防繞擊避雷針在架空線路上的應(yīng)用探討

摘 要：本文對防繞擊屬性的避雷針在架空線路上的應(yīng)用進(jìn)行探討，分析了線路出現(xiàn)雷擊的原因，研究了運(yùn)用防繞擊避雷針的對策，闡述了防繞擊避雷針實(shí)際工作的原理，探討了防繞擊屬性的避雷針在架空線路上的應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及解決低等級架空線路不受雷擊的舉措。

關(guān)鍵詞：防擾避雷針；架空線路；實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1線路出現(xiàn)雷擊的原因

對架空線路繞擊問題而言，根據(jù)在高壓送電線路運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)相關(guān)的模擬試驗(yàn)，可得出一些結(jié)論，即雷電繞擊率、避雷線等，對邊導(dǎo)線保護(hù)角都會產(chǎn)生不同程度的影響，而且部分桿塔的高度、高壓送電線路途經(jīng)地形，對雷擊也會產(chǎn)生較大的影響。實(shí)踐得知部分地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)、氣候條件等因素，通常與雷電之間具有非常大的關(guān)聯(lián)性。尤其是山區(qū)，送電線路設(shè)計(jì)過程中，難免會遇到大跨度、大高差的檔距，這些因素又是線路耐雷水平相對薄弱的環(huán)節(jié)，特別是部分雷電活動較為頻繁的地區(qū)，會導(dǎo)致架空線路更容易遭到雷擊。

一些高壓送電線路出現(xiàn)雷擊是多方面原因?qū)е碌模诶讚魲U、塔頂部分避雷過程中，雷電的電流會直接流過塔體和接地體，讓桿塔實(shí)際的電位出現(xiàn)升高的情況，還會在相應(yīng)的導(dǎo)線上出現(xiàn)感應(yīng)過電壓。如果在導(dǎo)線和塔桿之間出現(xiàn)閃絡(luò)的現(xiàn)象，這樣的閃絡(luò)就是屬于反擊閃絡(luò)。另外，據(jù)相關(guān)的資料統(tǒng)計(jì)，在山區(qū)高壓送電線的繞擊率大約是在平地高壓送電線路的相關(guān)值的三倍左右。因此繞擊閃絡(luò)的現(xiàn)象也是時(shí)有發(fā)生的。在為一些特殊山區(qū)設(shè)計(jì)電線路時(shí)，就不可避免的會出現(xiàn)大跨度以及大高差的情況，這是一個(gè)關(guān)鍵的弱雷環(huán)節(jié)，當(dāng)此地區(qū)的雷電活動變得異常激烈時(shí)，這段山區(qū)的線路非常容易發(fā)生雷擊事故。在實(shí)際工作中，地線上所架設(shè)側(cè)針的長度是很重要的一個(gè)影響因素。當(dāng)?shù)鼐€上所架設(shè)側(cè)針的長度大于間隙下地線的電暈半徑時(shí)，這時(shí)的側(cè)針就能夠有效的提高地線引雷的作用，在很大程度上會降低繞擊閃絡(luò)的概率。但是當(dāng)針長小于地線的電暈半徑時(shí)，側(cè)針的尖端不會被形成的電暈層包圍住，當(dāng)針長發(fā)展到大于線的臨界半徑后，針就會被轉(zhuǎn)移到電暈層的外周圍，這在一定程度上能夠攔截到可能引發(fā)繞擊閃絡(luò)的弱雷，從而減少發(fā)生雷擊的情況。

架空線路之中很容易出現(xiàn)雷擊，需要安裝防繞擊避雷針的情況主要有以下幾種：首先是在一些特殊的地理環(huán)境和一些多變的氣候條件地區(qū)，這樣的地區(qū)時(shí)常出現(xiàn)雷電活動；其次是當(dāng)線路安裝處在海拔很高的斜坡或者山頂時(shí)，很容易出現(xiàn)雷電或雷電繞擊的情況；再次，一些線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很低，對于桿塔的防雷保護(hù)方面的角度很大，這樣的情況也很容易受到繞擊。除此之外，還有線路絕緣配合偏低，實(shí)際的耐雷水平很低等，這些都很容易導(dǎo)致在線路雷擊時(shí)繞擊跳閘。

2運(yùn)用防繞擊避雷針的對策

2.1防繞擊避雷針的研究基礎(chǔ)

