CN101465179B - 一种线路柱式避雷绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线路柱式避雷绝缘子，包括绝缘子本体，所述的绝缘子本体包括自上而下相互串联的上部与下部，所述的上部用于承载高压线。所述的上部的干、湿闪络距离，泄漏等效电阻均小于下部。所述的下部还并联非线性电阻片柱。非线性电阻片柱在雷击时阻值瞬间减小，使绝缘子上的电压分布成比例变化。使雷击过电压几乎全部集中在上部，使上部闪络、确保下部不闪络。这样雷电流通过闪络的上部、经过非线性片柱入地。雷电流过后非线性电阻的阻值迅速升高，限制工频续流，保护线路不损坏。实现可变比例电压钳位。通过上述原理，本绝缘子能够通过简单的结构来实现电压钳位、限制工频续流作用，可靠性很高，实施成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于配电架空线路上的柱式避雷绝缘子，属于输电配电领域。
背景技术
为了减少树木、鸟害、雨雪等外部原因引起的架空配电线路故障，提高供电可靠性、缩小线路走廊，国内外的架空配电线路已逐渐基本实现绝缘化。从运行情况看，架空绝缘导线能够很好的减少外部原因引起的线路故障，但架空绝缘导线因雷击而断线问题却十分突出，严重威胁配电网线路的安全运行。
由于受气候变暖、气候变化异常影响，配电架空线路受雷击而引发的故障近年来也呈明显增长趋势，但配电架空线路一直没有较有效的防雷手段。
雷电流的幅值虽大，但持续时间极短、热效应低。真正对输电线路造成损害的是雷电流过后的工频续流。雷电流只是起一个先导作用。
雷击过电压作用于裸导线引起闪络时，雷电流使弧道的空气电离，弧道空气电阻大大降低。雷电流过后工频续流沿弧道而下(电离空气起到导电作用)，但工频短路电流电弧在电磁场力的作用下沿着导线滑动，不会集中在某一点烧灼，一般不会严重烧伤导线。
而绝缘导线则不同，雷击过电压引起闪络并击穿导线绝缘层时，形成小针孔，接续的工频短路电流电弧受绝缘层的阻隔，弧根只能集中在针孔处燃烧而不能沿导线滑移，加之导线自身存在的张力，这样在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。因此，架空绝缘导线的雷击断线故障率明显高于裸导线。
根据上述雷击断线机理分析可以看出，限制雷电流引起的工频续流的幅值(限流)或防止工频续流集中于击穿的针孔处燃烧(分流)是目前防止配电架空绝缘线路雷击断线事故的主要方法。
【分流】
参见图1a，一种钳位绝缘子，在绝缘子本体的顶端装有带线夹的金具(100)，将导线绝缘层剥开，使得金具与线芯连接；或者特制带穿刺的金具，刺穿绝缘层，使得金具与线芯连接。金具与绝缘子本体底部固定的金属连接件之间形成放电间隙(101)，该放电间隙的长度小于绝缘子本体的干闪络距离，当雷击时，会“优先”击穿此放电间隙，则雷击后工频电弧弧根固定在金具上燃烧，可以增大散热面积，从而保护导线免于烧伤。国内外目前使用的直接夹在导线上的防弧金具，也是相同原理，只不过钳位绝缘子是将间隙固定在绝缘子上，而防弧金具本身对装绝缘子的横担处形成间隙。
该种方式存在以下不足：(一)、“分流”的方式，局部剥开或刺穿绝缘层，然后加以遮盖，存在众多的密封和绝缘缺陷，使一根原本完好的绝缘导线变得千疮百孔，长期运行后，水分会沿剥离处慢慢渗入至导线内部，容易在线路弧垂最低点处积聚水分并形成电化学腐蚀；(二)、由于放电间隙距离小于绝缘子本体的干闪络距离，使为防止因污秽击穿闪络而增大的绝缘子本体的爬距及干闪络距离、湿闪络距离变得毫无意义，一旦遭雷击线路变得更易击穿闪烙；(三)、由于钳位绝缘子和防弧金具没有工频续流的限流措施，会使线路过流跳闸而停电，工频续流会严重烧损金具及绝缘子本体，而使其成为易耗品。分流并不能完全解决架空线路雷击故障，只是部分解决了绝缘导线因工频续流集中在针孔燃烧断线的问题，就如裸导线架空线路也经常因雷击造成导线断线、绝缘子闪络损坏一样，钳位绝缘子也经常被雷击损坏。所谓的钳位绝缘子是雷电过电压超过间隙的放电电压时，通过间隙放电来泄放，接着工频续流引起线路跳闸，线路失电。并不存在什么电压钳位作用。相反，没有间隙存在，绝缘子本体的耐雷水平要高的多。而间隙放电受温度、湿度、污秽、风偏等因素影响变化很大，这是一种最原始的防雷手段。
【限流】
“限流”就是让雷电流通过但限制工频续流值而不起弧，如安装金属氧化物避雷器。但避雷器要与导线直接连接，也须剥开绝缘导线，破坏了导线的绝缘和密封，并且避雷器故障时，会造成系统死接地，影响线路的正常供电，同时带来年度维护工作量大及查找故障点的困难，因此在线路上慎用。又如日本采用避雷绝缘子，将避雷器装入有中空内腔的瓷柱内，避雷器与绝缘子上下钢帽连通。将避雷器当成绝缘子用。这是100％钳位，一旦损坏也会造成死接地和增大线路维护工作量。
