防止10kV架空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机理，总体上来讲，相应的防范措施主要有“疏导”和“堵塞”两种方式。所谓“疏导”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”就是阻止雷击闪络后工频续流起弧，例如日本大量采用过电压保护器，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：
　　(1)架空避雷线
　　在空旷地区，同杆架设架空避雷线以对付配电架空绝缘线路感应过电压，这是一种投资较大的传统方法。但是，由于配电线路设计的绝缘水平较低，雷击架空避雷线后非常容易造成反击闪络，仍然会引发工频续流熔断绝缘导线。故该方法国外目前较少采用。
　　(2)氧化锌避雷器
　　近年来，人们利用氧化锌避雷器非线性电阻特性和快速阻断工频续流的特性，广泛应用于线路以限制雷电过电压，但其保护范围小，况且必须破开绝缘层的原故，可能引起绝缘导线芯进水，导致氧化锌避雷器导线弧垂处电化学等腐蚀断线。同时在承受工频电压时可能引起氧化锌阀片老化，出现增加运行维护量。
　　此法具有很好的保护效果，此法在日本、美国、加拿大等都通过投入巨资得到应用。
　　(3)钳位绝缘子
　　日本东京电力公司采用放电钳位绝缘子以防止绝缘导线雷击断线。即在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计的金属线夹，并设置引弧放电间隙。当雷电闪络引发工频续流时，工频续流在该金属线夹上燃弧直至线路跳闸以熄灭工频续流，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。但有更换绝缘线的投资成本较大及必须破开绝缘层可能引起绝缘导线芯进水，导致导线弧垂处电化学腐蚀而断线等不足。
　　(4)增长闪络路径
　　通过增长闪络路径，降低工频建弧率，是防止架空绝缘线路雷击断线事故的另一思路。俄罗斯国家电力公司首先提出长闪络间隙保护方式。在横担上安装一U形绝缘闪络路径，使U形头部与绝缘导线之间的冲击放电电压比绝缘子放电电压低。当雷电过电压时，该间隙先于绝缘子击穿闪络，并沿绝缘闪络路径发展。设计该绝缘路径足够长，就可以阻止工频续流建弧，切断工频续流，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。
　　(5)提高线路绝缘水平
　　将配电线路中的瓷绝缘子更换成为硅橡胶绝缘横担，全线提高线路绝缘水平，雷电引发的工频续流因爬距大而无法建弧。但投资造成较高，改造工程较大。
　　(6)绝缘线路雷击过电压保护器
　　一些多雷害国家如日本、澳大利亚、美国和欧洲等，近年来在架空绝缘线路上大量推广应用线路过电压保护器。该装置利用外间隙，形成对氧化锌限流元件的外放电间隙，当线路出现雷电过电压时，外间隙首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流则被氧化锌限流元件截断，从而防止架空绝缘线路雷击断线事故的发生。该方法在诸多国家推广应用四年以来，有效地防止雷击断线事故的发生，受到许多国家普遍欢迎，正逐步取代上述各种预防措施。
　　上述技术方案中无间隙避雷器和绝缘线路过电压保护器应用效果相对较好，而且应用比较广泛。
　　下面就这两种技术方案作进一步的探讨。
　　 无间隙型避雷器
　　无间隙型避雷器用于线路防雷时，避雷器与导线直接连接，这是电站型避雷器技术的延续，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延等优点(另一种为带间隙型：避雷器与导线通过空气间隙来连接，只在雷电流作用时才承受工频电压的作用，具有可靠性高、运行寿命长等优点)。
　　但由于无间隙避雷器长期承受工频电压的作用，还要间歇地承受雷电过电压及工频续流的作用，避雷器容易老化，因此避雷器故障很多。由于避雷器与导线直接连接，当避雷器发生故障时，可能会影响线路的正常供电。
　　 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。
　　这种装置具有以下几个优点：
　　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。
　　实际上，有关资料显示，日本到1999年1月已有不同电压等级的47000多只线路用过电压保护器在运行中。显然，日本已大量采用线路过电压保护器来提高输电线路耐雷水平，并且取得了很好的运行效果。