CN103151125B - 用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通流能力大、泄漏电流小、残压比低且在强雷电冲击下，能够高效快速令接地螺栓自动脱离的高保护水平的用于6kV或10kV交流电力系统过压保护器。其包括复合外套内设的芯体、第二非线性电阻、助推内腔、导电助推盘片、第三非线性电阻。在底部绝缘密封盖上还设有在热崩溃时，利于接地螺栓快速自动脱离的机构。复合外套内介于高压螺栓与接地螺栓之间选频间隙放电电路和第二非线性电阻、导电助推盘片及第三非线性电阻依次串联，选频间隙放电电路由间隙支路和阻抗支路并联而成。本发明正常运行呈高电阻，漏电流很小甚至趋于零，使用寿命长；雷电冲击时，雷电流可由间隙支路、第二非线性电阻、第三非线性电阻和接地螺栓导入大地。

Description

用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器

技术领域

本发明涉及一种避雷器，特别涉及一种用于旋转电机、电站、配电、线路绝缘子和电力电容器的过电压保护器。

背景技术

二十世纪七十年代前的过压保护，一般用放电间隙，之后随着科技的发展，碳化硅非线性电阻的研究成功，就发展为使用带有串联间隙的阀式避雷器作过压保护。二十世纪七十年代后期，如美国、日本、瑞典和前苏联等国积极研制了一种新型的半导体电阻片——金属氧化物非线性电阻片，并获得一定的成就。我国也积极进行研制，经历十年奋斗之后，经国务院批准后向全世界招标，于1985年决定引进日本日立公司“交流无间隙金属氧化物雷器”的生产技术。

经过十年的技术消化和生产，我国的过压保护器进入一个“交流无间隙金属氧化物避雷器”的新时代（以下简称氧化锌避雷器）。

氧化锌避雷器在相关科研单位和生产企业技术人员的共同努力下，得到迅猛发展并推广和应用于全国各地。

然而，氧化锌避雷器在发展中也存在不少问题，如被保护的电力设备经常受损、烧毁和引起停电事故等，究其原因，主要为其雷电冲击保护水平还较低。

所谓雷电冲击保护水平，即在氧化锌避雷器的V—A特性曲线上相应于某标称放电电流所读取的残压值。由此可知，残压值越低，其保护水平就越好。

表1为国内外典型的氧化锌避雷器相关参数表。

表1：

从表1中可知，我国氧化锌避雷器的保护比相对美标和德标而言参数值高些，因此其保护水平略差些。至于在其它雷电冲击电流下的保护比，没有确切的数据难以作比较。

在20kA雷电电流冲击下，德国氧化锌避雷器的保护比为2.4，美国氧化锌避雷器的保护比为2.7；在40kA雷电电流冲击下，美国氧化锌避雷器的保护比为3.0，我国氧化锌避雷器在20kA和40kA雷电冲击下没有确切数据可比，但在4/10μs65kA大电流冲击下，其残压值均大于90kV，远高于设备的绝缘水平75kV，这必然会导致电力设备的烧毁或绝缘闪络或氧化锌避雷器发生爆炸损坏。

保护比定义：雷电流冲击残压/持续运行电压

残压比定义：雷电流冲击残压/直流1mA参考电压

目前，国内外过压保护器，大多都采用交流无间隙金属氧化物避雷器作过压保护，这种过压保护器虽能满足“GB11032－2010”和“IEC60099－4：2006”标准的技术要求，但还存在如下不足：

1）若在雷电流较大或遇强雷电冲击时，由于其残压较高，易使被保护的电力设备受损，或者其内部的非线性电阻片发生击穿或闪络，将导致瓷外套的氧化锌避雷器发生爆炸或复合外套氧化锌避雷器因其内部闪络击穿造成电力系统永久性接地故障而停电。

2）在标称雷电流冲击下，其保护比或残压比都比较大，导致保护水平较低。

3）漏电流较大、电阻片老化速度快、避雷器使用寿命较短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通流能力大、泄漏电流小、残压比低且在强雷电冲击下，能够高效快速令接地螺栓自动脱离的高保护水平的过压保护器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，包括由伞裙套、与伞裙套同轴设置并与其内壁紧密相接的绝缘筒构成的复合外套，在复合外套内高压螺栓、芯体、第二非线性电阻、底部绝缘密封盖和穿过底部绝缘密封盖伸出的接地螺栓依次相连，在第二非线性电阻与底部绝缘密封盖之间还设有第三非线性电阻，并且在第二非线性电阻与第三非线性电阻之间和/或第三非线性电阻与底部绝缘密封盖之间设有助推内腔，在每个助推内腔中设有使第二非线性电阻、第三非线性电阻和接地螺栓电连接的导电助推盘片，所述底部绝缘密封盖的周边为沿轴向延伸的圆桶，在该圆桶的内壁设有桶壁螺纹，在绝缘筒的底端外周壁上设有与所述桶壁螺纹可以旋合并紧密适配的筒底螺纹，所述底部绝缘密封盖与所述绝缘筒底端面相接段的底部绝缘密封盖的厚度为绝缘筒壁厚的1/20—1/6，所述芯体包括绝缘套筒、绝缘隔块、电极片、第一非线性电阻、电感、导电簧和导电片，在复合外套内介于高压螺栓与接地螺栓之间的等效电路由选频间隙放电电路和第二非线性电阻、导电助推盘片及第三非线性电阻串联构成，所述选频间隙放电电路由间隙支路和电感、第一非线性电阻串联组成的阻抗支路并联而成，该等效电路的一端与高压螺栓相接，其另一端与接地螺栓相接。

