CN1083138C - 电涌放电器 - Google Patents
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Abstract
电涌放电器是由一串多层圆筒形的变阻器块(10)所构成，变阻器最好是金属氧化物材料制成，这些变阻器块沿轴向依次置于上下两个电极(11，12)之间，外面包有一层细长的绝缘外套(19)，外套的材料是橡胶或其它聚合物。端电极(11，12)用至少三个绝缘夹紧件(15)相连接以达到变阻器串中不同元件(10-14)之间所需的接触压力。在下端电极(12)与变阻器串中的第一块变阻器之间安置了一个中间有轴杆(17)的枢轴装置。轴杆从下端电板(12)伸出并与压力平板(14)相接，压力平板靠在变阻器串中最下的块上，以此实现在所有横向上的转动。
Description
技术领域
本发明涉及包括一堆多个圆筒形变阻器块的电涌放电器，变阻器最好由金属氧化物材料制成。变阻器块沿其轴向依次置于上下两个电极之间，外面包有一层细长的电绝缘外套，外套的材料是橡胶或其它聚合物。电涌放电器在其端电极之间备有一个或多个夹紧钳杆，并夹紧于此，以达到变阻器堆不同元件之间所需的接触压力。
背景技术
上述这类电涌放电器可以从专利文件US-A-4 656 555，US-A-5 291366和EP-A-0 230 103中查到。这些已知设计的缺点是它们对电涌放电器的横向机械应力只有很小的强度。
为了传导大电流，变阻器块间就必须具有足够的接触压力。已知的解决方法是用一个外部的电绝缘机械组件对变阻器堆预加应力来达到要求。相对于预加应力元件，变阻器串呈刚性，因此施加于上端电极上的横向外加负载就作为弯曲应力被变阻器堆所吸收。这种弯曲应力引起了变阻器块表面的应力分布。它在挠曲的方向上产生一个压缩应力，并朝着边缘方向增加，而在相反的方向使得应力减小。压力的减小导致了变阻器间接触压力不足，因此不被接受。已有的解决方法是增加预应力而使得在整个变阻器块的表面获得足够的接触压力。然而，变阻器很脆，当边缘的压缩应力很大时就会破裂。因此现有的解决方法就要在保持足够的接触压力和不超过变阻器块所能承受的压力强度之间寻求平衡。
上述的电涌放电器可以为中压系统单独构成电涌放电器中的有效部分。多个电涌放电器，也可以象组件一样，相互连接在一起构成复合(串联的)电涌放电器，而适用于更高的电压等级。当横向负载加在这样由多个组件组成的电涌放电器上时，一个弯矩就会作用于整个复合电涌放电器上。在最下面的电涌放电器组件中的变阻器块就会分别受到很大的压缩力和张力。因此，这些已有设计的另一个缺点就是当把这些电涌放电器组件组合起来时，承受外部横向力的能力就会明显的减小。
发明综述
本发明的目的在于提供上述类型的电涌放电器，较之现有技术的电涌放电器它具有更好的承受外部横向负载的能力。按照本发明这是通过引入了一个固定在两端电极上的带状夹板形预加应力元件和一个在变阻器块与较低端电极之间的枢轴装置来达到的。预加应力元件的安置使得两端电极至少在三个点上相互连结，这样，在所有方向上由挠曲产生的弯矩分别作为张力和压缩力为预加应力元件所吸收。作用在上端电极上的外部弯矩也将作为张力和压缩力为预加应力元件所吸收。因此，由多个组件所构成的电涌放电器比相应的由已知设计所构成的电涌放电器能够承受更大的外部横向力。
带有枢轴装置的电涌放电器组件承受外加横向力时会产生作用于上端电极的弯矩，这导致了最上部变阻器块表面上的机械应力分布，它与没有枢轴装置的电涌放电器中的应力幅位相同，方向相反。在变阻器堆的底部，理想的枢轴装置情况下没有力矩被传送，因此在底部的变阻器块上也就没有应力分布。构建一个枢轴装置，可带来一个附加的好处，即它能够部分地传送弯矩。在这种情况下，弯矩可以从底端电极传送到变阻器堆的下部，该弯矩的方向与在变阻器堆的上部的力矩方向相反。因此可对产生的弯矩加以选择，使它们相互平衡而使得变阻器块表面产生相当低的承受压力。因此，电涌放电器可以承受更大的外部横向负载。
