CN102473496B - 箱形避雷器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种避雷器，在包括层叠的非线性电阻体元件的箱形避雷器中，设有形状简单、且具有与以往相比达到非线性电阻体元件的电压分担均匀化的形状的屏蔽件。本发明的避雷器在填充有绝缘介质的箱体内，包括层叠的非线性电阻体元件，在其周围配置有圆筒屏蔽件。为解决上述问题，本发明的避雷器在屏蔽件侧面设有多个孔。

Description

箱形避雷器

技术领域

本发明涉及包括非线性电阻体元件的箱形避雷器，所述非线性电阻体元件在发电厂或变电站中，用于保护电气设备免受侵入系统的异常电压的影响。 

背景技术

避雷器保护设备免受雷击电流等引起的异常电压的影响。在避雷器流过10kA时的电压(称为限制电压)越低，保护设备产生的电压越小。因此，可以说限制电压越低保护设备越能够小型化，避雷器的性能越好。 

另一方面，即使在避雷器未流过雷击电流等浪涌电流时，系统电压也始终被充电，利用层叠在避雷器内部的非线性电阻体元件来分担系统电压。从长期可靠性等观点而言，需要将由该非线性电阻体元件分担的电压应力设为一定值以下，在使用相同大小的非线性电阻体元件的情况下，在由非线性电阻体元件分担的电压为均等的情况下能够使限制电压变得最低，避雷器能够达到高性能化。 

但是，由各个非线性电阻体元件分担的电压受到从非线性电阻体元件经由寄生电容流向接地电位的箱体的电流的影响，在充电侧非线性电阻体元件上变得最大，越向接地侧元件越小。因此，为了力图使避雷器高性能化，重要的是减轻充电侧非线性电阻体元件的电压应力，以使各个非线性电阻体元件的电压分担均匀。 

有各种用于使非线性电阻体元件的电压分担均匀的对策，但作为其中之一，广泛使用在充电侧配置屏蔽件的方法。其目的在于，通过在充电侧配置屏蔽件，从充电侧屏蔽件向非线性电阻体元件注入电容性的电流，从而补偿从非线性电阻体元件流向箱体的电流，使非线性电阻体元件的电压分担均匀。(例如参照专利文献1) 

专利文献1：日本专利3283104号公报 

专利文献2：日本专利特开2008-306136号公报 

专利文献3：日本专利特开平6-302409号公报 

发明内容

在包括层叠的非线性电阻体元件的箱形避雷器中，为了使非线性电阻体元件的电压分担均匀，有时使用日本专利3283104号所示的形状的屏蔽件。但是，这些形状存在以下问题：即，构造复杂，屏蔽件与接地箱体间的电场变得不均匀，有可能对避雷器施加不均匀的静电力等。 

因此，有的情况下使用以构造简单、并且屏蔽件与接地箱体间的电场不会变得不均匀为目的的圆筒屏蔽件。 

在使用圆筒屏蔽件并使非线性电阻体元件的电压分担均匀的情况下，由于若接地箱体直径、屏蔽件直径、非线性电阻体元件高度决定了，则使非线性电阻体元件的电压分担变得最小的屏蔽件深度也决定了，因此，存在以下问题：即，存在电压分担率的极大值和极小值，对于非线性电阻体元件的电压分担的均匀化存在极限值。 

在使用圆筒屏蔽件的情况下，存在以下问题：即，在充电侧的非线性电阻体元件中，会形成从屏蔽件流向非线性电阻体元件的电流比流过接地箱体的电流要大、电压应力比其他元件的电压应力要过小的、过补偿的状况。 

