
高压电线塔这一庞然大物在城市地区比较少见,可在宽阔的农村,特别是广阔的北方平原就鳞次栉比了,土生土长的农村孩子提起他们恐怕一点都不陌生。
关于高压电线塔,不知道大家有没有注意到这样一种现象,那就是几乎每座高压电线塔,在高压线的基础之上往往还存在着额外两根电线。

它们通常位于高压线的上端,并且外表上看比高压线更细。
如果有耐心顺着这额外的两根线一直走下去,就会发现它们并不会接入千家万户,而是到某个地方就直插入土了,换言之它们并没有起到输电的作用。
那么问题随之而来,在高压电线塔这一寸土寸金的地方,为什么工程师要额外添加两根“毫无作用”的细线呢?

高压电线塔塔顶两根线,其实名为架空地线,本身不传输电流但却能为电流传输提供保护作用。
具体而言,在无线电流传输这项技术没有出来之前人类只能使用高压电线塔的方式进行输电,而高压电线塔在空旷地段特别容易遭受雷击。
这是因为高压电电线带有强电场,相比起普通电线更容易吸引电子。

如果把雷电看成大海,那么高压电电线产生的电场就如同一道引流的沟渠,大海顺流而下顺势而出,高压电线被雷击的概率自然水涨船高了。
根据统计数据显示,包括工业用电、农业用电、生活用电等用电方式,电力系统遭雷击而停电的概率在停电事件中占比高达60%。
剩下的40%还要被人为、自然灾害等因素所瓜分,因此说雷电是高压传输最危险的因素一点也不夸张。

要命的是雷电击打高压电线带来的还不仅仅是电力中断,还有可能对人类生命造成威胁。
按照科普中国2020年8月28日的一篇文章来看,2020年8月3日,辽宁沈阳一小区高压电疑似遭到雷击,现场火花冲天。
据目击者手机拍摄画面,其火柱达到了一栋楼那么高,雷公下凡也不过如此。
当时幸好无人在场,结果才是零伤亡,否则后果不堪设想。

所以为了保证电流传输不中断以及保障人类生命安全,工程师有必要想办法进行防雷,而这两根细线就是工程师智慧的结晶。
通过将架空地线放置在高压输电线上方,当雷电到来时架空地线会率先遭受雷击。
而架空地线又做好了提前接地准备,雷电会顺着架空地线进入大地,从而避免雷电对高压电线产生威胁。

说起来原理并不复杂,和避雷针作用差不多。
小时候大家在雷雨天应该都被父母要求过不能看电视,而现在却没有了这样的困扰,原因就在于家家户户楼顶上通常都被开发商提前装上了避雷针。
由此可见高压电线塔塔顶两根小小的线起到的作用一点也不低,千家万户的用电幸福,可全仰仗着这两根细线。

说到这里可能有人忍不住要问了,既然这两根线是架空地线,而架空地线主要起到的是防雷作用,那么如此细的两根线真的能承担防雷重任吗?难不成是一次性的,防一次雷就得维修一次?
雷电的威力固然强大,但工程师呕心沥血开发出来的架空地线也并非浪得虚名。
我国第1批架空地线研发时间大约在1987年5月份,当时先由水利电力部武汉高压研究所召开了相应技术座谈会。

会议上起草了架空地线规范,接着才开始进行一遍又一遍的架空地线材料实验。
研究涉及到的材料包括但不限于聚乙烯、聚氯乙烯、黑色非交联聚乙烯等等。
最终工程师们选择了镀锌钢材料,目前我国主流的架空地线都是镀锌钢制成的绞线。

相比起其他材料,镀锌钢延展性比较强,抗氧化性和防腐蚀性都非常优异。
镀锌钢表面能在氧气作用下形成一层致密氧化膜,正是这道氧化膜起到了钢材保护作用。
即便置身于恶劣环境当中例如水和土壤,钢材寿命也很难受到影响,风吹雨晒就更不用提了,这意味着高压电线塔一旦架好架空地线,就不需要太多人力进行维护。

