国内架空输电线路防护金具

输电线路设计施工参考书

国内架空输电线路防护金具

夏德森①，夏泓轩②

① 南京线路器材厂,邮编210037；

② 南京地铁公司，邮编210012

摘 要

金具正是随着电网的发展而发展起来的，随着电压等级的提高，对金具电气及机械性能的要求也越来越高。保护金具是送电线路金具的一部分，也是保证电力系统稳定的基础。 间隔棒、防振锤、护线条、均压环、屏蔽环等是保护金具的重要组成部分，也是本文主要的讨论对象。本文涉及的国内输电线路防护金具主要有分为以下几个部分：国内使用的间隔棒产品调查、防振锤及其他阻尼装置调查、防舞动金具、输电线路中其他防护金具。 关键词：防振锤，间隔棒，护线条，均压环，屏蔽环

一. 国内使用的间隔棒产品

架空送电线路分裂导线间隔棒的主要用途是限制子导线之间的相对运动；在正常运行情况下，保持分裂导线的几何形状；抑制档距中导线的振荡。

按送电线路分裂导线的根数不同，我国1000kV及其以下的送电线路的间隔棒，一般可分为二、三、四、六和八根分裂导线用的五种类型。按其工作特性又可以分为阻尼型间隔棒及非阻尼型间隔棒两类。阻尼型间隔棒的特点是：在间隔棒的活动关节处，利用橡胶等阻尼材料来消耗导线的振动能量，对导线产生阻尼作用。非阻尼型间隔棒因为没有阻尼材料，所以消振能力较差（表1）。

表1

本文首先讨论架空线路分裂导线所用的间隔棒，其次介绍相间间隔棒和跳线间隔棒。

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由于分裂导线间隔棒的结构众多，下文以间隔棒线夹结构的不同作为基础，以期更好的说明各种间隔棒的特点。

1.1．螺栓式间隔棒

间隔棒线夹采用螺栓紧固，并利用螺栓来获得可靠的握力。因此螺栓扭力矩的大小就尤为重要，过大会损伤导线，过小则线夹握力不足。为了获得有效恒定的握力，以及排除导线的蠕变和塑性形变的影响，在安装时通常利用扭矩扳手来控制螺栓扭力矩。

为了使螺栓式间隔棒握着导线的部位长时间不发生滑移，螺栓的防松就显得较为重要了。对于阻尼型间隔棒，可以在线夹夹口处安装橡胶垫，利用其弹性形变获得的径向力来防止螺栓的松动。对于非阻尼型间隔棒，就只有靠（碟形）弹垫等构件防松。国内的一些产品，间隔棒主体采用铝合金制造，但是，在安装时使用的却是钢制螺栓。两种材料不同，膨胀系数也不同，这会使螺栓的松动进一步加剧。所以，最好能够使用与主体相同的材料制造螺栓。

1．2 球绞式间隔棒

球绞间隔棒的线夹一般由铝合金制成，以球窝与撑杆的钢球为连接点。这种线夹可以沿水平方向均可转动5°～8°，使间隔棒有更好的动态应力承受能力（图1.1）。

图1.1非阻尼型球绞间隔棒

1．3 预绞式线夹间隔棒

预绞式间隔棒的线夹实际上是借助预绞丝将导线固定，而间隔棒本体利用有良好导电性能的橡胶与导线接触。由于预绞式的特性，使其不仅没有螺栓的松动问题，还具有补偿由于导线蠕变、塑性形变和振动而发生的松动的能力（图1.2）。

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图1.2 预绞式线夹间隔棒

目前国内预绞式线夹间隔棒的应用并不多见。90年代，曾经在广西地区运用过，由于制造厂在材料选择有误，导致预绞丝在天空中断裂，不得不全线更换。

1.3 销轴式线夹间隔棒

销轴式线夹间隔棒是指线夹内嵌入有良好导电性能的橡胶将导线包容，在将橡胶压缩到极限时，插入销轴固定，利用橡胶的弹力将导线压紧。与预绞式线夹间隔棒一样，可以有效避免螺栓松动的问题。但是，这种间隔棒的安装需要专用工具，不便于施工（图1.3）。