所述绝缘筒筒壁上，自所述芯体底端对应位置至所述第三非线性电阻底端对应位置之间部分的筒壁厚度较所述芯体底端对应位置以上部分的筒壁厚度大，绝缘筒筒壁上，自第三非线性电阻底端对应位置至其底端面之间的筒壁厚度逐渐减小。

在底部绝缘密封盖与绝缘筒底端面相接之处对应的底部绝缘密封盖的外端面上设有截面形状为倒三角形的凹环槽。

在所述芯体底端面与第二非线性电阻上端面之间还设有使其间电连接的短接塔形弹簧。

所述绝缘套筒为由上至下同轴设置的第一绝缘套筒、第二绝缘套筒、第三绝缘套筒和第四绝缘套筒，所述绝缘隔块为第一绝缘隔块、第二绝缘隔块和第三绝缘隔块，其中，第一绝缘隔块置于第一绝缘套筒内，其间紧密结合，在第一绝缘隔块顶面的中央设有可与高压螺栓紧密旋合的螺纹孔，第二绝缘隔块为圆环柱形状，其设置于第二绝缘套筒与第三绝缘套筒之间，第三绝缘隔块为台阶圆柱体，其设置于第四绝缘套筒内，其间紧密结合；

所述间隙支路中的第一电极片置于第二绝缘套筒内的下部并与第一导电片的一端相接，第一导电片的另一端伸出第二绝缘套筒紧贴并穿过第二绝缘套筒和第一绝缘套筒的外壁与高压螺栓相接；

第二电极片置于第三绝缘套筒的上部并与第三导电片的一端相接，第三导电片的另一端伸出第三绝缘套筒紧贴并穿过第三绝缘套筒和第四绝缘套筒的外壁与短接塔形弹簧相接，第一电极片上的上电极和第二电极片上的下电极分别穿过与其相接的第一导电片和第三导电片上的中心孔，于第二绝缘隔块圆环柱的内孔中形成间隙；

所述的阻抗支路中的电感置于第二绝缘套筒中，其下端与第一电极片相接并通过第一导电片与高压螺栓相接，其上端通过上导电簧、第二导电片、所述的第一非线性电阻、下导电簧、第二电极片和第三导电片与短接塔形弹簧相接，其中，第二导电片的部分穿出第二绝缘套筒并沿第二绝缘套筒和第三绝缘套筒的外壁设置。

所述第一导电片由一个大圆环带、一个小圆环带和连接两个圆环带的长条纽带构成，小圆环带套置连接在高压螺栓上，大圆环带依托在第二绝缘隔块上并与第一电极片相连接。

所述第三导电片由一个大圆环片、一个小圆盘片和连接其间的长条纽片构成，小圆盘片置于第三绝缘隔块的底部并与所述的短接塔形弹簧相接，大圆环片置于第二绝缘隔块的底部并与第二电极片相连接。

所述第一导电片、第二导电片和第三导电片沿第一绝缘套筒、第二绝缘套筒、第三绝缘套筒或第四绝缘套筒外壁设置的部分相互之间所形成的圆心角在45—270度。

所述第一非线性电阻、第二非线性电阻和第三非线性电阻均为金属氧化物非线性电阻片，所述金属氧化物非线性电阻片的规格为Φ33×33。

所述导电片由紫铜材料制成，所述上电极和下电极均由黄铜带冲压制成，其形状为圆台形，黄铜带的厚度在0.3—1.0mm。

与现有技术相比，本发明在复合外套内高压螺栓与接地螺栓之间采用选频间隙放电电路、第二非线性电阻和第三非线性电阻相串联的结构，使得本发明于正常运行情况下，在高压螺栓与接地螺栓之间呈现出高电阻，使该电路的漏电流较小甚至趋于零，由此也使得其使用寿命大大增长；当本发明受到雷电（即高频电流）冲击时，由于选频间隙放电电路的阻抗支路中的电感电流不能突变，其两端电压差有超前其电流90度的特性，便在间隙支路产生高电压而使间隙放电，阻抗支路被短接，这样雷电流便通过间隙支路、第二非线性电阻、第三非线性电阻和接地螺栓导入大地。而此时，由于第二非线性电阻和第三非线性电阻串接阻值要小于第一非线性电阻、第二非线性电阻和第三非线性电阻串接时的阻值，因此，施于第二非线性电阻和第三非线性电阻串接支路两端的残压相对要低。该结构使得本发明残压比降低、通流能力增强，在任何雷电冲击下，其残压值都低于被保护设备的绝缘水平，即大大提高了对电力设备的保护水平。