在地線上架設(shè)水平側(cè)向短針具有良好的作用，可以提高地線引雷的能力，防止頻繁出現(xiàn)繞擊跳閘的情況。這樣分布式的相關(guān)繞擊措施，本身具有對檔距之中的任何危險(xiǎn)段進(jìn)行實(shí)際保護(hù)的優(yōu)勢。一旦在地線上面架設(shè)的側(cè)針實(shí)際長度大于建縫地線臨界點(diǎn)半徑，側(cè)針就可以有效的提高整個(gè)地線的引雷能力，從而大大降低出現(xiàn)繞擊的情況。一旦針的長度比臨界電暈半徑小，針就會被淹沒在整個(gè)地線構(gòu)成的電暈層里面，針的實(shí)際存在不能形成突出的尖端，如果針的長度比臨界電暈半徑大，這個(gè)針就能在整個(gè)電暈層之外凸顯，提前對滲透到低處電流，可能導(dǎo)致繞擊的弱雷電進(jìn)行及時(shí)的攔截。

2.2防擾擊避雷針實(shí)際的保護(hù)范圍

我們按照單個(gè)避雷針的保護(hù)范圍進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算，進(jìn)行計(jì)算需要的條件是，防擾擊的避雷針對于導(dǎo)線的垂直高度在九米，整個(gè)水平的位移是1.45米，實(shí)際繞擊避雷針對于地面的高度大于30米，整個(gè)被保護(hù)物體的導(dǎo)線實(shí)際的高度大于二分之一的地線對地高度。整個(gè)實(shí)際保護(hù)的范圍是實(shí)際被保護(hù)導(dǎo)線的高度，p是高度的系數(shù)，當(dāng)h小于等于30米時(shí)，P=1；當(dāng)h在30米到120米之間的范圍之中時(shí)，p=。我們經(jīng)過實(shí)際的計(jì)算得知，這個(gè)防繞擊避雷針對于實(shí)際導(dǎo)線保護(hù)范圍半徑是8.8米，如果實(shí)際的兩根針之間的距離在15米的范圍，就可以完全起到應(yīng)有的保護(hù)效果。

2.3對于防繞擊避雷針的實(shí)際分布

根據(jù)相關(guān)研究得知，輸電線路繞擊的區(qū)域一般在10到30米的范圍之內(nèi)，呈現(xiàn)這樣的一個(gè)有效區(qū)域。在一些薄弱區(qū)域需要分別在離桿塔15到30米的架空地線上布置一支防繞擊的避雷針，這樣針對耐張轉(zhuǎn)角塔跳線多次遭受繞擊的實(shí)際情形，可以在地線的支架上面裝配一支長度在600毫米的側(cè)針。這樣的布置理論上會對距離整個(gè)塔將近40米范圍內(nèi)的導(dǎo)線起到應(yīng)有的保護(hù)作用。

3防繞擊避雷針實(shí)際工作的原理

3.1運(yùn)用尖端放電原理，增加地線桿塔對于弱雷的吸引力

隨著GPS定位觀測系統(tǒng)廣泛運(yùn)用，對于輸電線路雷擊導(dǎo)致的故障，人們有了清晰的認(rèn)識，雷擊跳閘故障是由較小的雷電流引導(dǎo)致的，110kV的線路耐反擊雷實(shí)際在45kA到75kA之間，但是在繞擊故障的情況下，雷電的實(shí)際電流會達(dá)到8kA到30kA左右，這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)小于實(shí)際需要的耐雷要求。實(shí)際運(yùn)行中可以根據(jù)雷電繞擊的先導(dǎo)發(fā)展模型相關(guān)理論，把可能導(dǎo)致繞擊的雷云采用避雷針吸引到架空的地線上面，這樣可以充分發(fā)揮線路耐雷能力，有效防止繞擊。

3.2對于側(cè)針長度的確定

因?yàn)樵陔妷旱燃壓驮跉鈮翰煌挠绊懴拢€有線路在架空地線的電暈半徑方面存在不一樣的情況，這時(shí)側(cè)針需要暴露在電暈以外，才能實(shí)現(xiàn)本身具有的引雷方面的效果。我們依據(jù)長間隙放電的相關(guān)的理論知識以及模擬進(jìn)行試驗(yàn)得到的結(jié)果可知，在線路加裝側(cè)針的長度，實(shí)際需要控制在30厘米或者比這還稍長一點(diǎn)。當(dāng)然，實(shí)際需要的情況并不固定，對于長度的控制可以依據(jù)線路實(shí)際的需要進(jìn)行設(shè)選擇，通過減小保護(hù)角實(shí)際的數(shù)值來算出側(cè)針需要的長度。

