一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构的制作方法

本实用新型涉及耐候角钢塔技术领域，具体来说是一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构。

背景技术：

环保型耐候钢是介于普通钢与不锈钢之间的低合金钢，通过在钢中加入少量合金元素，使其在金属基体表面形成保护层，减缓腐蚀向材料纵深发展，从而提高钢材的耐腐蚀性能。随着电力工业和钢铁工业的不断发展，环保意识的加强，杆塔结构使用环保型耐候钢材质已成为一种趋势,解决了常用铁塔防腐所带来的环境问题，节约了铁塔用钢，省去了防腐工序，减轻了维护负担。

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体。由于传统的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。但采用耐候钢材质的杆塔，受耐候钢表面锈蚀层的影响，耐候角钢拼接处的间隙阻抗大，塔身阻抗显著高于镀锌钢杆塔，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。

目前，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，未见针对耐候钢杆塔防雷性能的研究。现有技术中，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，并且耐候角钢塔整塔采用耐候钢材料(耐候钢也是金属材料)，整塔显高阻态，与复合塔上端采用复合材料、下端采用金属材料的情况不同，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。特别是应用于居住区的耐候钢材质角钢塔，由于其角钢塔的格构结构形式，致使无法像传统技术一样，利用中空的管状塔身结构进行引线设计，现有技术的研究也难以为耐候钢杆塔的防雷设计提供有效指导。

因此，如何研究出一种针对于耐候钢材质角钢塔的避雷方案已经成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中尚未有针对于耐候钢材质角钢塔进行避雷设计的缺陷，提供一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构来解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构，包括耐候钢材质角钢塔，耐候钢材质角钢塔包括塔体，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两条避雷线，

还包括引流线，引流线的数量为4根，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引下至塔体内且贯穿塔体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沿塔体内与避雷线A同一侧的塔身布置，引流线C和引流线D沿塔体内与避雷线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上；

所述的引流线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横隔的边框上，引流线A和引流线B安装在塔体横隔的组合位置与引流线C和引流线D安装在塔体横隔的组合位置呈镜像对应。

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钢材质角钢塔的塔脚上，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支柱，支柱后端的线座材质为镀锌钢，支柱的前部固定设有耐候钢挡块，支柱上位于耐候钢挡块与线座之间部分的材质为绝缘复合材料，线夹螺纹安装在线座上且线夹将引流线A压在线座上，支柱上位于耐候钢挡块的前端为螺纹结构，支柱的前端插在塔体上并进行螺纹安装。

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。

所述的塔体横隔为叉子型横隔或十字型横隔。

所述的塔脚坚固金具包括压板和固定板，压板和固定板均为L形，压板与固定板重叠安装，位于压板与固定板之间安装有绝缘垫。

有益效果

本实用新型的一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构，与现有技术相比自耐候角钢塔的塔顶避雷线至塔腿接地引下线之间设置引流线，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。

本实用新型通过对固定金具组件进行绝缘设计，使得引流线与耐候钢材质角钢塔形成绝缘材料物理隔离，避免发生原电池反应引起腐蚀；通过引流线在塔体横隔的特殊安装设计，使得4条引流线在满足相关电气规范的前提下，有效固定在格构形式的角钢塔体上。

本实用新型通过引流线从塔体内引下至接地体的设计，减少了塔体根部的隔离保护范围，增加了人为破坏的难度，适应了居住区塔体占地面积小、设施保护困难的特殊要求；同时，根据电流的趋肤效应，引流线从塔体内引下的设计，其防雷效果相对较差，适用于年平均雷暴日数较少的地区(少雷区)需求；但也正因为其引流线内引下设计，使得其与输电线路杆塔爬梯位置不同，更便于检修；因此，本实用新型更适用于人群聚集的居住区和少雷区环境下的实施应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中避雷线横担与上导线横担的结构示意图；

图3为本实用新型的中导线横担与下导线横担的结构示意图；

图4为本实用新型中叉子型横隔的结构示意图；

图5为本实用新型中十字型横隔的结构示意图；

图6为本实用新型中塔脚接地组件的结构示意图；

图7为本实用新型中绝缘固定金具组件的结构示意图；

图8为本实用新型中塔脚坚固金具的结构示意图；

其中，1-耐候钢材质角钢塔、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-支柱、32-线座、33-耐候钢挡块、34-线夹。

