CN108766697B - 一种复合绝缘金属氧化物避雷器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合绝缘金属氧化物避雷器，包括空心绝缘管（2）、伞群套（3）、第一金属端板（4）及第二金属端板（5），还包括自上而下轴向设于空心绝缘管内的第一金属弹性体（6）、放电间隙结构、第二金属弹性体（7）以及层叠设置的氧化锌电阻片（8），所述第一金属弹性体、放电间隙结构、第二金属弹性体以及氧化锌电阻片均与空心绝缘管于其径向形成间隙（9）。本发明采用可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，使得在正常运行中，运行电压和电气设备所允许的雷击过电压、操作过电压不会施加到氧化锌电阻片，避免其长期带电所引发的电老化和热破坏现象，同时还可防止在过电压消失后串联间隙间的续流电弧问题存在。

Description

一种复合绝缘金属氧化物避雷器

技术领域

本发明涉及电力系统输变电设备过电压保护技术领域，特别是涉及一种复合绝缘金属氧化物避雷器。

背景技术

避雷器用于保护电力系统中电气设备免受雷击过电压的损害或避免由于设备操作所引起的内部过电压损害，是关系到电力系统安全稳定运行的重要保护设备。随着电压等级的提高，雷击过电压和操作过电压问题变得日益突出，提高避雷器的运行性能显得尤为重要。

现有的无间隙金属氧化物避雷器在结构上一般为多个电阻片叠置在两金属电极之间，没有中间间隙。其在电压正常时具有极高的电阻从而呈绝缘状态，而出现雷击过电压和操作过电压时，冲击电流经电阻片入地，电阻片本身的压降（残压）由于其非线性特性则维持在一定范围内，从而使与避雷器并联的电气设备上的过电压幅值得到限制，电气设备得到保护。但是，该结构的金属氧化物避雷器随着运行时间的增长，在长期运行的工频或直流电压以及间断性的雷击过电压、操作过电压作用下，电阻片会逐渐出现劣化和老化现象，造成阻性电流上升，有功功率增大，长期的热效应显著增加，避雷器内部气体压力和温度逐渐增高，当温度长期超过某一极限值时将引起避雷器的热破坏。

传统串联间隙避雷器由于串联间隙在正常运行时保持绝缘状态，避免了氧化锌电阻片的长期带电运行。当超过系统允许的雷击过电压或操作过电压出现时，串联间隙电气击穿，形成放电电弧，冲击电流经氧化锌电阻片入地，氧化锌电阻片的限压特性动作，从而与避雷器并联的电气设备得到保护。虽然过电压现象持续时间很短，但在此过程中，由于运行电压一直作用在串联间隙上，当过电压消失后，有些时候串联间隙间的放电电弧并不能随之熄灭，形成续流电弧现象，串联间隙不能恢复到绝缘状态。此时，放电电弧持续燃烧，引起避雷器内部温度和气压在短时间内急剧升高，直至发生爆炸，严重影响电力系统的安全稳定运行。

因此，亟需本领域技术人员研究出一种复合绝缘金属氧化物避雷器，以避免出现传统无间隙金属氧化物避雷器易发生电阻片电老化进而引发热破坏的问题，同时还能够解决采用串联间隙的避雷器在过电压消失后的续流电弧问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足，提供了一种复合绝缘金属氧化物避雷器，避免传统无间隙金属氧化物避雷器易发生电阻片电老化进而引发热破坏的问题，同时还能够解决传统串联间隙避雷器在过电压消失后的续流电弧问题，提升金属氧化物避雷器的使用寿命和性能可靠性。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种复合绝缘金属氧化物避雷器，该避雷器包括空心绝缘管、包覆于空心绝缘管外侧壁上的伞群套、分别设置于空心绝缘管上下两端的第一金属端板及第二金属端板，还包括自上而下轴向设置于空心绝缘管内的第一金属弹性体、放电间隙结构、第二金属弹性体以及至少二个层叠设置的氧化锌电阻片，所述第一金属弹性体、放电间隙结构、第二金属弹性体以及氧化锌电阻片均与空心绝缘管于其径向形成间隙，所述第一金属弹性体上端与第一金属端板相连接，所述氧化锌电阻片底端设于第二金属端板上，所述第二金属弹性体下端设置于氧化锌电阻片顶端；

所述放电间隙结构包括沿空心绝缘管轴向分离设置的第一放电电极及第二放电电极，所述第一放电电极与第二放电电极之间形成一避雷器的串联间隙，所述第一放电电极端部与第一金属弹性体相连接，所述第二放电电极端部与第二金属弹性体相连接。

