CN109586235A - 一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，与现有技术相比解决了尚未实现耐候角钢塔在多雷区进行防雷设计的缺陷。本发明中引流线A和引流线B沿塔体外侧与避雷线A同一侧的塔身布置，引流线C和引流线D沿塔体外侧与避雷线B同一侧的塔身布置，引流线A、引流线B、引流线C和引流线D均通过绝缘固定金具组件安装在塔体的塔体横隔的边框上。本发明通过四根引流线从塔体的外侧引下接地设计，加大了引流线之间的间隔距离，具有较好的引流效果，降低耐候角钢塔因自身阻抗过大导致的雷电反击故障概率，使得耐候钢杆塔反击耐雷水平达到常规镀锌钢杆塔同等效果。

Description

一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接 地结构

技术领域

本发明涉及耐候角钢塔技术领域，具体来说是一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构。

背景技术

现有技术中，传统的线路杆塔在避雷线或杆塔遭遇雷击后，雷电流沿杆塔塔身引至接地体。同时，国内外对于输电线路耐候钢材质杆塔的研究主要集中在机械性能、焊接性能、耐候性能等方面，针对于杆塔的避雷设计主要如下：

1、输电线路常用的防雷措施是架设避雷线、设置接地线等，但这些措施在架设后对耐候角钢塔自身阻抗较高的问题无有效改善，仅可作为常规镀锌钢杆塔的防雷手段。

2、虽有部分技术利用绝缘复合材料作为塔头的杆塔，通过设置雷电引流线方式，如：利用中空的管状塔身结构，沿塔身内侧竖直设置雷电引流线；或在复合塔头顶端的地线横担的中心与复合塔头下方的金属塔身中心分别引出一段沿导线方向的金属横担，在金属横担的末端竖直设置雷电引流线。但耐候钢材质的杆塔无法形成中空结构的管状塔身结构，并且耐候钢材质的杆塔为整体结构，塔身整体没有金属材质，无法实现利用金属塔身的引下线设计。

同时，由于耐候钢材质的特性，在实际应用中多采用角钢塔(格构形式)的杆塔形式，对于角钢塔复杂的塔身结构而言，国内未有全线采用耐候钢角钢塔的工程建设实例，缺少相关的工程应用经验。采用耐候钢材质的杆塔，其塔身阻抗显著高于传统的镀锌钢杆塔，在避雷线或杆塔遭遇雷击且未形成有效雷电通道时，在相同接地电阻条件下，雷电流在耐候钢材质杆塔上形成的塔顶电位明显高于镀锌钢杆塔，使得耐候钢材质杆塔上绝缘子发生雷电反击闪络的概率明显增大，雷电故障风险较大。特别是，针对于多雷区域而言，其年平均雷暴日数在40-90天，针对于耐候角钢塔的防雷性能则显得尤为重要。

因此，如何设计出一种能够适用于多雷区的耐候角钢塔防雷结构已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中尚未实现耐候角钢塔在多雷区进行防雷设计的缺陷，提供一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，包括耐候角钢塔，耐候角钢塔包括塔体，塔体自上而下安装有避雷线横担、上导线横担、中导线横担和下导线横担，避雷线横担上安装有避雷线A和避雷线B，

还包括引流线A、引流线B、引流线C和引流线D，引流线A、引流线B分别通过并沟线夹安装在避雷线A的进线侧、出线侧，引流线C、引流线D分别通过并沟线夹安装在避雷线B的进线侧、出线侧，引流线A、引流线B、引流线C和引流线D均从避雷线横担的顶部经塔体的外侧引下后通过塔脚接地组件分别与接地体相连，引流线A和引流线B沿塔体外侧与避雷线A同一侧的塔身布置，引流线C和引流线D沿塔体外侧与避雷线B同一侧的塔身布置，引流线A、引流线B、引流线C和引流线D均通过绝缘固定金具组件安装在塔体的塔体横隔的边框上。

所述的塔脚接地组件包括扁铁，扁铁通过塔脚坚固金具安装在耐候角钢塔的塔脚上，引流线A通过接地端子接在扁铁的一端，扁铁的另一端通过接地引线与接地体相接。

所述的绝缘固定金具组件包括耐候钢支撑柱，耐候钢支撑柱的前端固定设有耐候钢挡块，耐候钢支撑柱的后端设有橡胶夹块，耐候钢支撑柱上位于耐候钢挡块的前端为螺纹结构，耐候钢支撑柱的前端插在塔体上并进行螺纹安装，引流线A穿在橡胶夹块内且通过螺栓挤在橡胶夹块内。

所述的塔体横隔为网格型横隔、叉子型横隔或十字型横隔。

位于塔身纵向同一位置、相邻的两个绝缘固定金具组件的间距为2-3m。

有益效果

本发明的一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，与现有技术相比通过四根引流线从塔体的外侧引下接地设计，加大了引流线之间的间隔距离，(受电流趋肤效应与电感分布变化影响)具有较好的引流效果，降低耐候角钢塔因自身阻抗过大导致的雷电反击故障概率，使得耐候钢杆塔反击耐雷水平达到常规镀锌钢杆塔同等效果，适合于多雷区的实施应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中避雷线横担与上导线横担的结构示意图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明中网格型横隔的结构示意图；

