浅析架空绝缘导线的防雷
摘要：架空绝缘导线较好解决了裸导线所解决不了的走廊和安全问题，与电缆相比，投资省、建设快，优点十分明显。但是，架空绝缘线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故的统计数量呈上升趋势，并随着绝缘导线线路长度增加而急剧上升，已成为严重威胁线路安全运行的主要根源，因此在使用绝缘导线时应考虑采取相应的防雷措施。
关键词：绝缘导线 防雷 预防措施
一、绝缘导线的应用
随着配电网的飞速发展，供电区域被树木覆盖，严重的腐蚀，大风等诸多因素的影响，是配电网的可靠性面临新的困难。受到自然界对配电网构成的这种或那种威胁，从而产生了架空绝缘线。架空绝缘导线与普通架空裸导线相比，具有许多优点，可解决常规裸导线在运行过程中遇到的一些难题，价格又比地埋电缆便宜很多，因此，在配网中得到广泛的应用。
架空绝缘导线相对于裸导线的优点：绝缘性能好。架空绝缘导线由于多了一层绝缘层，绝缘性能比裸导线优越，可减少线路相间距离，降低对线路支持件的绝缘要求，提高同杆架设线路的回路数。防腐蚀性能好。架空绝缘导线由于外层有绝缘层，比裸导线受氧化腐蚀的程度小，抗腐蚀能力较强，可延长线路的使用寿命。防外力破坏，减少受树木、飞飘物、金属膜和灰尘等外在因素的影响，减少相间短路及接地事故。 强度达到要求。绝缘导线虽然少了钢心，但坚韧，使整个导线的机械强度达到应力设计的要求
二、雷击断线的原因：
架空绝缘导线应用一流，其优点是显著的，线路的故障率下降；有效解决了城市绿化中的数线矛盾，美化了城市景观；提高了线路通道的利用率；防治了环境污秽对导线的直接影响；并具有良好的社会效益和经济效益。但是，近年来绝缘导线在运行中，其总故障数为裸导线故障总数的20%，故障数大大下降，但绝缘导线遭受雷击的可能性不比裸导线少，且雷击断线的可能性增加。
实际上，架空绝缘导线频繁发生雷击断线事故已引起国内外专家广泛重视，大家围绕雷击断线的机理，就如何有效防止架空绝缘导线发生雷击断线事故的焦点问题开展了大量的试验研究和应用技术的研发。
雷击塔顶或随附近避雷线电流通过杆塔接地体入地；杆塔电位升高，绝缘子发生闪络，当雷击至避雷线档距中央时，地线电位升高也可能引起导线、地线间的空气间隙闪络，这两种统称为反击。雷绕过避雷线击中相导线，这种由导线电位升高所引起的绝缘子闪络叫绕击；绕击和反击时，雷电直接流过杆塔或导线，这是产生的过电压叫雷击过电压。雷电时直击电流通过地表突出物入地散流，直击雷放点的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，这就感应雷产生的感应电压叫感应雷过电压。特别是在高层建筑物多的地方，减少了直击雷的发生。但高层建筑的引雷作用增加了邻近线路感应过电压的发生，其危害是大面积的。据统计，配电线路遭受雷击事故中感应雷占80%。
当受到雷击后（包括直击雷和感应雷），雷电波向杆塔两侧迅速传播，当抵达绝缘子附近的薄弱处时，就向铁塔横担放电从而形成雷击闪络，并击穿导线的绝缘层，被击穿的绝缘层呈针孔状。当过电压引起两相或三相同时闪络时，就可能在雷击闪络的通道上形成工频续流，产生高达数千安培的工频短路电弧。工频短路电弧受到周围绝缘层的阻隔，电弧的弧根不能沿绝缘导线滑动，只能在雷击闪络处形成针孔集中放电,在绝缘击穿点燃烧，并在断路器跳闸前极短的时间内就把绝缘导线烧断。尤其是在终端杆与耐张杆导线的破损处，工频续