本发明的助推内腔、凹环槽处较薄的底部密封盖、绝缘筒中部增厚的内壁和绝缘筒底部渐薄的内壁的结构，使得本发明在强雷电冲击、残压值接近被保护设备的绝缘水平时，其内非线性电阻片将发生闪络或者在意外热崩溃的情况下，接地螺栓会自动快速与复合外套脱离，即氧化锌避雷器迅速脱离电力系统，从而避免发生粉碎性爆炸或造成永久性接地故障而停电。

附图说明

图1为本发明局剖示意图。

图2为本发明的芯体示意图。

图3为图2中A-A剖视图。

图4为图2中B向示意图。

图5为图2中C向示意图。

图6为图2中D向示意图。

图7为本发明第一导电片示意图。

图8为本发明第二导电片示意图。

图9为本发明第三导电片示意图。

图10为本发明复合外套内等效电路原理图。

图11为本发明底部绝缘密封盖外形示意图。

图12为图11中E-E向剖视图。

图13为图12中F部的放大示意图。

图14为本发明导电助推盘片的立体图。

图15为助推内腔中两片导电助推盘片叠加设置示意图。

图16为两片电阻片并联示意图。

图17为三片电阻片并联示意图。

图18为导电连接片示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图标记如下：

复合外套1、伞裙套11、伞裙111、绝缘筒12、筒底螺纹121、上盖13、下盖14、紧固螺母15、高压螺栓2、顶部绝缘密封盖3（即下述的第一绝缘隔块421）、螺纹孔31、芯体4、绝缘套筒41、第一绝缘套筒411、第二绝缘套筒412、第三绝缘套筒413、第四绝缘套筒414、绝缘隔块42、第一绝缘隔块421（即上述的顶部绝缘密封盖3）、第二绝缘隔块422、内孔4221、第三绝缘隔块423、电极片43、第一电极片431、第二电极片432、接触环433、上电极434、下电极435、导电簧44、上导电簧441、下导电簧442、导电片45、第一导电片451、大圆环带4511、小圆环带4512、长条纽带4513、第二导电片452、圆形盘4521、连接带4522、第三导电片453、大圆环片4531、小圆盘片4532、长条纽片4533、中心孔454、引导槽46、短接塔形弹簧5、底部绝缘密封盖6、桶壁螺纹61、凹环槽62、圆桶63、中心管64、相接段65、接地螺栓7、助推内腔8、导电助推盘片81、支脚82、金属氧化物非线性电阻片9、绝缘片91、导电连接片92、放电间隙G、电感L、第一非线性电阻R1、第二非线性电阻R2、第三非线性电阻R3、。

如图1所示，本发明用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，包括由伞裙套11和圆桶状的绝缘筒12构成的复合外套1，伞裙套11由憎水性强的硅橡胶制成，在伞裙套11外壁上由上至下均匀设有沿径向外凸的可提高外部闪络电压的伞裙111，绝缘筒12与伞裙套11同轴设置，其间紧密相接，所述绝缘筒12由强度高、绝缘性好和吸水性低的PBT材料制成（PBT，英文全称polybutyleneterephthalate，中文名：聚对苯二甲酸丁二酯，属于聚酯系列，具有耐热性、耐候性、耐药品性、电气特性佳、吸水性小、光泽良好等特点）。

复合外套1内由上至下设有与外部线路相接的高压螺栓2、芯体4、短接塔形弹簧5、第二非线性电阻R2、两片导电助推盘片81相向叠加构成的助推内腔8、第三非线性电阻R3、底部绝缘密封盖6和穿过底部绝缘密封盖6伸出的接地螺栓7，在复合外套1的顶端和底端还分别设有由不锈钢材料制作的与复合外套1密封连接的上盖13和下盖14，其间所用密封胶为环氧树脂。

所述高压螺栓2和接地螺栓7均为不锈钢材料所制，其上均套有紧固螺母15，高压螺栓2的外端接高压线，其内端穿过上盖13旋接于复合外套1内顶部绝缘密封盖3上；接地螺栓7的形状为“T”形，其外端为“T”形的竖部，该端穿过底部绝缘密封盖6和下盖14连接于低压接地端，其内端为“T”形的横部，横部形状为Φ32×2的不锈钢圆片，其置于复合外套1内与第三非线性电阻R3的底端面相接，所述紧固螺母15旋接于所述上盖13或下盖14的外表面上。

