CN101937746B - 聚合物避雷器 - Google Patents

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Abstract

一种聚合物避雷器具有：内部元件，其包括以叠置的方式布置的多个盘形非线性电阻、布置于非线性电阻两端处的电极、以及多个连接电极的绝缘杆；通过浇注绝缘树脂形成于内部元件外侧的绝缘外皮；以及被置于至少部分非线性电阻之间的盘形多孔金属板。

Description

聚合物避雷器
相关申请的交叉参考
本申请基于2009年6月30日申请的在先日本专利申请No.2009-154668，并要求其优先权，该日本申请的全部内容通过参考结合于此。
技术领域
在此，所述实施例涉及一种聚合物避雷器。
背景技术
在比如输电线、发电厂或变电站之类的电力系统中，通常提供避雷器(surge arrester)来去除过量的电压以及保护电力系统和电气设备。在这种避雷器中，聚合物避雷器的结构使得主要包含氧化锌的多个盘形非线性电阻叠置，并且例如电极布置于其每个上端和下端处。而且，为了增大刚性，用于紧固非线性电阻的多个绝缘杆布置于非线性电阻周围，并且这些绝缘杆用多个金属板或绝缘板来固定以防止其位置发生移动。
上述部件通常称为内部元件(internal elements)。在这些内部元件的外侧，通过浇铸绝缘树脂来形成绝缘外皮。在这种绝缘树脂的浇铸过程中，绝缘树脂在高压(例如大约6MPa至10MPa)下被注射，以将绝缘树脂中的残留空气以及在浇铸期间吸入其中的空气排出至绝缘外皮的外侧，从而防止外观缺陷的发生。
如上所述，在生产聚合物避雷器时，绝缘树脂在绝缘树脂的浇铸过程中在高压(例如大约6MPa至10MPa)下注射。而且，此时绝缘树脂的粘度不是那么高。粘度是例如大约50帕斯卡·秒(Pa·s)。于是，绝缘树脂可能会进入内部元件之间。在此情况下，可能会在导电面之间发生接触故障、由于非线性电阻的导电区域减少而降低能量吸收能力、以及等等。
发明内容
下述实施例的目标是提供一种聚合物避雷器，其能抑制由进入内部元件之间的绝缘树脂导致的因妨碍导电而发生接触故障、因导电区域减少而降低能量吸收能力、以及其他问题等。
根据本发明的一个方面的聚合物避雷器具有：内部元件，其包括以叠置的方式布置的多个盘形非线性电阻、布置于非线性电阻两端处的电极、以及连接电极的多个绝缘杆；通过浇注绝缘树脂形成于内部元件外侧的绝缘外皮；以及被插入至少部分非线性电阻之间的盘形多孔金属板。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的结构的垂直横截面视图。
图2是示出沿着图1中的线A-A的第一实施例的横截结构的水平横截面视图。
图3是示出第二实施例的主要部分的结构的垂直横截面视图。
图4是示出沿着图3中的线B-B的第二实施例的横截结构的水平横截面视图。
图5是示出第三实施例的主要部分的结构的垂直横截面视图。
图6是示出第四实施例的主要部分的结构的垂直横截面视图。
图7是示出第五实施例的主要部分的结构的垂直横截面视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述实施例。
图1是示出第一实施例的聚合物避雷器100的垂直横截示意性结构的视图。图2是示出沿着图1中的线A-A截取的水平横截示意性结构的视图。如这些视图所示，聚合物避雷器100具有多个盘形非线性电阻1，其例如由主要包含氧化锌的材料形成，并且以叠置的方式布置。在这个实施例中，由具有众多连续气泡的多孔金属所形成为盘形的多孔金属板2被布置于所有的非线性电阻1之间。
对于用于形成多孔金属板2的多孔金属材料而言，例如，可使用Ni、Ni-Cr等金属多孔体。例如，能使用Celmet(产品名，由Sumitomo Electric Toyama有限公司制造)等，其是类似海绵的具有三维网格构架的多孔金属体。多孔金属板2优选地具有大约0.1毫米至1毫米的厚度，在这个实施例中为0.3毫米的厚度。而且，在使用比如Celmet之类的多孔金属时，还可能使用其厚度在某种程度上通过轧制变薄的多孔金属。