3.3對于實(shí)際安裝位置的確定

整個(gè)輸電線路在防雷方面實(shí)際上可以歸結(jié)為一點(diǎn)，那就是對于桿塔頭部的防雷，也就是對于高聳的架空線路做好有效的防雷。通過相關(guān)的模擬試驗(yàn)可以知曉，由于在輸電線路的桿塔實(shí)際的引雷作用和它的檔距之間相關(guān)的弧垂效益具有相關(guān)性，整個(gè)沿著輸電線路檔距的繞擊實(shí)際上可以劃分成為3個(gè)區(qū)域，我們叫做安全區(qū)域、危險(xiǎn)以及正常區(qū)域。一般在平原地形里，整個(gè)危險(xiǎn)的區(qū)域在距離桿塔10到30米的這個(gè)區(qū)域范圍之內(nèi)，我們需要把這個(gè)區(qū)域設(shè)為重點(diǎn)防護(hù)的區(qū)域，也就是在離桿塔大概10到20米的整個(gè)區(qū)域之內(nèi)，等距離的平均布置2套側(cè)針。此外還要在桿塔上適當(dāng)部位安裝好側(cè)針，來防護(hù)進(jìn)入桿塔側(cè)面的地線，屏蔽實(shí)效區(qū)域的低空雷電先導(dǎo)，還要對于地線和其側(cè)針實(shí)際屏蔽不足的地方進(jìn)行補(bǔ)充。

4防繞擊屬性的避雷針在架空線路上的應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

我們根據(jù)對繞擊的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行研究，防止繞擊需要考慮到諸多方面的內(nèi)容。首先是對于設(shè)計(jì)方面的耐雷水平要高于本地區(qū)實(shí)際的雷電活動的強(qiáng)度。可以在高空之中攔截雷電進(jìn)行先導(dǎo)，不要讓它進(jìn)入到接地體繞擊的區(qū)域之內(nèi)。

對于既要防反擊，還要防繞擊的接地體，就要降低雷電先導(dǎo)對接地體閃擊實(shí)際定位的高度。還要在接地體的側(cè)面安裝好接閃的相關(guān)裝置。比如在高接地體或者是線路桿塔側(cè)面安裝具有防止繞擊功能的全方位屏蔽防雷裝置，在地線上就需要裝設(shè)避雷針，這樣可以有效防止反擊雷和直擊雷。裝配的避雷針實(shí)際的有效性和引雷效率方面存在密切聯(lián)系。避雷針實(shí)際的引雷效率，也就是對于被保護(hù)的物體的保護(hù)作用，這和雷電極性以及雷電的通道以及實(shí)際空間電荷的分布、保護(hù)物的高度以及相互之間的位置有一定關(guān)系，和實(shí)際大氣、地理?xiàng)l件方面存在重要關(guān)系。一般地理?xiàng)l件會影響先導(dǎo)階段的電場分布和主放電的實(shí)際發(fā)展。空氣濕度和溫度越高，避雷針實(shí)際具有的保護(hù)效果越小，相應(yīng)的雷電流幅值就越大，整個(gè)避雷針實(shí)際引雷范圍也會相應(yīng)增大，這樣它起到的實(shí)際保護(hù)范圍就越大，效果也越好。

5解決低等級架空線路不受雷擊的舉措

5.1設(shè)置適當(dāng)?shù)谋芾灼?/p>

電力架空線路中，尤其是對低等級電力架空線路，依據(jù)實(shí)際規(guī)程會在用戶端設(shè)置避雷針。但在海拔三千米以上的地區(qū)，受到雷擊的現(xiàn)象很普遍，如果僅在用戶端設(shè)置避雷針是不夠的，很容易出現(xiàn)被雷擊破壞的情況。我們一般可以在2公里左右適當(dāng)?shù)陌惭b好避雷器，在2公里以內(nèi)的，至少需在架設(shè)的一條架空線路中安裝型號合適、質(zhì)量可靠的3臺避雷器。

5.2整條架空線路設(shè)置避雷線

在新建架空線路中設(shè)置避雷線防止雷擊是行之有效的。但是在已建的架空線中增加避雷線很難，但并不是不能。還可以在桿塔的頂端加裝抱箍，在這個(gè)抱箍上面加設(shè)支撐，避免在雷線上面進(jìn)行實(shí)際的支撐，還需要保證讓避雷針的中間的桿塔可靠接地，保證接地的電阻不小于10Ω。在高原上，只要是金屬都可能成為雷擊的對象。因此，在全線路之都需要進(jìn)行避雷線設(shè)置，首先是要在全線路設(shè)置好避雷線，這樣能避免雷擊的災(zāi)難，其次是避雷線可以和避雷器共同構(gòu)建保護(hù)體系，這樣具有的實(shí)際的保障系數(shù)就會變大。

參考文獻(xiàn)

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