除了极强的延展性、抗氧化性和防腐蚀性,镀锌钢在雷电传导方面性能同样毋庸置疑。
我们依旧用避雷针举例,按照中国《建筑物防雷设计规范》对防雷装置的要求,能起到雷电防御的避雷针其材料可以是铜,可以是不锈钢,也可以是铝合金,甚至其他乱七八糟的金属材料都行。
只要材料最小直径不能小于8毫米,不容易被风吹雨打而腐蚀,那么就都可以用来制作避雷针。

同样的道理,镀锌钢制成的架空地线,只要满足了耐用的要求,那么只要不是完全不导电,导电能力即便差一点也没什么太大的问题。
这里做个简单的解释,如果架空地线材料完全不导电可以视同于接地电阻过大。
那么当雷电击打在架空地线上时,塔身电位会变得很高,容易发生逆闪络放电现象。

这就容易造成所谓的雷电反击,不仅无法保护高压电线,反而会对高压电线造成损害。
更何况架空地线执行标准和避雷针执行标准并不完全一样。
避雷针材料直径不小于8毫米即可,而架空地线标准例如GB 9329-88标准,就规定了架空绞线横截面积需达到400平方毫米。
所以每根架空电线的大小都要比避雷针粗得多,本身并不细小,之所以看起来小主要是因为近大远小的原理罢了。

再加上架空地线本身位置比高压电线还要高,对比起来就更显吃亏了。
总而言之,架空地线没有大家想象中那么脆弱,不存在用一次就得修一次的问题。
要是真的防雷效果不好,又怎么可能从上世纪一直用到现在呢。

原本设立架空地线的目的只是为了防雷,而随着时间的推移,工程师们在防雷的基础之上又给架空地线增添了一系列新的任务,架空地线的功能也变得越来越多。
1、架空地线对高压线具有耦合作用
理论上讲架空地线如果只为防雷那么一条即可,可现实中大家很难见到高压电线塔上只有一条架空地线的场景,通常都是两条。

原因主要在于一条架空地线容易出现接地电阻太高导致雷电反击的现象,用大白话讲便是一根线防雷作用有限。
所以工程师往往会额外增添一条架空地线,这条线又可以被称之为耦合地线,利用耦合性质进一步降低雷电损害高压线的概率。
2、架空地线能降低感应雷过电压。
所谓感应雷过电压,指的是雷电虽然没有直接击打在高压线上,但却由于雷云存在,高压线感应形成与雷云极性相反的束缚电荷,由此而产生的电压就被称之为感应雷过电压。

感应雷过电压危险性并不低,有电压有电线那么自然而然会产生电流。
当电流达到分闸状态的线路开关时,或者达到变压器线圈尾端中性点时,由于进行波全反射的存在,过电压会增高一倍,击穿事故概率也会水涨船高。
而架空地线的存在能够将感应雷过电压释放至大地,从而对财产以及人身安全起到更好的保护。

3、架空地线还能当做通信信道
既然架空地线始终高悬于高压线上,闲着也是闲着,不如多塞进去一条光纤,于是便出现了“光纤复合架空地线”,不仅能避雷,还能提供通信。
而且由于光纤具有不导电、绝缘的特性,光纤通信传输还不容易被电磁干扰,所以光纤复合架空地线现已经成为了电力系统行业的香馍馍。
一次架设理论上可终身使用,将其出租给电信从业者,电力公司能得到一笔不小的收入,因此可以预见的是光纤复合架空地线大批量取代传统架空地线指日可待。

综上所述,高压电线塔顶两根更细的电线其实并非电线,而是具有导电作用的架空地线。
它们不传输电力,但却对电力传输起到了安保作用,能够防止雷击,因此重要性一点不比高压线差。
而且也别看他们细就认为作用有限,随着科学技术的进步,如今的架空地线不仅承载着防雷功能,还在耦合、降低感应雷过电压以及通信等领域大放光彩。
按照这个趋势发展下去,未来再增添一些功能一点都不让人意外。
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参考资料:
百度百科《复合光缆地线》
百度百科《感应雷过电压》
百度百科《架空地线》
科普中国2020年8月28日《高压线被雷击中有多危险?》