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摘要：在我国南方雷电较多地区，经常会出现因雷击造成的电路短路而引起的瞬时高温，瞬时高温会引起金具的熔融，从而破坏绝缘子串的机械性能。与系统短路电流相类比，分析试验工频电弧产生的引弧通道;根据工频电弧试验结果，校核产生热量的公式;根据工频电弧试验结果，校核招弧角杆径的设计大小，得出招弧角设计的基本原则。
关键词：工频电弧、杆径校核、引弧通道、工频电弧计算方法
1引言
目前，我国输电线路已经完成了较大规模的建设，在南方雷电较多地区以及塔位点在高山地区的情况，经常会出现由于雷击造成电路短路而引起的瞬时高温，瞬时高温会引起连接绝缘子的金具的熔融以及绝缘子的损坏，破坏绝缘子串的机械性能，甚至出现整串绝缘子脱落的现象，进而影响整个线路的运行状况。
2雷击闪络的引流通道
雷击时，电弧是通过金具串招弧角将雷击引至铁塔接地端，雷击产生的电流通过招弧角时产生大量的热量，如果招弧角杆径较细，电阻过大，在此过程中产生的热量足以使得杆径熔断，如图1。
招弧角杆径一旦熔断，后续电弧试验的电弧将通过球头挂环引入铁塔接地端。如果球头挂环杆径较细，电阻过大，在此过程中产生的热量足以使得球头挂环杆径熔断，出现掉串的现象。
3基于试验结果的工频电弧计算方法
根据乌干达卡魯玛水电站工程及巴西美丽山±800kV直流输变电工程在匈牙利布达佩斯的试验结果，对工频电弧试验的计算方法做了总结，该方法理论上验证球头挂环及招弧角的尺寸，能对产品的生产起指导作用。
乌干达卡鲁玛输变电工程中132kV单联悬垂串及400kV单联悬垂串前后进行了两次试验，第一次试验未通过，在改正了球头挂环及招弧角尺寸及连接方法后第二次试验顺利通过。
乌干达线路两次工频电弧试验的试验参数对比如表1。
132kV线路单联悬垂串前后工频电弧试验的球头挂环和招弧角如图3、图4。
132kV的工频电弧试验仅改变了试验参数，球头和招弧角的型式及尺寸没有改变，试验通过。工频电弧试验时由于短路引起的电流及热量的公式如下：
其中公式左边为短路电流时长内产生的热量，公式右边为导体本身吸收的热量，两者为相等的关系。
式中：
—— 短路电流;
——电阻率;
——短路电流时长;
——电阻温升系数;
——导体横截面积;
——导体密度;
——导体比热容;
——温升。
根据公式可以得出以下结论，在不考虑温升电阻引起的改变，在系统试验短路电流值确定的情况下，产生的热量与短路时长约成正比关系，在短路时长一定的情况下，产生的热量与系统输入短路电流平方约成正比。132kV单联悬垂串试验参数由25kA-0.2s-0.2s-1s改为31.5kA-0.2s-0.2s-0.5s后，每种参数三次试验产生的能量对比如表2 。
参数修改前后，第一次和第二次的电弧短路时长均为0.2s，未对串型连接金具造成熔融破坏，因此第一次和第二次试验不作为研究对象。第三次试验参数为25kA-1s时，球头挂环熔融破坏。当输入短路电流当参数改为31.5kA-0.5s时，试验通过。在不考虑电阻温升的情况下，后者产生的热量与前者比值约为0.79，产生的热量降低，球头挂环未被熔融破坏。
在试验参数为25kA-1s和31.5kA-0.5s的情况下，第三次试验实际产生的热量分别为65.61MJ、55.87MJ，后者与前者的比值约为0.85。在不考虑电阻温升以及环境的情况下，理论计算比值与实际比值十分接近。试验验证了公式的正确性，
4基于试验结果的金具招弧角杆径校核
在试验过程中，招弧角的端部是引弧部位，电流通过招弧角流向铁塔部位，招弧角在电流通过的过程中由于自身电阻的存在，而产生大量的热，招弧角杆径越细，则电阻越大。在规定电流和试验时长（即电流通过时长）的情况下，产生的热量越大，温度会在此过程中极速升高，一旦温升超过钢铁制件的熔点，则招弧角杆径就会断裂。
