重变形或开裂。大电流电弧试验的短路电流有效值为12.5kA，时间为 0.25s ，试验次数为 5 次。小电流电弧试验的短路电流有效值为 1.2kA，2时间为 1.0s ，试验次数为 5 次。（2）防弧金具设计 本文设计的防弧金具由高压电极、低压电极和绝缘罩三部分构成，如图 1 所示。高压电极与绝缘导线穿刺接触，引出高电位，低压电极安装于绝缘子底部，高、低压电极构成G1、G2 两个间隙。G1 为雷电放电间隙，间隙的距离小于绝缘子的干弧放电距离，使雷电冲击放电发生在该间隙上；G2 为工频电弧

5、燃烧间隙，雷电冲击放电后工频电弧弧根在电磁力的作用下由 G1 迅速移动至该间隙上燃烧，以保护绝缘导线免于烧伤断线。绝缘罩罩住高压电极，起到绝缘作用，并给工频电弧弧根的运动留有通路。采用设计、试验、优化设计反复迭代的方法，确定了两种型号的防弧金具：一种适用于截面为 70120mm2的绝缘导线，型号为 FHJC-70120；另一种适用于截面为 150240mm2的绝缘导线，型号为 FHJC-150240。1-高压电极，2-低压电极 3-绝缘罩图 1 防弧金具构成（3）防弧金具安装对于辐射形架空绝缘线路，防弧金具应安装在绝缘子的负荷侧，对于环网架空绝缘线路，防弧金具应在绝缘子两侧对称安装，且用铝线将

6、两个高压电极连接，见图 2。A 辐射线路 B 环网线路图 2 防弧金具安装33 雷电冲击放电试验本试验的目的是验证所有雷电冲击放电是否均发生在防弧金具高、低压电极构成的间隙之上。试验是在中国电力科学研究院高压试验室进行的。试验接线中，10kV 电杆用 2.5m 高的水泥电杆模拟，横担为供电部门使用的产品，绝缘子有 P20、P15 和 PS15 三种，绝缘导线的截面为 185mm2、绝缘层厚度为 2.5mm。防弧金具 G1 间隙的距离较相应绝缘子的干弧距离短 10%， 针对防弧金具与三种绝缘子配套布置的情况分别进行了试验：在边相导线的一端施加标准雷电冲击电压，电压幅值由低到高，每个点放电 5 次

7、，作出正、负极性雷电冲击放电伏秒特性曲线，并拍摄放电路径。试验结果表明，三种情况下，每次雷电冲击放电均发生在防弧金具的间隙上。图 3 为雷电冲击放电照片。图 3 雷电冲击放电照片4 压紧力试验本试验的目的是研究高压电极的压紧力与接触电阻之间的关系，并结合热稳定试验的结果，确定安装高压电极时的压紧力矩范围。针对型号为 FHJC-70120、FHJC-150240 两种试品，分别用不同截面、不同绝缘层厚度的导线进行了大量试验。试验时，考虑到户外安装环境可能出现的温度情况，模拟了15及以上、15至零下 5之间和零下 5以下三个温度段。综合大量的试验结果，推荐出安装防弧金具高压电极时的压紧力矩值，见表

8、 1。4表 1 不同环境温度下防弧金具高压电极的安装压紧力矩推荐值 (N.m)环境温度段防弧金具型号导线绝缘层厚度mm导线截面积mm2 1515-5-570952.51202022247095FHJC-701203.41202124271501852.5240232628150185FHJC-1502403.42402428305 热稳定试验 本试验的目的是检验防弧金具高压电极与绝缘导线穿刺接触的通流能力是否满足要求。结合压紧力试验，用 FHJC-70120、FHJC-150240 两种试品配套不同截面的绝缘导线进行了反复多次的热稳定试验研究，最终确定的产品，按照表 1 推荐的压紧力矩值操作，