上述的解决方法可以通过在枢轴装置中增加一个弹性板来实现。按照本发明，这也可用以下办法实现：把压板靠在变阻器堆上，并使枢轴与压板相接触，枢轴上有一个朝向压板的平面。这会带来另一个好处，因为当电涌放电器被挠曲时，轴尖在挠曲的方向上错位，从而对预加应力元件的力矩臂就会改变。当电涌放电器挠曲时，处在张力负载下的预加应力元件的力矩臂会变大，导致预加应力元件中较低的张力负载。在这种方式下，电涌放电器存在一个起始强度，这意味着在更大挠曲发生之前，必须克服一定的弯矩。
预加应力元件可以方便地由连续缠绕玻璃纤维绞线并嵌于聚合物中的夹板构成。这些夹板被夹紧在从两端电极伸出的肩上，例如如未预公开出版的德国专利申请P 43066917中所述。通过枢轴装置，这种电涌放电器与以前的设计相比在横向力下将会有更大的挠曲幅度。这意味着，由于电涌放电器挠曲，靠在从下端电极伸出的肩上的夹板会在挠曲方向上承受一个不利的应力分布。由于这种挠曲，端电极不仅仅会平行位移，而且相互间成一个角度放置。这种位移和角度调节意味着平行于挠曲方向轴平面的夹板横截面在横截面内部和外部外缘上承受不同的力。如此产生的边缘负载会限定夹板的总承载能力。于是出现了一个问题，如果允许挠曲，夹板承载能力与之同时会因此减小。
在本发明中，上述问题可以按以下方法解决：藉助切向的接头使得肩的吸载下部绕肩的上部转动，极肩的上部和端电极是一个整体。与夹板相接触的肩部分就有一个力的传递，它对夹板的横断面来说是均匀分布的。这个力可以以无力矩方式通过接头传送到肩的固定部分，此接头可包括由一个肩下部肩的倒圆角。
附图简述
本发明可以通过对所附图的实施方案描述予以更详细的说明。
图1是本发明中的电涌放电器去掉其部分外壳的三维图，
图2展示了电涌放电器轴向断面，
图3则展示了上述电涌放电器下部的另一可选实施方案。
优选实施方案描述
图1、图2中的电涌放电器组件由一堆多个环状圆筒形氧化锌(ZnO)块制成的变阻器元件10构成。变阻器块被夹紧在上、下两个电极11，12之间，变阻器串与上下电极之间隔有压板13、14。两端电极与压力板可以用导电材料(如铝)制成。变阻器堆轴向的压紧是借助4根电绝缘夹板15来实现的。这些夹板是由连续的玻璃纤维绞线，具有多个拐角，并用热硬化树脂灌封而成的。这些夹板卡紧于两端电极上，为此电极上有4个带有环状圆筒形接触面的辐射极肩16。夹板可以预先做好，然后通过拧紧螺杆17将其与包括变阻器串、垫圈和电极的堆夹紧，螺杆17拧入下端电极并且可以同时作为一个接头螺丝或连接端点。
为了螺杆能拧入类似的组件或与外部相连接，电涌放电器上端电极有一个螺孔18。电涌放电器的每一端部有一个端轭20，这个轭包括安排在衬垫上的四个凸耳21，每个凸耳21与肩16搭接并与肩上的突出支杆22相接触。凸耳21的作用是减少电涌放电器的挠曲并且抵消夹板15上的横向收缩力。当将电涌放电器组件拧紧在一起或与外部相连接时，端轭也能传送力矩。电涌放电器组件有用浇铸形成的外壳19，外壳最好的材料是合成橡胶，例如，硅橡胶或是乙烯丙烯共聚物(EPDM橡胶。
图3展示了下端电极12的另一个实施方案。从端电极伸出的每个肩16包含了一个较上固定部分16a，它与端电极板合为一体，一个较下枢轴部分16b，它有一个对着夹板15的半圆形接触面。在垂直于电涌放电器的平面内，与支撑臂22同一个水平线上，肩固定部分16a有一个接触平面30。在同一平面上，肩16较下的枢轴部分16b有一个与接触面30相靠的环形接触面31，接触面31有一个通过肩的中心与轴平面相切的方向。在这种方式下，接触面30和31构成了一个接头，通过这一接头从夹板15的力可以以无力矩的方式传送到端电极12。由于这一原因，当电涌放电器挠曲时，夹板横截面上就没有不均匀的负载。与螺杆17相接的平板14不同于前述例子之处，它的边缘被制成凹状。