包含于芯体4内的绝缘套筒41、顶部绝缘密封盖3和底部绝缘密封盖6均由PBT材料制成，其与复合外套1的绝缘筒12内壁之间构成密封空间。

所述第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3均可由多片电阻片串联或并联或串并联构成（电阻片并联连接结构如图16、17、18所示，其是由金属氧化物非线性电阻片9、绝缘片91、导电连接片92或者金属氧化物非线性电阻片9和导电连接片92组成），第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3为金属氧化物非线性电阻片9，其规格直径为28mm—42mm，厚度为25mm—33mm，优选为Φ33×33，其可以是氧化锌非线性电阻片，也可以是碳化硅电阻片，还可以是压敏电阻片。

如图1所示，所述助推内腔8设于第二非线性电阻R2与第三非线性电阻R3之间，也可以设于第三非线性电阻R3与底部绝缘密封盖之间（此时，第二非线性电阻R2与第三非线性电阻R3可采用并联的连接方式，连接结构见图16），还可同时在上述两个地方设置。在每个助推内腔8中均设有两片相向叠加在一起的导电助推盘片81，该导电助推盘片81将第二非线性电阻R2、第三非线性电阻R3和接地螺栓7连接起来，导电助推盘片为由黄铜片制作的圆盘，在其上位于等边三角形的三个顶角位置切割出三个垂直于该圆盘的支脚（如图14所示），助推内腔8中导电助推盘片81的叠加设置为：上一个导电助推盘片81的支脚的前端触及下一个导电助推盘片81的盘面，下一个导电助推盘片81的支脚的前端触及上一个导电助推盘片81的盘面（如图15所示）。

助推内腔8的作用是：雷电冲击时，若第一非线性电阻R1和第二非线性电阻R2出现闪络或出现热崩溃，则在复合外套1下半部的绝缘筒12内产生高温高压气体且筒内周围上下和助推内腔8上下的压强相同，由第一非线性电阻R1、第二非线性电阻R2产生的高压气体在助推内腔8中瞬间聚集升压并借助导电助推盘片81对第三非线性电阻R3施力并将第三非线性电阻R3和接地螺栓7向下推出。

如图11、12和13所示，所述底部绝缘密封盖6的周边为沿轴向延伸的圆桶63，其中心设有带内螺纹的中心管64，所述接地螺栓7穿置于该中心管64中，为了提高该中心管64与底部绝缘密封盖6底面的连接强度，可由中心管64管壁至底部绝缘密封盖6的底面内壁间做成形状为锥形的实体结构，在所述圆桶63的内壁设有桶壁螺纹61，在所述绝缘筒12的底端（由第三非线性电阻R3底端面对应的绝缘筒12内壁位置至绝缘筒12底端面之间的部分）外周壁上设有与所述桶壁螺纹61可以旋合并紧密适配的筒底螺纹121，这种结构有利于底部绝缘密封盖6在出现热崩溃时，快速脱离与绝缘筒12的连接。

如图1所示，为了提高绝缘筒12的强度，避免热崩溃时发生爆炸，可在所述绝缘筒12筒壁上，自所述芯体4底端对应位置至所述第三非线性电阻R3底端对应位置之间部分的筒壁厚度较所述芯体4底端对应位置以上部分的筒壁厚度大，绝缘筒12筒壁上，自第三非线性电阻R3底端对应位置至其底端面之间的筒壁厚度逐渐减小，同时，所述底部绝缘密封盖6与绝缘筒12底端面相接段65的底部绝缘密封盖6的厚度为绝缘筒12壁厚的1/20—1/6，优选为1/10。将所述相接段65的底部绝缘密封盖6做得薄一点（如图13所示），更有利于接地螺栓7在热崩溃时快速脱离与绝缘筒12的连接。

为了确保在热崩溃时，接地螺栓7快速脱离，使本发明不发生爆炸或造成永久性接地故障，在底部绝缘密封盖6与绝缘筒12底端面相接段65对应的底部绝缘密封盖6的外端面上设有截面形状为倒三角形的凹环槽62（如图13所示）。

所述短接塔形弹簧5设于芯体4底端面与第二非线性电阻R2上端面之间，其主要作用使芯体4与第二非线性电阻R2电连接并且起调节与其相接部件的平衡度作用。

所述芯体4包括绝缘套筒41、绝缘隔块42、电极片43、第一非线性电阻R1、电感L、导电簧44和导电片45，在复合外套1内介于高压螺栓2与接地螺栓7之间的等效电路（如图10所示）由选频间隙放电电路和第二非线性电阻R2、导电助推盘片81及第三非线性电阻R3串联构成，所述选频间隙放电电路由间隙支路和电感L、第一非线性电阻R1串联组成的阻抗支路并联而成，该等效电路的一端与高压螺栓2相接，其另一端与接地螺栓7相接。

