冀东油田供电公司 河北唐山 063200
摘要：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。
关键词：输电线路；防绕击避雷针；电气优化设计
一、普通避雷针引雷机理分析
由于雷云对地放电发生前，雷云和地面之间所形成的电场，基本上是直流静电场。在雷云先导通道发展过程中若把雷云看成一个电极的话，那就是直流电压作用下的长间隙放电。
在雷云电场作用下，金属避雷针尖端附近的电场强度最强，局部空间电离产生的与雷云同极性的电荷通过避雷针入地，与雷云异极性的电荷向雷云方向运动，在避雷针上方形成与避雷针同极性的空间电荷层，这些空间电荷将使避雷针尖端附近的场强降低，使电离减弱甚至停止；待与避雷针同极性的空间电荷逐渐散失，针尖处的场强恢复达到电离的强度又产生电离，如此循环。但总的来说，电离较少，空间电荷数量有限，使空间电荷层外的场强增加有限，电离区的扩展较小，故引雷作用较小。
通过上述空间电荷对电场畸变作用的分析，我们可以设想，当避雷针尖端的高场强区电离出来的与雷云同极性空间电荷不能很快消失时，空间电荷产生的附加电场将进一步增强针尖附近的电场强度，图1所示为当雷云电场为负极性时，避雷针尖端处有负空间电荷存在时的电场分布。高场强电离或强场放射的作用易于在避雷针尖端形成上行先导，从而加强避雷针的引雷作用，其保护范围也将加大。
二、针尖戴上绝缘帽提高避雷针引雷能力的机理分析
很显然，针头附近的电荷密度越大，对雷云电场的畸变强度就越强，其引雷的空间就越大，即保护范围扩大。要做到这一点，除了增加避雷针的高度外，根据固体电介质的极化理论，由偶极子构成的电介质在电场的作用下定向运动，按电场方向有序排列使介质表面产生束缚电荷，呈现出极性。由于极化，在电极上具有较多的附加电荷，由于该附加电荷与电极上原有电荷的极性相同，故使电荷密度增大，电场强度增强。为此，在避雷针针头上加装具有强极性的绝缘套管以增加引雷能力。
同时，给避雷针套上一个绝缘帽可以避免避雷针尖端附近产生的空间电荷进入针体而消失。在雷云的作用下，避雷针尖端附近的电场强度仍是最强。随着雷云的下行先导向地面延伸，避雷针尖端附近电场得到加强，局部空间电离出来的与雷云同极性的电荷被绝缘帽阻隔，不能通过避雷针入地，而只能紧贴于绝缘帽外表面或其附近的局部空间。这些与避雷针异极性电荷的存在加强了避雷针尖端附近电场强度。所以避雷针戴有绝缘帽时，尖端附近的电场强度总是比普通避雷针尖端附近的电场强度强。这就使电离不断产生，形成密度很大、导电性好的区域，使空间电荷区外的场强增强，电离空间不断扩展，导电性好的区域不断扩大，并形成由避雷针向上发展的迎面先导，其作用相当于将避雷针高度升高。
三、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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
四、相关电气试验
经过上述分析，可以通过相关的电气试验进行验证，验证输电线路防绕击避雷针针尖戴上绝缘帽与避雷针本体串联小间隙是否能提升避雷针的引雷能力。
4.1试验物品
在试验前，应准备普通避雷针、串联小气隙避雷针、安装绝缘帽避雷针以及串联小气隙同时安装绝缘帽的避雷针。
4.2试验原理
在试验过程中，将避雷针针尖与试验雷云板的空气间隙设置为1m，利用操作冲击波与雷电冲击波，设置气隙的临界击穿电压与超过临界值的击穿电压，重复进行实验，与此同时，为避免云板对试验数据的真实性产生影响，应将云板位置与试验品的位置进行调换，从而将影响因素降到最低，其试验原理如图2所示。
4.3试验过程
在试验过程中，通过对电压值重复试验，能测量出空气间隙操作波1.7m与1m的雷电波实验数据，通过比较可以发现，输电线路防绕击避雷针针尖戴上绝缘帽与避雷针本体串联小间隙的避雷针的引雷能力值，试验布置如图3所示。
4.4试验结果
通过上述试验结果，能有效证明输电线路防绕击避雷针针尖戴上绝缘帽与避雷针本体串联小间隙能有效提升避雷针的引雷能力。当避雷针与云层之间的电压达到临界值时，没有串联间隙和戴绝缘帽的避雷针引雷能力明显小于串联间隙和戴绝缘帽的避雷针，同时随着冲击放电电压的不断增大，串联间隙和戴绝缘帽的避雷针引雷能力不断提升，由此可知，在更高电压的环境下，该避雷针的作用效果更好。
五、结论
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：
[1]江海燕，岑扬，颜泽瑜.对输电线路引雷分析及防雷措施探究[J].中国新技术新产品，2016（24）：157~158.
[2]王汉良，周银彪，周军.输电线路防绕击避雷针的电气设计优化[N].江西电力职业技术学院学报，2017，23（01）：8~10.
作者简介：马追（1986年10月17日），男，河北任丘市，汉，大专，高级。
论文作者:马追,孙长波,孙长奇
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/25
标签：避雷针论文; 电荷论文; 电场论文; 间隙论文; 先导论文; 电离论文; 极性论文; 《建筑细部》2019年第9期论文;