CN108063035B - 一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器，所述避雷器包括：氧化锌阀片、串联片数和合金阀片，氧化锌阀片与合金阀片构造外围护套，制造完整的避雷器；本发明公开的避雷器运用简单有效的合金阀片，较大的提升避雷器的热容量，从而达到降低避雷器成本，提升避雷器保护水平，提高系统工作稳定性的效果。

Description

一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，特别是涉及运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法。

背景技术

氧化锌避雷器被广泛用于电力系统及电气设备中以保护各类电气元件免受过电压脉冲的伤害。当有雷电等过电压脉冲时，避雷器瞬间对地短路，吸收过电压脉冲能量，减少或消除其对后继设备与系统的影响。避雷器吸收的能量全部转化为热量，自身温度升高，电阻下降，泄漏电流及其发热上升。当避雷器温度足够高时，自身发热大于散热，温度会进一步升高直至高温下对地短路，称为热失稳。达到热失稳状态的过电压能量，也即避雷器吸收的能量，称谓避雷器热容量。

避雷器热容量取决于本身材料的比热容与体积，而氧化锌材料比热容是固定的，要想增大避雷器容量，目前只有一个方法，即增大避雷器体积。而这种方法显然是不经济，而且无经为继的。

因此希望有一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法通过简单有效的合金阀片，较大的提升避雷器的热容量，从而达到降低避雷器成本，提升避雷器保护水平，提高系统工作稳定性的效果。

本发明提供一种运用低熔点合金构造大容量避雷器的方法，所述大容量避雷器包括：氧化锌阀片、串联片数和合金阀片，氧化锌阀片与合金阀片构造外围护套，制造完整的避雷器；所述方法包括以下步骤：

步骤一：根据避雷器所保护系统的工作电压与过电压水平设计所需的氧化锌阀片型号与串联片数，根据系统过电压脉冲的能量水平设计阀片并联的片数，得到待优化的参考系统；

步骤二：根据避雷器所需要的安全裕度与要节约的材料，计算出所需要的相应等效热容量，并折算出所需要的合金体积；

步骤三：根据所需合金体积折算出所需要的合金阀片件数，合金阀片内部为低熔点合金，外部为金属外壳，金属外壳的材料应保证在合金熔化和凝固时，不会由于内部应力而损坏，并保持合金的原来位置，合金阀片的外径与氧化锌阀片一致且厚度尽可能小；

步骤四：根据不同材料的导热率、比热容与熔解热，仿真计算将合金阀片放置于不同位置时，整个避雷器的热容量，同时对电场分布与温度场分布的非线性暂态耦合场进行计算，寻找使整个避雷器热容量最大的放置方法；

步骤五：确定最优的氧化锌阀片与合金阀片的放置方法，再以此时的体积构造外围护套，制造完整的避雷器，增加护套会影响避雷器散热需要重新核算内部热容量，在步骤四与步骤五有个反复迭代的过程；

步骤六：根据设计的结构制造真实避雷器，试验确认其热容量。

本发明公开了一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法，本发明具有以下有益效果：

①利用合金熔解吸收的熔解热来提高避雷器的热容量；

②由于合金熔解吸热后避雷器温度增幅变小，电阻降幅及泄漏电流发热也也有明显变小，因此能进一步增大避雷器的热容量；

③高压大电流避雷器通常由众多的氧化锌阀片串并联而成，处于中间的阀片散热能力最差，通常会先于其它阀片热失稳。通过合理布置合金位置，可以降低避雷器中心温度，使整个避雷器的温度均匀下降，从而避免局部热失稳。

具体实施方式

本发明提供一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器，包括：氧化锌阀片、串联片数和合金阀片，氧化锌阀片与合金阀片构造外围护套，制造完整的避雷器

本发明提供一种运用低熔点合金构造大容量避雷器的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据避雷器所保护系统的工作电压与过电压水平设计所需的氧化锌阀片型号与串联片数，根据系统过电压脉冲的能量水平设计阀片并联的片数，以上为常规避雷器设计方法，由此可得到待优化的参考系统；

步骤二：根据避雷器所需要的安全裕度与要节约的材料，计算出所需要的相应等效热容量，并折算出所需要的合金体积；

步骤三：根据所需合金体积折算出所需要的合金阀片件数，合金阀片内部为低熔点合金，外部为金属外壳，以保证合金熔化时还保留在原来位置，金属外壳的材料应保证在合金熔化和凝固时，不会由于内部应力而损坏，合金阀片的外径与氧化锌阀片一致，厚度尽可能小，以方便分散到不同位置；

步骤四：根据不同材料的导热率、比热容与熔解热，仿真计算将合金阀片放置于不同位置时，整个避雷器的热容量，这一仿真涉及到不同温度下材料泄漏电流发热不一致，而发热不一致又会对温度分布产生影响，要求同时对电场分布与温度场分布的非线性暂态耦合场进行计算，有较高的难度，同时，理论上将m个合金阀片放置于n个氧化锌阀片间隙中时，有(n-1)^m不同的放置方法，需要有一个自动优化搜索程度，来寻找使整个避雷器热容量最大的放置方法；

步骤五：确定最优的氧化锌阀片与合金阀片的放置方法，再以此时的体积构造外围护套，制造完整的避雷器，增加护套后会对避雷器的散热有比较明显的影响，需要重新核算内部热容量，因此，步骤四与步骤五有个反复迭代的过程；

步骤六：根据设计的结构制造真实避雷器，试验确认其热容量。

本发明公开了一种运用低熔点合金构造的大容量避雷器及其方法，本发明具有以下有益效果：

①利用合金熔解吸收的熔解热来提高避雷器的热容量；

②由于合金熔解吸热后避雷器温度增幅变小，电阻降幅及泄漏电流发热也也有明显变小，因此能进一步增大避雷器的热容量；

③高压大电流避雷器通常由众多的氧化锌阀片串并联而成，处于中间的阀片散热能力最差，通常会先于其它阀片热失稳。通过合理布置合金位置，可以降低避雷器中心温度，使整个避雷器的温度均匀下降，从而避免局部热失稳。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种运用低熔点合金构造大容量避雷器的方法，所述大容量避雷器包括：氧化锌阀片、合金阀片和外围护套；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：根据避雷器所保护系统的工作电压与过电压水平设计所需的氧化锌阀片型号与串联片数，根据系统过电压脉冲的能量水平设计氧化锌阀片并联的片数，得到待优化的参考系统；

步骤二：根据避雷器所需要的安全裕度与要节约的材料，计算出所需要的相应等效热容量，并折算出所需要的合金体积；

步骤三：根据所需合金体积折算出所需要的合金阀片件数，合金阀片内部为低熔点合金，外部为金属外壳，金属外壳的材料应保证在合金熔化和凝固时，不会由于内部应力而损坏，以保持合金融化时还保留在原来位置，合金阀片的外径与氧化锌阀片一致且厚度尽可能小，以方便分散到不同位置；

步骤四：根据不同材料的导热率、比热容与熔解热，仿真计算将合金阀片放置于不同位置时，整个避雷器的热容量，同时对电场分布与温度场分布的非线性暂态耦合场进行计算，寻找使整个避雷器热容量最大的放置方法；

步骤五：确定最优的氧化锌阀片与合金阀片的放置方法，再以此时的体积构造外围护套，制造完整的避雷器，增加护套会影响避雷器散热需要重新核算内部热容量，在步骤四与步骤五有个反复迭代的过程；

步骤六：根据设计的结构制造真实避雷器，试验确认其热容量。