CN1039369C - 电涌放电器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有多个并联连接的电涌放电单元的电涌放电器装置，在其支架上装有一个聚合物外壳。支架的上下部分由例如杆组成，这些杆都包括在电路中。这些杆例如由陶瓷或聚合物材料制成的支撑绝缘夹持着。支架结构确保了电涌放电器单元各ZnO片堆的机械固定和各片之间的必要接触压力。支架的电气接头系安排得使其中一个片堆中发生引起短路的故障时，电流所产生的力将所形成的电弧沿杆吹到设有例如钢电阻材料制成的角形避雷器的另一端。

Description

电涌放电器装置

本发明涉及一种电涌放电器装置，该装置包括多个并联连接的电涌放电器单元，各单元包括一堆多个圆柱形电涌放电器元件，电涌放电器元件最好由金属氧化物非线性电阻材料(例如ZnO片)制成，依次在两个端电极之间沿电涌放电器元件的轴向排列，四周环绕着聚合材料制成的细长外壳。

在需要大量ZnO片并联连接来保护例如高压直流电(HVDC)站中的串联电容器或中性母线的应用场合，外壳在机械和电方面的要求很高，因而外壳构成电涌放电器造价很重要的一部分。

本发明的一个目的是提供上述那种电涌放电器装置，但其中电涌放电器单元外壳的造价可以大大降低。按照本发明，达到这个目的的具体作法是将各电涌放电器单元彼此毗邻并联配置成一行或多行，再将一行中的各电涌放电器单元在两个平行的金属支撑杆之间的轴向上挤压，两平行的金属支撑杆则借助于延伸在两杆之间的连接元件固定连接起来。本发明中的特殊支架设计能经济有效地以机械的方式夹持大量并联的ZnO片堆，并为各ZnO片提供所需要的接触压力。这样就无需对各片堆的外壳提出特殊机械要求，只需给各堆提供在电气上承受室外环境的表面保护层(最好是收缩性聚合物)即可。

本发明经过特别适当的进一步研究，将一个或多个ZnO堆可能失灵所造成的后果减小到最小程度。这是通过下列措施达到的：首先将支架设计得使在电气上并联连接的各排ZnO堆只在一个点上并联连接，从而避免电流从多于一个方向输送；其次将支架的电气接头安置得使其中一个片堆过载时，即发生短路时，有逆并行电流通路存在，同时电流所产生的力将所形成的电弧沿支架吹到端接头配备有电阻材料(例如钢)制成的角形避雷器的另一侧，从而使电弧在受控状态下燃烧，而不致给环境带来不必要的风险。

吹弧的好处还在于，无需将各片堆接头的尺寸按预期的短路电流的整个持续时间设计。同时聚合物材料不致在整个短路期间直接受电弧的影响，从而限制了事故所造成的后果。

由于支架起了所要求的机械支撑作用，因此可以将各片堆上的聚合物层减少到最少程度，并可选取例如在高温(120-150℃)下机械性能变坏的那一种。这大大改善了ZnO片的冷却过程，而且减少了重复的能量应力(energy stresses)之间所需要的时间，从而大大提高了处理高的临时过电压的能力。

按照本发明的进一步研究，为避免各片堆与支撑杆连接的间断点从而给吹弧沿支架进行创造条件，可以在各片堆的端电极之间设专用的金属杆。

现在参看附图说明一些实施例，由此更详细地说明本发明的内容。附图中：

图1示出了按本发明设计的电涌放电器装置第一实施例的侧视图；

图2、3和4分别示出了图1装置的顶视图(图2)、左视图(图3)和右视图(图4)；

图5示出了用以将电涌放电器单元连接到装在图1装置中的夹持支架的连接件；

图6、7和8示出了装置支架中的各连接部件；

图9、10和11分别示出了按本发明设计的电涌放电器装置第二实施例的侧视图(图9)、顶视图(图10)和左视图(图11)；

图12、13和14按与图9-11相同的方式示出了该电涌放电器装置的第三实施例；

图15、16和17按与图9-11相同的方式示出了本发明电涌放电器装置的第四实施例。

图1-4中所示的电涌放电器装置包括本发明十个电气上并联连接的电涌放电器单元1。各电涌放电器单元包括一堆电涌放电器元件，这些元件最好取圆柱形ZnO片的形式。片堆配备有金属制成的端电极2，片堆周围围绕着收缩性聚合材料制成的绝缘外壳3。这个外壳是通过收缩直接加到片堆上的，因而使外壳与电涌放电器元件之间紧密接触。

