CN103311809B - 具有弹簧型电极的防雷装置和设置有这种装置的电力线路 - Google Patents

Abstract

公开了用于电气设备或电力线路的元件的防雷的装置。该装置包括由电介质制成的绝缘主体、与绝缘主体机械地联接的至少两个主电极、沿着绝缘主体的轴线设置在绝缘主体的内部并电连接至主电极之一的杆形电极、以及设置在位于主电极之间的绝缘主体上并至少沿着绝缘主体的纵向轴线具有相互偏移的两个或更多个中间电极。本发明的特征在于，中间电极的至少一部分被制造为可设置在绝缘主体上的圆线弹簧。

Description

具有弹簧型电极的防雷装置和设置有这种装置的电力线路

技术领域

本发明涉及用于电气设备和支撑结构的防雷的装置。本发明能够用于保护例如高压电力线路的高压装置、绝缘子和其它元件、电气设备以及需要防雷的其它结构和设备。

背景技术

专利RU2299508公开了用于电气设备或电力线路元件的防雷的分流装置。该装置包括由固体电介质制成的绝缘主体、与绝缘主体机械地联接的至少两个主电极、沿着绝缘主体的轴线设置在绝缘主体内部并电连接至主电极之一的杆形电极，以及设置在位于主电极之间的、绝缘主体上且至少沿着绝缘主体的纵向轴线具有相互偏移的多个中间电极。

所述专利假设中间电极被制造为允许放置在优选具有圆形截面的绝缘主体上的环。该中间电极足以轻易地设置在绝缘主体上，例如，通过将环放置在所述主体上。与此同时，该中间电极的类型的缺点在于，将环紧固至绝缘主体需要额外的动作，诸如，环卷边。

中间电极的另一个变型是夹具，其可以基本上轻易地以精确的位置固定在绝缘主体上，然而，夹具的使用产生了对于布置它们的增加的劳动支出、以及中间电极的增加的复杂性，从而产生了增加的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低制造和操作成本、在不需要额外动作的情况下将中间电极可靠地固定在绝缘主体上的中间电极的简单结构。

本发明的这个目的通过一种用于电气设备或电力线路的元件的防雷装置达成。该装置包括：由电介质制成的绝缘主体；与绝缘主体机械地联接的至少两个主电极；沿着绝缘主体的轴线设置在绝缘主体的内部并电连接至主电极之一的杆形电极；以及设置在位于主电极之间的绝缘主体上并至少沿着绝缘主体的纵向轴线具有相互偏移的两个或更多个中间电极。本发明的特征在于，中间电极的至少一部分被制造为可设置在绝缘主体上的圆线弹簧。弹簧的内部尺寸有利地小于绝缘主体的外部尺寸。在这种情况下，当弹簧未受到应力时，弹簧的内部尺寸被确定。

在本发明的实施方式中，被制造为圆线弹簧的至少一个中间电极包括：由用于制造弹簧的导线的端部形成的至少两个突起，其中每个突起的长度小于弹簧的端面与相邻中间电极之间的距离。弹簧被认为是缠绕的（线圈），其中以使受到应力的弹簧在发生变形之前保持或倾向于保持弹簧的形状的方式来选择或处理导线材料。

所述突起优选地设置在弹簧的相对的两侧，并有利地沿着弹簧圆周相互偏移至少90°。该突起沿着弹簧圆周的相互偏移最佳地等于180°。

每个中间电极的、不包括导线的突起或端面的表面可覆盖有绝缘层。

在一个实施方式中，绝缘主体由固体电介质制成。绝缘主体和杆形电极优选具有圆形截面。

本发明的目的还通过一种电力线路达成。该电力线路包括：设置有绝缘子的塔；通过紧固设备与绝缘子联接的至少一个载流导线；以及至少一个用于电力线路的元件的防雷装置。所述装置的至少一个主电极直接连接至被保护元件或经由火花隙连接至被保护元件，并且至少一个其他主电极直接接地或经由火花隙接地。本发明的特征在于，所述防雷装置被制造为根据上述多种方式的装置。

本发明的技术效果是提供一种具有低制造和操作成本、并提供在不需要额外动作的情况下将中间电极可靠地固定在绝缘主体上的中间电极的简单结构。这使防雷装置具有增加了可靠性和简化的结构。因为，本发明提供的电力线路配备有可靠且低成本的、可在低放电电压下操作的防雷装置，因此本发明提供了可靠防雷的电力线路。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的装置；