图1.3 销轴式线夹间隔棒

1.4 其他

间隔棒在线路中起着多重作用：限制子导线之间的相对运动；在正常运行情况下保持分裂导线的几何形状；抑制档距中导线的振荡。

我国地形复杂，环境各异。为了因地制宜，发展了各种适应环境的间隔棒（如阻尼型间隔棒和非阻尼型间隔棒）。国内有二、三、四、六、八分裂导线，为了适用于各种电压等级的线路，使间隔棒结构繁多。随着科学技术的进步与发展，生产设备和制作工艺的不断改进和完善，国内对间隔棒的研究仍在不断的探索和追求。结合输电线路对大容量、长距离、高海拔、防舞动的更高要求，各种新型间隔棒也层出不穷。例如：防舞间隔棒、释放型阻尼间隔棒。

由于以上的各种原因，单单从线夹型式的不同并不能很好的阐述如此众多的间隔棒产品。因此，下文将做补充说明。

1.4.1 阻尼型三分裂间隔棒

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图1.4阻尼型三分裂间隔棒

这种间隔棒在国内线路上极少使用（图1.4）。

1.4.2 500kV用间隔棒

随着我国500kV超高压输电线路的发展，各种用于超高压输电线路的间隔棒也日益完善。早期研制的四分裂间隔棒框架为圆环型，但是这种结构不利于保持间隔棒主体的刚性。后又借鉴了国外经验，开发了十字型间隔棒（图1.5）。为了提高间隔棒的防腐性能，降低重量，其主体也由热镀锌钢制件改为铝合金材料。现在又出现了方框型（图1.6）、双框板型（图1.7）和以预绞丝固定导线的预绞式间隔棒（图1.8），它们的机械及电气性能比之前的要优越的多。

图1.5十字型阻尼间隔棒 图1.6方框型阻尼间隔棒

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图1.7 双框板型阻尼间隔棒 图1.8预绞式阻尼间隔棒

1.4.3 750kV用阻尼式间隔棒

针对750kV线路而设计的间隔棒。由于电压等级很高，该间隔棒具有较高的设计要求（图

1.9）。

图1.9 750kV用阻尼式间隔棒

这种间隔棒为铝合金制造，间隔棒本体为正六边形形状。在保证机械强度的情况下，有效的降低了间隔棒自重。因为750kV线路的特殊性，所以对间隔棒强度要求较高。这种间隔棒的螺栓采用了含铬的合金制造，提高了螺栓强度。

随着电压等级的提高，为了适应1000kV的特高压线路的要求，还出现了8分裂阻尼间隔棒。

1.4.4 防舞间隔棒

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这是一种新型间隔棒，其结构型式是：一是线夹本体及间隔棒框架，二是摆锤框板及摆锤（图1.10）。

图1.10防舞间隔棒

线夹本体的夹头部位是铰链式结构，线槽内衬橡胶垫块，通过橡胶垫的压缩，对导线产生正压力。由于橡胶的压缩变形补偿了导线的蠕变，从而使线夹紧紧的握住了导线，安装时要用专用工具将盖板压到位，插上锁紧销即可。其优点是省去了紧固螺栓的安装，亦消除了因为外力及其它因素造成螺栓松动而磨伤导线的危险。摆锤两头呈球形，两只摆锤分别通过两只螺栓固定在两块摆锤框板底部左右两侧，对称分布，使整个防舞间隔棒能够有效的抑制舞动产生，减小舞动幅值，降低导线舞动的危害。

在2006年的11月份，因为制造材质等因素，已经用在湖北超高压线路上的防舞间隔棒，普遍出现压板、盖板开裂的情况。

1.4.5 释放型阻尼间隔棒

大跨越输电线路档距大，导线强度高，杆塔成本也高。导线断线时，如果间隔棒线夹不释放导线，就会对杆塔造成一定程度的损坏，甚至倒塔。这种间隔棒在断线时，线夹头可以自动脱落，释放出导线。其结构上的特点是，在间隔棒线夹头上某一位置设有一破断截面（图