按照本发明有利的发展，枢轴装置被制成如此刚硬以致它可以部分地传送弯矩。在变阻器堆底部出现的弯矩可以被选择成部分地减小变阻器串上端的弯矩。通过这种设计，电涌放电器可以比以往所知的情况承受更大的横向力而不超过变阻器块中所允许的承受压力。这一特性可以通过用包括一个相应于有几百MPa弹性系数的弹性平板的枢轴装置来实现，这个弹性板插在压力平板14与端电极12之间。当要求有一个绝缘支脚时，这个弹性板可由电绝缘的弹性材料制得。在这实施方案下，电气连接装置可与压力板14相连。此外，优选的是螺杆17至少含有一个衬垫。
这种能够部分地传送弯矩的特性也可以通过形成一个螺杆17来实现，这一螺杆有一个平的接触面，并穿过端电极12。必须保证螺杆的平接触面有足够大的直径，这样从螺杆的中心到边缘就形成了一个小的力矩臂，通过这一力矩臂就可以把部分的外加弯矩传送到变阻器串中。在这一情况下，在挠弯的方向上，水平地调整轴尖，从而有利地影响夹板15的力矩臂以便在夹板15上产生更小的张力。
Claims (12)
1、一种电涌放电器，包括一堆多层圆筒形的变阻器块(10)，变阻器块(10)按照其轴向依次安置在上、下两个电极(11，12)之间，外面包有一层延伸细长的电绝缘外套(19)，外套的材料是橡胶或其它聚合物，其中两端电极(11，12)用绝缘材料做的夹紧件(15)相连以达到变阻器堆中不同元件(10-14)之间所需的接触压力，夹紧件(15)包括至少三个连续缠绕绞线的夹板，并且在下端电极(12)与变阻器堆的最下一块变阻器(10)之间安置了一个枢轴装置，该枢轴装置包括中间放置的轴件(17)和压力平板(14)，轴件(17)从下端电板(12)伸出并与压力平板(14)相接，压力平板(14)靠在变阻器串最下的块(10)上，这样就可以实现在所有的横向方向上的转动。
2、根据权利要求1的电涌放电器，其特征在于枢轴装置含有一个螺杆(17)，以便对变阻器堆预加应力。
3、根据权利要求1中的电涌放电器，其特征在于轴件(17)至少含有一个衬垫(垫片)。
4、根据以上任一权利要求的电涌放电器，其特征在于压力平板(14)的边缘是倾斜的。
5、根据权利要求4的电涌放电器，其特征在于压力平板(14)具有凹进去的边缘。
6、根据以上任一权利要求的电涌放电器，其特征在于轴件(17)的平面与压力平板(14)相接触。
7、根据权利要求1-5的任一条的电涌放电器，其特征在于轴件(17)或压力平板(14)有一个凸形的接触面。
8、根据权利要求1-5的任一条的电涌放电器，其特征在于枢轴装置包括一个弹性平板，它被安置在压力板(14)与端电极(12)之间。
9、根据权利要求8的电涌放电器，其特征在于弹性平板是电气绝缘的而压力平板(14)带有电连接件。
10、根据以上任一权利要求的电涌放电器，其特征在于端电极带有辐射伸出的肩(16)，通过它与夹紧件(15)相接触，其中下端电极(12)上辐射状伸出的每一个肩(16)有一个与端电极(12)成一体的固定部分(16a)和一个相对于固定部分可以转动的部分(16b)，从而接头(30，31)可以以无力矩的方式将夹紧件(15)的压应力传送给下端电极(12)。
11、根据以上任一权利要求的电涌放电器，其特征在于在每一个端电极(11，12)上，安置了一个有凸耳(21)的轭架(20)，借此电涌放电器的挠曲可以减少，夹紧件(15)的水平收缩效应可以降低，并且当将电涌放电器组件联结在一起时，力矩可以被传送。
12、根据权利要求1的电涌放电器，其特征在于变阻器用金属氧化物材料制成。
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