十个电涌放电器单元装在一个支架中，彼此毗邻并联排成平行两排，每排五个电涌放电器元件。一排中的各电涌放电器单元在两个平行的金属支撑杆4a、4b之间受挤压，两平行金属支撑杆4a、4b还在电气上起并联连接各电涌放电器单元的作用。在所示的实施例中，这些杆由方形截面的铝杆构成。支撑杆4a、4b由陶瓷或聚合物材料制成的支撑绝缘子6支撑着。

电涌放电器单元的端电极2和两个支撑杆4a、4b是借助于专用的压件7在电气上连接起来的，压件7同时确保充分的夹持力。图5示出了这种压件是如何设计的。压件7由一个用螺母9固定到电涌放电器单元的端电极2上的销钉8所组成。销钉的自由端滑入开设在支撑杆46上的一个孔并支撑着螺母10，螺母10有一个环形凹口，凹口中配置着两个对置着的盘簧11。在装配的过程中，将螺母10上紧，直到与盘簧接触为止，从而无论支撑杆如何老化和温度如何变化都能在片堆上保持足够的压力。

两排电涌放电器元件中的下支撑杆4a、5a固定装设在两个横脚杆12a、12b上，横脚杆12a、12b则由配置在安装底座上的支撑绝缘子13支撑着。

各脚杆用其一端处的绝缘连接件14和其另一端处的不绝缘连接件18固定到下支撑杆4a、5a上。图6示出了绝缘连接件的设计。绝缘连接件包括销钉15，销钉15拧入支撑绝缘子6的下端附件中，并贯穿开设在支撑杆4a和脚杆12b上的孔。杆4a和12b之间是借助于绝缘套管16实现绝缘的，绝缘套管16套在销钉上，绝缘套管16本身又套有两个空心圆柱形绝缘元件17，绝缘元件17则各配置在脚杆的各侧上。图7所示的不绝缘的连接件18中，绝缘元件17用铝垫圈19代替。脚杆12a和12b要不然也可以用绝缘材料制成，在这种情况下可以省去绝缘元件16、17和垫圈19。

两排电涌放电器单元的一端分别配置着一条下连接杆21和一条上连接杆22。上连接杆22在电气上和在机械上将两个上支架杆4b和5b连接起来，下连接杆21也以同样的方式将两个下支架杆4a和5a连接起来。连接杆21、22的中心配置着连接件23、24，用以将电涌放电器装置连接到要保护的物体上。

在两排电涌放电器单元的另一端，上支架杆4b和5b在机械上用连接杆30彼此连接起来，如图8中所示。连接杆30的一端用固定螺钉31和金属垫圈32与其中一个支架杆5b连接起来。连接杆30的另一端用螺钉33以绝缘的方式固定到另一支撑杆4b上，螺钉33套有绝缘管34和两个筒形绝缘元件35。连接杆30要不然也可以用绝缘材料制成，在这种情况下，可以省去绝缘元件34、35和垫圈32。

如果电涌放电器单元内发生故障，接着有短路电弧产生，则电涌放电器单元的聚合物外壳会爆裂，于是电弧转向电涌放电器单元外。由于脚杆12a、12b和连接杆30只与平行两排中的一排电涌放电器单元的支撑杆电接触，加到短路电弧上的电流只从一个方向流过。由于发生故障的那排中支撑杆上的电流因此变成逆并行，因而电弧会受到电磁力的影响，电磁力快速将其沿支撑杆移到位于支撑杆两端的角形避雷器38。

