CN111554460B - 一种防雷击断线与人身触电绝缘子 - Google Patents

Abstract

本专利提供了一种防雷击断线与人身触电绝缘子。该绝缘子中环氧树脂绝缘支撑件位于绝缘段和防雷段内部；板状电极位于绝缘段远离防雷段的一侧；在防雷段处，绝缘支撑件上套置有氧化锌电阻片；球状电极引出部的一端与球状电极电连接，另一端与氧化锌电阻片电连接；球状电极与板状电极间隔设置；硅橡胶伞套位于绝缘段的绝缘支撑件的外表面以及防雷段的氧化锌电阻片的外表面；以绝缘支撑件对称轴所在直线为标准直线，球状电极到标准直线的距离为第一距离d1，板状电极远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第二距离d2，硅橡胶伞套上的伞裙远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第三距离d3，d1＞d2＞d3，以防止雷击断线与人身触电事故发生。

Description

一种防雷击断线与人身触电绝缘子

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种防雷击断线与人身触电绝缘子。

背景技术

随着经济社会的发展，对供电安全性与可靠性提出了更高的要求，防人身触电问题越来越受到广泛的重视。目前，我国安全用电技术仍存在不足，易发生因人身触电引发的电网安全事故。据不完全统计，我国每年因触电导致的死亡人数高达8000余人，超过全球每年矿难死亡人数，人身触电酿成家庭惨剧，造成严重的经济损失和不良社会影响。

目前，10kV配网通过广泛采用绝缘导线来提高线路绝缘性能。相对于传统架空裸导线，绝缘导线可以增加线路绝缘水平。然而，绝缘导线遭受雷击后更易造成雷击断线事故，由于10kV配网中性点不接地，导线单相断线坠地后可带电运行2小时，行人接触或靠近带电导线，会引发触电伤亡。

根据DL/T 815、IEC 6009-8等标准，国际上普遍采用65kA通流能力配网避雷器进行雷击断线与人身触电防护。由于雷电流幅值大，瞬时功率高达数百兆瓦，现有配电网避雷器通流能力不足，难以承受雷电能量，导致配网避雷器雷击故障、雷击断线、人身触电等事故频发。

基于此，亟需研发防雷击断线装备，提高电网供电安全性与可靠性。

发明内容

本发明提供了一种防雷击断线与人身触电绝缘子，解决了相关技术问题中绝缘导线雷击断线与人身触电伤亡难题。

本发明提供的防雷击断线与人身触电绝缘子包括由上到下顺次设置的绝缘段和防雷段；所述绝缘子还包括环氧树脂绝缘支撑件、板状电极、球状电极、球状电极引出部、氧化锌电阻片以及硅橡胶伞套；

所述环氧树脂绝缘支撑件位于所述绝缘段和所述防雷段内部，并使得所述绝缘段和所述防雷段固定为一体；所述板状电极位于所述绝缘段远离所述防雷段的一侧；在所述防雷段处，所述环氧树脂绝缘支撑件上套置有所述氧化锌电阻片；所述球状电极引出部的一端与所述球状电极电连接，另一端与所述氧化锌电阻片电连接；所述球状电极与所述板状电极间隔设置；所述硅橡胶伞套套置于所述绝缘段的所述环氧树脂绝缘支撑件的外表面以及所述防雷段的所述氧化锌电阻片的外表面；所述硅橡胶伞套上设置有多个伞裙；

以所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴所在直线为标准直线，所述球状电极到所述标准直线的距离为第一距离d1，所述板状电极远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第二距离d2，所述伞裙远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第三距离d3，d1＞d2＞d3。

进一步地，所述绝缘子中所述防雷段远离所述绝缘段的端部通过螺孔安装于杆塔横担，所述绝缘段远离所述防雷段的端部设置有线槽，所述线槽用于放置绝缘导线。

进一步地，所述球状电极直径的取值范围5-7cm。

进一步地，所述板状电极上任一点到所述球状电极的距离为第四距离；当所述第四距离取到最小值时，所述第四距离对应的点为标准点；

以所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴垂直的平面为第一平面，所述板状电极上的标准点与所述球状电极的连线与所述第一平面的夹角的取值范围30-45°；