1.11）。这种新型间隔棒已经成功使用于500kV荻港长江大跨越。

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图1.11释放型阻尼间隔棒

1.4.6 相间间隔棒

为了缩小架空线路的空中走廊，防止导线相间的碰撞而开发的一种间隔棒。目前，在国内应用不多。

1.4.7 跳线间隔棒

对于500kV四分裂导线，在杆塔跳线上用以固定四根导线用的间隔棒（图1.12）。

图1.12 跳线阻尼间隔棒

1.4.8 绞线间隔棒

选用合宜的绞线，将其弯曲成圆环状，利用线夹与绞线相联成型。该产品具有一定的

弹性和阻尼作用，国外多用于电站工程。图1.13为波兰Dalekovod公司的产品。

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图1.13 绞线间隔棒

1.3 综合分析

1． 技术及安装要求

由于间隔棒在线路上的重要作用，间隔棒设计中应考虑以下几点：

a) 耐短路电流向心压力的机械强度；

b) 两夹头之间的拉压强度；

c) 夹头握力；

d) 活动性及电气性能

e) 对于阻尼型间隔棒还要考虑橡胶的选用；

f) 具体要求应参考国家标准GB/T 2338-2002

间隔棒是连接惰性物体，能吸收振动能量，但不完全消耗振动能量。因此间隔棒的损坏几率比防振锤大。间隔棒的损坏多为振动磨擦损坏，其损坏原因和间隔棒的结构密切相关。

对于阻尼型间隔棒橡胶的选用，我国早年采用硅橡胶，但是其耐磨性较差。在中国长春化学运用研究所的帮助下，研制出并用胶2号，并沿用至今。

如何合理选择间隔棒的安装位置，仍然是一个有待解决的问题。目前，国内多采用不等

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距安装方式。

2． 500kV四分裂间隔棒实际运行情况

我国投运的500 kV输电线路总长度(含葛南直流线路1 040 km)已逾20 000 km 一般500 kV配用的四分裂间隔棒已投运计约90～100万支 随着三峡电站及配套输变电工程及东北、华北、华东以及南方等大区电网约3 000～ 4 000 km新500 kV线路的建设，会使用一批四分裂间隔棒，共需新增投约60～75万支。

调查湖北、山西及四川500 kV线路四分裂间隔棒运行情况。1984年2月至1999年10月各时段，一共大约有502次故障。具体原因有：

a) 销钉松动或退出；

b) 紧固螺栓松动或脱落；

c) 弹簧垫圈及蝶形弹垫失效。

另外，重冰区间隔棒的强度需要根据实际情况做出适当的改进。建议：

a) 线夹紧固螺栓的结构，包括销钉、垫圈等部件不尽完善是造成螺栓松动的直接原因，

螺栓松动则是间隔棒故障的主要原因。

b) 特殊区段所使用的四分裂间隔捧，其整体强度应在选型时提出相应的要求。

c) 建议在选用四分裂间隔棒时应考虑选用新结构型式的间隔棒，例如弹簧结构或其它

类型结构的四分裂间隔棒。

3． 实际销售情况

以下随机选取几条500kV线路的间隔棒销售情况，并做出适当比较，以期能体现实际情况。

①

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跳线用间隔

棒

9%

方框型阻尼

间隔棒

91%

②

跳线用间隔棒

9%

双框板型阻尼

间隔棒

91%

③

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跳线用间隔棒

10%

双框板型阻尼

间隔棒

90%

①

跳线用间隔棒

9%

方框型阻尼间

隔棒

91%

②

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跳线用间隔棒

10%

十字型阻尼间隔

棒

90%

以上数据中，跳线用间隔棒只占间隔棒总数的10%左右，所以各金具制造商的研究方向多在阻尼间隔棒上。近年来在500kV四分裂导线线路中使用的间隔棒多为方框型阻尼间隔棒、双框板型阻尼间隔棒和十字型阻尼间隔棒。

