走在城市街道或乡村旷野,抬头常常能看见一排排铁塔架着粗壮的电线横跨天际,那些电线上流动着上万伏甚至几十万伏的高压电。
奇怪的是,家里墙上那根只有220伏的电线,外头尚且要包一层厚厚的黑色橡胶绝缘皮,把金属导体严严实实裹起来,可偏偏电压高出成百上千倍的高压输电线,反倒是光溜溜地悬在半空中"裸奔",连一层像样的绝缘外衣都没有。
这难免让人心里犯嘀咕:几十万伏的电压就这么赤条条挂着,不怕电倒行人吗?万一碰上刮风下雨,难道不担心漏电、短路出事故?
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事情的真相其实挺反直觉——高压线之所以不包绝缘皮,并不是工程师偷懒省事,而是实实在在没法包、也不该包。
要明白这一点,得先掌握一个基本的物理常识:电压越高,电线周围形成的电场就越强。对于动辄上万伏乃至几十万伏的高压线来说,普通那种薄薄的一层绝缘材料根本起不到任何实质性的隔离作用,强电场轻轻松松就能把它击穿。
要想真正把电场压制住、达到有效的防护效果,绝缘外套的直径必须做得非常夸张,得有几十厘米那么宽才能勉强胜任。这样一来,材料成本的大幅增加倒还是其次,真正要命的是重量问题。
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拿50万伏的高压线来打个比方。即便是光秃秃的裸线,每公里本身的重量就已经达到了1吨。
如果再在外面套上几十厘米厚的绝缘外皮,整条电线的重量就会直接飙升30%以上。而高压输电线路的架设方式,是把电线一段段悬挂在一座座铁塔之间,每两座塔之间的距离往往长达几百米。
铁塔本身的承重能力是有限的,一旦电线过重,很容易就把铁塔压垮,整条输电线路也就瘫痪了。
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退一万步讲,就算工程师们真有办法把绝缘皮厚厚地包上去,紧接着又会冒出另一个大麻烦——散热。电流越大,导线上产生的热量就越高,这是最基本的物理规律。
咱们家里那种220伏的电线,长时间大功率使用都会明显发烫升温,更别提承载着几十万伏电压、输送着巨大电流的高压线了。那种发热量是极其惊人的。
如果外面再严严实实裹上一层几十厘米厚的绝缘皮,热量根本就散不出去,只能靠自然条件慢慢消散,最终的结果很可能是电线自己把自己给烤坏了,甚至引发更严重的事故。
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把这几个方面综合起来看就能明白:让高压线裸露在空气中,让空气本身充当绝缘层,反而才是目前最合理、最经济、最优的解决方案。空气虽然看着什么都没有,但在大体积、长距离的条件下,它的绝缘能力恰恰是最可靠的。
那么新的疑问又来了:高压线这么直接光着身子挂在半空中,就不怕有人不小心触电吗?
关于这一点,工程师们早就把账算得明明白白。他们围绕高压输电线路设置了好几道防护措施。
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第一道措施,是把高压线架设在离地面6米以上的高空位置,并且在选择线路走向的时候,尽量避开人口密集的居住区和活动区域,从物理距离上就把人和电线彻底隔开。第二道措施,是在铁塔和高压电线之间加装一串串用陶瓷或者玻璃做成的绝缘子。
这些绝缘子就相当于一道坚固的隔离屏障,把带有高压电流的电线和接地的铁塔彻底分隔开来,防止电流顺着铁塔传导到大地上。
有了这些绝缘子的保护,除非有人在高压线下面做出甩鱼竿、放风筝之类明显违规的危险行为,否则在正常情况下,根本就不可能发生触电事故。
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那如果赶上下雨天呢?大家都知道水是能导电的,雨水会不会把电顺着雨丝引到地面上来?答案是不会的。
因为天上落下来的雨水,是一颗一颗分散开来的水滴,这些水滴之间彼此独立,根本没办法连成一道连续不断的水柱。既然连不成一个完整的导电通路,自然也就没办法把高压电引到地面,更不会让电流顺着雨水越过原本的电阻形成短路。
所以下雨天看着吓人,其实安全得很。
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不过凡事都有例外,高压线确实会出现一种叫做"闪络"的特殊现象。前面说过,绝缘子的作用是隔绝电流,但这些绝缘子长年累月地暴露在户外,经受风吹日晒和雨水冲刷,表面特别容易积满灰尘和各种污染物。
