架空输电线路防雷设备分类

1、架空地线

架设架空地线是高压、超高压线路防雷的基本措施，架设于输电线路杆塔顶端，其保护原理是：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变，在架空地线顶端，形成局部电场强度集中空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向架空地线放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。架空地线的材料一般是镀锌钢绞线，特殊情况下也用钢芯铝绞线或镁铝合金绞线。架空地线在杆塔上的位置如下图所示。

图 架空地线在杆塔上的位置

架空地线使雷云先导放电电场畸变的范围（即高度）是有限的。当雷电先导刚开始形成时，架空地线不能影响它的发展路径，如下图(a)所示，只有当雷电先导通道发展到离地面一定高度H（称为定向高度）时，架空地线才可能影响雷电先导的发展方向，如下图(b)所示，使雷电先导通道沿着电场强度最大的方向击向架空地线。这个雷电定向高度H与架空地线架设高度h有关，根据模拟实验，h≤30 m，H≈20h；h>30 m时，H≈600h。

2、绝缘子

输电线路绝缘子（串）架设于输电线路与杆塔之间，主要承担电气绝缘和机械支撑的作用，还要承受覆冰、风偏、舞动、地震等极端气候条件导致的极端机械负荷以及雷电和操作引起的过电压。输电线路绝缘子（串）主要有盘形悬式玻璃绝缘子、盘形悬式瓷绝缘子、棒形悬式复合绝缘子串等，如下图所示。当输电线路遭受雷击时，若绝缘子串的绝缘性能足够强，则可以保证其不被击穿，确保输电线路与杆塔之间的电气绝缘，从而保证输电线路的电气可靠性。

(a) 盘形悬式玻璃绝缘子

(b) 盘形悬式瓷绝缘

(c) 棒形悬式复合绝缘子串

3、接地装置

接地装置是指埋设于土壤中并与每基杆塔的架空地线及杆塔本体有电气连接的金属装置，其作用是将雷电流引入大地并迅速扩散，以保护线路免遭过电压危害。当落雷时，架空地线上将作用有很高的雷电压，由于架空地线通过每基杆塔的接地线和接地体与大地相连，可迅速将雷电流在大地中扩散泄导，从而降低杆塔点位，保护线路绝缘子不被击穿闪络。

接地装置主要包括接地引下线和接地体。接地引下线是连接架空地线、杆塔与接地体的金属导线，常用材料为镀锌钢绞线。接地体是指埋入地面以下直接与大地接触的金属导体，可分为自然接地体和人工接地体两种。自然接地体是指直接与大地接触的金属构件、拉线和杆塔基础等；人工接地体是指专门敷设的金属导体。只有在土壤电阻率较低（300Ω?m以下）的地区，自然接地体才有作用。在大多数情况下，单纯依靠自然接地体是不能满足要求的，需要装设人工接地装置，即进行接地改造，如下图所示。

图 人工接地体

人工接地体分为水平接地体和垂直接地体两种。水平接地体一般采用圆钢或扁钢，其长度和根数根据电阻值的要求确定，其埋深不小于0.8m。垂直接地体一般采用角钢或钢管，垂直埋设于地下。接地装置的规格，既要满足热稳定的要求，又要耐受一定年限的腐蚀，与接地引下线的连接应该牢固可靠。

4、线路避雷器

线路避雷器通常是指安装于架空输电线路上用以保护线路绝缘子免遭雷击闪络的一种避雷器。线路避雷器运行时与线路绝缘子并联，当线路遭受雷击时，能有效地防止雷电直击和绕击输电线路所引起的故障。

线路避雷器的分类如下避雷器分类图所示。从间隙特征上讲，线路避雷器大体上分为无间隙和有间隙避雷器两大类，有间隙避雷器又有外串间隙和内间隙之分，由于产品制造和运行方面的综合原因，内间隙避雷器在线路上几乎不用，因此有间隙线路避雷器通常是指外串联间隙避雷器。有间隙线路避雷器作为主流的线路避雷器，又有两种主要形式，即纯空气间隙避雷器和绝缘子支撑间隙避雷器，如下图所示。

图 线路避雷器分类

图 带绝缘支撑件间隙线路避雷器

图 不带绝缘支撑件纯空气间隙线路避雷器

图 带脱离器的无间隙线路避雷器

无间隙线路避雷器主要用于限制雷电过电压及操作过电压；带外串联间隙线路避雷器由复合外套金属氧化物避雷器本体和串联间隙两部分构成，主要用于限制雷电过电压及（或）部分操作过电压。近十几年来，国内外采用带外串联间隙金属氧化物避雷器，大大提高了金属氧化物避雷器承受电网电压的能力，又具有更好的保护水平，因此EGLA（带外串间隙线路避雷器）是应用最广泛的线路避雷器，其基本构成如下图所示。