二. 防振锤，及其他阻尼装置调查

2.1 概述

在架空线路运行期间，由于受到风力的作用，在导线（包括地线）的背风面产生涡流。在一定的条件下，导线会产生周期性的振荡。导线的振动危害性很大，除了引起导线断股外，还可能使金具配件磨损、松动，甚至造成杆塔的损坏。微风振动是导线振动的主要形式，也是最有危害性的振动。目前，为了减少导线振动带来的损害，国内普遍安装防振锤和护线条等来达到防振的目的，其中防振锤的使用尤为常见。如果选用设计正确的防振锤，一般可以使架空导线的振动应力减少90 %以上。防振锤有两个锤头，用一根钢绞线连接。在钢绞线中部有个线夹，以利于安装在导线上。钢绞线与锤头组成了弹簧、阻尼、质量系统，振动时通过钢绞线内摩擦和股间摩擦消耗能量，达到抑制导线振动之目的。从美国FARGO公司绘制的单根导线微应变图中，可以清楚地看出，在架空导线上安装防振锤的必要性。

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图1没装防振锤 图2装设防振锤

可以很明显的看出，在相同频率的条件下，图2中的应变要比图1中的小的多。

一般情况下，防振锤由三个部分组成，即线夹、吊索、锤头。重量是防振锤的基本参数之一，这其中包括两个部分：一是活重，也就是防振锤的锤头；二是死重，即线夹和吊索。有实验指出，防振锤的活重大约相当于1/2～3/4波长的导线的重量，至于死重应不大于活重的0.3倍。

2.2 正文

1．防振锤

1．1 司托克防振锤

司托克布里奇于1928年在美国南加州爱迪生公司发明了世界上第一只防振锤。后来，按照这个原理设计的防振锤，统称为司托克布里奇防振锤（图1.1）。这是中国较早运用的防振锤，如FD型。

图1.1司托克防振锤

司托克防振锤的两端装有圆筒形重锤，为了防止筒内积水而锈蚀钢绞线，不但要在的圆 图5 司托克布里奇防振锤

筒的下部安置淌水孔（孔径必须大于6毫米），而且还要求淌水孔必须垂直安装在导线的下端。

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这种防振锤锤头的振动可以分为回转和摆动，所以具有两个固有谐频，而对这两个以外的频率，防振功率不足。

图3 防振锤功频特性曲线

这种防振锤具有两个相同质量的锤头，由图3可以看出，2个峰值对应的频率为防振锤的自振频率。该自振频率随着振幅的加大有所降低，反映出钢绞线刚度的非线性。另外，还可以看到曲线不光滑的波折部分，多为钢绞线松股所致。因此，改善防振锤质量，可以从改进钢绞线质量入手，在现有条件下，应选用优质的钢绞线。

1．2 4R防振锤

意大利Salvi公司于1968年研制出4R型防振锤。而国内市场中这种类型的防振锤也是依据其基本原理设计的，即FR系列防振锤（图1.2）。国内市场目前还有一种较常见的防振锤，即结构与FR系列相似的4D型防振锤，其特点在于锤头与钢绞线端部采用粘接的方式。同时，对

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个峰值。这种放振锤锤头的材料一般可以选用铸铁制造。

图4 FR型防振锤功频特性曲线

1．3 预绞式防振锤

这种防振锤的线夹部分借助预绞丝将导线固定，所以其具有预绞式金具的一些特点，例如应力分散，安装方便，无螺栓松动的问题等。这种预绞式防振锤不仅可以运用于输电线路，也适用于ADSS和OPGW。图1.3是上海力倍公司的一种预绞式防振锤。

图1.3预绞式防振锤

2．防振鞭

防振鞭特别适用于光纤导线，如ADSS和OPGW。当然，也适用于低电压（≤132KV）线路和小截面导线（外径≤19 mm）。它是由高强度PVC预制成不等径螺旋状的防振装置（图

2.1）。

图2.1防振鞭

3．护线条

护线条是用铝合金等金属材料制成螺旋形的预绞丝，缠绕在导线外圈，然后放进线夹内

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以提高导线刚度，从而达到防振目的。其每根端部都要加工成半球状，以避免电晕。

