防止10kV架空绝缘导线雷击断线用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，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，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、95~120 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，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70~120mm2的绝缘导线，型号为FHJC-70~120；另一种适用于截面为150~240mm2的绝缘导线，型号为FHJC-150~2401-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，且用铝线将两个高压电极连接，见图2A 辐射线路 B 环网线路图2 防弧金具安装3 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，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-70~120、FHJC-150~240两种试品，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1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)防弧金具型号导线绝缘层厚度mm导线截面积mm2环境温度段≥15℃15℃~-5℃≤-5℃FHJC-70~1202.570202224951203.47021242795120FHJC-150~2402.51502326281852403.41502428301852405 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-70~120、FHJC-150~240两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，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（μΩ）试验前/试验后7012.52310.20.991115/23623.42310.10.980149/23733.42412.60.980102/23412043.42415.60.987137/23918552.52620.40.97774/1126 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 7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。