本发明解决上述以往的问题，其目的在于，提供一种避雷器，所述避雷器设有形状简单、且具有与以往相比达到非线性电阻体元件的电压分担均匀化的形状的屏蔽件。 

本发明的避雷器在填充有绝缘介质的箱体内，包括层叠的非线性电阻体元件，在其周围配置有圆筒屏蔽件。 

为解决上述问题，本发明的避雷器在屏蔽件侧面设有多个孔。 

根据本发明的箱形避雷器，使用形状简单的屏蔽件，与以往相比能够使非线性电阻体元件的电压分担均匀化。其结果是，能够力图使避雷器高性能化。 

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的结构的侧视图。 

图2是示出本发明的实施方式1、2的电压分担率的图。 

图3是示出本发明的实施方式2的结构的侧视图。 

图4是示出本发明的实施方式2的结构的水平剖视图。 

图5是示出本发明的实施方式3的结构的侧视图。 

图6是示出本发明的实施方式3的结构的剖视图。 

图7是本发明的实施方式3的细节图。 

图8是示出本发明的实施方式4的结构的侧视图。 

图9是示出本发明的实施方式4的电压分担率的图。 

图10是示出本发明的实施方式5的结构的侧视图。 

图11是示出本发明的实施方式5的结构的水平剖视图。 

图12是示出本发明的实施方式5的电压分担率的图。 

图13是示出本发明的实施方式6的结构的侧视图。 

具体实施方式

实施方式1. 

图1是示出本发明的实施方式1的结构的侧视图。示出去除避雷器的箱体外壁的一部分并从侧面观察箱体内部的图。 

作为非线性电阻体元件，示出使用氧化锌元件的例子。氧化锌元件具有的特性接近理想的特性要素的电压-电流特性，而被广泛使用。 

在填充有绝缘介质的箱体1的内部，多个氧化锌元件2被绝缘筒3所支承，串联层叠成单柱。氧化锌元件2的充电侧上端经由被绝缘间隔物4所支承的高压侧导体5，连接至主电路导体，氧化锌元件2的低压侧下端与接地电位部相连接。另外，在氧化锌元件的充电侧配置有圆筒屏蔽件6。 

在图1的圆筒屏蔽件6中，在侧面设有圆形的孔7。此外，在孔的形状为椭圆、方形等圆形以外的情况下，也能够适用于本发明的实施方式。 

在图1中，设在屏蔽件的孔数是4个，但在数量不同的情况下，也能够适用于本发明的实施方式。但是，关于孔数，优选的是设有多个，使得圆筒屏蔽件与接地箱体间的电场相对于箱体中心线对称，不会变得不均匀。 

图2是示出本发明的实施方式1、2的电压分担率的图。 

横轴表示元件的位置，左端是充电侧，右端是接地侧。纵轴表示电压分担率。 

通过在圆筒屏蔽件6设置孔，能够使从氧化锌元件2流向接地箱体1的电流、与从圆筒屏蔽件6流向氧化锌元件2的电流的大小相接近，其结果是，与设置有无孔的圆筒屏蔽件的情况相比，能够防止电流对充电侧的氧化锌元件2过补偿。 

图1所示的实施方式1所涉及的避雷器、与设置有无孔的圆筒屏蔽件的情况的避雷器的氧化锌元件的电压分担率如图2所示的点划线J和实线H所示。此外，示出了电压分担率越接近1表示越均匀的情况。与屏蔽件上没有孔的避雷器相比，由于图1所示的屏蔽件上有孔的避雷器的电压分担能够防止流向氧化锌元件的电流的过补偿，因此能够期待在最大电压分担率上降低2％左右。 

此外，从氧化锌元件流向接地箱体的电流的大小能够利用设在圆筒屏蔽件的孔的大小来调整。从这点可知，与以往的在屏蔽件上没有孔的情况相比，通过在屏蔽件设置孔，能够期待使氧化锌元件的电压分担均匀化的效果。 

因此，根据实施方式1所涉及的箱形避雷器，使用形状简单的屏蔽件，与以往相比能够使非线性电阻体元件的电压分担均匀化。其结果是，能够力图使避雷器高性能化。 

实施方式2. 