虽然护线条的防振能力不及防振锤有效，只能减小振动应力的20%左右，但是由于其包裹在导线外层，有利于保护导线和提高其刚度，所以得到了较广泛的应用。

2.3 综合分析

1．设计及安装特点

现有技术中防振锤线夹通常采用压板式，但在线夹设计上不能充分利用螺栓的轴向压力，为了确保握紧导线，只能选用大直径螺栓。这种方法无疑增加了线夹重量，且对防振性能并无好处。如果将其改进为一种铰链式线夹，并在线夹内安装阻尼橡胶垫，可以明显提高机械性能，防止由于导线蠕变引起的螺栓松动，也有利于分散应力，保护导线。这是一种较好的改进防振锤性能的方法，是值得进一步研究和推广的。

防振设计的目的，归根到底，就是利用安装防振器，依靠功率平衡使振幅降低到可以接受的程度。在功率平衡中，主要是三个因素的平衡，即：风输入的功率、导线的自阻尼和防振器吸收的功率。也就是说，减小风振带来的损害，不仅可以利用防振器材，也可以提高导线的自阻尼能力。在条件允许的情况下，应选用优质的钢绞线。

线路上安装的防振锤不足或者过多都对安全运行不利，在档距一端安装防振锤，对档 距中间及另一端导线都有减振作用，这种安装方法称之为半档防振法：

a) 导线直径大于等于22mm时，档距在300m以下，每档仅一端安装一个防振锤； b) 导线直径小于22mm时，档距在200m以下，每档仅一端安装一个防振锤。

经过严格的测试之后，中国首次将这种方法运用于苏丹麦洛维工程的架空地线线路（导线GSW95）。详细的测试内容可以参见ISELFA报告：016.PJ/063/PIKITRING JBN/2001,dated 05,Oct.2001

2．存在的问题及处理

防振锤线夹的滑移现象由来已久，2005年在“田盐线”（连云港-盐城）就发生了多起；2006年12月份，仅在甘肃庆阳“梅西线”上就发生了200多次。

分析发生该类现象的主要因素有二：首先，目前选用线夹的握力有时不能够满足工程要求；其次，线夹的防松措施，不能够有效地补偿导线的蠕变量。

为了解决这种问题，不得不通过改进螺栓提高线夹握力。最终解决了线夹的滑移现象。 笔者认为如果采用上文中提到的铰链式线夹和阻尼橡胶垫，也可以改善线夹对导线的握

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力。

对于220kV线路而言，目前基本采用FD型防振锤。实际上，FR型防振锤在各方面的性能比之FD型防振锤都要优秀。但是，在国内，可能多数招标者都更看中价格方面的优势，并不十分强调实际性能上的差异。在目前的国内市场中，价格还是主导因素之一。

对于500kV线路，由于分裂导线间隔棒的存在，防振锤多用于架空地线，FR型防振锤得到了较广泛的应用。

三. 防舞动金具

3.1 概述

导线（包括地线）的振动主要有微风振动和舞动2种形式。微风振动会造成金具和导线磨损，甚至造成导线疲劳断股。舞动是导线覆冰形成非圆截面后所产生的一种低频、大振幅的自激振动，振幅一般在12 m以下，会造成金具损坏和断线，严重的会发生线路倒塔事故。

输电线路的舞动曾给世界各国线路带来重大的损失和危害。在我国湖南、湖北、安徽、河南、华北以及东北等地先后发生过多次舞动,舞动涉及大跨越和一般线路,地域涉及到山区、丘陵和平原;气象条件涉及到雨凇、雪凇,冰雪从几毫米到几十毫米。其涉及面广,且种类复杂。一般认为，引起线路导线舞动的影响因素主要有以下几个方面。

1. 气象因素

特定的气象条件是引起导线舞动的主要因素之一。国内的一些统计数据表明，在4～6级风，温度-5～1℃，导线覆冰厚度在3～20mm之间，湿度在95%左右的气象条件下，产生舞动的几率最大。实际上，一般在导线表面有覆冰的情况下，就极易产生舞动现象了。苏联曾连续3年(1982～1985年)在覆冰季节，对发生导线舞动的风、冰气象条件进行了统计分析。

