CN109411169B - 一种提高低压避雷器热响应速度的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高低压避雷器热响应速度的方法，属避雷器领域。其在低压避雷器本体下端设置有内置式热熔脱离组件，在低压避雷器本体下极板的周边，设置一个碗状胶套；在碗状胶套的中心设置一个中心孔；在碗状胶套的中心孔中设置一个导向管；内置式热熔脱离组件同轴线第设置在导向管中。所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来有效减少避雷器的故障热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，来避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后。可广泛用于1kV至0.5kV以下工作电压低压避雷器的设计、制造或运行维护等领域。

Description

一种提高低压避雷器热响应速度的方法

技术领域

本发明属于避雷器领域，尤其涉及一种用于低压电力系统过电压保护的避雷装置。

背景技术

避雷器是用于保护电气设备免受瞬态过电压(雷击、操作、陡波)危害并迅速切断工频续流的一种电器装置，通常与被保护线路或设备并联。

其内部主要元件为非线性电阻(例如氧化锌电阻片)，由于其良好的非线性所以在正常工频电压下呈高阻状态，避雷器不会动作。过电压发生时避雷器动作电阻片导通，过电压冲击电流通过电阻片吸收部分能量后泄入大地，从而对过电压进行削幅，降低被保护设备所遭受的过电压值，限制供电线路的过电压，以保护电气设备的绝缘，从而达到保护电力设备的作用。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电。

目前国内选用的避雷器大多为氧化锌避雷器，主要类型分为有间隙和无间隙两种。有间隙避雷器在线路中对地由间隙隔开，一般常用于线路避雷器。无间隙避雷器广泛用于电站、变压器等设备及配电线路。

避雷器按额定电压值来分类，可分为三类：

高压类：其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV七个等级；

中压类：其指3kV～66kV(不包括66kV系列的产品)范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为3kV、6kV、10kV、35KV四个电压等级；

低压类：其指3KV以下(不包括3kV系列的产品)的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。

无间隙避雷器在自身故障(电阻片受潮劣化)及系统异常时会发生击穿接地。这时在故障点就可能形成持续性的接地。即使系统中的继电保护系统动作，切断故障点与电源的联接。但如不及时找出已损坏的避雷器进行拆除、更换，供电线路仍无法正常送电运行。

避雷器脱离器(disconnector of arrester)，是在避雷器故障时，使避雷器下端引线(亦称接地引线)与系统断开，以排除系统持续故障的一种装置。其与避雷器串联使用，当避雷器出现异常发生故障时，利用故障电流使脱离器动作，自动断开发生故障避雷器的接地端，使得故障避雷器退出运行，防止事故的进一步扩大。

脱离器按使用原理和性能，可分为热熔式(亦称为热融式，下同)脱离器及热爆式脱离器两大类。

热熔式脱离器利用流过失效避雷器中的故障电流，使脱离器中的合金熔片熔断来达到脱离目的。典型的热熔式脱离器如授权公告号为CN 2424526Y，授权公告日为2001年3月21日的实用新型专利“高灵敏而稳定可靠的热融式脱离器”中所示，在此不再详述。

热爆式脱离器是利用流过失效避雷中的故障电流在脱离器中产生电弧，引爆热爆元件来达到脱离目的。典型的热爆式脱离器如公开号为CN 101477861A，公开日为2009年7月8日的中国发明专利申请“避雷器的热爆式脱离器”中所示，在此不再详述。

现有外置的热熔式脱离器或热爆式脱离器，均只适用于高、中压系统，无法应用于0.5kV以下的低压系统中。究其原因，是由于在0.5kV以下低压系统中避雷器的额定电压/运行电压低，击穿不了两电极之间的空气间隙，无法在热爆式脱离器中产生电弧，导致热爆式脱离器无法通过引爆热爆元件来实现接地引线“脱离”的目的。而热熔式脱离器由于是外置使用，故障电流产生的热量传递不到脱离器，因此脱离器无法动作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高低压避雷器热响应速度的方法。其针对额定电压/工作电压在0.5kV以下的低压避雷器，通过在避雷器下极板的周边设置碗状胶套结构，来有效减少避雷器的故障热量损失，避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，以确保带电运行设备和供电线路的运行安全。