所述球状电极与所述板状电极间隙的尺寸的取值范围为40-60cm。

进一步地，所述硅橡胶伞套上设置有多个伞裙；所述多个伞裙划分为两类，分别为第一类伞裙和第二类伞裙；

沿所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴延伸方向，所述第一类伞裙和所述第二类伞裙间隔设置，其中所述第一类伞裙的伞径大于所述第二类伞裙的伞径。

进一步地，所述绝缘子中所述绝缘段的爬电距离与所述防雷段的爬电距离均大于等于350mm。

进一步地，所述绝缘子中氧化锌电阻片的选取方法包括以下步骤：

计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片需要具备的雷电能量耐受能力与通流能力；

根据所述氧化锌电阻片需要具备的能量耐受能力与通流能力，选取所述氧化锌电阻片。

进一步地，所述计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片需要具备的雷电能量耐受能力与通流能力，包括以下步骤：

获得目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，并基于目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，确定目标线路的耐雷水平Ix；

建立电磁暂态仿真模型，计算在雷电流幅值为Ix时配网线路的雷电流与过电压；

根据所述配网线路的雷电流与过电压，计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力与通流能力。

进一步地，雷电活动分布特性包括目标线路的雷电流幅值概率分布；

预期的防雷击效果参数包括指定输电线路的目标雷击跳闸率；

所述基于目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，确定目标线路的耐雷水平Ix，包括：

基于所述目标线路的雷电流幅值概率分布以及所述指定输电线路的目标雷击跳闸率，确定目标线路的耐雷水平Ix。

进一步地，所述根据所述配网线路的雷电流与过电压，计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力与通流能力，包括：

所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力E0依据下式进行计算：

所述绝缘子中所述氧化锌电阻片通流能力i₀(t)依据下式进行计算：

其中，t表示时间；T表示雷电作用时间；E0表示所述绝缘子中所述氧化锌电阻片吸收的能量，即雷电能量耐受能力；i(t)表示幅值为Ix的雷电流击中导线后，所述绝缘子两端的雷电流波形，由电磁暂态仿真获得；i₀(t)表示波形为4/10μs的雷电电流波形，i₀(t)的幅值即为所述氧化锌电阻片的通流能力；a，b，c表示常数；e^ai(t)+b与

分别代表所述绝缘子中流过雷电流与冲击大电流时所述氧化锌电阻片两端的残压。

本发明提出的防雷击断线与人身触电绝缘子，通过设置所述环氧树脂绝缘支撑件位于所述绝缘段和所述防雷段内部，并使得所述绝缘段和所述防雷段固定为一体；所述板状电极位于所述绝缘段远离所述防雷段的一侧；在所述防雷段处，所述环氧树脂绝缘支撑件上套置有所述氧化锌电阻片；所述球状电极引出部的一端与所述球状电极电连接，另一端与所述氧化锌电阻片电连接；所述球状电极与所述板状电极间隔设置；所述硅橡胶伞套套置于所述绝缘段的所述环氧树脂绝缘支撑件的外表面以及所述防雷段的所述氧化锌电阻片的外表面；所述硅橡胶伞套上设置有多个伞裙；以所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴所在直线为标准直线，所述球状电极到所述标准直线的距离为第一距离d1，所述板状电极远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第二距离d2，所述伞裙远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第三距离d3，d1＞d2＞d3。当雷电作用时，电极间隙击穿，雷电流沿电极间隙以及氧化锌电阻流经杆塔横担并最终进入大地。雷击过后氧化锌电阻片恢复高阻态，限制工频续流电压幅值，最终熄灭工频续流电弧，可以达到防止雷击断线与人身触电事故发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种绝缘导线雷击击穿点位置处温度随时间变化曲线；

图2为本发明实施例提供的一种防雷击断线与人身触电绝缘子的结构示意图；

图3为模拟污秽、覆冰、降雨等条件，对图2中提供的绝缘子中球状电极的直径对冲击放电特性的影响进行实验研究的实验装置图；

图4为本发明实施例提供的一种防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片能量耐受能力与通流能力计算方法的流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