图3是示出本发明的实施方式2的结构的侧视图。示出去除避雷器的箱体外壁的一部分并从侧面观察箱体内部的图。 

图4是示出本发明的实施方式2的结构的水平剖视图。图4是将图3沿A-A切割并在箭头方向观察的水平剖视图。在圆筒屏蔽件6的侧面，等间隔地设有多个孔7。 

利用圆筒屏蔽件的孔的位置，能够调节成为过补偿的氧化锌元件的位置。因此，为了更有效地力图使电压分担均匀化，优选的是设在屏蔽件上的孔的位置如图4所示，设在屏蔽件的下部。孔的位置和电压分担的分布能由三维电场分析仿真而得到。 

图3及图4所示的实施方式2所涉及的避雷器、以及设置有无孔的圆筒屏蔽件的情况的避雷器的氧化锌元件的电压分担率如图2所示的虚线K和实线H 所示。此外，电压分担率越接近1，则表示越均匀。图3及图4所示的在屏蔽件上有孔的避雷器的电压分担，与在屏蔽件没有孔的避雷器相比，由于能够防止流向氧化锌元件的电流的过补偿，因此能够期待在最大电压分担率上降低5％左右。 

另外，不仅变更圆筒屏蔽件的孔的位置，即使还变更孔的直径、或设置多个孔的直径使其分别不同、或根据圆筒屏蔽件的场所来变更孔的分布密度，也能够补偿电压分担的分布。 

这些各情况下的孔的位置、种类、密度和电压分担的分布能由三维电场分析仿真而得到。 

如上所述，不仅在圆筒屏蔽件设有孔，而且通过将孔的位置、大小、密度最优化，使用形状简单的屏蔽件，能够进一步使非线性电阻体元件的电压分担均匀化。其结果是，能够力图使避雷器高性能化。 

实施方式3. 

图5是示出本发明的实施方式3的结构的侧视图。图5示出氧化锌元件层叠为3柱串联的情况下的本发明的实施方式3。示出去除避雷器的箱体外壁的一部分并从侧面观察箱体内部的图。 

图6是示出本发明的实施方式3的结构的剖视图。示出去除避雷器的圆筒屏蔽件的一部分、并从侧面观察圆筒屏蔽件内侧的氧化锌元件层叠为3柱串联的状态的图。 

图7是本发明的实施方式3的细节图。将图6的D部进一步放大并展开的详细节部分如图(b)所示，将图(b)的B-B部分水平切割的水平剖视图如(a)所示。在图7(b)中，从充电侧流向接地侧的电流的路线如箭头标记。 

如实施方式3所示，通过设置多个非线性电阻元件的层叠柱，并将这些层叠柱串联连接，能够实现能应对高压且小型的避雷器，另外，通过用设有孔的圆筒屏蔽件包围这些多个非线性电阻元件的层叠柱，能够使非线性电阻体元件的电压分担均匀化。 

其结果是，能够力图使避雷器小型化、低成本化、高性能化。 

实施方式4. 

图8是示出本发明的实施方式4的结构的侧视图。示出去除避雷器的箱体 外壁的一部分并从侧面观察箱体内部的图。 

作为非线性电阻体元件，示出使用氧化锌元件的例子。氧化锌元件具有的特性接近理想的特性要素的电压-电流特性，被广泛使用。 

在填充有绝缘介质的箱体1的内部，多个氧化锌元件2被绝缘筒3所支承，串联层叠为单柱。为了易于判别氧化锌元件2的层叠状态，示出将绝缘筒的壁面去除一部分，并从侧面观察绝缘筒3的内部的图。氧化锌元件2的充电侧上端经由被绝缘间隔物4所支承的高压侧导体5，连接至主电路导体，氧化锌元件2的低压侧下端与接地电位部相连接。另外，在氧化锌元件的充电侧配置有与氧化锌元件同轴的屏蔽件6。 

