防雷絕緣子在絕緣線路上的應(yīng)用

趙永昌 胡保有

摘要：本文在對雷擊造成的架空絕緣線路斷線、設(shè)備故障的作用機理進行分析的基礎(chǔ)上，從防雷擊絕緣子架空絕緣線路防雷擊原理和架空絕緣線纜防雷的并聯(lián)間隙設(shè)計原則兩個方面提出了防雷絕緣子在架空絕緣線路中的防雷擊設(shè)計原則。最后，結(jié)合供電企業(yè)的實際需求和應(yīng)用情況，總結(jié)出防雷絕緣子在架空絕緣線路中的應(yīng)用技術(shù)，以期能為絕緣線路中防雷擊絕緣子技術(shù)改造提供參考。

關(guān)鍵詞：防雷擊；架空線路；絕緣子；引弧近些年來，隨著社會生產(chǎn)生活用電需求的提高，設(shè)備及供電線路的用電負(fù)荷增加，供電公司需要持續(xù)提高絕緣化率來保證設(shè)備處于高效率的工作狀態(tài)。但是，在實際的應(yīng)用過程中，因為受到外界不可抗力，例如雷電、風(fēng)等問題，影響了供電線路供電的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。雖然線路都設(shè)置了過電壓保護器、避雷器等設(shè)備，但是在應(yīng)用過程中依然存在著一定比例的雷擊事故。而防雷擊絕緣子的出現(xiàn)和應(yīng)用給架空絕緣線路防雷擊性能的提高起到了一定的作用。因此，有必要在分析雷擊造成架空絕緣線路故障甚至斷線機理的基礎(chǔ)上，探討防雷絕緣子在絕緣線路保護中的作用，并提出完整的絕緣子應(yīng)用技術(shù)方案，為提高絕緣線路的工作穩(wěn)定性提供參考。

一、雷擊造成架空絕緣線路斷線的機理

（一）架空絕緣導(dǎo)線受力因素。首先，因為靠近桿塔位置處的導(dǎo)線需要承受更大的拉力和重量，這直接導(dǎo)致該位置的導(dǎo)線承受的應(yīng)力更大。同時，供電導(dǎo)線除了在轉(zhuǎn)角的桿塔處使用彈性優(yōu)良、耐張力能力強的絕緣子之外，在一般地方都是使用簡單的柱式絕緣子，在這些地方容易出現(xiàn)剪切疲勞問題。同時，因為金屬導(dǎo)線具有一定的延展性，在這些內(nèi)部應(yīng)力的長期作用下，將導(dǎo)致直徑減小、電阻增加，為絕緣導(dǎo)線雷擊事故的發(fā)生提供了電熱效應(yīng)基礎(chǔ)。

（二）架空絕緣導(dǎo)線受雷擊的電學(xué)機理。在桿塔附近處的導(dǎo)線在壓力作用下容易出現(xiàn)一定程度的破壞，因此在受到雷擊作用時，高電壓將會導(dǎo)致絕緣導(dǎo)線的薄弱位置處出現(xiàn)擊穿孔，從而使得絕緣導(dǎo)線出現(xiàn)閃絡(luò)問題，導(dǎo)致絕緣線路出現(xiàn)短路，瞬間出現(xiàn)很高的工頻續(xù)流，在短時間內(nèi)出現(xiàn)熱效應(yīng)而使得導(dǎo)線的溫度升高，再在力的作用下出現(xiàn)斷線問題。

從實際的情況來看，絕緣導(dǎo)線雷擊斷線故障一般出現(xiàn)在少遮蔽物的平整地方。這主要是因為這些斷線故障并不是因為雷擊直接作用而使得線路被擊穿的，而是在地面放電的感應(yīng)電壓造成的絕緣線纜斷線問題。這種感應(yīng)電壓產(chǎn)生的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過絕緣導(dǎo)線的承載能力，直接造成絕緣線纜燒斷。

（三）架空絕緣導(dǎo)線性能。因為架空絕緣導(dǎo)線一般包括三

層，從里向外的結(jié)構(gòu)依次是導(dǎo)體、內(nèi)屏層以及絕緣層三層。按照線纜不同的規(guī)格和型號，每千米的絕緣導(dǎo)線重量從100kg到1000 kg不等，而且對應(yīng)的允許電流值從100A到500A。但是，架空絕緣線纜的絕緣層總厚度一般是2.5mm，且電阻值超過1000MΩ，使用的材料通常是樹脂、塑料、橡膠、PVC等。但是這些材料的熔點都較低，一旦受到雷擊，電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)將會將之迅速融化，從而導(dǎo)致架空線路出現(xiàn)雷擊事故。

二、防雷絕緣子在架空絕緣線路中的防雷擊設(shè)計原則

（一）防雷擊絕緣子架空絕緣線路防雷擊原理。通常，防雷絕緣子實現(xiàn)防雷擊目的的基本原理是通過并聯(lián)間隙的方式來實現(xiàn)的。通過在絕緣子的兩端并聯(lián)設(shè)置一對金屬電極，通過形成保護間隙的方式來確保保護間隙的距離小于絕緣子串的總串長。當(dāng)噪聲雷擊時，絕緣子串上產(chǎn)生很高的雷電過電壓，但因保護間隙的雷電沖擊放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，雷擊作用將首先在保護間隙放電，工頻電弧在熱應(yīng)力以及點動力的作用下通過并聯(lián)間隙形成了放電通道，最終被逐步引至金屬電極的端部，將金屬電極端部的部件燒毀，達(dá)到保護絕緣導(dǎo)線、絕緣子的目的。