本发明的技术方案是：提供一种提高低压避雷器热响应速度的方法，包括在低压避雷器本体下极板的下端面上，设置一个内置式热熔脱离组件，所述的内置式热熔脱离组件由固定在下极板下端面上的金属套筒座、套装设置在接地引线金属芯线前端的内脱离套筒、设置在内脱离套筒与金属套筒座之间的低温热熔介质层和套装设置在内脱离套筒外周的第一储能弹簧构成；设置一个导向管，所述的内置式热熔脱离组件同轴线地贯穿设置在导向管中；在所述导向管的外周，同轴心地设置一个外脱离组件，所述的外脱离组件包括套装设置在导向管外周的外脱离套筒和位于外脱离套筒内的第二储能弹簧；其特征是：

所述低压避雷器的额定电压/工作电压为0.5kV以下；

在所述低压避雷器本体下极板的周边，设置一个碗状胶套；

在碗状胶套的中心位置，设置一个中心孔；

在所述碗状胶套的中心孔中，设置一个导向管；所述的导向管与碗状胶套的中心孔之间固接为一体；

当所述的低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来有效减少避雷器的故障热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后。

进一步的，所述的当低压避雷器出现内部故障时，在导向管的引导和限制下，所述的金属芯线、第一脱离套筒及第一储能弹簧，从低压避雷器本体上中脱落，使故障低压避雷器退出运行，并形成一个明显的断开点，以帮助维修人员迅速发现故障点，快速进行故障低压避雷器的更换。

具体的，所述的碗状胶套为硅橡胶碗状胶套；所述碗状胶套的开口端向上设置。

进一步的，所述的内部故障，至少包括低压避雷器的内部闪络或击穿故障。

当所述的低压避雷器正常运行时，所述的低温热熔介质层处于非熔融的固态状态，将位于低压避雷器下极板下端面上的金属套筒座与内脱离套筒及金属芯线连接为一体，构成电通路，保证低压避雷器的正常工作。

当所述的低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

当下极板的温度超过低温热熔介质层的热熔温度点后，所述的低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，在第一储能弹簧的作用下，内脱离套筒带动接地引线的金属芯线从金属套筒座中拔出/脱落，断开与低压避雷器下极板之间的电接触，形成一个电路连接上的断开点，使故障低压避雷器退出运行；

同时，释放预储弹力伸展开的第一储能弹簧触及到外脱离套筒下端的限位收口，在第一储能弹簧和第二储能弹簧的共同作用下，内置式热熔脱离组件以及外脱离套筒从低压避雷器本体上脱落；藉此来帮助维修人员能远距离地迅速发现故障点，及时进行故障低压避雷器的更换。

进一步的，所述的内部故障，至少包括低压避雷器的内部闪络或劣化故障。

进一步的，所述低压避雷器的内部闪络或劣化故障，造成泄漏电流增大，引起电阻片发热；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过设置内置式热熔脱离组件，在电阻片即将热崩溃；工频短路电流即将产生前，使得内置式热熔脱离组件动作，内脱离套筒带动接地引线的金属芯线从金属套筒座中拔出/脱落，断开与低压避雷器下极板之间的电接触，使损坏的避雷器退出系统，以避免工频短路电流造成的接地事故。

进一步的，构成所述低温热熔介质层的低温热熔介质，为低温焊锡。

进一步的，所述低温热熔介质的固相点或熔点低于150摄氏度。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.在避雷器下极板上构建内置式热熔脱离组件，在低压避雷器上实现了故障避雷器从系统中的自动“脱离”功能，确保故障避雷器能自动退出运行，可防止事故的进一步扩大；

2.通过在低压避雷器的下极板上设置内置式热熔脱离组件，在低压避雷器电阻片即将热崩溃，短路电流即将产生之前，使内置式热熔脱离组件动作，使损坏的避雷器退出系统，以避免短路电流造成的事故；

