防雷绝缘子在绝缘线路上的应用

赵永昌 胡保有

摘要：本文在对雷击造成的架空绝缘线路断线、设备故障的作用机理进行分析的基础上，从防雷击绝缘子架空绝缘线路防雷击原理和架空绝缘线缆防雷的并联间隙设计原则两个方面提出了防雷绝缘子在架空绝缘线路中的防雷击设计原则。最后，结合供电企业的实际需求和应用情况，总结出防雷绝缘子在架空绝缘线路中的应用技术，以期能为绝缘线路中防雷击绝缘子技术改造提供参考。

关键词：防雷击；架空线路；绝缘子；引弧近些年来，随着社会生产生活用电需求的提高，设备及供电线路的用电负荷增加，供电公司需要持续提高绝缘化率来保证设备处于高效率的工作状态。但是，在实际的应用过程中，因为受到外界不可抗力，例如雷电、风等问题，影响了供电线路供电的稳定性和可持续性。虽然线路都设置了过电压保护器、避雷器等设备，但是在应用过程中依然存在着一定比例的雷击事故。而防雷击绝缘子的出现和应用给架空绝缘线路防雷击性能的提高起到了一定的作用。因此，有必要在分析雷击造成架空绝缘线路故障甚至断线机理的基础上，探讨防雷绝缘子在绝缘线路保护中的作用，并提出完整的绝缘子应用技术方案，为提高绝缘线路的工作稳定性提供参考。

一、雷击造成架空绝缘线路断线的机理

（一）架空绝缘导线受力因素。首先，因为靠近杆塔位置处的导线需要承受更大的拉力和重量，这直接导致该位置的导线承受的应力更大。同时，供电导线除了在转角的杆塔处使用弹性优良、耐张力能力强的绝缘子之外，在一般地方都是使用简单的柱式绝缘子，在这些地方容易出现剪切疲劳问题。同时，因为金属导线具有一定的延展性，在这些内部应力的长期作用下，将导致直径减小、电阻增加，为绝缘导线雷击事故的发生提供了电热效应基础。

（二）架空绝缘导线受雷击的电学机理。在杆塔附近处的导线在压力作用下容易出现一定程度的破坏，因此在受到雷击作用时，高电压将会导致绝缘导线的薄弱位置处出现击穿孔，从而使得绝缘导线出现闪络问题，导致绝缘线路出现短路，瞬间出现很高的工频续流，在短时间内出现热效应而使得导线的温度升高，再在力的作用下出现断线问题。

从实际的情况来看，绝缘导线雷击断线故障一般出现在少遮蔽物的平整地方。这主要是因为这些断线故障并不是因为雷击直接作用而使得线路被击穿的，而是在地面放电的感应电压造成的绝缘线缆断线问题。这种感应电压产生的电流远远超过绝缘导线的承载能力，直接造成绝缘线缆烧断。

（三）架空绝缘导线性能。因为架空绝缘导线一般包括三

层，从里向外的结构依次是导体、内屏层以及绝缘层三层。按照线缆不同的规格和型号，每千米的绝缘导线重量从100kg到1000 kg不等，而且对应的允许电流值从100A到500A。但是，架空绝缘线缆的绝缘层总厚度一般是2.5mm，且电阻值超过1000MΩ，使用的材料通常是树脂、塑料、橡胶、PVC等。但是这些材料的熔点都较低，一旦受到雷击，电流产生的热效应将会将之迅速融化，从而导致架空线路出现雷击事故。

二、防雷绝缘子在架空绝缘线路中的防雷击设计原则

（一）防雷击绝缘子架空绝缘线路防雷击原理。通常，防雷绝缘子实现防雷击目的的基本原理是通过并联间隙的方式来实现的。通过在绝缘子的两端并联设置一对金属电极，通过形成保护间隙的方式来确保保护间隙的距离小于绝缘子串的总串长。当噪声雷击时，绝缘子串上产生很高的雷电过电压，但因保护间隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压，雷击作用将首先在保护间隙放电，工频电弧在热应力以及点动力的作用下通过并联间隙形成了放电通道，最终被逐步引至金属电极的端部，将金属电极端部的部件烧毁，达到保护绝缘导线、绝缘子的目的。