在非线性电阻1和多孔金属板2的叠置体的层叠方向上，多孔金属板2被布置于两端部分处，并且金属电极3a、3b布置为紧靠在这些多孔金属板2上。连接这些金属电极3a、3b的多个(在这个实施例中为4个)绝缘杆4被布置为围绕着非线性电阻1和多孔金属板2的叠置体的周边。绝缘杆4例如能由FRP(纤维增强塑料)等形成。
绝缘杆4每个都在其纵向上的两端部分处具有螺纹部分4a、4b。其中一个螺纹部分4b(图1中下侧上的螺纹部分)通过螺旋被固定到设在金属电极3b中的螺纹孔。另一螺纹部分4a(图1中上侧的螺纹部分)穿过设在金属电极3a中的通孔，并且螺母6拧在这个螺纹部分上。因而，绝缘杆4被固定以连接着金属电极3a和金属电极3b。绝缘树脂(在这个实施例中为硅酮树脂)被浇注在如上述形成的内部元件的外侧以形成绝缘外皮5，从而将内部元件和绝缘外皮5结合为一体。
在通过叠置非线性电阻1和金属电极3a、3b所构成的聚合物避雷器中，在浇注绝缘外皮5时，绝缘树脂(硅酮树脂)可能会进入非线性电阻1和金属电极3a、3b的导电面(紧靠面)，从而引起接触故障等。
就这一点而言，在这个实施例的聚合物避雷器100中，即使在硅酮树脂进入非线性电阻1和金属电极3a、3b的导电面(紧靠面)时，硅酮树脂仍然能保持处于多孔金属板2内的气泡中，从而可确保经由多孔金属板2的导电路径。于是，能够抑制进入导电面(紧靠面)的硅酮树脂妨碍导电从而导致接触故障。而且，通过保持硅酮树脂处于多孔金属板2内的气泡中，非线性电阻1和多孔金属板2在浇注前后的接触面积等同，这也能抑制由于导电面积的降低而引起能量吸收能力降低现象的发生。而且，在硅酮树脂的浇注过程中，采用足以将树脂中的气泡排走的注射压力，比如高压(例如大约6MPa至10Mpa)，这使得能抑制外观缺陷的发生。
在聚合物避雷器100中，多孔金属板2被放置或置于在所有非线性电阻1之间以及在非线性电阻1和金属电极3a、3b之间。然而，多孔金属板2可仅布置于例如硅酮树脂特别易于进入其中的非线性电阻1的多个部件之间。
接着，将参照图3和图4描述第二实施例。图3是示出根据第二实施例的聚合物避雷器101的主要部件的结构的示意性垂直横截结构的视图。图4是示出沿着图3中的线B-B截取的示意性水平横截横截结构的视图。
如图3和图4所示，在第二实施例的聚合物避雷器101中，每个多孔金属板20具有在周向上突伸的突起21。多孔金属板20的突起21在各个绝缘杆4之间被定位在沿着非线性电阻1层叠方向的一条直线上。除了这一点之外，第二实施例的聚合物避雷器101类似于上述第一实施例的聚合物避雷器100的构造。因而，相应部分用相同的参考标号标识，并且省略重复性描述。
在具有上述结构的第二实施例的聚合物避雷器101中，能实现与上述第一实施例类似的操作和效果。而且，当聚合物避雷器101操作时出现过量的负载时，有可能允许在非线性电阻1严重受损之前在多孔金属板20的突起21的部分中发生放电。于是，在绝缘杆4之间的绝缘外皮4被破裂，并且放电转变为外部放电。结果使得，在非线性电阻1和绝缘杆4之间出现电弧的可能性降低，并且能降低聚合物避雷器101出现爆炸性散布(explosive scattering)的可能性。
接着，将参照图5和图6描述第三和第四实施例。如图5所示，在第三实施例的聚合物避雷器102中，U形沟槽23形成于多孔金属板22的外周部分(侧壁部分)中。如图6所示，在第四实施例的聚合物避雷器103中，V形沟槽25形成于多孔金属板24的外周部分(侧壁部分)中。应当注意到，除此之外，第三实施例的聚合物避雷器102和第四实施例的聚合物避雷器103类似于第一实施例的聚合物避雷器100的构造。因而，相应部分用相同的参考标号标识，并且省略重复性描述。
在如上构造的第三实施例的聚合物避雷器102和第四实施例的聚合物避雷器103中，能实现与上述第一实施例类似的操作和效果。而且，通过使用其中形成有在凹陷方向上具有倾斜的沟槽(比如U形沟槽23和V形沟槽25)的多孔金属板22、24，在浇注硅酮树脂时，硅酮树脂(绝缘树脂)沿着U形沟槽23和V形沟槽25的倾斜侧壁进行引导，从而形成朝向多孔金属板22、24的厚度方向上的中心部分的硅酮树脂流。通过这种硅酮树脂流，能抑制硅酮树脂流入多孔金属板22、24与非线性电阻1和金属电极3a、3b的之间接触面，并且进一步降低接触故障发生的可能性和能量吸收能力降低的可能性。