3.通过设置碗状胶套的结构，能有效减少避雷器的故障热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，来避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后。

附图说明

图1是本发明带有内置式热熔脱离组件的低压避雷器的结构示意图；

图2是本发明图1中A部分的局部结构放大示意图。

图中1为低压避雷器本体，2为下极板，3为碗状胶套，3-1为中心孔，4为金属芯线，5为接地引线，6为金属套筒座，7为第一储能弹簧，8为内脱离套筒，8-1为限位凸起，9为导向管，10为外脱离套筒，10-1为限位收口，11为第二储能弹簧，12为低温热熔介质层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

为了便于理解本技术方案，对几个容易引起混淆的技术问题作如下说明：

1、低压避雷器主要是用来防止雷电造成的绝缘损坏，所以国标中对于低压避雷器，没有操作和陡波冲击电流残压指标。

2、由于氧化锌电阻片优异的非线性，在标称雷电冲击电流下可以快速泄流并降低雷击电压幅值，所以不会有工频短路电流产生。

3、对于低压避雷器而言，短路电流的产生原因是电阻片(亦称阀片)劣化造成泄漏电流增大引起电阻片发热，而电阻片发热更加速泄漏电流增加，发热依次增加，恶性循环造成了电阻片的热崩溃，结果电阻片击穿形成短路，在供电线路与大地之间形成工频短路电流，造成线路恶性事故。

4、通常所述的弧光接地是工频过电压产生的，不是雷击过电压产生的。

5、对于低压避雷器而言，内置式热融脱离组件(亦称脱离器)的作用就是在电阻片即将热崩溃，短路电流即将产生前动作，使损坏的避雷器退出系统，以避免短路电流造成的事故。所以脱离器的型式试验安秒特性试验不是短路电流，对中性点接地系统而言，其试验电流是：20A、200A、800A。

6、对于低压避雷器而言，脱离器应该在短路电流产生前动作，才能起到相应的保护作用。

7.低压避雷器的内部闪络或劣化故障，造成泄漏电流增大，引起电阻片发热；而电阻片发热更加速泄漏电流增加，发热依次增加，恶性循环，造成电阻片热崩溃，结果电阻片击穿形成短路，在供电线路与大地之间，形成工频短路电流，造成线路恶性事故。

本发明的技术方案，提供了一种提高低压避雷器热响应速度的方法，其发明点在于：

在所述低压避雷器本体下极板的周边，设置一个碗状胶套3；

在碗状胶套的中心位置，设置一个中心孔3-1；

在所述碗状胶套的中心孔中，设置一个导向管9；所述的导向管与碗状胶套的中心孔之间固接为一体。

当所述的低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

本技术方案，对于额定电压/工作电压为0.5kV以下的低压避雷器，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来有效减少避雷器的故障热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态；

换句话说，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后。

具体的，在图1和图2中，在低压避雷器本体1的下极板2的下端面上，设置有一个金属套筒座6；

在接地引线5的金属芯线4的前端，套装设置一个内脱离套筒8；

内脱离套筒的下端设置有限位凸起8-1；

所述的内脱离套筒可拔插地插入金属套筒座中设置；

在内脱离套筒的外周，套装设置一个第一储能弹簧7；

所述的第一储能弹簧设置在下极板下端面与内脱离套筒下端的限位凸起之间，处于受压、带有预储弹力的状态；

在内脱离套筒顶部与所述的金属套筒座之间，设置一个低温热熔介质层12；

所述的金属套筒座、低温热熔介质层、内脱离套筒和第一储能弹簧，构成内置式热熔脱离组件；

当低压避雷器正常运行时，所述的低温热熔介质层处于非熔融的固态状态，将位于低压避雷器下极板下端面上的金属套筒座与内脱离套筒及金属芯线连接为一体，构成电通路，保证低压避雷器的正常工作；

