12输电线路防绕击避雷针的电气优化设计分析

李建鑫

摘要：近年来，由于我国市场经济的快速发展，工业企业对电力的需求日渐增加，直接引发了国内电力行业的飞速发展与进步，当前为国内企业承担主要电力输送工作的便是500kV高压电输电线路，而高压线路往往长期暴露在野外，其线路长、分布广，同时运转期间容易受到当地环境与天气的影响，尤其是雷电天气，输电线路遇到雷击的情况会很多，而高压线路受到雷击的力量一旦超过其承受力，将会引发跳闸故障，导致一整片区域的用电停电事故，甚至还能对高压设备产生一定的损害，因此有关500kV输电线路的防雷工作一直是我国电力工作者的重点。

关键词：输电线路；防绕击避雷针；电气优化设计

引言

随着时代不断发展，输电线路的电压不断升高，传统的避雷针逐渐满足不了当前的需求，因此，输电线路防绕击避雷针的电气优化设计成为当前设计人员的首要任务。防绕击避雷针属于地线避雷针，利用自身针尖的绝缘帽与针体串联小气隙，能有效防止雷电绕击导线，降低雷击事故的发生几率，避免安全事故。

1普通避雷针引雷的原因分析

在雷雨天气中，雷云与地面之间首先会形成一定的电场，通常是直流静电场，并且电场的形成是在雷云对地面放电之前。在放电过程中，如果将雷云比作电极，那么可以将整体比作直流电压作用下的长间隙放电装置。受雷云形成的电场影响，输电线路的避雷针尖端的电场强度最大，而局部空间电离产生的电荷与雷云雷云产生的电荷同极性，通过避雷针流入大地，并在避雷针的上空形成空间电荷，该空间电荷与了避雷针同极性，同时与雷云的异极性电荷向雷云方向运动，降低避雷针尖端附近的电场强度，减弱或停止电离。当空间电荷与避雷针自身的同极性电荷逐渐消散时，避雷针针尖处的电场强度逐渐恢复，并循环该过程。在电离较少时，空间电荷的数量也较少，并降低空间电荷层外的场强数值，导致电离区的扩展较小，因此，引雷的作用较小。当雷云同极性空间电荷与避雷针针尖电离出的电荷没有同时快速消散时，产生的附加电场将不断增强避雷针针尖附近的电场强度。

2输电线路几种常见雷击形式

2.1反击雷过电压

当线路杆塔以及避雷线受到雷击时，在雷击点阻抗位置，会很大程度上提高雷电流对地电位，一旦线路绝缘冲击放电电压低于雷击点与导线之间所产生的电位差时，将会出现导线闪络现象，进而出现过电压，因为杆塔以及避雷线的电位值大于导线，因此，这种现象也可以称之为反击雷过电压。

2.2绕击雷过电压

绕击雷过电压主要是指雷电绕过避雷线直接击中导线或者导线直接被雷电击中，导线上会出现有过电压现象，因此也可以称之为绕击雷过电压。

3输电线路引发雷电的原因

3.1线路杆塔的高度

雷云中的电荷通过线路的杆塔与大地形成单向回路，雷云中所产生的过电压通过线路的杆塔，导致线路击穿的现象发生。由于杆塔自身具有一定的高度，相关工作人员需要知道一些影响因素：①杆塔身的电流加大，反击的电压和电流就会减少。②导线闪烁程度的大小与线路间距的不均衡有着直接关系。③相邻杆塔之间的分流会导致分流作用降低。

3.2高压输电线路架设困难

高压输电线路的构建过程困难，对其架设地点的地理条件和位置都要进行严格勘查，由于部分地区地势特殊，地势的多变也对输电线路的架设增加一定难度。此种地势状况一般出现在山区，具有自然环境复杂、输电线路面积大、路程远等困难，所以导致雷雨季节时输电线路遭到雷电破坏的几率较大。因此，在架设输电线路的过程中输电线路的防雷设计是此项工程的重中之重。

3.3土壤电阻率的原因

通常情况下，杆塔和接地电阻之间有着直接关系，对于高山以及岩石等地形结构相对较为复杂的地区，其土壤的电阻率对雷击现象的影响较为明显。此外，若是出现雷击塔顶的现象，由于土壤的电阻率很小，非常有可能造成反射的现象。因此，山区线路则更容易遭受雷击，而平原线路则可以通过降低接地电阻来降低遭受雷击的可能性。