在具体介绍本方案之前，对雷击断线的机理进行阐述。雷击易导致绝缘导线击穿，工频续流电弧集中在一点灼烧，导致导线局部融化断线。当雷电击穿绝缘导线，并产生工频续流电弧时，电弧发热与导线吸热可以表示为式(1)

式(1)中，i₁(t)为电弧电流函数，r表示导线加热部分等效电阻，t₀表示电流作用时间，C表示导线的比热容，m₀表示导线密度，l表示导线加热部分长度，S表示导线横截面积。ΔT表示导线温度升高的变化量。

示例性地，若10kV配网中，绝缘导线采用铝导线，其密度m₀＝2700kg/m³。铝的比热容为C＝0.88×10³J/(kg·℃)，溶点660.37℃。取导线加热部分长度l＝0.1m，绝缘导线横截面积S＝50mm²，导线加热部分等效电阻r＝15mΩ。雷击导致绝缘导线击穿，并产生工频续流电弧。对于雷击导致的绝缘导线单相击穿接地，由于绝缘导线应用于10kV配网中，杆塔自然接地电阻高达数千欧姆，因此单相接地短路工频电流幅值取10A，基于式(1)，可以得到导线击穿点位置处的温度随时间变化曲线，如图1所示。由图1可知，随着时间的不断增加，导线温度不断上升，在1000s左右时刻达到铝的熔点并开始融化，并最终在导线拉力的作用下使得导线熔断。导线熔断坠地后，由于配网中性点不接地，导线断线坠地后可带电运行，人员接触或靠近带电导线，引发触电伤亡。

因此为了杜绝雷击断线事故，进而防止断线触电引发的人身伤亡，需要采用防雷击断线与人身触电绝缘子支撑导线并熄灭工频续流电弧，防止续流电弧持续于一点灼烧，导致绝缘导线断线而造成人身触电伤亡事故。

图2为本发明实施例提供的一种防雷击断线与人身触电绝缘子的结构示意图。该绝缘子包括由上到下顺次设置的绝缘段M和防雷段N，该绝缘子还包括环氧树脂绝缘支撑件1、板状电极2、球状电极3、球状电极引出部4、氧化锌电阻片5以及硅橡胶伞套6。环氧树脂绝缘支撑件1位于绝缘段M和防雷段N内部，并使得绝缘段M和防雷段N固定为一体。板状电极2位于绝缘段M远离防雷段N的一侧。在防雷段N处，环氧树脂绝缘支撑件1上套置有氧化锌电阻片5。球状电极引出部4一端与球状电极3电连接，另一端与氧化锌电阻片5电连接。球状电极3与板状电极2间隔设置，即球状电极3与板状电极2之间形成电极间隙(由于在实际中，该电极间隙中会充满空气，也可以称之为空气间隙)。硅橡胶伞套6套置于绝缘段M环氧树脂绝缘支撑件1的外表面以及防雷段N氧化锌电阻片5的外表面。硅橡胶伞套6上设置有多个伞裙。以环氧树脂绝缘支撑件1对称轴所在直线为标准直线，球状电极3到标准直线的距离为第一距离d1，板状电极2远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第二距离d2，伞裙远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第三距离d3，d1＞d2＞d3。

在使用时，该绝缘子下端(即防雷段N远离绝缘段M的端部)通过螺孔安装于杆塔横担，在绝缘子上部(即绝缘段M远离防雷段N的端部)设置有线槽9，线槽9用于放置绝缘导线。环氧树脂绝缘支撑件1与板状电极2共同支撑绝缘子线槽9中的绝缘导线。

正常工况下，绝缘导线与电极间隙承担线路运行电压。当雷电作用时，电极间隙击穿，如图2中点划线箭头所示，雷电流沿电极间隙以及氧化锌电阻5流经杆塔横担并最终进入大地。雷击过后氧化锌电阻片5恢复高阻态，限制工频续流电压幅值，最终熄灭工频续流电弧，防止雷击断线与人身触电事故发生。