图2示出根据本发明的中间电极；

图3示出根据本发明的中间电极的优选实施方式。

具体实施方式

图1部分地示出使用根据本发明的防雷装置抗雷的10kV电力线路。在该实施方式中，防雷装置被制造为电缆段，该电缆段具有形成绝缘主体1的绝缘体和用作杆形电极6的金属线股。用作第二主电极3的金属管越过绝缘主体1设置在线缆段的中部，并且线缆的终端被用作第一主电极2。电缆线股的端部（即，杆形电极6）通过夹具紧固至电力线路的导线4。第二主电极3紧固至绝缘子，绝缘子通过支架和导线设置在电力线路的塔13处。与第二主电极3形成火花隙（对于10kV电力线路来说，火花隙的长度为2cm）的电极14同样设置在塔13处。形成中间电极5的金属弹簧设置在电缆段上。

当电力线路的导线承受过电压时，连接至导线4的电缆线股（即杆形电极6）的电势经由终端变高。由于杆形电极6和金属管的强电容耦合，该管的电势同样变高。因为塔13接地，电力线路的塔13和连接至塔13的电极14的电势等于0。第二主电极3（金属管）与电极14之间的电势差（高压）升高，并且空气火花隙在电势差的影响下破坏。在此之后，过电压被施加在电缆线股与第二主电极3之间。在过电压的影响下，沿面放电的通道在电缆表面上根据过电压值沿一个或两个方向延伸并随后在弹簧之间（即在中间电极5之间）的间隙上电弧放电。一旦过电压经过，工频持续电流就流过这些通道，加热这些桥接通道并将火花放电转换为电弧。由于通过中间电极5将电弧分为单独的节段（小电弧），故小电弧被冷却金属中间电极冷却。由于这个原因，具有中间电极的分流装置比不具有中间电极的分流装置抑制更大的电流。换言之，根据本发明的分流装置更大程度地抑制电弧并且结构简单（因此成本低）。

当分流装置承受过电压U时，中间电极5与杆形电极6之间的固体绝缘体的破坏是不可接受的，即，主电极之间的放电应仅穿过中间电极和空气隙延伸。因此，分流装置（设置在其表面上的火花隙）的放电电压应小于固体绝缘体的破坏电压U_d<U_dr。破坏电压可通过绝缘体的厚度Δ（即，绝缘主体层的厚度）表示，并且用于制造绝缘主体的材料的破坏强度E_dr：U_dr=Δ·E_dr。因此，绝缘体的厚度应满足需求。

因此，为了提供必要的绝缘体电气强度，杆形电极6与第i个中间电极5（i=1,2,...m）之间的绝缘主体1的厚度Δ_i应基于以下需求选择：

其中，U_d,i是第i个中间电极与第二主电极之间的放电电压，并且E_dr是用于制造绝缘主体1的绝缘材料的破坏强度。

为了减小该装置的生产成本并附加地减小放电电压，对于不同的中间电极，中间电极5与杆形电极6之间的绝缘厚度可以不同。第i个中间电极距第二主电极3越远，它们之间的放电电压U_d,i就应越大，因此绝缘层的厚度Δ_i就应越大。换言之，杆形电极6与第i个中间电极5之间的绝缘厚度应直接关联第i个中间电极与第二主电极（在一般情况下，电连接至杆形电极的主电极）之间的距离。

杆形电极6与中间电极5之间越近，电极5与6之间的电容C₀就越大，并且分流装置的放电电压就越低。因此，为了减小放电电压，应沿着绝缘主体1的整个长度设置杆形电极6，通过这种方式来使各中间电极5与杆形电极6相对。然而，在可能存在的情况下，确保绝缘破坏消除比降低放电电压更为重要。伴随着这种情况，杆形电极可以不沿着绝缘主体1的整个长度设置，而是仅跨越绝缘主体1的一部分。在这种变型中，更靠近第二主电极的中间电极5的一部分与杆形电极6相对，并且中间电极的另一部分沿着杆形电极的纵向轴线间隔设置。与此同时，这些中间电极5与杆形电极6的端部之间的距离（绝缘厚度）比杆形电极沿着绝缘主体1的整个长度设置的情况要更大。在这种情况下，根据本发明的装置的放电电压与类似装置相比要更低，但达不到在杆形电极6沿着绝缘主体1的整个长度设置的情况下的程度。显然，通过将杆形电极设置为仅与最接近第二主电极3的中间电极5相对来实现中间电极5与杆形电极6之间的绝缘厚度的最大增加同时放电电压的减小。