作为优选地，所述第一金属弹性体、放电间隙结构、第二金属弹性体以及氧化锌电阻片与所述空心绝缘管同轴设置。

作为优选地，还包括限位结构，所述限位结构于所述空心绝缘管内侧壁径向设置，所述限位结构包括相互平行的第一限位圆环和第二限位圆环，所述第一限位圆环及第二限位圆环外缘均设置于空心绝缘管内侧壁上，并使该第一限位圆环上表面与第一放电电极端部下表面相接触，第二限位圆环下表面与第二放电电极端部上表面相接触，保证串联间隙具有稳定的初始间隙距离。

作为优选地，所述间隙内填充有流体绝缘介质，所述流体绝缘介质为绝缘气体或绝缘液体。

作为优选地，所述第一放电电极和第二放电电极为几何对称结构，且第一放电电极和第二放电电极材质均为耐高温合金材料。

作为优选地，所述空心绝缘管为中空状的圆柱管，该空心绝缘管为纤维增强树脂基复合材料制成。

作为优选地，所述空心绝缘管内侧壁还设置有耐高温涂层。

作为优选地，所述第一金属弹性体及第二金属弹性体均为金属弹簧。

基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：

1.本发明采用复合绝缘金属氧化物避雷器，第一金属端板、第一金属弹性体、放电间隙结构、第二金属弹性体、层叠设置的氧化锌电阻片和第二金属端板可形成串联结构，使得在正常运行过程中，运行电压和电气设备所允许的雷击过电压、操作过电压不会施加到氧化锌电阻片上，避免了其长期带电所引发的电老化和热破坏现象，提升金属氧化物避雷器的使用寿命和性能可靠性，一定程度上保证电力系统的安全稳定运行。

2.当过电压发生时，第一放电电极和第二放电电极之间产生放电电弧，上述串联结构形成导电通路，氧化锌电阻片的非线性特性得以发挥，使得过电压幅值得到限制，放电电弧所引起的高温会使得串联间隙区域的气压局部升高，在局部高气压的推动下，第一金属弹性体和第二金属弹性体受到压缩，使得第一放电电极向上移动，第二放电电极向下移动，从而使得第一放电电极和第二放电电极之间的串联间隙的间隙距离变大，有利于放电电弧的快速灭弧，避免了在过电压消失后出现续流电弧现象。

3.本发明中间隙内填充有流体绝缘介质，增强了避雷器内部空间的电气绝缘强度，流体绝缘介质具备良好的灭弧性能，当第一放电电极和第二放电电极之间有放电电弧产生时，通过流体绝缘介质可以将放电电弧进行消弧，同时利用流体绝缘介质的流动性可加快热量的传导和扩散，抑制放电电弧所带来的局部温升。

4.本发明中第一放电电极和第二放电电极的材质均采用耐高温合金材料,使得第一放电电极和第二放电电极具备优异的耐电弧烧损性能，保证了第一放电电极和第二放电电极的使用寿命。

5.本发明中第一放电电极和第二放电电极均采用几何对称结构，可使得放电间隙结构获得稳定的电弧放电性能。

6.本发明中空心绝缘管为纤维增强树脂基复合材料制成，具有轻质高强的优点，其内侧壁还设置有耐高温涂层，可抵御来自放电电弧的高温对空心绝缘管的热损伤，对空心绝缘管起到保护作用。

附图说明

图1为本发明复合绝缘金属氧化物避雷器的结构示意图。

图2为本发明第一放电电极和第二放电电极的配合示意图。

图3为本发明空心绝缘管与耐高温涂层的配合示意图。

图中：1.避雷器，2.空心绝缘管，3.伞群套，4.第一金属端板，5.第二金属端板，6.第一金属弹性体，7.第二金属弹性体，8.氧化锌电阻片，9.间隙，10.第一放电电极，11.第二放电电极，12.串联间隙，13.第一限位圆环，14.第二限位圆环，15.流体绝缘介质，16.耐高温涂层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

如图1所示，一种复合绝缘金属氧化物避雷器，该避雷器1包括空心绝缘管2、包覆于空心绝缘管2外侧壁上的伞群套3、分别设置于空心绝缘管2上下两端的第一金属端板4及第二金属端板5，还包括自上而下轴向设置于空心绝缘管2内的第一金属弹性体6、放电间隙结构、第二金属弹性体7以及至少二个层叠设置的氧化锌电阻片8，所述第一金属弹性体6、放电间隙结构、第二金属弹性体7以及氧化锌电阻片8均与空心绝缘管2于其径向形成间隙9，所述第一金属弹性体6上端与第一金属端板4相连接，所述氧化锌电阻片8底端设于第二金属端板5上，所述第二金属弹性体7下端设置于氧化锌电阻片8顶端；