可选地，球状电极3的材料与板状电极2的材料均为金属材料。

在实际设置时，可以根据需要设置在防雷段N处，环氧树脂绝缘支撑件1上套置有多个氧化锌电阻片5(示例性地，图2中共套置有4个氧化锌电阻片5)，多个氧化锌电阻片5沿环氧树脂绝缘支撑件1延伸方向顺次排列。

在此种情况下，在实现“球状电极引出部4一端与球状电极3电连接，另一端与氧化锌电阻片5电连接”时，可选地，继续参见图2，最靠近绝缘段M的氧化锌电阻片5靠近绝缘段M的一侧设置有金属件7，金属件7与最靠近绝缘段M的氧化锌电阻片5电连接。球状电极引出部4一端与球状电极3固定并电连接，另一端与金属件7固定并电连接。由于金属件7与最靠近绝缘段M的氧化锌电阻片5电连接，最终使得球状电极引出部4与最靠近绝缘段M的氧化锌电阻片5电连接。球状电极引出部4有导电材料(如金属)制作形成。

研究表明，对于电极间隙，空间电场不均匀程度越高，放电越稳定。上述方案中，通过设置球状电极3与板状电极2有利于提高空间电场不均匀程度，可以提高放电的稳定性。

需要说明的是，在本申请中，电极2虽然称之为板状电极2，但是在实际设置时，可以设置电极2为平板状、或球面的一部分，或者盘状等。本申请对此不作限制。

考虑到污秽、覆冰、降雨等条件会对放电特征造成影响。图3为模拟污秽、覆冰、降雨等条件，对图2中提供的绝缘子中球状电极的直径对冲击放电特性的影响进行实验研究的实验装置图。结果表明，当球状电极直径小于或等于7cm时，多次冲击放电的击穿电压差别最小，放电电压最稳定。同时，球状电极直径越小，越容易发生覆冰、降雨、污秽等条件下的电晕现象，影响硅橡胶伞套6的寿命。综合以上因素，可选地，设置球状电极直径的取值范围5-7cm。

由于防雷击断线与人身触电绝缘子中伞裙与电极(如球状电极或板状电极)之间、球状电极与板状电极之间、伞裙与伞裙之间容易被覆冰或暴雨桥接，导致工频电压作用下的外绝缘闪络事故。又由于雷电时放电具有随机性，污秽条件下雷电易沿绝缘子外表面发展，不经过氧化锌电阻，导致雷击跳闸停电与断线触电事故。针对于此，上述技术方案中，设置d1＞d2＞d3，其目的是使得伞裙、球状电极、板状电极交错排布，彼此错开安全距离，以降低伞裙与电极(如球状电极或板状电极)之间、球状电极与板状电极之间、伞裙与伞裙之间因覆冰或暴雨被桥接的几率，降低外绝缘闪络事故发生的几率，进而降低雷击跳闸停电与断线触电事故发生的几率。

进一步，继续参见图2，将板状电极2看作点的集合，板状电极2上任一点到球状电极3的距离为第四距离。当第四距离取到最小值时，该第四距离对应的点为标准点A。以环氧树脂绝缘支撑件1对称轴垂直的平面为第一平面，可选地，板状电极2上的标准点A与球状电极3的连线与第一平面的夹角的取值范围30-45°。电极间隙的尺寸(即标准点A与球状电极3的连线的长度)的取值范围为40-60cm。这样设置可以进一步使得球状电极3和板状电极2交错排布，彼此错开安全距离，阻止了电极间隙被暴雨、覆冰等桥接，防止工频电压作用下发生闪络事故。同时在雷电冲击电压作用下，板状电极2和球状电极3之间的电场强度最大，放电电弧优先沿板状电极2和球状电极3之间的空气间隙发展，雷电流流经氧化锌电阻片5，确保工频续流可靠熄弧。