当低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

当下极板的温度超过低温热熔介质层的热熔温度点后，所述的低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，在第一储能弹簧预储弹力的作用下，内脱离套筒带动接地引线的金属芯线从金属套筒座中拔出/脱落，断开与低压避雷器下极板之间的接触，形成一个电路连接上的断开点，使故障低压避雷器退出运行；

本技术方案通过在低压避雷器的下极板上设置内置式热熔脱离组件，在0.5kV以下工作电压范围内，实现了故障低压避雷器的自动“脱离”功能。

进一步的，在低压避雷器本体1的下端面，设置一个导向管9；所述的导向管与低压避雷器本体1的下端面之间固接为一体；

所述的金属套筒座、金属芯线、内脱离套筒和第一储能弹簧，同轴线地贯穿设置在导向管中；

当低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

当下极板的温度超过低温热熔介质层的热熔温度点后，受第一储能弹簧预储弹力的作用，在导向管的引导和限制下，所述的金属芯线、内脱离套筒及第一储能弹簧，从金属套筒座中拔出/脱落，使故障低压避雷器退出运行，并形成一个明显的断开点，以帮助维修人员迅速发现故障点，快速进行故障低压避雷器的更换。

进一步的，在所述导向管的外周，同轴心地设置一个外脱离套筒10；所述外脱离套筒的上端，可拔插地设置在低压避雷器本体的下端面上；所述外脱离套筒的下端，设置有向内的限位收口10-1；在导向管的外周，套装设置一个第二储能弹簧11。

所述的第二储能弹簧，设置在低压避雷器本体下端面与外脱离套筒下端的限位收口之间，处于受压、带有预储弹力的状态。

当低压避雷器出现内部故障时，所述的金属芯线、内脱离套筒及第一储能弹簧从金属套筒座中拔出/脱落时，释放预储弹力伸展开的第一储能弹簧触及到外脱离套筒下端的限位收口，在第一储能弹簧和第二储能弹簧的作用下，外脱离套筒的上端从碗状胶套中心孔的外周脱落，所述的金属芯线、内脱离套筒、第一储能弹簧、第二储能弹簧及外脱离套筒从低压避雷器本体上脱落，使故障低压避雷器退出运行，并形成一个明显的电路断开点。

在本技术方案中，内置式热熔脱离组件(简称脱离器)的作用就是在阀片/电阻片即将热崩溃，短路电流即将产生前动作，使损坏的避雷器退出系统，以避免短路电流造成的事故。

在本技术方案中，脱离器应该在短路电流前产生动作。

上述的内部故障，至少包括低压避雷器的内部闪络或劣化故障。

其中，构成所述低温热熔介质层的低温热熔介质，为低温焊锡；所述低温热熔介质的固相点或熔点低于150摄氏度。

此外，作为另外一种实施方式，还可在前述金属套筒座的内壁设置内螺纹结构；在前述内脱离套筒的外表面设置外螺纹结构；金属套筒座与内脱离套筒之间，采用螺纹连接成为一体。

而前述的低温热熔介质层，则设置在内脱离套筒内壁与金属芯线之间。

采用此种结构模式，有助于改善内脱离套筒与金属芯线之间的连接效果，优化金属套筒座与内脱离套筒之间的组装工艺，提高整个低压避雷器的组装工作效率。

由于采用内、外螺纹的连接结构为现有技术，故在此不再给出其详细的结构示意图。

本发明的技术方案，通过在低压避雷器的下极板与接地引线之间设置低温热熔介质层，并辅以碗状胶套来有效减少避雷器的工作热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，避免了因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后，在0.5kV以下工作电压范围内，实现了故障低压避雷器的“热熔式”退出运行和故障低压避雷器的自动“脱离”功能；通过内脱离套筒及第一储能弹簧相结合的结构，实现了低压避雷器发生故障后接地引线的快速脱离，有助于加速接地引线与避雷器之间电连接关系的迅速断开，有助于避免带电“拉弧”现象的发生，有助于确保带电运行设备和供电线路的运行安全；同时，能远距离地对故障退出的避雷器给出明显的可见性视觉标志，便于维修人员远距离及时发现故障点，进行相应的维护和更换。