9、能够满足热稳定通流能力的要求，表 2 列出了 2003 年 11 月 18 日进行的一次热稳定试验结果。表 2 防弧金具高压电极热稳定试验结果导线截面（mm2）试品编号绝缘层厚度（mm）压紧力矩（N.m）热稳定流（kA）持续时间（s）接触电阻（）试验前/试验后12.52310.20.991115/23623.42310.10.980149/2377033.42412.60.980102/23412043.42415.60.987137/23918552.52620.40.97774/11256 工频电弧试验 工频电弧试验的目的是检验雷击闪络后工频短路电弧的弧根能否由起弧点转移并固定在防弧金具

10、G2 间隙上燃烧以及高、低压电极被烧蚀的程度和保护导线免于烧伤的效果。试验是在中国电力科学研究院大功率试验站进行的。试品布置如图 4 所示，试验时用熔丝将防弧金具 G1 间隙短接，三相或两相开关合闸形成工频短路电弧，燃弧过程通过高速摄象机录制，试验后检查防弧金具的烧蚀情况和保护导线的效果。图 4 工频电弧试验的试品布置通过几十次工频电弧试验研究，最终确定了高、低压电极和绝缘罩的结构、形状及安装方式。型式试验结果表明，防弧金具能有效地保护绝缘导线免于工频电弧烧伤断线。图5 展示了对定型产品分别进行的 5 次工频大电流电弧试验及 5 次工频小电流电弧试验后高压电极和绝缘导线的情况。可见，在小电流电

11、弧作用下，防弧金具高压电极的端部有轻微烧损，导线完好；在大电流电弧作用下，防弧金具高压电极的端部有严重烧蚀，但导线基本完好。 A 5 次工频大电流电弧试验后 B 5 次工频小电流电弧试后图 5 工频电弧试验后高压电极和绝缘导线情况67 结 论本文研制的防止 10kV 架空绝缘导线雷击断线用穿刺型防弧金具能定位雷电冲击放电路径，疏导工频电弧弧根，起到了保护绝缘导线免于雷击断线的作用。防弧金具的高压电极与绝缘导线穿刺接触，引出高电位，安装时无须剥离绝缘导线绝缘层。 采用本文推荐的压紧力矩值安装防弧金具的高压电极时，穿刺齿与导线接触良好 、变形适度，能通过规定的热稳定试验。防弧金具的高、低压电极构成

12、了雷电冲击放电和工频电弧燃烧两个间隙，前一间隙可保证放电电压稳定，后一间隙能够耐受工频电弧的烧灼。绝缘罩采用硅橡胶模压成型，绝缘性能优良，与高压电极配套使用，整体效果更佳。对于辐射形线路，防弧金具应安装在绝缘子的负荷侧。对于环网形线路，防弧金具应在绝缘子两侧对称安装，且用铝线将高压电极连接。在进行雷电冲击放电试验和工频电弧试验时，三相试品按实际情况布置，10kV电杆、横担、立担，绝缘导线均为配网中使用的产品，试验结果真实可靠。参考文献（1）陈维江等，10kV 架空绝缘导线防雷击断线用防弧金具的试验研究，电网技术，2002（9）（2）中国电力科学研究院，上海市电力公司市南供电公司，10kV 配电网架空绝缘导线雷击断线防护措施研究技术报告，第一部分，2003作者简介：陈维江 （1958-） ，男，副院长，教授级高工，博士生导师，主要研究方向为电力系统过电压保护、绝缘配合及电磁环境；孙昭英 （1945-） ，女，教授级高工，主要研究方向为高电压试验技术和电力系统过电压保护、绝缘配合；周小波 （1961-） ，女，总工，高级工程师，从事电网生产管理工作；潘 博 （1966-） ，男，副总工，高级工程师，从事配电网运行管理工作；陈伟明 （1957-） ，男，线路主管，高级工程师，从事配电网运行管理、线路技术开发工作；吴才彪 （1963-） ，男，线路专职，工程师，从事配电网运行管理工作。