一旦碰上下雨天或者起大雾的天气,这些积在绝缘子表面的灰尘遇到水汽,就会形成一层带有导电性的污水膜。这个时候,电流就有可能顺着绝缘子表面的这层污水膜爬过去,并且击穿周围的空气,打出耀眼的电弧闪光,这就是所谓的闪络现象。
在这种特殊的天气状况下,待在高压线正下方确实存在一定的触电隐患。
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但闪络这种情况也并不需要过度担心。咱们国家的电网工作人员会定期对输电线路进行巡检,专门负责清洗绝缘子表面累积的灰尘污垢,把安全隐患扼杀在萌芽阶段。
而且在巡检过程中,一旦发现有绝缘子出现开裂或者破损的情况,工作人员会立刻把损坏的绝缘子敲碎,更换成新的,从根本上消除可能存在的安全隐患,保证整条输电线路的稳定运行。
当然,随着时代的发展,现在城市里的建筑越建越密集,高楼大厦一座挨着一座,留给架设高空高压线的空间也变得越来越紧张、越来越难找。于是,不少城市里的高压线反而选择了另一条路——给自己裹上绝缘皮,然后被埋到地面之下,以地下电缆的形式存在。
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因为埋在地底下的电缆完全不需要考虑铁塔承重的问题,所以可以在外面放心大胆地包裹上非常厚的绝缘层,从根本上解决高压电压击穿绝缘材料的难题。
至于前面提到的那个让人头疼的散热问题,工程师们也找到了解决办法,他们选用了一种叫做交联聚乙烯的材料来做绝缘层。这种材料的性能相当出色,能够长期耐受90度的高温而不出问题,正好符合大部分城市高压电缆的实际工作温度要求。
即便是在地下这种散热条件相对有限的环境里,这些电缆也几乎不会出现起火自燃的危险情况,安全性非常可靠。
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但是必须要指出的是,对于那种电压在10万伏以上、需要进行超远距离输电的高压线路来说,目前为止工程师们还没有找到真正合适的绝缘材料能够胜任这个工作,所以这类超高压线路暂时还没办法埋到地下去。
这也就是为什么直到今天,我们在远离城市的郊外田野、荒山旷野之间,依然能够看到大量光秃秃、赤条条地架设在半空中的高压电线的根本原因。
说到这里,就不得不多提一句那个把裸线和铁塔分开的关键角色——绝缘子。它看起来只是一串陶瓷或者玻璃做的小部件,不起眼,却是整条输电线路能不能稳定运转的命门。
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它既要有极高的电绝缘性能,防止高压击穿,又要能承受电线自身巨大的机械拉力,还得在风吹雨打、冰冻日晒的户外环境里经年累月不出问题。标准之高,当年国内很长一段时间都只能依赖进口。
真正打破这种被动局面的,是湖南一座并不显眼的小县城——醴陵。醴陵自古就以瓷器闻名,烧窑制瓷的手艺代代相传。
抗战时期,当地人就开始尝试用这种"玩泥巴"的本事去烧制电瓷绝缘子,为前线的电力和通信设施提供支撑,从那时起,一门传统的手工技艺悄悄迈上了工业化的台阶。
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20世纪80年代,国内用电量激增,老式绝缘子的性能跟不上,醴陵的电瓷企业主动请缨攻关,用20个月左右研制出性能更优的新型绝缘子,填补了国内空白。
进入特高压建设的时代,难度又上了一个台阶。特高压线路上使用的绝缘子,不仅要耐受远高于普通电力设备的电压,还得能扛住超过50吨的机械拉力。
那段时间,高端市场一度被国外厂商牢牢把持。湖南组织以醴陵企业为主的考察团赴德国学习,看过人家全自动化的生产线之后,差距让人印象深刻。
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回国后,醴陵的企业从烧瓷的炉窑开始,一个环节一个环节地升级改造,和国内科研机构合作,持续优化配方与工艺,最终把关键指标啃了下来,使国产特高压绝缘子的性价比反超国外同类产品,在国际市场上拿下了相当可观的份额。
如今全国有相当大比例的电瓷产自醴陵,这个靠"泥巴"起家的小县城,就这样默默撑起了那一座座矗立在旷野之上、把裸线稳稳托在半空的铁塔。
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