参见图2、图3，这一种改进后的过电压保护器，它由避雷器本体(200)与串联的圆环状电极(201)组成，圆环状电极套在绝缘子本体上，与导线间并不直接连接(这样不需要剥开绝缘层)，而是与导线形成一定距离的间隙。当雷击导线时，由于圆环状电极与导线的间隙远小于绝缘子本体上下两端的距离，间隙首先放电，雷电流经避雷器释放，降低了导线和地之间的电势差，保证绝缘子本体不再闪络，从而避免线路跳闸停电。雷电流通过时，避雷器等效电阻很小，而雷电流过后，等效电阻瞬间增大，工频续流则被截断，从而不会断线，也不会烧损导线与放电间隙。
但过压保护器装在绝缘子本体的边上，改变原线路的结构，大大增加了安装调试成本。一个价格本身很便宜的绝缘子需要用一个比其贵数十倍的过压保护器来保护，有点本末倒置。另外绝缘子品种繁多、制造公差大，线路弧垂受季节影响变化较大，以上种种原因导致过电压保护器与导线的间隙距离不易调整到位，同时间隙易被风偏、被雨雪、小动物短路。
防雷装置与被保护对象需等电位连接，也就是要与保护对象以最短的连接方式并联，这是因雷电流的频率较高，1uH的电感上会产生数千伏的压降，此压降是与防雷装置的限制电压相迭加。故与被保护对象的连接回路的自身固有电感上的压降不可忽略，特别是匚型(放电回路)连接方式，否则有可能装了防雷装置，绝缘子与导线照样被打坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保险系数高、结构简单、实施成本低的线路柱式避雷绝缘子。
本发明所采取的技术方案是：一种线路柱式避雷绝缘子，包括绝缘子本体，所述的绝缘子本体包括自上而下相互串联的上部与下部，所述的上部用于承载高压线。所述的上部与下部的干、湿闪络距离之比均为1∶1～1∶9，泄漏等效电阻之比为1∶1～1∶9；绝缘子承受的电压按其比例成正比分布。所述的下部还并联非线性电阻片柱。
雷击时，绝缘子上、下部的干、湿闪络距离，泄漏等效电阻之比不变。但非线性电阻片柱在雷击时阻值瞬间减小，使绝缘子上的电压分布成比例变化。使雷击过电压几乎全部集中在上部，使上部闪络。非线性电阻片柱将电压钳位在确保下部不闪烙的电压之下。这样雷电流通过闪络的上部、经过非线性片柱入地。雷电流过后非线性电阻的阻值迅速升高，限制工频续流，保护线路不损坏。实现可变比例电压钳位。
通过上述原理，本绝缘子能够通过简单的结构来实现电压钳位、限制工频续流作用，可靠性很高，实施成本低。
附图说明
图1a为钳位绝缘子的主视图；
图1b为又一种钳位绝缘子的主视图；
图2为过电压保护器的主视图；
图3为过电压保护器的俯视图；
图4为本发明的主视半剖图，图中显示的是干闪络距离；
图5为本发明的主视半剖图，图中显示的是湿闪络距离
其中：1、绝缘子本体；2、上部；3、下部；4、非线性电阻片柱；5、钢帽；8、金属连接件；9、内腔；L、干闪烙距离；SL、湿闪烙距离；
100、金具，101、放电间隙；
200、避雷器本体，201、圆环状电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
参见图4、图5所示的线路柱式避雷绝缘子，包括绝缘子本体1，所述的绝缘子本体1的外形基本与普通柱式绝缘子相同，也是内部不可击穿型，其材质可以是瓷质的或复合外套的，并非发明点所在。
所述的绝缘子本体1包括自上而下相互串联的上部2(g至a段)与下部3(a至d段)，所述的上部2用于承载高压线。所述的下部3具有沿着自下而上方向延伸的贯穿其高度的内腔9，所述的内腔9中设置有非线性电阻片柱4，所述的上部2与下部3的连接处固定有金属连接件8，所述的金属连接件8与所述的非线性电阻片柱4的顶部电连接；所述的下部3的底部固定有钢帽5，所述的钢帽5与所述的非线性电阻片柱4的底部电连接，由此形成非线性电阻片柱4与下部3并联。
在图4上，从g至a加上a至d间，沿绝缘子本体1外缘的直线距离Lgd为绝缘子本体1表面干燥时电弧闪烙距离，绝缘子本体1雷击闪烙时，雷电流及后续的工频流沿此通道从高压入地，其中Lga为上部2的干闪络距离，Lad为下部3的干闪络距离。设计Lga与Lad成一定比例关系：Lga∶Lad为1∶1～1∶9的范围。各部分的雷击闪络分压与干闪络距离的大小成正比，故干闪络距离所占比例越大，雷击闪络电压越高。