通过这种方式，防雷保护装置具有引导放电、疏导工频电弧以及使得工频电场更加均匀的作用。在整个过程中，这种作用与设置的并联间隙的招弧角尺寸、形状等具有一定的关系。

（二）架空绝缘线缆防雷的并联间隙设计原则。首先，在设置过程中要将之与绝缘子串的绝缘相互配合，并考虑到绝缘子串与并联间隙在雷电的冲击作用电压以及雷电线路过电压作用下的特性。在雷击作用下，绝缘子串和并联间隙出现的闪络电压一般符合对应概率的随机分布，具有一定的统计特性。因此，在实际的过程中必须受限使用数理统计方法对并联间隙以及绝缘子串之间的配合形式进行设计，确定对应的安全间隙距离，保证所设计的并联问隙伏秒特性曲线处于绝缘子伏秒特性曲线的上方，使得雷击作用下出现闪络现象时，并联间隙将会先于绝缘子串出现闪络，从而达到保护绝缘子的目的。同时，还应该保证并联间隙在可能存在的正常操作电压下不会出现断开的问题，确保线路的绝缘水平处于正常水平。其次，在架空绝缘线缆中，电压等级处于220kV及以下的线路不会设置均压环，所以在设置并联间隙的过程中需要对间隙的均压能力予以考虑，即并联间隙不但要具有对应的引弧能力，而且还必须具有充当均压环的功能，起到一定的均压效果。在设置了防雷绝缘子之后，能够使得不均匀的电压分布情况得到有效的改善，以免绝缘子在电压的作用下出现电晕现象。

三、防雷绝缘子在架空绝缘线路中的应用技术

（一）防雷击绝缘子的主要技术类型。当前实际中应用的防雷击绝缘子金具主要包括两种：(1) 剥线型的防弧金具，该种防弧金具的电压水平较高，而且安装位置通常在导线绝缘子轴线的100.0-150.0mm范围当中。在设置之后，可以在架空绝缘导线线路的绝缘子端部与金属器件之间形成反应，在雷击作用下构成冲击放电通路。在架设的过程中，尤其要注意所架构的线路的特点，通过选择不同的安装区域来保证防雷击效果。通常，对于环网结构的绝缘配电网络而言，可以将这种防雷装置设置在绝缘子的两侧，而且安装的金具要与导线绝缘层之间相互剥离。而对于星型的配电网络而言，这种防护金具通常可以设置在绝缘子的负荷侧位置；(2) 穿刺型防弧金具：这种防弧金具的最大优点在于能够有效的避开采用剥线型防弧金具结构过程中出现的密封性能较差的问题。这种防雷击结果通过将电极结构设置成为穿刺形态，将尖齿作为电载荷体，将架空导绝缘线线路的绝缘层刺穿，使得金具与绝缘线的线芯直接接触，从而达到引出高位电压的目的。这种结构的防弧金具的结构主要包括低压电极、高压穿刺电极以及绝缘护罩构成。在实际的设置与应用过程中主要注意绝缘层与穿刺层之间的挤压，保证两者具有足够的密封性能，否则将影响到防雷击的效果。

对策与实施

（二） 防雷绝缘子架空绝缘线路应用方案流程。(1) 通过对现场的实际调研，统计得到整个项目方案中需要安装的防雷击绝缘子数量；(2) 开展经济技术评估，计算得到若不进行防雷击绝缘子的改造，当停电时间达到4h时，结合停电面积、影响总负荷(30%)，估算得到雷击造成全年总的供电量损失，确定是否需要对绝缘子进行防雷击改造；(3) 若需要改造，则对绝缘线路绝缘子的弯曲强度、耐受的额定电压等级进行测算，结合实际的使用环境，诸如耐污要求等形成完善的绝缘子综合设计要求。并按照对应的设置安装规范进行项目实施，最后与对应的国家标准进行对比，保证验收结果。

结语：架空绝缘线缆绝缘子的防雷改造工作是当前供电线路改造工作的重点之一，也是保证供电线路正常运行的重要环节，在具体的实施过程中必须结合实际的需求以及线路的应用环境制定出与之相对应的技术方案，这样才能使得整个线路达到防雷击等级。

参考文献：

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[2] 邱辉.史进.汪利华.张磊.王彤 一种新型10 kV耐张棒式防雷绝缘子的设计与应用[J]. 电瓷避雷器,2012(6).