如图2、3所示，所述芯体4包括绝缘套筒41、绝缘隔块42、电极片43、第一非线性电阻R1、电感L、导电簧44和导电片45，这些部件采用后述的连接方式所形成的等效电路为：在复合外套1内介于高压螺栓2与第二非线性电阻R2之间构成一个选频间隙放电电路（参见附图10），该选频间隙放电电路的一端与高压螺栓2相接，其另一端与短接塔形弹簧5相接，该电路是由两条支路并联构成，一条支路为由两个电极片43形成的放电间隙G和导电片45串接构成的间隙支路，另一条支路为由电感L、第一非线性电阻R1、导电片45和导电簧44串接构成的阻抗支路。

如图2、3、4、5和6所示，所述绝缘套筒41由PBT材料所制，其为由上至下同轴设置的形状为圆桶状的第一绝缘套筒411、第二绝缘套筒412、第三绝缘套筒413和第四绝缘套筒414，在每节绝缘套筒41的外壁上均设有向内凹入的引导槽46。

所述绝缘隔块42也由PBT材料所制，其为第一绝缘隔块421、第二绝缘隔块422和第三绝缘隔块423，其中，第一绝缘隔块421置于第一绝缘套筒411内，其间紧密结合；在第一绝缘隔块421顶面的中央设有可与高压螺栓2紧密旋合的螺纹孔31，第二绝缘隔块422为圆环柱形状，其设置于第二绝缘套筒412与第三绝缘套筒413之间，其外径与第二绝缘套筒412和第三绝缘套筒413的外径相同；第三绝缘隔块423为台阶圆柱体，其设置于第四绝缘套筒414内，其间紧密结合。

所述间隙支路的连接方式如下：

1）其中的第一电极片431置于第二绝缘套筒412内的下部，其形状为圆盘状，在其周边设有沿轴向外凸延伸的接触环433，在其中央设有与接触环433同向外凸延伸的用于放电的上电极434，所述接触环433与第一导电片451相接。如图7所示，第一导电片451是由一个大圆环带4511、一个小圆环带4512和连接于两个圆环带之间的长条纽带4513构成，大圆环带4511底面依托在第二绝缘隔块422上，其顶面与所述的接触环433相接，第一导电片451的小圆环带4512伸出第二绝缘套筒412以其长条纽带4513置于所述的引导槽46中的方式紧贴并穿过第二绝缘套筒412和第一绝缘套筒411的外壁套置连接在高压螺栓2上；

2）其中的第二电极片432形状与第一电极片431相同，其置于第三绝缘套筒413内的上部依托在下导电簧442上并与第三导电片453相接，其上的下电极435、接触环433与第一电极片431上的上电极434、接触环433相对设置。如图9所示，第三导电片453是由一个大圆环片4531、一个小圆盘片4532和连接其间的长条纽片4533构成，大圆环片4531的顶面紧贴第二绝缘隔块422的底面，其底面与第二电极片432上的接触环433相接，第三导电片453的小圆盘片4532伸出第三绝缘套筒413以其长条纽片4533置于所述的引导槽46中的方式紧贴并穿过第三绝缘套筒413和第四绝缘套筒414的外壁与所述的短接塔形弹簧5相接；

3）第一电极片431上的上电极434和第二电极片432上的下电极435分别穿过与其相接的第一导电片451和第三导电片453上的中心孔454，于第二绝缘隔块422圆环柱的内孔4221中形成放电间隙G。

所述上电极434和下电极435均由黄铜带冲压而成，其形状为圆台形，黄铜带的厚度在0.3—1.0mm，优选为0.5mm。

所述阻抗支路的连接方式如下：

1）阻抗支路中的电感L置于第二绝缘套筒412中，其下端与第一电极片431相接并通过第一导电片451与高压螺栓2相接，其上端通过上导电簧441、第二导电片452、所述的第一非线性电阻R1、下导电簧442、第二电极片432和第三导电片453与短接塔形弹簧5相接，其中，如图8所示，第二导电片452的形状为由两个相同的圆形盘4521和其间的连接带4522构成，两个圆形盘4521分别与上导电簧441和第一非线性电阻R1相接，连接带4522伸出第三绝缘套筒413置于所述引导槽46中紧贴并穿过第三绝缘套筒413、第二绝缘隔块422和第二绝缘套筒412的外壁设置。

2）为了达到更好的绝缘效果，所述第一导电片451、第二导电片452和第三导电片453沿第一绝缘套筒411、第二绝缘套筒412、第三绝缘套筒413或第四绝缘套筒414外壁设置的长条纽带4513、长条纽片4533和连接带4522相互之间所形成的圆心角在45—270度，长条纽带4513与长条纽片4533之间的圆心角优选为90度，长条纽片4533与连接带4522之间的圆心角优选为90度，连接带4522与长条纽带4513之间的圆心角优选为180度（请参见图4、5、6）。