接着，将参照图7描述第五实施例。如图7所示，在第五实施例的聚合物避雷器104中，多孔金属板26在两侧(其作为与非线性电阻1或金属电极3a、3b接触的接触面)的平面部分中具有圆形沟槽27a、27b。这些圆形沟槽27a、27b与多孔金属板26的外形同心地形成。此外，由金属等制成的导电板10a、10b布置于这些圆形沟槽27a、27b中。
在具有上述结构的第五实施例的聚合物避雷器104中，能实现与上述第一实施例类似的操作和效果。而且，在这种聚合物避雷器104中，非线性电阻1和金属电极3a、3b经由围绕多孔金属板26的圆形沟槽27a、27b的圆形区域而接触着多孔金属板26，并且经由这些圆形区域的内侧部分接触着导电板10a、10b。于是，与第一实施例相比，能够增大导电面积，并且能进一步降低出现能量吸收能力降低的可能性。
接着，将参考上述第一实施例的聚合物避雷器100，描述多孔金属板2的孔(孔眼(cell)数目，每英寸的数目)的状态和能量吸收能力之间关系的检查结果。对于多孔金属板2，制备了四种类型的多孔金属板2，其中一个的孔眼数目为每英寸56个(表面面积比＝7.5mm2/mm3)，其中一个的孔眼数目为每英寸67.2个(表面积比＝9mm2/mm3)，其中一个的孔眼数目为每英寸75个(表面积比＝10mm2/mm3)，以及其中一个的孔眼数目为每英寸373个(表面积比＝50mm2/mm3)，并且65kA的脉冲电流两次传导通过上述其中的每一个。然后，从视觉上观察非线性电阻1的状态，以判断每个多孔金属板2的能量吸收能力是否通过或失败。其结果在表1中示出。
          [表1]
Figure BSA00000164142100061
如表1所示，在使用三种类型的多孔金属板2时，也就是孔眼数目为每英寸67.2个(表面积比＝9mm2/mm3)的一个，孔眼数目为每英寸75个(表面积比＝10mm2/mm3)的一个，以及孔眼数目为每英寸373个(表面积比＝50mm2/mm3)的一个时，在上述能量吸收能力的检查中没有发现问题。
另一方面，在使用孔眼数目为每英寸56个(表面积比＝7.5mm2/mm3)的多孔金属板2时，在一次传导脉冲电流时在非线性电阻1中发生击穿或故障。因此，对于需要承受65kA或更高脉冲电流的聚合物避雷器而言，优选地使用孔眼数目大于每英寸56个(表面积比＝7.5mm2/mm3)的多孔金属板2，并且更优选地是使用孔眼数目等于或大于每英寸67.2个(表面积比＝9mm2/mm3)的多孔金属板2。
如上所述，根据实施例，能够提供一种聚合物避雷器，其能够抑制由于进入内部元件之间的绝缘树脂而产生的因妨碍导电而发生的接触故障、由于导电区域减少而降低能量吸收能力等。
虽然已经描述了一些实施例，但是这些实施例仅以举例的方式给出，并且不是要限制本发明的范围。相反，这里所述的新颖装置能以很多形式具体化；而且，这里所述装置的形式中的各种省略、替代和变化能在不脱离本发明精神之下进行。附图及其等同概念将覆盖落入本发明范围和精神内的这些形式或变型。

Claims (4)

1.一种聚合物避雷器，其包括：
内部元件，其包括以叠置的方式布置的多个盘形非线性电阻、布置于非线性电阻两端处的电极、以及连接着电极的多个绝缘杆；
绝缘外皮，其通过浇注绝缘树脂而形成于内部元件的外侧；以及
盘形多孔金属板，其被置于至少部分非线性电阻之间；
所述盘形多孔金属板的孔眼密度数大于每英寸56个，并且厚度在0.1毫米至1毫米之间。
2.根据权利要求1的聚合物避雷器，其中：
多孔金属板每个都具有沿周向突伸的突起；并且
所述突起在绝缘杆之间被布置成位于沿非线性电阻的叠置方向的一条直线上。
3.根据权利要求1的聚合物避雷器，其中：
多孔金属板每个都在外周部分中具有U形沟槽或V形沟槽。
4.根据权利要求1的聚合物避雷器，其中：
多孔金属板每个都在平面部分中具有沟槽，并且由金属制成的导电板被布置于沟槽中。
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