流更容易建弧形成相间金属性短路，最终造成绝缘导线断线。而裸导线则不同，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面不断滑移，不会集中在某一点烧灼，因此不会严重烧伤导线。这样，通常在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会引起断路器动作，切断电弧。因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘电缆，研究雷击断线的原理，主要是确立闪络部位并采取相应措施。
三、绝缘导线雷击断线的防范和技术措施
根据绝缘导线雷击断线的原理，我们可以把雷比作气或水来治理，用“疏导”和“堵塞”两种方式。疏导就水管中多余的气或水为压力突然增加安装减压阀将其释放出来，对绝缘导线而言，就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使工频电弧弧根转移或固定在特制金具上燃烧，从而保护导线免于烧伤。例如，芬兰在绝缘子与导线联结处剥离绝缘层采用闪络保护型线夹;瑞典和美国将绝缘子两侧的绝缘导线剥离一段绝缘层并加装防弧线夹;日本将绝缘子处的导线绝缘层剥离，采用放电箝位绝缘子。“疏导”的方式操作简单、投资少，但局部裸露，存在密封和绝缘缺陷;另外，线夹装置经常会存在抗震性能较差的问题，在线路风吹舞动时，常发生故障。所谓“堵塞”就是加大水气管道的耐压强度使其不能释放，而对我们而言就是提高线路绝缘水平阻止雷击闪络后工频续流起弧。这种方式投资大，过高的电压或水压必须要释放出来，必然会在耐压水平较低的用户设备处释放，这样就会烧毁用户设备，给用户造成极大损失。例如日本大量采用过压保护器，即带串联环型外间隙金属氧化物避雷器。
经济发达国家采用架空绝缘导线输配电的时间较长，积累了大量运行经验。为了降低日益高涨的雷击断线事故率，先后采用了不少预防措施和方法，具体如下：
（一）安装架空地线
架空地线的作用，主要是将幅值很大的雷电过电压转化为电力，经很低的杆塔接地电阻排泄出去，从而大幅度降低雷电过电压，使导线得到保护。配电网绝缘水平较低，雷击架空地线后易造成反击闪络，仍然会发生工频续流烧断绝缘导线。而且根据统计，配电线路遭受雷击或绕击的概率较小，而感应过电压的故障却很大。此种方法可行性和难度较大，造价高，因此架空地线只能在直击雷频繁的区域使用。
（二）安装防雷绝缘子
为提高线路绝缘子的耐压水平，将10千伏绝缘子换为防雷绝缘子，可大大提高防雷水平。
1、防雷支柱绝缘子防雷的基本原理。绝缘子固定点将绝缘导线绝缘层剥离，绝缘导线导体与绝缘子上部放电金具紧密连接，绝缘子上部放电金具用于定位雷电闪络路径和固定工频电弧烧灼点，绝缘子下部有引弧板。当雷电过电压闪络后，工频短路电流在绝缘子上部放电金具与下端引弧板之间燃烧，放电金具保护了导体免受损伤。放电金具上加绝缘罩起绝缘作用，绝缘罩与放电金具间留有间隙作放电通道。剥离的导体裸露部分与绝缘层之间加防水绝缘胶带起密封和防水作用，绝缘罩两端用防水绝缘胶带固定。
2、防雷支柱绝缘子的安装。每基直线杆需安装1组，直线跨越杆塔安装2组，根据运行经验，有条件的没3基电杆可加1处接地装置，接地电阻小于10欧。
（三）延长闪络路径
这是防止绝缘导线雷击断线的又一种措施，通过延长闪络路径，可以有效降低工频建弧率，熄灭电弧，从而增加局部的绝缘强度。具体方法可以采用延长闪络间隙的保护模式，在横担上安装上U形的绝缘闪络路径，使得绝缘导线与U形头部间的冲击放电电压比绝缘子低。从而在产生雷电过电压时，该闪络间隙就会比绝缘子先发生击穿闪络，并可以沿着闪络路径