3）第一非线性电阻R1与第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3规格相同，同为金属氧化物非线性电阻片9，或者为多片金属氧化物非线性电阻片9串联构成的电阻片组。

所述第一导电片451、第二导电片452和第三导电片453均由紫铜带制成，紫铜带的厚度为0.3mm。

所述上导电簧441和下导电簧442均为塔形弹簧，除起导电作用外，还起着调节与其相接部件的平衡度作用。

本发明结构中的各部件尺寸大小和电气参数是可调节的，根据需求变更电感大小、间隙大小和电阻片的串并联，设计出不同保护比和残压比、通流能力大小和产品寿命长短的过压保护器，其可对相关部件相应的尺寸、电气参数进行调节，从而满足用户的需求。

所述高保护水平，遇强雷自动脱离电力系统，防止粉碎爆炸的结构功能分述如下：

如图1所示，本发明的绝缘筒12的上半部壁厚为4mm，下半部壁厚为6mm，其等效电路如图10所示。根据“GB11032－2010”标准要求，标称电压为10kV的电站所用的避雷器，通常，保护水平要求小于或等于45kV，直流1mA参考电压大于或等于24kV。

本发明标称电流5kA下，平均每片金属氧化物非线性电阻片的残压为15kV，1mA参考电压为8.8kV。按常规（10kV电站使用的避雷器）氧化锌避雷器的保护水平为45kV，1mA参考电压为26.4kV的情况下，其残压比为1.7。本发明的保护水平为30kV，1mA参考电压为仍为26.4kV，残压比却减少到1.13，这就大提高其保护水平和使用寿命。

根据研究测试结果，直径为33mm，厚度为33mm的绝缘体其表面闪络电压约为30kV（峰值），所以，常规避雷器遇强雷时，其两端压差将远超75kV（设备绝缘水平），结果：损坏设备、避雷器外套闪络或内闪引起避雷器爆炸，即使不爆炸也会因内闪引起电力系统永久性接地故障。

本发明在任何雷电流冲击下，其极值为60kV，尚小于设备75kV的绝缘水平，确保设备良好不受损。

如遇几百千安雷电流时，可能有几百安培续流通过第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3，由此在绝缘筒12下半部内的周围上下及助推内腔8中产生高温高压气体，由于，本发明在所述底部绝缘密封盖6上设置的桶壁螺纹61、凹环槽62的结构，使底部绝缘密封盖6可耐受旋转横向力大，而耐受轴向压力小，由于绝缘筒12下半部内上下周围所受的压强P是一样的，由于底部绝缘密封盖6上的特殊结构（即所述相接段65的薄底和倒三角形的凹环槽62）和助推内腔8的作用，使得施于底部绝缘密封盖6和“T”形接地螺栓7上的压强大于n倍所述的压强P，从而，将底部绝缘密封盖6和接地螺栓7向下冲出，由此实现接地螺栓7自动脱离功能。

本发明过压保护器的装配：

一、芯体4的装配

1）制作定位安装支架；

2）将第三绝缘隔块423置于第四绝缘套筒414内，在其连接处涂上快干胶；

3）在第三绝缘隔块423的底部和顶部涂上快干胶，将第三导电片453上的小圆盘片4532粘贴于第三绝缘隔块423的底部，将第二导电片452上的一个圆形盘4521粘贴于第三绝缘隔块423的顶部，再将第一非线性电阻R1置于第二导电片452上；

4）将第三绝缘套筒413置于第四绝缘套筒414上，其衔接处粘合，将下导电簧442置于第一非线性电阻R1上，再将第二电极片432以下电极435向上的方式置于下导电簧442上；

5）将第二绝缘隔块422置于第三绝缘套筒413上并在其上下两表面涂上快干胶，再将第三导电片453上的大圆环片4531粘贴于第二绝缘隔块422的下表面，将第一导电片451的大圆环带4511粘贴于第二绝缘隔块422的上表面上；

6）将第二绝缘套筒412置于第二绝缘隔块422上，其间粘合，再将第一电极片431以上、下电极435相对的方式置于第一导电片451的大圆环带4511上，再将电感L放置于第一电极片431上；

7）在电感L上放置上导电簧441，上导电簧441的上端与第二导电片452上的另一个圆形盘4521相接；

8）将第一绝缘套筒411置于第二绝缘套筒412之上，其衔接处粘合，在第一绝缘隔块421的侧面和上下面涂上快干胶，再将其压入第一绝缘套筒411中，其下表面与第二导电片452上所述的另一个圆形盘4521相粘接，其侧面与第一绝缘套筒411的内壁相粘接，其上表面与第一导电片451上的小圆环带4512相粘接。