为桥接起弧通路的间断点从而使电弧便于通过，可以在电涌放电器单元的端电极之间设专用的金属杆。图1示出了两个这种金属杆37的例子，图中用虚线表示。

图9-11所示的本发明电涌放电器装置的第二实施例包括20个并联连接的电涌放电器单元1，电涌放电器单元1是成对分组配置的，其中各组中的两个单元装设在彼此的顶部，且一起挤压在两个由支撑绝缘子6固定在一起的支撑杆4a和4b之间。该装置由两排平行的电涌放电器组组成，每一排有五组电涌放电器。在各排的一端(以下称连接端)，所有四个支撑杆4a、4b、5a、5b由外部接线40连接在一起，且一起形成并联连接中的其中一个连接杆。另一个连接杆由单独的导体41所组成，它将不同组的两个电涌放电器单元之间的连接点连接起来。各脚杆12b和连接杆30分别独立地与两个下支撑杆4a、5b和两个上支撑杆4b、5b在两组电涌放电器单元离连接最远的一端机械连接，在电气上只和其中一排电涌放电器单元连接。这样就避免了从两个方向对可能有的短路电弧供电。在各排的同一端，所有支架杆4a、4b、5a、5b和分立导体41都配备有角形避雷器38。

图12-14中所示的电涌放电器装置包括28个并联连接的电涌放电器单元1，和图9-11的装置一样地成对分组配置。在图12-14的实施例中，不需要支撑绝缘子来固定结构，而支架杆4a、4b、5a、5b则借助于金属架42a、42b夹持在支架的两端。为防止从两个方向输送电流，金属架42b和支架离连接端最远的一端的脚杆12b只与其中一排中的其中一个支撑杆电接触。

图15-17所示的电涌放电器装置包括16个并联连接的电涌放电器单元1，这些电涌放电器单元按与图9和10装置同样的方式成对分组配置。在图15-17的实施例中，支撑杆4a、4b、5a、5b的各端借助于金属垂直连接杆43a、43b而被夹持。基于上述同样的理由，脚杆12b、连接杆30和连接杆43b只与其中一排中的一个支撑杆电连接。

与图1-4和图9-11的实施例相反，图12-14和图15-17所示的实施例不需要任何支撑绝缘子来夹持各结构。可是为使支架各端处的金属架与连接导体41和角形避雷器的接线之间保持足够的绝缘距离，在上述后两个实施方案中，必须增加整个结构的宽度或长度。

Claims (8)

1.一种电涌放电器装置，包括多个并联连接的电涌放电器单元(1)，各电涌放电器单元包括一堆多个圆柱形电涌放电器元件，该电涌放电器元件最好由金属氧化物非线性电阻材料制成，依次在两个端电极(2)之间沿电涌放电器元件的轴向排列，四周环绕着聚合材料制成的细长外壳(3)，其特征在于，电涌放电器单元(1)彼此毗邻并联配置成一排或数排，从而将这排中的各电涌放电器单元在两个平行的金属支撑杆(4a，4b)之间的轴向上挤压，两平行的金属支撑杆(4a，4b)则借助于延伸在两杆之间的连接元件(6、42、43)而彼此固定起来。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用以将电涌放电器装置连接到电网的连接件(23，24)连接到在该排的一端的支撑杆(4a，4b)上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，支撑杆(4a，4b)在所述排的另一端处配备有角形避雷器(38)。

4.根据权利要求1所述的装置，包括两排或两排以上的电涌放电器单元(1)，各电涌放电器单元(1)彼此毗邻配置，其特征在于，不同排的支撑杆(4a，4b，5，5b)用电绝缘和不绝缘的连接件(14，18，30)彼此机械连接起来，使得加到可能有的横贯电涌放电器单元(1)的短路电弧的电流只从一个方向输送，电磁力的作用迫使电弧向着有故障的所述排的角形避雷器(38)上。

5.根据根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电涌放电器单元(1)分组配置，每组包括两个共轴线配置的单元，这些组组成的各排中的两个支撑杆(4a，4b)彼此电气和机械连接起来，形成并联连接中的一个连接杆，不同组中的两个电涌放电器单元(1)之间的连接点通过一个形成并联连接的另一个连接杆的独立导体(41)互连起来。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述独立导体(41)和各支撑杆(4a，4b)各自离连接件(23，24)最远的一端配备有角形避雷器(38)。

7.根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述连接件(6)由支撑绝缘子组成。

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述连接件(42、43)由金属材料组成。

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