2. 地理因素

地理环境也是引起导线舞动的重要因素。舞动情况多发生在风口地区、较开阔的平原地区和大跨越地段，地形变化较复杂的地段则很少发生导线舞动。如果，线路的走向和该地段稳定的气流形成一定的夹角，就易于产生舞动现象。

3. 导线固有频率

导线由振动发展为舞动的主要原因是风力和导线的固有频率相匹配，引发共振，使导线的振幅越来越大。

4. 导线型式

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一般意义上，导线表面越光滑，沟槽越少，越不易产生舞动，且分裂导线比单导线发生舞动的几率要大。大截面导线比小截面导线易产生舞动。这与它们自身的扭转刚度有关系。大截面导线的扭转刚度大，在偏心覆冰后难以产生自身扭转，使得覆冰层更多的堆积在同一方向上，因此产生舞动的可能性比小截面导线大。

如果把气象条件和地形、地势条件看作是引起舞动的外因，那么线路结构本身的参数就是引起舞动的内因（包括导线固有频率、导线型式、张力、档距等）。

3.2 正文

1．导线舞动的特点

空气相对流速的范围和导线系统的结构特点决定了导线主要存在卡门涡振动和驰振。前者发生于低风速、无冰雪(即导线呈圆截面)的条件下,称为微风振动。后者发生于较高风速、覆冰雪(导线呈非圆断面)的条件下,称为驰振,俗称舞动。驰振是非圆截面构件在风激励下产生的一种自激振动,而导线舞动则是对输电导线驰振的特指,是驰振的一个特例。

导线舞动实质上是一种低频大振幅振动,由以下3种振动组成：(1)横向振动,包括垂直与水平两个方向的振动；(2)导线绕两端固定点的摆动；(3)导线绕自身轴线(分裂导线则为分裂圆的中心线) 的扭转振动。在上述振动中,以横向与扭转振动为主。

2．线路舞动的治理

防止线路舞动的措施一般有避舞、抗舞和抑舞三种。对于现运行的线路舞动，主要是采用安装抑舞设施的方法。

a) 安装间隔棒

安装间隔棒可以有效抑制分裂导线的舞动。间隔棒在报告第一部分有详细叙述，这里主要介绍用于防舞动的几种类型。

防舞间隔棒是一种新型间隔棒，其结构型式是：一是线夹本体及间隔棒框架，二是摆锤框板及摆锤（图1）。

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图1防舞间隔棒

线夹本体的夹头部位是铰链式结构，线槽内衬橡胶垫块，通过橡胶垫的压缩，对导线产生正压力。由于橡胶的压缩变形补偿了导线的蠕变，从而使线夹紧紧的握住了导线，安装时要用专用工具将盖板压到位，然后插上锁紧销即可。其优点是省去了紧固螺栓的安装，亦消除了因为外力及其它因素造成螺栓松动而磨伤导线的危险。摆锤两头呈球形，两只摆锤分别通过两只螺栓固定在两块摆锤框板底部左右两侧，对称分布，使整个防舞间隔棒能够有效抑制舞动的产生和减小舞动幅值。

相间间隔棒由于可以防止导线相间的碰撞，从而避免了舞动造成相间短路的问题。所以其对于防舞有重要的作用。在国内因为起步的比较晚，目前相间间隔棒的应用还比较少。 b) 安装空气动力稳定器

采用干扰舞动导线附近气流以及防止覆冰的方法来抑制舞动。

扰流防舞器（防舞鞭）是一种由具有刚性、耐腐蚀性和热塑性的非金属或金属材料预绞成型的防舞装置（图2）。它由两端的夹紧部分及中间的扰流段(防舞段)组成，扰流线与导线的直径比为0.78。两个夹紧部分的作用是将气流干扰线夹紧在导线上；2～3个完整节距螺旋段的作用是改变各处覆冰导线的断面形状，破坏或抵消引起舞动的空气动力升力和扭矩；1个支撑螺旋体段在安装干扰线时起支撑作用。

图2 防舞鞭

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dwyh.html