二、整体装配

1）将装配好的芯体4，在其外壁涂上环氧树脂以第一绝缘套筒411在上的方式装入复合外套1中，一并放入70度的烘箱内烘干；

2）将短接塔形弹簧5、第二非线性电阻R2、导电助推盘片81和第三非线性电阻R3按图1所示位置放入由复合外套1的底端放入复合外套1中；

3）再将“T”形接地螺栓7涂上单组份室温固化硅橡胶按图1所示旋入底部绝缘密封盖6中；

将装好“T”形接地螺栓7的底部密封盖6的桶壁螺纹61涂上单组份室温固化硅橡胶，然后与绝缘筒12的筒底螺纹121旋合密封，将所述下盖14按图1所示套置在接地螺栓7上，旋紧螺母即可。；

4）将所述上盖13紧贴第一导电片451的小圆盘片4532，再将高压螺栓2的下端穿过上盖13、小圆盘片4532旋入第一绝缘隔块421顶面上的螺纹孔31中，旋紧套置在高压螺栓2上的螺母即可。

本发明的工作原理

1）正常运行时：

本发明是在复合外套1内高压螺栓2与第二非线性电阻R2之间采用选频间隙放电电路的结构，如前所述，在高压螺栓2与接地螺栓7之间呈现出高电阻状态，即其间的电阻值为由第一非线性电阻R1、第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3串联构成的阻值之和，由此，使得流过该选频间隙放电电路的漏流电流较小甚至趋于零，由于流经第一非线性电阻R1、第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3电流很微弱，因而其使用寿命也随之增长。

2）雷电冲击时：

选频间隙放电电路是由间隙支路和阻抗支路并联构成，其阻抗支路又是由电感L和第一非线性电阻R1串联构成，当冲击雷电流来临的瞬间，由于阻抗支路中的电感L具有电流不能突变、其两端电压超前电流90度的特性，因而施加于间隙支路中间隙两端的电压瞬间升高，迫使放电间隙G击穿放电，此时，雷电流通过短接塔形弹簧5、第二非线性电阻R2、第三非线性电阻R3和“T”形接地螺栓7导入大地。

3）极强雷电冲击时

如前所述，本发明的保护水平是由第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3的特性而定，保护水平的极限值就是第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3的击穿电压或者是第二非线性电阻R2和第三非线性电阻R3表面闪络电压，在这种情况下，当出现热崩溃时，本发明在所述底部绝缘密封盖6上设置的桶壁螺纹61、凹环槽62的结构，使底部绝缘密封盖6可耐受旋转横向力大，而耐受轴向压力小，由于绝缘筒12下半部内上下周围所受的压强P是一样的，由于底部绝缘密封盖6由于底部绝缘密封盖6上的特殊结构（即所述相接段65的薄底和倒三角形的凹环槽62）和助推内腔8的作用，使得施于底部绝缘密封盖6和“T”形接地螺栓7上的压强大于n倍所述的压强P，从而，将底部绝缘密封盖6和接地螺栓7向下冲出，由此实现接地螺栓7自动脱离功能。

Claims (10)

1.一种用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，包括由伞裙套(11)、与伞裙套(11)同轴设置并与其内壁紧密相接的绝缘筒(12)构成的复合外套(1)，在复合外套(1)内高压螺栓(2)、芯体(4)、第二非线性电阻(R2)、底部绝缘密封盖(6)和穿过底部绝缘密封盖(6)伸出的接地螺栓(7)依次相连，其特征在于：在第二非线性电阻(R2)与底部绝缘密封盖(6)之间还设有第三非线性电阻(R3)，并且在第二非线性电阻(R2)与第三非线性电阻(R3)之间和/或第三非线性电阻(R3)与底部绝缘密封盖(6)之间设有助推内腔(8)，在每个助推内腔(8)中设有使第二非线性电阻(R2)、第三非线性电阻(R3)和接地螺栓(7)电连接的导电助推盘片(81)，所述底部绝缘密封盖(6)的周边为沿轴向延伸的圆桶(63)，在该圆桶(63)的内壁设有桶壁螺纹(61)，在绝缘筒(12)的底端外周壁上设有与所述桶壁螺纹(61)可以旋合并紧密适配的筒底螺纹(121)，所述底部绝缘密封盖(6)与所述绝缘筒(12)底端面相接段(65)的底部绝缘密封盖(6)的厚度为绝缘筒(12)壁厚的1/20—1/6，所述芯体(4)包括绝缘套筒(41)、绝缘隔块(42)、电极片(43)、第一非线性电阻(R1)、电感(L)、导电簧(44)和导电片(45)，在复合外套(1)内介于高压螺栓(2)与接地螺栓(7)之间的等效电路由选频间隙放电电路和第二非线性电阻(R2)、导电助推盘片(81)及第三非线性电阻(R3)串联构成，所述选频间隙放电电路由间隙支路和电感(L)、第一非线性电阻(R1)串联组成的阻抗支路并联而成，该等效电路的一端与高压螺栓(2)相接，其另一端与接地螺栓(7)相接。