图5为本发明中塔脚接地组件的结构示意图；

图6为本发明中绝缘固定金具组件的结构示意图；

图7为本发明中塔脚坚固金具的结构示意图；

图8为利用FDTD仿真软件建立的杆塔雷击模型仿真图；

其中，1-耐候角钢塔、2-塔体、3-避雷线横担、4-上导线横担、5-中导线横担、6-下导线横担、7-避雷线、9-塔脚接地组件、10-绝缘固定金具组件、11-引流线A、12-引流线B、13-引流线C、14-引流线D、15-塔体横隔、16-边框、17-并沟线夹、18-避雷线A、19-避雷线B、20-接地体、21-扁铁、22-塔脚坚固金具、23-接地端子、24-接地引线、25-压板、26-固定板、27-绝缘垫、31-耐候钢支撑柱、32-螺栓、33-耐候钢挡块、34-橡胶夹块。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，包括耐候角钢塔1。如图2和图3所示，耐候角钢塔1包括塔体2，塔体2自上而下安装有避雷线横担3、上导线横担4、中导线横担5和下导线横担6，避雷线横担3上安装有两条避雷线7，避雷线7分别为避雷线A18和避雷线B19。

在此，利用引流线的设计，对避雷线7进行接地。根据过电压保护、绝缘配合、电磁场分布等基本原理，对不同引流线数量条件下杆塔空间雷击电磁场、塔体电压和电流分布进行计算，证明设置引流线可有效控制降低耐候钢杆塔电位和绝缘承受电压；另，考虑杆塔分布电感、电流趋肤效应、工程建设成本等情况，沿输电线路铁塔设置的引流线的根数越多，防雷效果越显著，但工程造价逐步上升，因此，在一般条件下，综合考虑防雷效果与工程造价，结合最优化的基本原理，当引流线数量超过四根后，防雷效果基本趋于定值，工程造价继续成比例增长，故在此，引流线的数量为4根。

如图2所示，引流线A11、引流线B12分别通过并沟线夹17安装在避雷线A18的进线侧、出线侧，避雷线A18的进线侧、出线侧为针对于耐候角钢塔1而言避雷线A18的两侧。现有技术中，输电铁塔主要利用镀锌钢铁塔作为引流设施，传统避雷线采用逐基接地方式，其中，普通避雷线利用联接金具与铁塔相连；OPGW光缆通过连接金具与附加的引流线与铁塔相连，避免短路或者雷击问题时将产生的电流超出OPGW光缆的承受容量而引起的烧断或熔断。而针对于耐候角钢塔1而言，针对避雷线A18的两侧进行引流线连接，一是为了配合4根引流线的连接设计，二是为了统一地线与光缆的接线形式，便于施工。同理，引流线C13、引流线D14分别通过并沟线夹安装在避雷线B19的进线侧、出线侧。

对于传统线路杆塔，在避雷线或杆塔遭遇雷击后，雷电流沿杆塔塔身引至接地，由于镀锌钢杆塔塔身阻抗小，线路落雷后雷电流形成的塔顶电位主要受接地电阻影响。耐候钢是介于普通钢与不锈钢之间的低合金钢，其内部是良导体，其外的锈蚀层是高阻态，因此在两块耐候钢拼接的地方呈高阻态，而角钢塔是许多块耐候角钢拼接组装在一起，故耐候角钢塔的塔身阻抗显著高于镀锌钢杆塔，在避雷线或杆塔遭遇雷击后，在相同接地电阻条件下，雷电流在耐候钢杆塔上形成的塔顶电位明显高于镀锌钢杆塔，使得耐候钢杆塔上绝缘子发生雷电反击闪络的概率明显增大，雷电故障风险较大。因此，引流线A11、引流线B12、引流线C13和引流线D14均从避雷线横担3的顶部经塔体2外侧引下后通过塔脚接地组件9分别与接地体20相连。

其中，引流线A11和引流线B12沿塔体2外侧与避雷线A18同一侧的塔身布置，即引流线A11和引流线B12在塔体2外靠近避雷线A18一侧；引流线C13和引流线D14沿塔体2外侧与避雷线B19同一侧的塔身布置，即引流线C13和引流线D14在塔体2外靠近避雷线B19一侧。

图8所示，根据过电压保护、绝缘配合、电磁场分布等基本原理，建立杆塔雷击状态模型进行分析内外侧引流线方式的防雷效果，结合杆塔分布电感、电流趋肤效应等情况，得出外引流方式的防雷效果更优，更适用于多雷区的使用需求。但同时在地面引至地下导电线时也增加了覆盖的保护范围面积，适合于空旷区适用。

与传统镀锌角钢塔的防腐措施不同，耐候角钢通过表面的腐蚀以达到内部腐蚀的作用，一方面，若镀锌钢与耐候钢接触易发生原电池效应，加快镀锌钢的腐蚀；另一方面，耐候钢表面锈蚀层易积水加速腐蚀过程。为了防止这一现象出现，引流线A11、引流线B12、引流线C13和引流线D14均通过绝缘固定金具组件10安装在塔体2上。