在图8的屏蔽件6中，在侧面设有圆形的孔7。此外，在孔的形状为椭圆、方形等圆形以外的情况下，也能够适用于本发明的实施方式。 

图8的屏蔽件6是圆锥台形。这种情况下的箱体直径与图1的圆筒形的情况一样。 

在屏蔽件形状为如图8所示的、局部地引入圆锥台或者圆锥的形状的情况下，也能够适用于本发明的实施方式。 

将圆筒形、圆锥台形及这些形状进行组合而形成的屏蔽件组装简单，因而作为整体可以称为简单的形状。 

本发明解决上述以往的问题，其目的在于提供一种避雷器，所述避雷器设有形状简单、且具有与以往相比达到非线性电阻体元件的电压分担均匀化的形状的屏蔽件。 

在屏蔽件6的侧面，等间隔地设有多个孔7。在图8中，图示了设在屏蔽件的孔数是4个，但在数量不同的情况下，也能够适用于本发明的实施方式。但是，关于孔数，优选的是设有多个，使得屏蔽件与接地箱体间的电场不会变得不均匀。 

通过如图8所示地在屏蔽件6上设置孔，能够使从氧化锌元件2经由屏蔽件的孔流向接地箱体1的电流、与从屏蔽件6流向氧化锌元件2的电流的大小相接近，其结果是，能够防止充电侧的氧化锌元件2的过补偿。此外，从氧化锌元件经由屏蔽件的孔流向接地箱体的电流的大小能够利用设在屏蔽件上的孔的大小来调整。从这点可知，通过在屏蔽件上设置孔，与以往的在屏蔽 件上没有孔的情况相比，能够期待使氧化锌元件的电压分担均匀化的效果。 

另外，关于屏蔽件的形状，在屏蔽件上未设有孔的情况下，由于圆锥台形与图1这样的圆筒形相比，充电侧元件为过补偿，因此氧化锌元件的电压分担变得不均匀。另一方面，在屏蔽件上设有孔的情况下，图8这样的圆锥台形与图1这样的圆筒形相比，由于从屏蔽件向氧化锌元件注入的电流的大小、与从氧化锌元件经由屏蔽件的孔流向箱体的电流的大小相接近，因此氧化锌元件的电压分担更均匀。 

图9是示出本发明的实施方式4的电压分担率的图。 

横轴表示元件的位置，左端是充电侧，右端是接地侧。纵轴表示电压分担率。 

图1所示的圆筒形屏蔽件的孔设在中央的避雷器、图1所示的在圆筒形屏蔽件上未设有孔的避雷器、图8所示的圆锥台形屏蔽件的孔设在中央部的避雷器、以及图8所示的在圆锥台形屏蔽件上未设有孔的避雷器的氧化锌元件的电压分担率如图9的点划线L、实线M、虚线N、以及双点划线P所示。 

此外，电压分担率越接近1，则表示越均匀。在屏蔽件上未开孔的情况下，由于圆锥台形与圆筒形相比，充电侧元件为过补偿，因此以无孔圆筒型屏蔽件的情况为基准，在最大电压分担率上增大0.5％左右。另一方面，在如图8所示在圆锥台形屏蔽件侧面中央部设有孔的情况下，由于能够防止充电侧氧化锌元件的过补偿，因此以无孔圆筒型屏蔽件的情况为基准，能够期待在最大电压分担率上降低5％左右。由于如图1所示在圆筒形屏蔽件的中央设有孔的避雷器的降低程度以无孔圆筒型屏蔽件的情况为基准为2％左右，因此对于在屏蔽件上设有孔的情况下的屏蔽件形状，圆锥台形的效果较好。 

孔的大小和屏蔽件直径等所导致的对电压分担的影响能由三维电场分析仿真来求出最佳值，并用实验确认。 

实施方式5. 