所述放电间隙结构包括沿空心绝缘管2轴向分离设置的第一放电电极10及第二放电电极11，所述第一放电电极10与第二放电电极11之间形成一避雷器的串联间隙12，所述第一放电电极10端部与第一金属弹性体6相连接，所述第二放电电极11端部与第二金属弹性体7相连接。

所述第一金属弹性体6、放电间隙结构、第二金属弹性体7以及氧化锌电阻片8与所述空心绝缘管2同轴设置。

避雷器1与电气设备并联，第一金属端板4和第二金属端板5分别与高电位和地电位电气连接，通过设置放电间隙结构，从而正常运行电压和电气设备所允许的雷击过电压、操作过电压不会施加到氧化锌电阻片8上，避免了氧化锌电阻片8长期带电所引发的电老化和热破坏现象。当出现超过电气设备所允许的雷击过电压或操作过电压时，放电间隙结构发生电气击穿，在第一放电电极10和第二放电电极11之间产生放电电弧，使得第一金属端板4、第一金属弹性体6、放电间隙结构、第二金属弹性体7、层叠设置的氧化锌电阻片8和第二金属端板5形成导电通路，冲击电流经氧化锌电阻片8入地，氧化锌电阻片8的非线性特性得以发挥，使导电通路的整体电压得到限制，从而使与避雷器1并联的电气设备上的过电压幅值得到限制，电气设备得到有效保护。

还包括限位结构，所述限位结构于所述空心绝缘管2内侧壁径向设置，所述限位结构包括相互平行的第一限位圆环13和第二限位圆环14，所述第一限位圆环13和第二限位圆环14的材质为耐高温绝缘树脂材料，该耐高温绝缘树脂材料可为耐高温环氧树脂，所述第一限位圆环13及第二限位圆环14外缘均设置于空心绝缘管2内侧壁上，并使该第一限位圆环13上表面与第一放电电极10端部下表面相接触，第二限位圆环14下表面与第二放电电极11端部上表面相接触，保证串联间隙12具有稳定的初始间隙距离。

当出现超过电气设备所允许的雷击过电压或操作过电压，从而引发第一放电电极10和第二放电电极11之间产生放电电弧时，放电电弧所引起的高温会使得串联间隙12区域的气压局部升高，在局部高气压的推动下，第一放电电极10和第二放电电极11受到局部高气压的压力，使得第一金属弹性体6向上方收缩，并带动第一放电电极10向上移动，第二金属弹性体7向下方收缩，并带动第二放电电极11向下移动，从而第一放电电极10和第二放电电极11之间的串联间隙12的间隙距离变大，有利于放电电弧的快速灭弧，避免了在过电压消失后出现续流电弧现象。当放电电弧熄灭后，串联间隙12区域的温度和气压恢复到正常状态，由于不再受到压力的作用，第一金属弹性体6向下方伸长，带动第一放电电极10向下移动，第二金属弹性体7向上方伸长，带动第二放电电极11向上移动，由于第一限位圆环13和第二限位圆环14的限位作用，串联间隙12的间隙距离恢复到初始状态。

所述间隙9内填充有流体绝缘介质15，所述流体绝缘介质15为绝缘气体或绝缘液体，更具体地，上述绝缘气体可为干燥空气或者二氧化碳或者三氟碘甲烷或者八氟环丁烷，上述绝缘液体可为硅油或者菜籽油或者矿物油，采用流体绝缘介质15，增强了避雷器1内部空间的电气绝缘强度，流体绝缘介质15具备良好的灭弧性能，当第一放电电极10和第二放电电极11之间有放电电弧产生时，通过流体绝缘介质15可以将放电电弧进行消弧，同时利用流体绝缘介质15的流动性可加快热量的传导和扩散，抑制放电电弧所带来的局部温升。

所述第一放电电极10和第二放电电极11为几何对称的电极结构，几何对称的电极结构可使得放电间隙结构获得稳定的放电电弧，且第一放电电极10和第二放电电极11材质均为耐高温合金材料，其可以为铜钨合金或者铜铬合金或者碳化钨银合金，使得第一放电电极10和第二放电电极11具备优异的耐电弧烧损性能，保证了第一放电电极10和第二放电电极11的使用寿命。更加具体的，如图1-图2所示，第一放电电极10和第二放电电极11为一对结构对称的棒形电极结构，该第一放电电极10和第二放电电极11均包括端部圆板、中间圆柱支撑杆和头部棒形电极，第一放电电极10和第二放电电极11均是由端部圆板通过中间圆柱支撑杆与头部棒形电极形成一体成型结构，其中第一放电电极10的端部圆板下表面与第一限位圆环13上表面相接触，第二放电电极11的端部圆板上表面与第二限位圆环14的下表面相接触。第一限位圆环13和第二限位圆环14的中心开口直径小于第一放电电极10及第二放电电极11的端部圆板直径，以限制第一放电电极10和第二放电电极11的初始状态的位置。