4输电线路的防雷措施

4.1防绕击避雷针针体串联小气隙避雷分析

当天空出现雷云时，地面与雷云之间形成电场，该电场强度可高达5kV/m，并使电场内的部分金属物体或建筑物出现电晕放电现象。当下行先导在雷云内部形成时，雷击放电过程开始。下行先导电荷首先向地面移动，在运动过程中呈阶梯式规律，并使自身所携带的电荷与地面形成电场，与此同时，地面的部分金属物或建筑物产生上行的先导电荷，并不断向上移动，最终，与下行先导电荷会合，当两个先导电荷会合时，闪电电流将流过二者形成的通道。在地面产生上行先导过程中，可能会产生多个上行先导电荷，但第一个与下行先导会合的上行先导决定了雷击位置。输电线路防绕击避雷针本体串联小空气间隙，在雷云先导通道运行过程中，避雷针串联的小间隙相当电容的存在，并在小间隙自身的两极积累电荷，当场强超过极限值时，将击穿小间隙，导致小间隙开始放电，电荷在一定的作用下，与避雷针针尖处的电荷会合，同时向上发展，从而形成迎面上行先导，从而增大小间隙避雷针的引雷能力。

4.2使用防绕击避雷针

首先我们知道雷电对500kV输电电线的主要威胁来自于两个方面，第一个方面是，感应雷所造成的危害，这面以前可能会对高压输电线路造成不少的困扰，不过目前来说，由于500kV高压输电线路的本身的绝缘性能比较高，感应雷对500kV高压输电线路的威胁并不会很大。第二个方面是直击雷电，这是对目前500kV高压输电线路危害的主要来源。通过实验与实际情况数据分析可以知道，50%到85%的雷雨天气跳闸现象都是因为直击雷电所形成的绕击电流所导致的，这个电流强度一般在15到30kA左右。因此，选用防绕击避雷针是非常有必要的，可以大大降低雷雨天气输电线的故障率，保障线路的畅通。防绕击避雷针可以最大限度的避免雷击现象。所以在500kV输电线路中架设防绕击避雷针是一个十分有效的方法。它可以产生一个比普通避雷针更快的上行电场先导，因而会更容易吸引高空中的雷电所形成的阶梯状的下行先导，只要上行先导与下行先导开始接触，就是放电开始的时候。由此可知防绕击避雷针具有普通避雷针不具备的优势。

4.3防绕击避雷针针尖的绝缘帽避雷

在实际的避雷过程中，如果避雷针的针尖处电荷密度较大，将导致对雷云产生的电场不断变强，从而导致引雷空间变大，保护范围也变大。想要增加避雷针针尖处的电荷密度，应做到以下两点：①增加避雷针本身的高度；②根据相关的电介质计划理论，使偶极子电介质受电场作用影响，做规律的定向移动，并使电场有序进行排列，介质的表面产生电荷呈现极性。受极化影响，附加电荷在电极上较多，并与电极原有的电荷极性相同，利用增大电荷密度，增强电场的强度，因此，在避雷针针尖处安装绝缘帽能有效增强避雷针的引雷能力。绝缘帽的安装，防止避雷针针尖附近的空间电荷进入避雷针内，从而避免电荷消失。受雷云自身的作用影响，避雷针针尖处的电荷强度最大，并随着雷云的下行先导向地面延伸，使避雷针针尖处电荷不断增强，当雷云的同极电荷与局部空间电离出的电荷同时被绝缘帽阻隔时，使电荷其紧贴避雷针的绝缘帽外部，并避免电荷通过避雷针流入大地。当避雷针戴有绝缘帽时，避雷针尖端的电场强度不断升高，并始终大于未戴绝缘帽的避雷针电场强度，使得电离现象不断发生，形成导电性好、密度大的区域，最终形成由避雷针向上发展的迎面先导，其作用与提升避雷针本身的高度相同，从而增强避雷针的避雷效果。

结束语

综上所述，在输电线路防绕击避雷针电气优化设计过程中，避雷针中串联小气隙与针尖戴上绝缘帽能有效提升避雷针的防绕击效果，并同时提升避雷线的屏蔽能力，降低雷击事故的发生几率，从而保证输电线路正常运行。但在实际的优化设计过程中，还存在一些问题，需要设计人员不断创新，以保证线路的安全。

参考文献：

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[2]牛健.500kV输电线路雷电干扰及防雷措施分析[J].科技创新与应用，2016（31）：202.