如图6所示，绝缘固定金具组件10包括耐候钢支撑柱31，耐候钢支撑柱31的前端固定设有耐候钢挡块33，耐候钢支撑柱31的后端设有橡胶夹块34，橡胶夹块34类似于传统的OPGW光缆引下线夹的夹线部件。耐候钢支撑柱31上位于耐候钢挡块33的前端为螺纹结构，耐候钢支撑柱31的前端插在塔体2上并进行螺纹安装，将绝缘固定金具组件10安装在塔体2上。引流线A11穿在橡胶夹块34内，并且通过螺栓32挤在橡胶夹块34内，将引流线安装在绝缘固定金具组件10上。

由于角钢塔的横截面为格构样式，采用将引流线采用外引式则可以方便地从避雷线横担3的顶部进行引下。基于原电池腐蚀效应，引流线应尽量避免与耐候钢的直接接触，基于此，将引流线A11、引流线B12、引流线C13和引流线D14均通过绝缘固定金具组件10安装在塔体横隔15的边框16上。以塔体横隔15为较为复杂样式的网格型横隔为例，如图4所示，将方便地安装引流线A11、引流线B12、引流线C13或引流线D14的绝缘固定金具组件10固定在边框16上。

如图5所示，塔脚接地组件9包括扁铁21，扁铁21通过塔脚坚固金具22安装在耐候角钢塔1的塔脚上。为避免接地线与塔身直接接触导致腐蚀，扁铁21位于塔身外侧，上端接引流线，下端接接地引线24引至接地体20即可。塔脚坚固金具22可以为传统的固定金具，但为了保证绝缘性，如图7所示，塔脚坚固金具22可以包括压板25和固定板26，压板25和固定板26均为L形，压板25与固定板26重叠安装，位于压板25与固定板26之间安装有绝缘垫27，通过绝缘垫27起到绝缘作用。引流线A11通过接地端子23接在扁铁21的一端，扁铁21的另一端通过接地引线24与接地体20相接。

在实际使用时，当避雷线A18或避雷线B19遭遇雷击时，根据不同的雷击位置和电气走向，引流线A11、引流线B12、引流线C13或引流线D14将电击从塔体2外侧引下至接地体20进行避雷接地，保证了线路安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，包括耐候角钢塔(1)，耐候角钢塔(1)包括塔体(2)，塔体(2)自上而下安装有避雷线横担(3)、上导线横担(4)、中导线横担(5)和下导线横担(6)，避雷线横担(3)上安装有避雷线A(18)和避雷线B(19)，其特征在于：

还包括引流线A(11)、引流线B(12)、引流线C(13)和引流线D(14)，引流线A(11)、引流线B(12)分别通过并沟线夹(17)安装在避雷线A(18)的进线侧、出线侧，引流线C(13)、引流线D(14)分别通过并沟线夹(17)安装在避雷线B(19)的进线侧、出线侧，引流线A(11)、引流线B(12)、引流线C(13)和引流线D(14)均从避雷线横担(3)的顶部经塔体(2)的外侧引下后通过塔脚接地组件(9)分别与接地体(20)相连，引流线A(11)和引流线B(12)沿塔体(2)外侧与避雷线A(18)同一侧的塔身布置，引流线C(13)和引流线D(14)沿塔体(2)外侧与避雷线B(19)同一侧的塔身布置，引流线A(11)、引流线B(12)、引流线C(13)和引流线D(14)均通过绝缘固定金具组件(10)安装在塔体(2)的塔体横隔(15)的边框(16)上。

2.根据权利要求1所述的一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，其特征在于：所述的塔脚接地组件(9)包括扁铁(21)，扁铁(21)通过塔脚坚固金具(22)安装在耐候角钢塔(1)的塔脚上，引流线A(11)通过接地端子(23)接在扁铁(21)的一端，扁铁(21)的另一端通过接地引线(24)与接地体(20)相接。

3.根据权利要求1所述的一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，其特征在于：所述的绝缘固定金具组件(10)包括耐候钢支撑柱(31)，耐候钢支撑柱(31)的前端固定设有耐候钢挡块(33)，耐候钢支撑柱(31)的后端设有橡胶夹块(34)，耐候钢支撑柱(31)上位于耐候钢挡块(33)的前端为螺纹结构，耐候钢支撑柱(31)的前端插在塔体(2)上并进行螺纹安装，引流线A(11)穿在橡胶夹块(34)内且通过螺栓(32)挤在橡胶夹块(34)内。

4.根据权利要求1所述的一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，其特征在于：所述的塔体横隔(15)为网格型横隔、叉子型横隔或十字型横隔。

5.根据权利要求1所述的一种用于空旷区和多雷区环境的耐候角钢塔外引式避雷线接地结构，其特征在于：位于塔身纵向同一位置、相邻的两个绝缘固定金具组件(10)的间距为2-3m。