可选地，继续参见图2，硅橡胶伞套6上设置有多个伞裙。多个伞裙划分为两类，分别为第一类伞裙61和第二类伞裙62。沿环氧树脂绝缘支撑件1对称轴延伸方向，第一类伞裙61和第二类伞裙62间隔设置，其中第一类伞裙61的伞径大于第二类伞裙62的伞径。这样设置的目的是阻止了相邻伞裙被暴雨、覆冰等桥接，防止工频电压作用下发生闪络事故。此种情况下，前文中“板状电极2远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第二距离d2，伞裙远离标准直线的边缘到标准直线的距离为第三距离d3，d2＞d3”应当理解为，两类伞裙的伞径均小于板状电极的直径。

在上述各技术方案的基础上，为保证重度污秽条件下雷击不沿绝缘子表面发生闪络，伞裙距离应当保证雷击放电不沿伞裙爬电，即需要保证该绝缘子绝缘段与防雷段爬电距离均大于或等于350mm。其中，该绝缘子绝缘段爬电距离是指沿绝缘段外表面测得的，由绝缘段远离防雷段的端部到绝缘段与防雷段连接的端部之间的最短路径。在图2中，虚线Q的长度为该绝缘子绝缘段爬电距离。类似地，该绝缘子防雷段爬电距离是指沿防雷段外表面测得的，由防雷段与绝缘段连接的端部到防雷段远离绝缘段的端部之间的最短路径。在图2中，虚线Z的长度为该绝缘子防雷段爬电距离。防雷击断线与人身触电绝缘子需要保证工频过电压作用下不放电，且雷击击穿放电电压不大于100kV。试验结果表明，通过设置该绝缘子绝缘段与防雷段爬电距离均大于等于350mm，相对于裸导线而言，绝缘导线在工频和冲击电压作用下的绝缘强度可以增强30-40kV。

由于图2中所示的防雷击断线与人身触电绝缘子的防雷击效果取决于其内部氧化锌电阻片的能量耐受能力与通流能力。因此，为了保证图2中所示的防雷击断线与人身触电绝缘子符合防雷击技术要求，需要先计算绝缘子中氧化锌电阻片需要具备的能量耐受能力与通流能力，然后根据氧化锌电阻片需要具备的能量耐受能力与通流能力，选择电气性能参数合适的氧化锌电阻片。

图4为本发明实施例提供的一种防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片能量耐受能力与通流能力计算方法的流程图。参见图4，该防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片能量耐受能力与通流能力计算方法主要包括以下三个步骤：

S1、获得目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，并基于目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，确定目标线路的耐雷水平Ix。

可选地，雷电活动分布特性包括目标线路的雷电流幅值概率分布P(I)。如果将目标输电线路每一次遭雷击时的雷电流幅值视为一个数据点，雷电流幅值概率分布P(I)为多个数据点的集合。因此，目标线路的雷电流幅值概率分布P(I)可视作为目标线路每一次遭雷击时的雷电流幅值I的集合。

预期的防雷击效果参数包括指定输电线路的目标雷击跳闸率η(单位，次/100km.a)。其中，指定输电线路的目标雷击跳闸率η(单位，次/100km.a)根据所期望得到的防雷击效果确定。

目标线路的耐雷水平Ix是指在当雷电流幅值高于Ix时，该雷电流超出了绝缘子防雷的范围，绝缘子失去了防雷击的作用。若n表示100km长输电线路每年遭雷击次数，利用η/n可以得到预期的防雷击效果下，允许多少次雷电流超出绝缘子防雷的范围。基于雷电流幅值概率分布P(I)，确定Ix取何值时，雷电流幅值大于Ix的总遭雷击次数约等于η/n。此时，Ix所取的值即为目标线路的耐雷水平Ix。

100km长输电线路每年遭雷击次数n的确定方法有多种，示例性地，若已知线路沿途的落雷密度σ(单位，次/km².a)和杆塔的引雷宽度Y(单位，m)，可以根据n＝σ×Y/10，求得nS2、建立电磁暂态仿真模型，计算在雷电流幅值为Ix时配网线路的雷电流与过电压。

在PSCAD软件中建立电磁暂态仿真模型。可选地，线路波阻抗取300Ω。杆塔横担为金属结构，杆塔电感为0.1uH/m。接地电阻取自然接地，为3000Ω。将雷电流幅值为Ix，波形为2.6/50μs的电流源注入输电线路，根据PSCAD暂态仿真模型可以仿真计算得到配网线路各个位置处的雷电流与过电压。