以400kV单联悬垂串为例，失败试验与试验通过的参数及产生的热量分别为：25kA-1s-132.18MJ，40kA-0.5s-97.3MJ。
根据热量公式，
式中
m——单位长度钢制件的重量;
c——钢制件的比热容;
——温升。
失败试验招弧角的杆径φ=17mm，单位长度招弧角重量为1.769547kg，钢制件比热容460J/（kg.℃）。
试验通过招弧角的杆径φ=20mm，单位长度招弧角重量为2.4492 kg，钢制件比热容460J/（kg.℃）。
根据公式计算两者温升如表4。
Q235钢制件的熔点为1495℃，根据两次试验结果，失败试验的温升超出了钢制件的熔点，试验通过的试验温升远未达到熔点值，因此杆径为17mm的招弧角试验失败，而杆径为20mm的招弧角试验通过。
综上，在设计招弧角的过程中，招弧角杆径是一个较大影响因素。在试验参数（输入电流、通过电流时长）确定的情况下，杆径越小，产生热量越大，温升越高，而一旦温升超过了钢铁制件的熔点，则会出现杆径熔断现象，则招弧角引弧作用失效，雷击或短路电流通过球头挂环传递给低压端铁塔，此时，球头挂环产生了引弧通道，一旦温升超过了球头挂环的熔点，球头挂环也会出现熔断现象，从而导致试验失败。
由于球头挂环的设计都是符合IEC 61120标准规定，在无法确保增加球头挂环杆径的情况下，只能确保电流全部通过招弧角而非球头挂环，试验才能通过。
5结论
在系统短路或者雷击情况下，招弧角的引弧作用对保护绝缘子和金具有重要意义。本文基于工频电弧试验数据总结分析了招弧角具体的引弧产生通道，分析了招弧角杆径与产生热量的之间的关系，从而得出校核招弧角杆径的重要性。
参考文献
[1]程应镗.送电线路金具的设计安装试验和应用[M].水利电力出版社，1989：42-52.
[2]董吉谔.电力金具手册[M].中国电力出版社，2010 150-194.
[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].中国电力出版社，2003：230-350.
关键词：工频电弧、杆径校核、引弧通道、工频电弧计算方法
1引言
目前，我国输电线路已经完成了较大规模的建设，在南方雷电较多地区以及塔位点在高山地区的情况，经常会出现由于雷击造成电路短路而引起的瞬时高温，瞬时高温会引起连接绝缘子的金具的熔融以及绝缘子的损坏，破坏绝缘子串的机械性能，甚至出现整串绝缘子脱落的现象，进而影响整个线路的运行状况。
2雷击闪络的引流通道
雷击时，电弧是通过金具串招弧角将雷击引至铁塔接地端，雷击产生的电流通过招弧角时产生大量的热量，如果招弧角杆径较细，电阻过大，在此过程中产生的热量足以使得杆径熔断，如图1。
招弧角杆径一旦熔断，后续电弧试验的电弧将通过球头挂环引入铁塔接地端。如果球头挂环杆径较细，电阻过大，在此过程中产生的热量足以使得球头挂环杆径熔断，出现掉串的现象。
3基于试验结果的工频电弧计算方法
根据乌干达卡魯玛水电站工程及巴西美丽山±800kV直流输变电工程在匈牙利布达佩斯的试验结果，对工频电弧试验的计算方法做了总结，该方法理论上验证球头挂环及招弧角的尺寸，能对产品的生产起指导作用。
乌干达卡鲁玛输变电工程中132kV单联悬垂串及400kV单联悬垂串前后进行了两次试验，第一次试验未通过，在改正了球头挂环及招弧角尺寸及连接方法后第二次试验顺利通过。
乌干达线路两次工频电弧试验的试验参数对比如表1。
132kV线路单联悬垂串前后工频电弧试验的球头挂环和招弧角如图3、图4。
132kV的工频电弧试验仅改变了试验参数，球头和招弧角的型式及尺寸没有改变，试验通过。工频电弧试验时由于短路引起的电流及热量的公式如下：