本发明可广泛用于额定电压/工作电压在0.5kV以下的低压避雷器的设计、制造或运行维护等领域。

Claims (10)

1.一种提高低压避雷器热响应速度的方法，包括在低压避雷器本体下极板的下端面上，设置一个内置式热熔脱离组件，所述的内置式热熔脱离组件由固定在下极板下端面上的金属套筒座、套装设置在接地引线金属芯线前端的内脱离套筒、设置在内脱离套筒与金属套筒座之间的低温热熔介质层和套装设置在内脱离套筒外周的第一储能弹簧构成；设置一个导向管，所述的内置式热熔脱离组件同轴线地贯穿设置在导向管中；在所述导向管的外周，同轴心地设置一个外脱离组件，所述的外脱离组件包括套装设置在导向管外周的外脱离套筒和位于外脱离套筒内的第二储能弹簧；其特征是：

所述低压避雷器的额定电压/工作电压为0.5kV以下；

在所述低压避雷器本体下极板的周边，设置一个碗状胶套，用于有效减少避雷器的工作热量损失；

在碗状胶套的中心位置，设置一个中心孔；

在所述碗状胶套的中心孔中，设置一个导向管；所述的导向管与碗状胶套的中心孔之间固接为一体；

当所述的低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来有效减少避雷器的故障热量损失，保证当低压避雷器出现内部故障时，有足够的热量使低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过在所述下极板的周边设置碗状胶套结构，来避免因避雷器故障热量损失造成的脱离器动作响应滞后。

2.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述的当低压避雷器出现内部故障时，在导向管的引导和限制下，所述的金属芯线、第一脱离套筒及第一储能弹簧，从低压避雷器本体上中脱落，使故障低压避雷器退出运行，并形成一个明显的断开点。

3.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述的碗状胶套为硅橡胶碗状胶套；所述碗状胶套的开口端向上设置。

4.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述的内部故障，至少包括低压避雷器的内部闪络或击穿故障。

5.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是当所述的低压避雷器正常运行时，所述的低温热熔介质层处于非熔融的固态状态，将位于低压避雷器下极板下端面上的金属套筒座与内脱离套筒及金属芯线连接为一体，构成电通路，保证低压避雷器的正常工作。

6.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是当所述的低压避雷器出现内部故障时，避雷器的漏电流增大，避雷器的电阻片过热，上、下极板的温度上升；

当下极板的温度超过低温热熔介质层的热熔温度点后，所述的低温热熔介质层进入半熔融软化状态或熔融状态，在第一储能弹簧的作用下，内脱离套筒带动接地引线的金属芯线从金属套筒座中拔出/脱落，断开与低压避雷器下极板之间的电接触，形成一个电路连接上的断开点，使故障低压避雷器退出运行；

同时，释放预储弹力伸展开的第一储能弹簧触及到外脱离套筒下端的限位收口，在第一储能弹簧和第二储能弹簧的共同作用下，内置式热熔脱离组件以及外脱离套筒从低压避雷器本体上脱落；藉此来帮助维修人员能远距离地迅速发现故障点，及时进行故障低压避雷器的更换。

7.按照权利要求6所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述的内部故障，至少包括低压避雷器的内部闪络或劣化故障。

8.按照权利要求7所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述低压避雷器的内部闪络或劣化故障，造成泄漏电流增大，引起电阻片发热；

所述提高低压避雷器热响应速度的方法，通过设置内置式热熔脱离组件，在电阻片即将热崩溃；工频短路电流即将产生前，使得内置式热熔脱离组件动作，内脱离套筒带动接地引线的金属芯线从金属套筒座中拔出/脱落，断开与低压避雷器下极板之间的电接触，使损坏的避雷器退出系统，以避免工频短路电流造成的接地事故。

9.按照权利要求1所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是构成所述低温热熔介质层的低温热熔介质，为低温焊锡。

10.按照权利要求9所述的提高低压避雷器热响应速度的方法，其特征是所述低温热熔介质的固相点或熔点低于150摄氏度。

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