图10是示出本发明的实施方式5的结构的侧视图。 

图11是将图10沿C-C切割并在箭头方向观察的横剖视图。在屏蔽件6的侧面，等间隔地设有多个孔7。 

从氧化锌元件经由屏蔽件的孔流向接地箱体的电流的大小能够利用设在 屏蔽件上的孔的大小来调整。另外，利用屏蔽件的孔的位置，能够调节成为过补偿的氧化锌元件的位置。因此，为了更有效地力图使电压分担均匀化，优选的是设在屏蔽件上的孔的位置如图10所示那样设在屏蔽件的下部侧。孔的位置和电压分担的分布能由三维电场仿真而得到。 

图12是示出本发明的实施方式5的电压分担率的图。 

横轴表示元件的位置，左端是充电侧，右端是接地侧。纵轴表示电压分担率。 

图1所示的在圆筒形屏蔽件上未设有孔的避雷器、图8所示的圆锥台形屏蔽件的孔设在中央部的避雷器、以及图10所示的圆锥台形屏蔽件的孔设在下部侧的避雷器的氧化锌元件的电压分担率如图12的实线Q、虚线R、以及点划线S所示。如图10所示在屏蔽件的下部侧设有孔的情况下，以无孔圆筒形屏蔽件的情况为基准，能够将最大电压分担率降低7％左右。由于如图8所示在圆锥台形屏蔽件侧面中央部设有孔的避雷器的降低程度是5％左右，因此对于在屏蔽件侧面设置孔时的位置，如图10所示的屏蔽件下部侧的效果较好。 

实施方式6. 

图13是示出本发明的实施方式6的结构的侧视图。图13示出氧化锌元件层叠为3柱串联的情况下的本发明的实施方式6。 

如实施方式6所示，通过设置多个非线性电阻元件的层叠柱，并将这些层叠柱串联连接，能够实现能应对高压且小型的避雷器，另外，通过用设有孔的圆锥台形屏蔽件包围这些多个非线性电阻元件的层叠柱，能够使非线性电阻体元件的电压分担均匀化。 

其结果是，能够力图使避雷器小型化、低成本化、高性能化。 

此外，由于上述实施方式1～6所说明的屏蔽件在圆筒形或者圆锥台形的屏蔽件上开有孔，因此用形状简单的屏蔽件就能够达到高性能化。由于能以较少的器件数量来形成圆筒形或者圆锥台形的屏蔽件，因此无论在成本上还是在品质上都能够有利于避雷器达到高性能化。 

标号说明 

1 箱体 

2 氧化锌元件 

3 绝缘筒 

6 圆筒屏蔽件 

7 孔 

Claims (3)

1.一种箱形避雷器，其特征在于，包括：箱体，该箱体填充有绝缘介质；层叠的非线性电阻体元件，该层叠的非线性电阻体元件收纳于所述箱体；以及圆筒屏蔽件，该圆筒屏蔽件配置在所述非线性电阻体元件的周围，在该圆筒屏蔽件的侧面设有孔，

所述孔全部设在所述圆筒屏蔽件的下部，另外，设置多个所述孔，使得所述圆筒屏蔽件与所述箱体间的电场相对于箱体中心线对称，并且，利用所述孔的大小来调节从所述非线性电阻体元件流向所述箱体的电流的大小，从而使从所述非线性电阻体元件流向所述箱体的电流的大小、与从所述圆筒屏蔽件流向所述非线性电阻体元件的电流的大小相接近。

2.一种箱形避雷器，其特征在于，包括：箱体，该箱体填充有绝缘介质；层叠的非线性电阻体元件，该层叠的非线性电阻体元件收纳于所述箱体；以及圆锥台形屏蔽件，该圆锥台形屏蔽件配置在所述非线性电阻体元件的周围，在该圆锥台形屏蔽件的侧面设有孔，

所述孔全部设在所述圆锥台形屏蔽件的下部，另外，设置多个所述孔，使得所述圆锥台形屏蔽件与所述箱体间的电场相对于箱体中心线对称，并且，利用所述孔的大小来调节从所述非线性电阻体元件流向所述箱体的电流的大小，从而使从所述非线性电阻体元件流向所述箱体的电流的大小、与从所述圆锥台形屏蔽件流向所述非线性电阻体元件的电流的大小相接近。

3.如权利要求1或2所述的箱形避雷器，其特征在于，平行设有多条层叠的非线性电阻体元件且该层叠的非线性电阻体元件串联连接。