其中公式左边为短路电流时长内产生的热量，公式右边为导体本身吸收的热量，两者为相等的关系。
式中：
—— 短路电流;
——电阻率;
——短路电流时长;
——电阻温升系数;
——导体横截面积;
——导体密度;
——导体比热容;
——温升。
根据公式可以得出以下结论，在不考虑温升电阻引起的改变，在系统试验短路电流值确定的情况下，产生的热量与短路时长约成正比关系，在短路时长一定的情况下，产生的热量与系统输入短路电流平方约成正比。132kV单联悬垂串试验参数由25kA-0.2s-0.2s-1s改为31.5kA-0.2s-0.2s-0.5s后，每种参数三次试验产生的能量对比如表2 。
参数修改前后，第一次和第二次的电弧短路时长均为0.2s，未对串型连接金具造成熔融破坏，因此第一次和第二次试验不作为研究对象。第三次试验参数为25kA-1s时，球头挂环熔融破坏。当输入短路电流当参数改为31.5kA-0.5s时，试验通过。在不考虑电阻温升的情况下，后者产生的热量与前者比值约为0.79，产生的热量降低，球头挂环未被熔融破坏。
在试验参数为25kA-1s和31.5kA-0.5s的情况下，第三次试验实际产生的热量分别为65.61MJ、55.87MJ，后者与前者的比值约为0.85。在不考虑电阻温升以及环境的情况下，理论计算比值与实际比值十分接近。试验验证了公式的正确性，
4基于试验结果的金具招弧角杆径校核
在试验过程中，招弧角的端部是引弧部位，电流通过招弧角流向铁塔部位，招弧角在电流通过的过程中由于自身电阻的存在，而产生大量的热，招弧角杆径越细，则电阻越大。在规定电流和试验时长（即电流通过时长）的情况下，产生的热量越大，温度会在此过程中极速升高，一旦温升超过钢铁制件的熔点，则招弧角杆径就会断裂。
以400kV单联悬垂串为例，失败试验与试验通过的参数及产生的热量分别为：25kA-1s-132.18MJ，40kA-0.5s-97.3MJ。
根据热量公式，
式中
m——单位长度钢制件的重量;
c——钢制件的比热容;
——温升。
失败试验招弧角的杆径φ=17mm，单位长度招弧角重量为1.769547kg，钢制件比热容460J/（kg.℃）。
试验通过招弧角的杆径φ=20mm，单位长度招弧角重量为2.4492 kg，钢制件比热容460J/（kg.℃）。
根据公式计算两者温升如表4。
Q235钢制件的熔点为1495℃，根据两次试验结果，失败试验的温升超出了钢制件的熔点，试验通过的试验温升远未达到熔点值，因此杆径为17mm的招弧角试验失败，而杆径为20mm的招弧角试验通过。
综上，在设计招弧角的过程中，招弧角杆径是一个较大影响因素。在试验参数（输入电流、通过电流时长）确定的情况下，杆径越小，产生热量越大，温升越高，而一旦温升超过了钢铁制件的熔点，则会出现杆径熔断现象，则招弧角引弧作用失效，雷击或短路电流通过球头挂环传递给低压端铁塔，此时，球头挂环产生了引弧通道，一旦温升超过了球头挂环的熔点，球头挂环也会出现熔断现象，从而导致试验失败。
由于球头挂环的设计都是符合IEC 61120标准规定，在无法确保增加球头挂环杆径的情况下，只能确保电流全部通过招弧角而非球头挂环，试验才能通过。
5结论
在系统短路或者雷击情况下，招弧角的引弧作用对保护绝缘子和金具有重要意义。本文基于工频电弧试验数据总结分析了招弧角具体的引弧产生通道，分析了招弧角杆径与产生热量的之间的关系，从而得出校核招弧角杆径的重要性。
参考文献
[1]程应镗.送电线路金具的设计安装试验和应用[M].水利电力出版社，1989：42-52.
[2]董吉谔.电力金具手册[M].中国电力出版社，2010 150-194.
[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].中国电力出版社，2003：230-350.