参见图5，从g至a加上a至d间，沿绝缘子本体1伞裙曲线距离为绝缘子本体1在淋雨、污秽状态下的湿闪烙距离，为Lgd乘上曲线系数S(视绝缘子伞裙的形状而定)，为SLgd，其中SLga与为上部2的湿闪络距离，SLad为下部3的湿闪络距离。当同一绝缘子本体的曲线系数S是相同值时，湿闪络距离与干闪络距离成正比。SLga与SLad也成一定比例关系：SLga∶SLad为1∶1～1∶9。同理，绝缘子本体湿闪烙电压与湿闪烙距离成正比，故湿闪络距离所占比例越大，雷击湿闪烙电压越高。
绝缘子本体1在工频电压下的电压情况分布取决于所述的上部2与下部3的泄漏等效电阻R1、R2。R1、R2的大小与绝缘子本体1的曲线距离即湿闪络距离成正比。泄漏等效电阻也成一定比例关系；R1∶R2从1∶1至1∶9。同理，R越大，分担的工频电压越高。
上述三者间各自的比例有一定的连带正比关系。
非线性电阻片柱9是可变电阻，类似于稳压管作用，低于其稳压电压时截止，反之导通。它的介入使Lga∶Lad及SLga∶SLad的比例没有改变，但R1、R2的比例在不同的工况下是可变的：
在高压线路正常的工频电压下，非线性电阻片柱9呈高阻状态，并不改变绝缘子本体1工况，不减少绝缘子本体1的干闪络距离及湿闪络距离、不影响绝缘子本体1在污秽状态下的泄漏等效电阻及分压，绝缘子本体1不会污闪。
如无上述非线性电阻片柱9，在雷击时，超过上部2的Lga、下部3的Lad(或SLga、SLad)的耐雷水平时，雷电流沿Lga、Lad(或SLga、SLad)闪络并将弧道空气电离，工频续流沿空气电离的弧道而下，引起线路损坏。
而有非线性电阻片柱9，其在雷电流下瞬间呈低阻值状态，远小于R1及R2，因其与R2并联，改变了R1及R2二者的比例关系，使上部2的分压比例由原来相对较小变得相对很大，使雷击过电压均集中在上部2而闪络。雷电流沿上部的g-a段、非线性电阻片柱9入地。因非线性电阻片柱9将下部3的电位钳制在远小于a-d段闪络电压以下，则下部3不会闪络，a-d段外表面空气未被电离，故也没工频续流，起到了让雷电流通过而限制工频续流、保护导线不被雷电流过后的工频续流烧断的目的。雷击过电压虽使上部2(沿Lag或SLag表面)闪络，g-a段弧道空气也被电离，但由于绝缘子本体1的a-d段未闪络、非线性电阻片柱9的限流，据串联回路电流处处相等法则，没有上部2工频续流流过。
雷电流一过，非线性电阻片柱9迅速恢复高阻，R2及R1的比例又恢复初始状态，回到正常工作状态。
由于绝缘子本体1(g-d)的a-d段中比例大于g-a段，其干闪络距离、湿闪距离、泄漏等效电阻均比g-a段大，只要将a-d段钳位在闪络电压之下，就可保证整个绝缘子本体1(g-d)不闪络。如做到100％的电压钳位(绝缘子本体1整体不闪络)，非线性电阻片柱9就需接至绝缘子的g-d，直接与高压相通，就需长期承受工频电压，就有老化的可能。并且一旦损坏会形成死接地，造成高压线路送不上电，且查找困难，预防性试验工作量大。这里只需(部分可变)比例电压钳位，钳位段(下部3)的比例大于或等于不钳位段(上部2)。非线性电阻片柱9只钳位a-d段，非线性电阻片柱9平时不承受工频电压，不泄放不危害系统绝缘的操作过电压能量，没有老化的可能。
这里采用双保险：如果g-a段被雨雪等短路(因a在绝缘子伞裙下，这种可能性很小)，a-d段绝缘子本体1和非线性电阻片柱9的设计可单独在系统电压下长期运行；万一非线性电阻片柱9损坏，g-a段绝缘子本体1可单独承受系统电压，不会影响线路送电。
因g-a段的比例与尺寸为制造绝缘子时已固定，不受线路弧垂受影响、不会被风偏、被雨雪、小动物短路，不受安装质量的影响。由于高压线是直接架在上部2顶端的卡槽内的，本发明与保护对象实现了以最短的连接方式并联，即等电位连接。
本发明可广泛应用于35kV及以下电压等级的电力系统，既可用于架空绝缘导线，也可用于裸导线线路。
Claims (6)
1.一种线路柱式避雷绝缘子，包括绝缘子本体(1)，其特征在于：所述的绝缘子本体(1)包括自上而下相互串联的上部(2)与下部(3)，所述的上部(2)用于承载高压线，
所述的上部(2)的干闪络距离、湿闪络距离、泄漏等效电阻均小于等于下部(3)，
所述的下部(3)并联有平时电阻无穷大而当雷击时电阻能够瞬间减小进而确保上部(2)闪络而下部(3)不闪络的非线性电阻片柱(4)，
所述的上部(2)与下部(3)的连接处固定有金属连接件(8)，所述的金属连接件(8)与所述的非线性电阻片柱(4)的顶部电连接。
2.根据权利要求1所述的线路柱式避雷绝缘子，其特征在于：所述的上部(2)与下部(3)的干闪络距离之比为1∶1～1∶9。
3.根据权利要求1所述的线路柱式避雷绝缘子，其特征在于：所述的上部(2)与下部(3)的湿闪络距离之比为1∶1～1∶9。