具体实施方式

为使对本实用新型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，本实用新型所述的一种用于居住区和少雷区环境的耐候钢材质角钢塔内引式避雷线接地结构，包括耐候钢材质角钢塔1。如图2和图3所示，耐候钢材质角钢塔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7，两条避雷线7分别为避雷线A18和避雷线B19。

在此，利用引流线的设计对两条避雷线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钢材质角钢塔1而言避雷线A18的两侧。在现有技术中，传统110kV输电线路地线与OPGW而言，通常采用逐基接地方式。而针对于耐候钢材质角钢塔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，其外的锈蚀层阻抗高，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的顶部引下至塔体2内且贯穿塔体2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内与避雷线A18同一侧的塔身布置，即引流线A11和引流线B12靠近避雷线A18一侧；引流线C13和引流线D14沿塔体2内与避雷线B19同一侧的塔身布置，即引流线C13和引流线D14靠近避雷线B19同一侧。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。若引流线沿塔身外侧布置，会与沿塔身主材布置的爬梯位置相冲突，不利于运检人员上塔检修。同时，在城市乡镇或道路周边，若引流线沿塔身外侧布置，则势必导致其引至地下导电线时覆盖的保护范围面积较大，与城乡用电占地面积尽可能小的原则相冲突。但根据雷电流传输的趋肤效应，引流线布置的越靠近外侧，雷电流防护效果越好，因此，通过塔体内引方式，更适用于少雷区实施应用。

与传统镀锌角钢塔的防腐措施不同，耐候角钢通过初期在表面形成致密的腐蚀层以达到防止内部进一步腐蚀的作用，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7所示，绝缘固定金具组件10包括支柱31，支柱31后端的线座32材质为镀锌钢，支柱31的前部固定设有耐候钢挡块33，耐候钢挡块33用于在耐候钢材质角钢塔1上安装时，抵在耐候钢材质角钢塔1上方便固定使用。支柱31上位于耐候钢挡块33与线座32之间部分的材质为绝缘复合材料，通过耐候钢挡块33与线座32之间的绝缘复合材料达到绝缘隔离作用。线夹34螺纹安装在线座32上且线夹34将引流线A11压在线座32上，形成对引流线的固定安装。支柱31上位于耐候钢挡块33的前端为螺纹结构，支柱31的前端插在塔体2上并进行螺纹安装，实现绝缘固定金具组件10在塔体2上的安装。

由于角钢塔的横截面为格构样式，而引流线A11、引流线B12、引流线C13和引流线D14均从避雷线横担3的顶部且从内部引下，因此，四根引流线如何在塔体上有效固定为较为困难的技术细节。根据趋肤效应的基本原理，引流线沿塔体内侧布置时，引流线之间应尽量增加间距，以增加防雷效果；同时，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，引流线A11和引流线B12安装在塔体横隔15的组合位置与引流线C13和引流线D14安装在塔体横隔15的组合位置呈镜像对称。以塔体横隔15为叉子型横隔为例，如图4所示，将安装引流线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，使得引流线A11与引流线C13、引流线B12与引流线D14之间的距离最大，从而满足电流的相关要求。同样，以塔体横隔15为十字型横隔为例，如图5所示，相对的绝缘固定金具组件10之间的距离最大。再以网格型横担为例，其结构更为复杂，多根引流线通过绝缘固定金具组件安装在网格型横担的边框上，则可以保证引流线之间更大的间距。

如图6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安装在耐候钢材质角钢塔1的塔脚上。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8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。

在此，输电线路的接地线设置有两个方向，沿塔身外侧或塔身内侧，即以现有技术而言，接地体20设置于塔身外侧或内侧均可，只需按传统方式采用过渡部件避免接地线与塔身直接接触导致腐蚀即可。在此，以接地体20设置于塔身外侧为例，为避免接地线与塔身直接接触导致腐蚀，采用图6所示结构，当接地体位于塔身外侧时，扁铁21位于塔身外侧，上端接引流线(引流线使用传统金具进行内至外的转换即可)，下端接接地引线24引至接地体20即可。

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内部引下至接地体20进行避雷接地，保证了线路安全。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。