通過這種方式，防雷保護裝置具有引導(dǎo)放電、疏導(dǎo)工頻電弧以及使得工頻電場更加均勻的作用。在整個過程中，這種作用與設(shè)置的并聯(lián)間隙的招弧角尺寸、形狀等具有一定的關(guān)系。

（二）架空絕緣線纜防雷的并聯(lián)間隙設(shè)計原則。首先，在設(shè)置過程中要將之與絕緣子串的絕緣相互配合，并考慮到絕緣子串與并聯(lián)間隙在雷電的沖擊作用電壓以及雷電線路過電壓作用下的特性。在雷擊作用下，絕緣子串和并聯(lián)間隙出現(xiàn)的閃絡(luò)電壓一般符合對應(yīng)概率的隨機分布，具有一定的統(tǒng)計特性。因此，在實際的過程中必須受限使用數(shù)理統(tǒng)計方法對并聯(lián)間隙以及絕緣子串之間的配合形式進行設(shè)計，確定對應(yīng)的安全間隙距離，保證所設(shè)計的并聯(lián)問隙伏秒特性曲線處于絕緣子伏秒特性曲線的上方，使得雷擊作用下出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象時，并聯(lián)間隙將會先于絕緣子串出現(xiàn)閃絡(luò)，從而達(dá)到保護絕緣子的目的。同時，還應(yīng)該保證并聯(lián)間隙在可能存在的正常操作電壓下不會出現(xiàn)斷開的問題，確保線路的絕緣水平處于正常水平。其次，在架空絕緣線纜中，電壓等級處于220kV及以下的線路不會設(shè)置均壓環(huán)，所以在設(shè)置并聯(lián)間隙的過程中需要對間隙的均壓能力予以考慮，即并聯(lián)間隙不但要具有對應(yīng)的引弧能力，而且還必須具有充當(dāng)均壓環(huán)的功能，起到一定的均壓效果。在設(shè)置了防雷絕緣子之后，能夠使得不均勻的電壓分布情況得到有效的改善，以免絕緣子在電壓的作用下出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。

三、防雷絕緣子在架空絕緣線路中的應(yīng)用技術(shù)

（一）防雷擊絕緣子的主要技術(shù)類型。當(dāng)前實際中應(yīng)用的防雷擊絕緣子金具主要包括兩種：(1) 剝線型的防弧金具，該種防弧金具的電壓水平較高，而且安裝位置通常在導(dǎo)線絕緣子軸線的100.0-150.0mm范圍當(dāng)中。在設(shè)置之后，可以在架空絕緣導(dǎo)線線路的絕緣子端部與金屬器件之間形成反應(yīng)，在雷擊作用下構(gòu)成沖擊放電通路。在架設(shè)的過程中，尤其要注意所架構(gòu)的線路的特點，通過選擇不同的安裝區(qū)域來保證防雷擊效果。通常，對于環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的絕緣配電網(wǎng)絡(luò)而言，可以將這種防雷裝置設(shè)置在絕緣子的兩側(cè)，而且安裝的金具要與導(dǎo)線絕緣層之間相互剝離。而對于星型的配電網(wǎng)絡(luò)而言，這種防護金具通常可以設(shè)置在絕緣子的負(fù)荷側(cè)位置；(2) 穿刺型防弧金具：這種防弧金具的最大優(yōu)點在于能夠有效的避開采用剝線型防弧金具結(jié)構(gòu)過程中出現(xiàn)的密封性能較差的問題。這種防雷擊結(jié)果通過將電極結(jié)構(gòu)設(shè)置成為穿刺形態(tài)，將尖齒作為電載荷體，將架空導(dǎo)絕緣線線路的絕緣層刺穿，使得金具與絕緣線的線芯直接接觸，從而達(dá)到引出高位電壓的目的。這種結(jié)構(gòu)的防弧金具的結(jié)構(gòu)主要包括低壓電極、高壓穿刺電極以及絕緣護罩構(gòu)成。在實際的設(shè)置與應(yīng)用過程中主要注意絕緣層與穿刺層之間的擠壓，保證兩者具有足夠的密封性能，否則將影響到防雷擊的效果。

對策與實施

（二） 防雷絕緣子架空絕緣線路應(yīng)用方案流程。(1) 通過對現(xiàn)場的實際調(diào)研，統(tǒng)計得到整個項目方案中需要安裝的防雷擊絕緣子數(shù)量；(2) 開展經(jīng)濟技術(shù)評估，計算得到若不進行防雷擊絕緣子的改造，當(dāng)停電時間達(dá)到4h時，結(jié)合停電面積、影響總負(fù)荷(30%)，估算得到雷擊造成全年總的供電量損失，確定是否需要對絕緣子進行防雷擊改造；(3) 若需要改造，則對絕緣線路絕緣子的彎曲強度、耐受的額定電壓等級進行測算，結(jié)合實際的使用環(huán)境，諸如耐污要求等形成完善的絕緣子綜合設(shè)計要求。并按照對應(yīng)的設(shè)置安裝規(guī)范進行項目實施，最后與對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進行對比，保證驗收結(jié)果。

結(jié)語：架空絕緣線纜絕緣子的防雷改造工作是當(dāng)前供電線路改造工作的重點之一，也是保證供電線路正常運行的重要環(huán)節(jié)，在具體的實施過程中必須結(jié)合實際的需求以及線路的應(yīng)用環(huán)境制定出與之相對應(yīng)的技術(shù)方案，這樣才能使得整個線路達(dá)到防雷擊等級。

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