架空地線

架空地線又稱避雷線，是指在高壓和超高壓線路上直接與大地連通的導線。由於架空地線對導線的禁止，及導線、架空地線間的耦合作用，從而可以減少雷電直接擊於導線的機會。當雷擊桿塔時，雷電流可以通過架空地線分流一部分，從而降低塔頂電位，提高耐雷水平。

基本介紹

• 中文名：架空地線
• 外文名：aerial earth wire
• 別稱：避雷線
• 作用：防雷等
• 套用：輸電安全防護等
• 學科：電力學

簡述

架空地線是架設在輸電線路上方，為避免輸電線路遭受直接雷擊而鋪設的線路，可稱為避雷線或地線。隨著架空輸電線路覆蓋範圍不斷擴大，導致輸電線路遭受雷擊的機率也越來越大。自古以來，雷電不相融，架空地線就是處於雷雲與輸電導線之間的一道屏障。輸電線路跨越廣闊的地域，在雷雨季節容易遭受雷擊而引起送電中斷，成為電力系統發生停電事故的主要原因之一。輸電線路安裝架空地線，可以減少雷害事故，提高線路運行的安全性。架空地線是高壓輸電線路結構的重要組成部分。高壓及超高壓變電站占地面積大，要求防直擊雷的區域大，除安裝避雷針保護外，也會採用架空地線保護。架空地線都是架設在被保護的導線和設備的上方，當線路上方出現雷雲對地面放電時，雷閃通道容易擊中架空地線，然後通過架空地線的接地線或金屬桿塔本體將雷電流引入大地，以保護輸電線路正常送電。同時，架空地線還有電磁禁止作用，當線路附近雷雲對地面放電時，可以降低在輸電導線上引起的雷電感應過電壓。架空地線必須與桿塔接地裝置牢固相連，以保證遭受雷擊後能將雷電流可靠地導入大地，以避免雷擊點電位突然升高而造成反擊。

據統計數據顯示，生活用電及工農業用電中，電力系統斷電跳閘事故主要因素分別為雷擊、人為或是自然災害等，而其中雷電導致停電的機率高達60%以上。天氣變化是不可控因素，所以只能在人力可控範圍內，提高輸電系統的安全性及防災性。架空地線就是電力系統減災防災的一項重要技術措施。

輸電線路架空地線運用實踐表明，架空地線能有效防止雷電直擊輸電導線；當雷擊輸電線路桿塔時，架空地線能起到分流作用，減小桿塔塔頂電位，防止雷電反擊；當雷擊輸電線路附近大地時，架空地線能起到禁止作用，降低輸電導線上的感應雷過電壓。

發展

(一)國內架空地線

對於普通架空地線，1987年5月，水利電力部武漢高壓研究所組織召開了架空地線套用技術座談會，起草了架空地線規範。隨後研究試製了聚乙烯絕緣架空地線、聚氯乙烯絕緣架空地線、黑色非交聯聚乙烯架空地線等。如今我國普遍採用鍍鋅鋼絞線作為普通架空地線，其具有柔軟性好、穩定性高、可靠性強、強度高等特點。

對於光纖複合架空地線，我國自1985年葛洲壩工程從英國BICC引進首條光纖複合架空地線線路（2.7km）以來，太原、武漢和洛陽等地也相繼引進了OPGW。上海電纜研究所率先在國內開展光纜複合架空地線的研製工作，先後研製了有縫鋁管式、多模光

纖松套結構的OPGW。隨著技術進步，光纖複合架空地線採用了包括高強度單模光纖、無縫鋁管連續擠壓和高強度、高模量鋁包鋼線生產技術，使OPGW製造技術上了一個新的台階，研製成功各種新型結構的OPGW，製成了與OPGW-75/45相同尺寸的滑動型OPGW，其鋁管為無縫的；關鍵技術突破後，又研究世界上先進國家的OPGW，吸取了各家公司產品的優點，獨創了中心管式OPGW結構，並形成系列化，在國內電力系統中推廣套用。

(二)國外架空地線

對於普通架空地線，從20世紀60年代開始，世界各國的導體就主要以鋁代替銅使用。鋁及鋁合金導體的使用範圍己從架空地線擴大到了電磁線、絕緣電線、通信電纜、電力電纜和配電母線等方面。由於鋁合金改進了鋁的機械性能和耐熱性比較低的缺點，並不斷向耐熱、高導電和高強度的方向發展。

耐熱鋁合金線於1957年試製成功、1960年正式使用以來，20世紀90年代以來日本又實現了第二次革新，生產了60%IACS的高導電耐熱鋁合金線，使用在500kV以下的線路上。隨著架空線路向大容量和超高壓發展，對高強度鋁合金線的抗張強度不斷提高，日本和美國等國相繼開發了各種高強度、耐熱性鋁合金線，品種類型日趨齊全。