图 EGLA的基本构成

我国在20世纪90年代开发出了带脱离器的无间隙避雷器，35～500kV线路型避雷器均有多年应用经验，最长运行时间已有十多年之久，取得了良好的防雷效果。但是鉴于对安装于交通不便的野外特别是山区等，无间隙避雷器的维护是一个普遍的问题。另外，由于目前国内绝大多数脱离器的性能、质量和可靠性不好，屡次发生避雷器还是完好的脱离器却动作了，或者避雷器已损坏了但脱离器仍未动作的现象。鉴于这些原因，近些年的线路避雷器的安装应用普遍集中于有串联间隙避雷器上。

相对而言，带串联间隙避雷器的优点比较明显，具体体现在：

①通过选择间隙距离，可使线路避雷器的串联间隙只在雷击时才击穿，而在工频过电压和操作过电压下不动作，从而减少避雷器的不必要的动作次数；

②串联间隙使避雷器的电阻片几乎不承受工频电压的作用，延长了避雷器的寿命，从而减少避雷器的定期维护工作量；

③如避雷器本体发生故障，带串联间隙结构可将有故障的避雷器本体隔离开，不致造成绝缘子短路而引起线路跳闸。

5、并联间隙

输电线路并联间隙技术是利用在绝缘子串两端并联一对金属电极构成间隙，使雷击线路时闪络发生在该间隙处，从而保护绝缘子串免受电弧灼烧的一种输电线路防雷技术。并联间隙及其电极合称并联间隙装置，又称招弧角或引弧角。根据绝缘子种类不同，并联间隙装置分为瓷和玻璃绝缘子用并联间隙装置和复合绝缘子用并联间隙装置。

绝缘子串两端并联一对金属电极，构成保护间隙，通常保护间隙的长度小于绝缘子串的串长。正常运行时，间隙装置具有均匀工频电场的作用；架空线路遭受雷击时，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，故保护间隙首先放电，接续的工频电弧在电动力和热应力作用下，通过并联间隙所形成的放电通道，被引导至电极端头，并固定在电极端头上燃烧，最终借助电动力沿电极端头吹开及消散，从而保护绝缘子免于电弧灼烧。常见的并联间隙电极型式有棒型、球拍型、环型等，如下图所示。

图 棒-棒型式并联间隙电极

图 球拍-棒型式并联间隙电极

图 环-环型式并联间隙电极

当闪络发生在绝缘子串表面时，如绝缘子串发生污闪、湿闪、冰闪等，接续产生的工频电弧在电动力和热应力作用下，沿着并联间隙电极向远离绝缘子串的方向运动，直至到达电极端头，同样保护绝缘子免于电弧灼烧，如下图所示。

图 输电线路并联间隙技术原理

输电线路并联间隙技术原理简单、安装方便、经济性能优良，是对现有防雷保护技术的有力补充。相对于降低杆塔接地电阻、减小架空地线保护角、架设耦合地线、安装线路型避雷器等“堵塞型”防雷技术来说，输电线路并联间隙技术属于“疏导型”防雷技术，即对于线路无法耐受的雷击，使闪络在预定的并联间隙处发生，并疏导工频电弧，有效保护绝缘子。虽有雷击闪络，但无永久性故障，重合能够成功。随着我国电网的快速发展，网架结构越来越强，大量SF6开关、微机化继电保护和重合闸装置普遍使用，输电线路并联间隙技术对于保护绝缘子、提高重合闸成功率、减少非计划停运时间等起到很好的作用。若此项技术应用成熟后，雷击跳闸重合成功后无需寻找故障点和更换绝缘子，并且还可以疏导其他原因闪络后的工频电弧。

6、避雷针

6.1 可控放电避雷针

可控放电避雷针是一种安装在输电线路杆塔顶部的一种具有特殊结构的避雷针装置，如下图所示。可控放电避雷针的应用目标是降低线路的绕击率以降低线路的雷击跳闸率。

图 可控放电避雷针安装现场

可控放电避雷针由主针、动态环、储能元件、接地引下线等组成，如下图所示。它的技术原理是：通过这种结构设计，使动态环、主针分别通过非线性电阻和储能元件与地绝缘，针头电位处于浮动状态，电场比较均匀；当雷云来临时，储能装置通过感应雷云电场进行储能，当超过设定的临界值时储能装置向主针本体放电，使主针电位发生瞬时改变，此时动态环电位仍保持不变，从而使主针针头电场发生瞬时畸变，以期诱发上行先导，拦截雷电下行先导，保护被保护物体免遭雷击。

图 可控放电避雷针结构示意图与实体图

6.2 侧向避雷针

侧向避雷针主要有塔头侧针和架空地线侧针两种形式，其通过在杆塔或架空地线上安装水平侧针，以增强杆塔和架空地线对于弱雷的吸引能力，增加保护范围而达到降低输电线路绕击率的一种防雷技术。架空地线侧针安装维护难度大；在运行过程中，甚至出现过拉断地线的情况，因此应当谨慎使用。

图 塔头侧向避雷针

图 架空地线侧向避雷针

来源：输电线路技术