如图2所示，具有圆线弹簧（wire spring）形式的中间电极5放置在绝缘主体1上，绝缘主体1既可由固体电介质制成，又可由具有一定程度的弹性的电介质制成。弹簧5沿着绝缘主体1的纵向轴线具有相互偏移且设置在绝缘主体1处。

所述弹簧的内部尺寸可小于绝缘主体1的外部尺寸，即在绝缘主体被制造为圆柱形（杆形电极也被制造为圆柱形）且弹簧是圆形的情况下，弹簧的内径有利地小于绝缘主体的外径。因此，弹簧5可牢固地放置在绝缘主体上，其中如果例如通过帮助设备钳住弹簧端部并以这种方式增大弹簧内径使弹簧发生形变，可轻易地沿着绝缘主体定位弹簧5。

为了有助于在弹簧沿着绝缘主体的定位期间通过弹簧进行操作，弹簧15包括由用于制造弹簧15的导线的端部形成的两个突起16，其中每个突起16的长度被选择为小于弹簧端面与相邻中间电极之间的距离。由于这些突起，导致直径增加的弹簧的变形能够通过由帮助弹簧变形的设备钳住弹簧突起而更加轻易地执行。

所述突起16优选布置在弹簧15的相反的两端处，如图3所示，并有利地沿着弹簧15的圆周至少相互偏移90°。在最佳变型中，突起沿着弹簧圆周的相互偏移是180°，这种情况在图3中示出。

每个中间电极的表面可由绝缘层覆盖，但突起或导线的端面除外。

由于被制造为弹簧的中间电极的内部尺寸的可变性，如果通过弹簧的变形使弹簧内径的尺寸增加至大于绝缘主体的外部尺寸，则能够在不受到任何阻碍的情况下将该电极设置于绝缘主体上。当使弹簧位于绝缘主体上的期望位置处时，弹簧的变形可被终止，并且弹簧的内径尺寸变得小于绝缘主体的外部尺寸，从而导致中间电极的可靠固定。

如果中间电极的突起被布置为沿着弹簧圆周相互偏移，则火花放电可位于绝缘主体的不同侧，这防止火花放电合为一处，因此有助于电弧抑制。

Claims (10)

1.一种用于电气设备或电力线路的元件的防雷装置，包括：

由电介质制成的绝缘主体；

至少两个主电极，与所述绝缘主体机械地联接；

杆形电极，沿着所述绝缘主体的轴线设置在所述绝缘主体的内部，并电连接至所述至少两个主电极之一；以及

两个或更多个中间电极，设置在位于所述主电极之间的所述绝缘主体上，并至少沿着所述绝缘主体的纵向轴线具有相互偏移，

其中，所述中间电极的至少一些被制造为圆线弹簧。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述圆线弹簧的内部尺寸小于所述绝缘主体的外部尺寸。

3.如权利要求1所述的装置，其中被制造为所述圆线弹簧的至少一个中间电极包括：

至少两个突起，由用于制造所述圆线弹簧的导线的端部形成，其中每个突起的长度小于所述圆线弹簧的端面与相邻中间电极之间的距离。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述突起设置在所述圆线弹簧的相对的两侧。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述突起沿着圆线弹簧圆周相互偏移至少90°。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述突起沿着圆线弹簧圆周的相互偏移等于180°。

7.如权利要求3所述的装置，其中每个中间电极的、不包括所述导线的突起或端面的表面覆盖有绝缘层。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘主体由固体电介质制成。

9.如权利要求1所述的装置，所述绝缘主体和所述杆形电极具有圆形截面。

10.一种电力线路，包括：

设置有绝缘子的塔；

至少一个载流导线，通过紧固设备与所述绝缘子联接；以及

至少一个用于所述电力线路的元件的防雷装置，

其中所述防雷装置的至少一个主电极直接连接至被保护元件或经由火花隙连接至被保护元件，并且至少一个其他主电极直接接地或经由火花隙接地，

其中，所述防雷装置根据权利要求1至9中任一项被制造。