绝缘导线的断线原因及其防护技术的研究

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　　[摘 要] 文章分析了绝缘导线断线的原因，并针提出了绝缘导线断线的主要防护措施。普通型绝缘导线配电线路，应根据当地特点，采取合理的措施，防止绝缘导线断线；紧凑型绝缘导线配电线路，应选择机械强度及污闪电压高、免维修、耐腐蚀、适宜户外工作的三角支架。
　　[关键词] 绝缘导线 电压 防护措施
　　
　　绝缘导线的断线问题目前得到了广泛关注，配电线路一旦断线，将引起长时间的供电中断，而且带电的导线断落在地面上，有可能引起路过人员的触电事故。这种断线及燃烧事故严重地影响着配电系统的安全运行，给国民经济和人民生活带来不便，甚至导致巨大的经济损失。因此，开展绝缘导线的断线机理及其防护技术的研究是十分必要的。
　　1.普通型绝缘导线配电线路断线原因
　　配电线路的绝缘水平相当低，直击雷和感应雷都会导致配电线路闪络事故。普通型绝缘导线配电线路断线事故的原因是由于雷电引起绝缘子闪络继发工频续流烧断导线。在以前采用架空裸导线时，同样也会由于雷电(直击或感应)引起闪络事故，也存在工频续流的问题。但工频续流在其电磁力的作用下，电弧会沿着导线滑动，不会集中在某一点烧蚀，不存在断线问题。而采用绝缘导线后，电弧集中在某一点而不能滑动，则最终导致导线的烧断。造成普通型绝缘导线配电线路断线的另一个原因是绑扎线与绝缘导线之间的间隙，发生局部放电引起的。
　　2.紧凑型绝缘导线配电线路断线原因
　　在我国广东省的一些城市，为了节省配电线路出线走廊，采用了三角形绝缘支架支撑的紧凑型布置的配电线路。采用这种形式的配电线路可以实现同杆多回路并架，有效地解决了配电线路走廊问题。
　　三角支架支撑的配电线路悬挂在固定于杆塔上的钢绞线上，钢绞线能够起到避雷线的作用，改善了这种结构配电线路的防雷性能。但采用三角架支撑的紧凑型绝缘导线配电线路同样也出现了大量的断线问题，与普通型配电线路由于雷电引起线路闪络继发工频续流烧断导线不同，断线一般出现在春季或秋季毛毛细雨时。断线位置一般出现在三角架附件或转角塔的绝缘子附近。导线起火燃烧，铝芯烧毁到一定程度后被导线的拉力拉断。另外，三角支架烧毁后，一般会发生变形、扭曲，甚至发生三角支架断裂现象。
　　从紧凑型配电线路出现的多起断线事故分析表明，三角架支撑的绝缘导线配电线路断线是由于三角支架、绝缘子表面积满污秽，在毛毛细雨天气，雨水湿润了绝缘子表面的污秽层，在相间电压的作用下形成表面泄漏电流，如果泄漏电流较大，表面泄漏电流长期流过绝缘导线及三角支架表面，将出现燃烧起火现象，导致绝缘导线断线。其原因主要是由于相间距离较小，加之目前采用的三角支架绝缘性能较差引起的。
　　目前国内使用的绝缘支架，采用的是聚碳酸脂材料一次浇注成型。这种材料只能短期暴露于室外，在潮湿和强烈光照作用下，其表面会变黄发脆，引起裂纹或破碎，不适合用作长期户外绝缘。聚碳酸脂防污闪性能不佳，导致其不能阻止污秽条件下表面泄漏电流的发展。聚碳酸脂的熔融温度为220℃～230℃，热分解温度310℃，在泄漏电流的热效应作用下，其性能将加速劣化。采用这种材料的三角支架，导致断线的原因主要有:
　　(l)当绝缘支架表面积污并在湿润天气条件下，相间导线在支架处将产生较大的泄漏电流。泄漏电流产生的热效应使支架温度超出聚碳酸脂的工作范围，从而引起支架绝缘性能的下降。当泄漏电流发展成电弧，支架的耐电弧能力完全不能阻止电弧发展时，导线绝缘层在泄漏电流和电弧作用下损坏，则电弧持续发展，电弧在导线夹紧处燃烧，最终导致断线。
　　(2)导线在风力作用下将产生振动，固定导线的支架将受到交替应力作用，由于支架的耐疲劳强度较低，极易产生开裂。
　　(3)支架在户外强烈日光作用下，易引起裂纹或破碎。另外，聚碳酸脂在加工过程中，由于模具设计不当、加工方法欠妥也会使支架容易开裂。现场所看到的一些支架变形和断裂现象说明了这一点。
　　3.三角架支撑紧凑型配电线路的防雷性能
　　在防雷问题上，紧凑型绝缘导线配电线路有其独特的优越性。至今还没有紧凑型配电线路雷击断线的报道。配电线路的雷害主要来源于感应雷过电压，以下着重从感应雷过电压分析雷击闪络概率。