所述空心绝缘管2为中空状的圆柱管，该空心绝缘管2为纤维增强树脂基复合材料制成，其为电气绝缘性纤维和树脂基体通过缠绕或拉挤工艺成型，具有轻质高强的优点。上述电气绝缘性纤维可以为玻璃纤维或者芳纶纤维或者聚酯纤维，上述树脂基体可以为环氧树脂或者酚醛树脂或者乙烯基树脂。

伞群套3为现有技术，所述伞群套3的材质为硅橡胶，该伞群套3通过硅橡胶硫化成型并包覆于空心绝缘管2的外侧壁，能够增强避雷器1的外部绝缘性能，上述硅橡胶可以是高温硫化硅橡胶或者室温硫化硅橡胶或者液体硅橡胶。

所述第一金属弹性体6及第二金属弹性体7均为金属弹簧，上述金属弹簧的材质为铝或者铜或者不锈钢，可保证其良好的导电性能。

如图3所示，所述空心绝缘管2内侧壁可进一步设置有耐高温涂层16，采用耐高温涂层16可抵御来自放电电弧的高温对空心绝缘管2的热损伤，对空心绝缘管2起到保护作用。该耐高温涂层16采用的材料可以为聚四氟乙烯或碳化硅或聚酰亚胺。

上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：该避雷器（1）包括空心绝缘管（2）、包覆于空心绝缘管（2）外侧壁上的伞群套（3）、分别设置于空心绝缘管（2）上下两端的第一金属端板（4）及第二金属端板（5），还包括自上而下轴向设置于空心绝缘管（2）内的第一金属弹性体（6）、放电间隙结构、第二金属弹性体（7）以及至少二个层叠设置的氧化锌电阻片（8），所述第一金属弹性体（6）、放电间隙结构、第二金属弹性体（7）以及氧化锌电阻片（8）均与空心绝缘管（2）于其径向形成间隙（9），所述第一金属弹性体（6）上端与第一金属端板（4）相连接，所述氧化锌电阻片（8）底端设于第二金属端板（5）上，所述第二金属弹性体（7）下端设置于氧化锌电阻片（8）顶端；

所述放电间隙结构包括沿空心绝缘管（2）轴向分离设置的第一放电电极（10）及第二放电电极（11），所述第一放电电极（10）与第二放电电极（11）之间形成一避雷器的串联间隙（12），所述第一放电电极（10）端部与第一金属弹性体（6）相连接，所述第二放电电极（11）端部与第二金属弹性体（7）相连接；还包括限位结构，所述限位结构于空心绝缘管（2）内侧壁径向设置，所述限位结构包括相互平行的第一限位圆环（13）和第二限位圆环（14），所述第一限位圆环（13）及第二限位圆环（14）外缘均设置于空心绝缘管（2）内侧壁上，并使该第一限位圆环（13）上表面与第一放电电极（10）端部下表面相接触，第二限位圆环（14）下表面与第二放电电极（11）端部上表面相接触，保证串联间隙（12）具有稳定的初始间隙距离；

当出现超过电气设备所允许的雷击过电压或操作过电压，从而引发第一放电电极（10）和第二放电电极（11）之间产生放电电弧时，放电电弧所引起的高温使得串联间隙区域的气压局部升高，在局部高气压的推动下，第一放电电极（10）和第二放电电极（11）受到局部高气压的压力，使得第一金属弹性体（6）向上方收缩，第二金属弹性体（7）向下方收缩，从而第一放电电极（10）和第二放电电极（11）之间的串联间隙（12）的间隙距离变大，当放电电弧熄灭后，串联间隙（12）区域的温度和气压恢复到正常状态，串联间隙（12）的间隙距离恢复到初始状态。

2.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述第一金属弹性体（6）、放电间隙结构、第二金属弹性体（7）以及氧化锌电阻片（8）与所述空心绝缘管（2）同轴设置。

3.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述间隙（9）内填充有流体绝缘介质（15），所述流体绝缘介质（15）为绝缘气体或绝缘液体。

4.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述第一放电电极（10）和第二放电电极（11）为几何对称结构，且第一放电电极（10）和第二放电电极（11）材质均为耐高温合金材料。

5.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述空心绝缘管（2）为中空状的圆柱管，该空心绝缘管（2）为纤维增强树脂基复合材料制成。

6.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述空心绝缘管（2）内侧壁还设置有耐高温涂层（16）。

7.根据权利要求1所述的复合绝缘金属氧化物避雷器，其特征在于：所述第一金属弹性体（6）及第二金属弹性体（7）均为金属弹簧。