4.根据权利要求1所述的线路柱式避雷绝缘子，其特征在于：所述的上部(2)与下部(3)的泄漏等效电阻之比为1∶1～1∶9。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的线路柱式避雷绝缘子，其特征在于：所述的下部(3)具有沿着自下而上方向延伸的贯穿其高度的内腔(9)，所述的非线性电阻片柱(4)设置在所述的内腔(9)中，所述的非线性电阻片柱(4)的顶部和底部分别与所述的下部(3)的顶部与底部电连接。
6.根据权利要求5所述的线路柱式避雷绝缘子，其特征在于：所述的下部(3)的底部固定有钢帽(5)，所述的钢帽(5)与所述的非线性电阻片柱(4)的底部电连接。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20170621 Address after: 520000 science Avenue 237, Guangzhou hi tech Industrial Development Zone, Guangdong, Guangzhou, 701-B Patentee after: Guangzhou Zhong Guang Electric Technology Co., Ltd. Address before: 213371 Yongan road Liyang city Jiangsu province Nandu town Changzhou Huaya Lightning Protection Technology Co. Patentee before: Yan Zhonghua |
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Effective date of registration: 20180302 Address after: 215000 room 106, South Gate chemical new village, Suzhou City, Suzhou, Jiangsu Patentee after: Yan Zhonghua Address before: 520000 science Avenue 237, Guangzhou hi tech Industrial Development Zone, Guangdong, Guangzhou, 701-B Patentee before: Guangzhou Zhong Guang Electric Technology Co., Ltd. |
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Denomination of invention: Line pole type lightning protection insulator Effective date of registration: 20200703 Granted publication date: 20110720 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Yuexiu branch Pledgor: GUANGZHOU ZHONGGUANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000177 |
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Date of cancellation: 20210818 Granted publication date: 20110720 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Yuexiu branch Pledgor: GUANGZHOU ZHONGGUANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000177 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A line post lightning insulator Effective date of registration: 20210823 Granted publication date: 20110720 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Yuexiu branch Pledgor: GUANGZHOU ZHONGGUANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980008118 |