2.根据权利要求1所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述绝缘筒(12)筒壁上，自所述芯体(4)底端对应位置至所述第三非线性电阻(R3)底端对应位置之间部分的筒壁厚度较所述芯体(4)底端对应位置以上部分的筒壁厚度大，绝缘筒(12)筒壁上，自第三非线性电阻(R3)底端对应位置至其底端面之间的筒壁厚度逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：在底部绝缘密封盖(6)与绝缘筒(12)底端面相接之处对应的底部绝缘密封盖(6)的外端面上设有截面形状为倒三角形的凹环槽(62)。

4.根据权利要求1所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：在所述芯体(4)底端面与第二非线性电阻(R2)上端面之间还设有使其间电连接的短接塔形弹簧(5)。

5.根据权利要求4所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述绝缘套筒(41)为由上至下同轴设置的第一绝缘套筒(411)、第二绝缘套筒(412)、第三绝缘套筒(413)和第四绝缘套筒(414)，所述绝缘隔块(42)为第一绝缘隔块(421)、第二绝缘隔块(422)和第三绝缘隔块(423)，其中，第一绝缘隔块(421)置于第一绝缘套筒(411)内，其间紧密结合，在第一绝缘隔块(421)顶面的中央设有可与高压螺栓(2)紧密旋合的螺纹孔(31)，第二绝缘隔块(422)为圆环柱形状，其设置于第二绝缘套筒(412)与第三绝缘套筒(413)之间，第三绝缘隔块(423)为台阶圆柱体，其设置于第四绝缘套筒(414)内，其间紧密结合；

所述间隙支路中的第一电极片(431)置于第二绝缘套筒(412)内的下部并与第一导电片(451)的一端相接，第一导电片(451)的另一端伸出第二绝缘套筒(412)紧贴并穿过第二绝缘套筒(412)和第一绝缘套筒(411)的外壁与高压螺栓(2)相接；

第二电极片(432)置于第三绝缘套筒(413)的上部并与第三导电片(453)的一端相接，第三导电片(453)的另一端伸出第三绝缘套筒(413)紧贴并穿过第三绝缘套筒(413)和第四绝缘套筒(414)的外壁与短接塔形弹簧(5)相接，第一电极片(431)上的上电极(434)和第二电极片(432)上的下电极(435)分别穿过与其相接的第一导电片(451)和第三导电片(453)上的中心孔(454)，于第二绝缘隔块(422)圆环柱的内孔(4221)中形成间隙(G)；

所述的阻抗支路中的电感(L)置于第二绝缘套筒(412)中，其下端与第一电极片(431)相接并通过第一导电片(451)与高压螺栓(2)相接，其上端通过上导电簧(441)、第二导电片(452)、所述的第一非线性电阻(R1)、下导电簧(442)、第二电极片(432)和第三导电片(453)与短接塔形弹簧(5)相接，其中，第二导电片(452)的部分穿出第二绝缘套筒(412)并沿第二绝缘套筒(412)和第三绝缘套筒(413)的外壁设置。

6.根据权利要求5所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述第一导电片(451)由一个大圆环带(4511)、一个小圆环带(4512)和连接两个圆环带的长条纽带(4513)构成，小圆环带(4512)套置连接在高压螺栓(2)上，大圆环带(4511)依托在第二绝缘隔块(422)上并与第一电极片(431)相连接。

7.根据权利要求5所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述第三导电片(453)由一个大圆环片(4531)、一个小圆盘片(4532)和连接其间的长条纽片(4533)构成，小圆盘片(4532)置于第三绝缘隔块(423)的底部并与所述的短接塔形弹簧(5)相接，大圆环片(4531)置于第二绝缘隔块(422)的底部并与第二电极片(432)相连接。

8.根据权利要求5所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述第一导电片(451)、第二导电片(452)和第三导电片(453)沿第一绝缘套筒(411)、第二绝缘套筒(412)、第三绝缘套筒(413)或第四绝缘套筒(414)外壁设置的部分相互之间所形成的圆心角在45—270度。

9.根据权利要求1—8中任一项所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述第一非线性电阻(R1)、第二非线性电阻(R2)和第三非线性电阻(R3)均为金属氧化物非线性电阻片(9)，所述金属氧化物非线性电阻片(9)的规格为Φ33×33。

10.根据权利要求5—7中任一项所述的用于6kV或10kV交流电力系统的过压保护器，其特征在于：所述导电片(45)由紫铜材料制成，所述上电极(434)和下电极(435)均由黄铜带冲压制成，其形状为圆台形，黄铜带的厚度在0.3—1.0mm。