S3、根据配网线路雷电流与过电压，计算防雷击断线绝缘子中氧化锌电阻片雷电能量耐受能力与通流能力。

其中，防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片雷电能量耐受能力E0依据式(2)求得：

防雷击断线与人身触电绝缘子通流能力i₀(t)依据式(3)求得：

式(2)和式(3)中，t表示时间；T表示雷电作用时间；E0表示防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片吸收的能量，即雷电能量耐受能力；i(t)表示幅值为Ix的雷电流击中导线后，防雷击断线与人身触电绝缘子两端的雷电流波形，由电磁暂态仿真获得；i₀(t)表示波形为4/10μs的雷电电流波形，i₀(t)的幅值即为氧化锌电阻片的通流能力。a，b，c表示常数；e^ai(t)+b与

分别代表防雷击断线与人身触电绝缘子中流过雷电流与冲击大电流时电阻片两端的残压。

需要说明的是，在现有技术中残压计算公式为非线性公式，残压计算通常采用离散公式使得计算方法复杂。由于电阻片雷电流作用下主要工作在大电流区段，本申请中式(2)和式(3)对残压在大电流区段的特性进行拟合，得到e^ai(t)+b与

使得计算更加简便。由于通过式(2)和式(3)可以计算得到防雷击断线与人身触电绝缘子中氧化锌电阻片的能量耐受能力与通流能力，从而通过选择合适的氧化锌电阻片，获得符合防雷击技术要求的防雷击断线与人身触电绝缘子。

上述技术方案，为保证雷电流不损坏氧化锌电阻片，通过统计雷电流幅值分布特性，设计通流能力参数选取方法，得到符合要求的氧化锌电阻片电气性能参数。对于采用自然接地改造的杆塔，当4/10μs冲击电流通流能力取100kA以上时，雷电能量耐受能力为60kJ，可以将雷击跳闸率降低至0.06次/100km.a以下，有效防止雷击断线引发的人身触电事故。

本发明分析了雷击断线的机理在于雷击易导致绝缘导线击穿，工频续流电弧集中在一点灼烧，导致导线局部融化断线。采用本发明实施例提供的防雷击断线与人身触电绝缘子可以熄灭工频续流电弧，防止续流电弧持续于一点灼烧，导致绝缘导线断线而造成人身触电伤亡事故。

为保证雷电流不损坏氧化锌电阻片，本发明统计了雷电幅值分布特性，设计了通流能力参数选取方法，可将雷击跳闸故障率降低至0.06次/100km.a以下，防止雷击断线与人身触电事故发生。

为保证雷电流经过氧化锌电阻，本发明还设计防雷击断线与人身触电绝缘子，确保雷击放电沿金属电极击穿并经过氧化锌电阻片。防雷击断线与人身触电绝缘子由防雷段与绝缘段组成，环氧树脂绝缘支撑件贯穿整个防雷段与绝缘段，用于支撑导线重量，氧化锌电阻片安装于防雷段中用于泄放雷电能量，板状电极与球状电极构成交错式电极结构，该结构可以有效控制雷电放电路径，保证电极之间的空气间隙击穿放电，并使得雷电流经过氧化锌电阻片。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种防雷击断线与人身触电绝缘子，其特征在于：所述绝缘子包括由上到下顺次设置的绝缘段和防雷段；所述绝缘子还包括环氧树脂绝缘支撑件、板状电极、球状电极、球状电极引出部、氧化锌电阻片以及硅橡胶伞套；

所述环氧树脂绝缘支撑件位于所述绝缘段和所述防雷段内部，并使得所述绝缘段和所述防雷段固定为一体；所述板状电极位于所述绝缘段远离所述防雷段的一侧；在所述防雷段处，所述环氧树脂绝缘支撑件上套置有所述氧化锌电阻片；所述球状电极引出部的一端与所述球状电极电连接，另一端与所述氧化锌电阻片电连接；所述球状电极与所述板状电极间隔设置；所述硅橡胶伞套套置于所述绝缘段的所述环氧树脂绝缘支撑件的外表面以及所述防雷段的所述氧化锌电阻片的外表面；所述硅橡胶伞套上设置有多个伞裙；