對於光纖複合架空地線（OPGW），日本和西歐國家大約在20世紀70年代開始研究，當時首先考慮的是：①光纜即使在架空地線中流過感應電流而引起溫升，或在雷擊而產生電弧的場合，仍能保持預定的性能；②光纜即使在受到放線時的衝擊負荷，或者因強風或打雷時張力的上升，而使架空地線產生伸長的場合，仍能保持預定的性能；③特別就OPGW而言，考慮到要更替現有的架空地線，為了能利用原有的鐵塔，外徑及重量要與已有架空地線大體相同。經過研製和試驗，1974年日本東京和關西電力公司首先將OPGW套用於電力系統，1978年開始進入實用階段。美國通用電氣公司則在1978年首次在一條5km長的230kV電力線上進行光纖系統現場試驗。

早期的OPGW，是將鋼芯鋁絞線中的一根或數根鋁線換成以金屬管保護的、直徑與鋁線相同的光纖，按傳統工藝絞合而成。這種結構的缺點是：在生產、架設和運行中光纖容易受到擠壓。但它基本上保持了傳統地線的結構和性能，可沿用原有傳統技術來架設及使用。經改進的類似於這種結構的OPGW，在一些國家中仍被採用，並有效地運行。

第二階段在積累OPGW實用化經驗的基礎上，為適應建造信息傳輸量大、高質量的數位化電網形勢，開始了多芯化的研究，以增加OPGW的容量。其考慮的出發點是：①與初期開發的產品一樣，外徑和重量與已有架空地線差不多相同；②在有限的收容空間內，收容儘可能多的光纖。

多芯化OPGW的開發於1985年完成。其結果是，在固定型結構中，小規格品種為9芯，大規格品種為12～15芯，在非固定型結構中，最多收容12芯。同時，光纖開始採用單模光纖。這時的OPGW，已起到供實用的基幹傳輸線路的作用。

第三階段從1985年起，日本著手開發容量更大的多芯卷型OPGW，重點放在具有有效多芯收容結構的固定型OPGW上，並於1986年1月用於實際線路。這種OPGW，將六根光纖絞合，在其上壓緊繞包耐熱性優良的帶子，這樣的單元可收容3～5個，因此小尺寸規格可達18芯，大尺寸規格可達30芯。

作用

架空地線的作用概括起來有以下4點：

(1)減少了雷電直擊導線的機會，降低了線路絕緣承受的雷電過電壓幅值。當雷擊於塔頂或地線上時，塔身電位很高，加在絕緣子串上的電壓等於塔身電位與導線電位之差，這個電壓一般遠比雷電直接擊中導線時絕緣子串上的電壓低，不會導致閃絡放電。但是，如果接地電阻很大，則塔身電位將會很高，這時就會發生逆閃絡，也就是通常說的“反擊”。

(2)對導線有耦合作用。當雷擊塔頂或地線時，由於耦合，導線電位將抬高，所以耦合可使絕緣子串上的電壓降低。因此，為了減少“反擊”，在接地電阻很難降低時，可以利用架空地線的分流、耦合性質，在導線下面再增加一條耦合地線。

(3)降低感應雷過電壓。由於架空地線接地，所以可以起到禁止感應雷對導線的作用。

(4)架空地線經過適當改裝還可兼用作通信通道，如已研製出的光纖複合架空地線（OPGW）具有避雷、通信等多種功能。OPGW的優點為：①傳輸信號損耗小，通信質量高，光纜的芯數可以較多；②安全性好，不易被盜割，也不易遭到破壞性槍擊；③適套用於多種電壓等級的輸電線路；④光纜與地線同為一體，避免了重複建設和維護的巨大費用。

類型

架空地線由於不負擔輸送電流的功能，所以不要求具有與導線相同的電導率和導線截面，通常多採用鋼絞線組成。線路正常送電時，架空地線中會受到三相電流的電磁感應而出現電流，因而增加線路功率損耗並且影響輸電性能。有些輸電線路還使用良導體地線，即用鋁合金或鋁包鋼導線製成的架空地線。這種地線導電性能較好，可以改善線路輸電性能，減輕對鄰近通信線的干擾。

隨著電力工業的迅速發展，電力系統現代化管理水平的提高，在電力系統內部需要傳遞的信息形式和信息容量日益增多。綜合光纖通信的傳輸容量大、速度快、適於遠距離傳輸、能抗電磁感應和串音干擾等優點，以及鋁包鋼線的高機械性能、高導電性和良好的抗腐蝕性，光纖複合架空地線通信系統，具有架空地線和通信光纜兩方面性能。

光纖複合架空地線是把光纖放置在架空高壓輸電線的地線中，用以構成輸電線路上的光纖通信網，由於光纖具有抗電磁干擾、自重輕等特點，它可以安裝在輸電線路桿塔頂部而不必考慮最佳架掛位置和電磁腐蝕等問題。因而，OPGW具有較高的可靠性、優越的機械性能、成本也較低等顯著特點。這種技術在新敷設或更換現有地線時尤其合適和經濟。因此受到電力系統行業的重視，並逐步推廣使用。