延展，进而切断工频续流，阻止工频续流形成电弧。因此，安装延长闪络路径的避雷器，或者在绝缘子与绝缘导线的相连处增加绝缘强度，均可以增加绝缘导线的防雷击能力。但如何保持间隙的问题和如何与同杆其它线路保持标准间距问题尚未解决。 （四）局部裸线化
这种方法在雷击频繁区应用较多，主要采用剥除绝缘导线的局部绝缘层，使其局部导线成为裸导线，使电弧可以在裸导线处滑动，而不停留在固定一定燃烧，防止了导线烧断，此外，这也为今后的施工提供一个接地线的点。 （五）安装放电线夹
安装上防弧金具，当雷电过电压到达一定数值时，在防弧金具的导体电极与接地电极间就会产生闪络，从而形成短路通道，接续的工频电弧就会在防弧金具上燃烧，进而防止了导线被烧断。对于辐射型线路而言，较常用的方法是把导线的绝缘层由绝缘子轴线处开始，朝着负荷一侧剥除100-150mm，在剥除处的负荷端安装一个金属线夹。对于环网线路而言，常用方法是将绝缘子两侧导线的绝缘层分别剥除100-150mm，剥除处的两端分别安装上防弧线夹。当发生雷击闪烙时，工频续流形成的电弧会在朝着反电源方向的金属线夹处移动，且弧根固定在防弧线夹上燃烧。其方法对环网供电的线路安装造成工程及费用增加和线路不简洁，鸟类较多地区易受侵袭接地。 （六）提高线路的绝缘水平
提高线路的绝缘水平，从而使雷击所产生的工频续流因爬距大不能建弧，进而可大大降低雷击时的跳闸率。如将此绝缘子更换为硅橡胶绝缘子，还可采取用玻璃钢绝缘横担取代直线杆原有的铁横担，用钢化玻璃绝缘子代替耐张杆原有的悬式瓷瓶的方式来提高线路的绝缘水平。目前上海大量使用玻璃钢熔丝横担有着机械强度高、绝缘性好的优点，若将其用作支柱绝缘子横担，即可明显的延长闪络路径，从而大幅度提高线路的耐雷水平，降低线路的建弧率，从而避免雷击断线事故的发生。这种方法就是我们所说的阻塞法。要配合过压保护器使用才行，也就是阻疏配合。 （七）绝缘线路雷击过电压保护器
线路过电压保护器的限流元件与线路绝缘子并联，当雷击塔杆或避雷线时，雷电流引起的高电位使线路保护器的串联间隙动作，降低了塔臂和导线之间的电位差，保证绝缘子不再闪络，从而避免线路跳闸停电。在串联间隙动作后，限流元件本体的残压不仅被限制到远低于绝缘子内闪络电压，而且在雷电压过后的系统工频电压下，能自己熄灭工频续流，保证正常供电。这种方法有以下优点：
①线路正常运行时，过电压保护器不承受持续工频工作电压的作用，处于“休息”状态限流元件电阻阀片的荷电率可以取得高一些，雷电冲击残压可以随之降低;
②限流元件只有在一定幅值的雷电过电压作用下串联间隙动作后，限流元件本体才处于工作状态，因此其外绝缘水平(绝缘外套爬电距离)可以低于无间隙避雷器。
③在正常设计的线路上，有足够的耐受操作过电压的能力，间隙大小可选择避免操作过电压作用的动作，这样可以大大减轻限流元件动作负载试验的压力。
④因不锈钢引流环串联间隙的隔离作用，即使限流元件电阻片劣化，也不至于影响线路的正常运行。
四、结论
绝缘导线雷击必断，这是特性所然，在架设绝缘导线的地方，应重视雷击断线问题。在直击雷频繁的区域，可以架设架空地线，以减少直击雷的危害。如有可靠的密封防潮措施，
采用氧化锌避雷器也是不错的选择。防弧金具能防止雷击断线，但导体裸露较长，存在绝缘、密封缺陷。线路过电压保护器防雷效果好，不破坏线路绝缘，免维护，值得推广使用。目前，架空绝缘导线运行中最突出的问题是断线和密封防水问题，因此，在做防雷措施时最好不要破坏线路的绝缘。