以所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴所在直线为标准直线，所述球状电极到所述标准直线的距离为第一距离d1，所述板状电极远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第二距离d2，所述伞裙远离所述标准直线的边缘到所述标准直线的距离为第三距离d3，d1＞d2＞d3；

以所述绝缘段远离所述防雷段的方向为上，所述球状电极引出部向上弯曲；

所述球状电极直径的取值范围为5-7cm；

所述板状电极上任一点到所述球状电极的距离为第四距离；当所述第四距离取到最小值时，所述第四距离对应的点为标准点；

以所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴垂直的平面为第一平面，所述板状电极上的标准点与所述球状电极的连线与所述第一平面的夹角的取值范围为30-45°；

所述球状电极与所述板状电极间隙的尺寸的取值范围为40-60cm；

所述绝缘子中所述防雷段远离所述绝缘段的端部通过螺孔安装于杆塔横担，所述绝缘段远离所述防雷段的端部设置有线槽，所述线槽用于放置绝缘导线；

所述绝缘子中氧化锌电阻片的选取方法包括以下步骤：

计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片需要具备的雷电能量耐受能力与通流能力；

根据所述氧化锌电阻片需要具备的雷电能量耐受能力与通流能力，选取所述氧化锌电阻片；

所述计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片需要具备的雷电能量耐受能力与通流能力，包括以下步骤：

获得目标区域的雷电活动分布特性以及预期的防雷击效果参数，并基于所述目标区域的雷电活动分布特性以及所述预期的防雷击效果参数，确定目标线路的耐雷水平Ix；

建立电磁暂态仿真模型，计算在雷电流幅值为Ix时配网线路的雷电流与过电压；

根据所述配网线路的雷电流与过电压，计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力与通流能力；

所述根据所述配网线路的雷电流与过电压，计算所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力与通流能力，包括：

所述绝缘子中所述氧化锌电阻片雷电能量耐受能力E0依据下式进行计算：

所述绝缘子中所述氧化锌电阻片通流能力i₀(t)依据下式进行计算：

其中，t表示时间；T表示雷电作用时间；E0表示所述绝缘子中所述氧化锌电阻片吸收的能量，即雷电能量耐受能力；i(t)表示幅值为Ix的雷电流击中导线后，所述绝缘子两端的雷电流波形，由电磁暂态仿真获得；i₀(t)表示波形为4/10μs的雷电电流波形，i₀(t)的幅值即为所述氧化锌电阻片的通流能力；a，b，c表示常数；e^ai(t)+b与

分别代表所述绝缘子中流过雷电流与冲击大电流时所述氧化锌电阻片两端的残压；

采用自然接地改造的杆塔，当4/10μs冲击电流通流能力为100kA以上时，雷电能量耐受能力为60kJ，雷击跳闸率为0.06次/100km.a以下。

2.根据权利要求1所述的绝缘子，其特征在于：所述硅橡胶伞套上设置有多个伞裙；所述多个伞裙划分为两类，分别为第一类伞裙和第二类伞裙；

沿所述环氧树脂绝缘支撑件对称轴延伸方向，所述第一类伞裙和所述第二类伞裙间隔设置，其中所述第一类伞裙的伞径大于所述第二类伞裙的伞径。

3.根据权利要求1所述的绝缘子，其特征在于：所述绝缘子中所述绝缘段的爬电距离与所述防雷段的爬电距离均大于或等于350mm。

4.根据权利要求1所述的绝缘子，其特征在于：

所述雷电活动分布特性包括目标线路的雷电流幅值概率分布；

所述预期的防雷击效果参数包括指定输电线路的目标雷击跳闸率；

所述基于所述目标区域的雷电活动分布特性以及所述预期的防雷击效果参数，确定目标线路的耐雷水平Ix，包括：

基于所述目标线路的雷电流幅值概率分布以及所述指定输电线路的目标雷击跳闸率，确定目标线路的耐雷水平Ix。

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