　　雷击输电线路附近物体时，会在线路上感应出一定的过电压。为简便起见，过电压值的计算采用规程法。通过数值计算表明:感应过电压系数取32.l比较合适，导线对地平均高度h取10m，雷击点与配电线路的距离S>50m。在给定距离S和绝缘子闪络电压U50%后，可以算出引起绝缘子闪络的最小雷电流Imin:
　　 （1）
　　幅值超过Imin的雷电流，击在与配电线路相距S的位置，均会导致绝缘子闪络，闪络概率为:
　　 （2）
　　地面落雷密度γ，按照过电压保护规程取雷电日为40，则γ= 0.28次/km2。每百km・年因感应过电压引起的绝缘子闪络次数为:
　　 （3）
　　式中Smax=32.l hdImax/U50%
　　Imax――最大雷电流幅值。
　　因此，只要得知线路所使用绝缘子的雷电冲击50%放电电压，就可以算出该线路的感应雷过电压闪络次数。普通型10kV配电线路多采用P20、P15针式绝缘子，其正、负雷电冲击50%放电电压分别为153.9kV和142.0kV、及180.0kV和159.4kV。一般来说，我国正极性雷击出现的概率为10%，负极性雷击出现的概率为90%，则计算得到每百km・年雷击的闪络次数，如表1所示。
　　表1 普通型和紧凑型配电线路每百km・年雷击闪络次数
　　
　　
　　紧凑型线路由于导线间距减小，导线间的耦合系数增大。用于悬挂绝缘导线的钢绞线可以看作避雷线，顶部相导线与避雷线的耦合系数K12的计算值为0.54。因此，引起紧凑型配电线路绝缘子闪络的电压为U50%/(l-K12)=242.8kV。计算得到采用三角支架紧凑型布置的配电线路，在雷电感应过电压作用下，每百 km・年的闪络次数，列于表1中。比较表1数据可知，采用紧凑型架设方式可以明显降低配电线路感应雷击闪络次数。
　　城市中的配电线路很少有直击雷造成的事故。分析计算表明，采用P20和P10支柱绝缘子的普通型绝缘导线配电线路的直击雷耐雷水平分别为5.1kA和4.7kA；而紧凑型配电线路的直击雷耐雷水平为7.4kA。可以看出，在紧凑型配电线路中，悬挂钢绞线的存在，有效地提高了线路的直击雷耐雷水平。
　　4.防止路断线事故的措施
　　对于采用三角支架布置的紧凑型配电线路，断线原因主要由制造三角架的材料引起的。因此，我们进行了新型复合绝缘三角支架的研制，其绝缘子外绝缘采用硅橡胶材料，内部起承载力作用的为环氧玻璃钢筒芯捧。芯棒与固定导线机构的联接，采用压接形式。复合绝缘三角支架的优点是:机械强度及污闪电压高、免维护、耐腐蚀、十分适合用作户外绝缘。考虑到支架悬于空中，是用于固定绝缘导线的机构，选择强度较高、重量轻、耐腐蚀性能好的铸铝材料。目前这种新型的复合绝缘三角支架已经通过试验并挂网运行。
　　对于普通型绝缘导线配电线路，国外自60年代就已经开展了配电系统雷电过电压的研究，提出各种方案来解决断线问题。纵观国外近30年的研究成果，防止绝缘导线断线的主要措施有:
　　(1)安装架空地线和避雷器等避雷装置，限制雷电过电压和分流了雷电能量。
　　(2)局部增加绝缘厚度，或采用长闪络路径避雷装置，延长闪络路径，导致电弧容易熄灭。
　　(3)采用新型结构的绝缘子，在绝缘子与导线联接处，剥离局部绝缘导线的绝缘层，使电弧能够在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀。该绝缘子带有灭弧外间隙，雷电过电压作用时，能切断工频续流，防止续流烧断导线。
　　(4)提高线路绝缘水平，即提高绝缘子的50%放电电压，明显改善防雷性能。不过，至今仍没有一种比较完美的措施，能够解决普通型绝缘导线配电线路的断线事故。各地在解决绝缘导线断线时，应根据当地供电可靠性要求、雷电活动的特点及经济能力，采取合适的措施。
　　5.结论
　　绝缘导线断线的主要防护措施:普通型绝缘导线配电线路，应根据当地特点，采取合理的措施，防止绝缘导线断线；紧凑型绝缘导线配电线路，应选择机械强度及污闪电压高、免维修、耐腐蚀、适宜户外工作的三角支架。

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