CN112216453A - 一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过电压保护产品领域，尤其涉及一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器；该防冰避雷器，芯体包括引拔棒、上金具、下金具、下缠绕电极、氧化锌电阻片、上缠绕电极；引拔棒上依次设有下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极；引拔棒顶端与上金具固接，引拔棒底端与下金具固接；下金具和硅橡胶外套上分别设有环形的放电环。本发明采用倒置的宝塔形硅橡胶外套设计，提高该避雷器的防污性能；在大防护伞背面增加半锥形弧形加强筋，增强了其承重能力，可以提高该避雷器防冰、防雨、防雪的能力。该避雷器采用下端为绝缘段和上端为防雷段的外形设计，更能保护内部的氧化锌电阻片不受损坏，且整体小巧、制作方便。

Description

一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器

技术领域

本发明涉及过电压保护产品领域，尤其涉及一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器。

背景技术

近年来，随着高压配电网输电线路更多地架设到一些地形复杂、微地形微气候复杂的高原山区。在这些地理环境特殊的地区，每年发生的配网避雷器故障和缺陷达上千次，而其中大部分为雷击故障所引起，配电线路雷害事故占整个电力系统雷害事故的70～80％，其中约75％以上为感应雷引起，约25％为直击雷引起。

避雷器是电力系统常用的过电压保护产品，其用于保护电力系统的电器设备免受过雷电过电压和操作过电压的损害。目前，避雷器都是以方波来衡量避雷器的通流能力，已不满足配网线路的实际运行工况。在雷雨天气，避雷器耐受多重雷击能力不足，损坏较多，而且在雷击之后，电压变化7～10％左右，不能承受下一次的雷击；有的甚至电压低于线路运行电压，避雷器很快就会热崩溃，产生爆炸。因此配网线路避雷器由感应雷和直击雷引起的跳闸事故时目前必须解决的重中之重。为此，需要提供一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，解决了上述背景技术中提到的由感应雷和直击雷引起的连续多次雷击造成的避雷器损坏的雷害跳闸事故。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，包括芯体和硅橡胶外套，芯体包括引拔棒、上金具、下金具、下缠绕电极、氧化锌电阻片、上缠绕电极；引拔棒上依次设有下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极；引拔棒顶端与上金具固接，引拔棒底端与下金具固接；下金具和硅橡胶外套上分别设有环形的放电环。

作为本发明的一种优选技术方案，芯体还包括表面分布网状菱形防爆孔的网格缠绕骨架，网格缠绕骨架绕设于下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极的外表面；网格缠绕骨架为环氧树脂和玻璃纤维丝复合材料；芯体外表面设有硅烷偶联剂层。

作为本发明的一种优选技术方案，硅橡胶外套为倒置的宝塔形结构，硅橡胶外套包括大防护伞，大防护伞靠近下金具的侧面沿引拔棒环向方向均匀设有二分之一锥形的加强筋。

作为本发明的一种优选技术方案，下缠绕电极到上金具所在区域组成防雷段，下缠绕电极到下金具所在区域但不包括下缠绕电极组成绝缘段，放电环均位于绝缘段。

作为本发明的一种优选技术方案，上金具上固接有针式压线板，上金具上开设有拱形的凹槽，且凹槽与针式压线板形成导线容纳通孔。

一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器的制作方法，包括以下步骤，

(1)将下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极依次叠加，用环氧树脂和玻璃纤维丝通过数控缠绕机编制成绕设于下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极外表面的网格缠绕骨架，并使网格缠绕骨架与下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极不发生相对移动；

(2)将引拔棒穿过下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极的中心，再将引拔棒一端穿入上金具并固定，另一端穿入下金具并固定，形成表面分布网状菱形防爆孔的芯体；

(3)在上述芯体外表面涂刷偶联剂层后，再放入模具中，注射形成带有大防护伞的宝塔形硅橡胶外套；硅橡胶外套和下金具上分别固接放电环。

一种的氧化锌电阻片的制备工艺，包括以下步骤，

(1)分别称量氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、三氧化二钴、二氧化锰、氧化镍、三氧化二铬、二氧化硅和氧化锡并混合，将其完全溶解于6mol/L的硝酸溶液中合，制得混合均匀的金属盐溶液；

(2)向上述金属盐溶液中添加沉淀剂碳酸氢铵溶液并调节pH值为7.2～7.5，20～30℃下使金属离子全部生成沉淀，制得混合碳酸盐沉淀；将该混合碳酸盐沉淀依次过滤、洗涤和煅烧，制得分布均匀的混合金属氧化物粉料；将混合氧化物粉料依次经过湿法球磨、喷雾干燥和过筛，制得粒径分布在80～90μm的球形粉料；

(3)采用低密度成型法将上述球形粉料制成密度为3.0g/cm³的胚体；其中，成型压力26吨，保压时间5s；

(4)将上述胚体在500℃下排胶预烧；将预烧胚体涂布高阻层，1100℃±50℃下烧结时间24h，利用X射线粉末衍射、场发射扫描电镜对氧化锌电阻片烧成过程中各成分固相反应产物分布进行严格监测，及时调整，提高胚体的致密性及各成分的均匀性；

(5)通过磨片，喷涂铝电极，侧面涂覆环氧釉即得氧化锌电阻片。

作为本发明的一种优选技术方案，氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、三氧化二钴、二氧化锰、氧化镍、三氧化二铬、二氧化硅和氧化锡的摩尔比为(75.0～85.0)：(1.0～2.0)：(0.3～1.0)：(0.5～1.0)：(1.0～1.5)：(1.0～2.0)：(0.5～1.0)：(0.5～1.0)：(5～12)。

作为本发明的一种优选技术方案，高阻层由氧化铋，氧化锑，氧化锰，氧化锆组成。

本发明提供了一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，具备以下有益效果：

(1)本发明采用氧化锌电阻片中心穿过引拔棒的方式，抗弯强度提升至8kN～10kN，使该避雷器具有更高的抗弯强度，可代替线路绝缘子使用，且线路无需其他特殊设计；当其直接更换线路绝缘子时，提高了线路更换效率，降低人工成本。

(2)本发明网格缠绕骨架采用网状缠绕编制技术，使得芯体表面形成网状菱形防爆孔，当该避雷器发生故障时，其内部产生的气体更快地从菱形防爆孔中释放，大幅提高气体释放速度，降低压力，使内部元件不会发生粉碎性爆炸，也不会产生碎片，保护了周边设备和人员安全。

(3)利用环形放电环间隙放电，增加了该避雷器非线性限流元件，能将工频续流由正弦波变为尖顶波，切断雷电流的能力更强，有效防止破坏线路绝缘层和长期承受工频电压等缺陷，降低了工频电弧持续击穿引起的断线现象。本发明根据试验数据，最终确定放电环3的直径为150mm且截面积直径为10mm，更好的匹配间隙放电的能力，由雷电冲击50％放电电压试验确定间隙的最大距离为60mm，使间隙与整只避雷器有更好的配合，避雷器遭受雷击时，不会从避雷器外部闪络及避雷器在操作过电压和暂时过电压时不会动作，保证线路正常运行；由工频耐受电压试验确定间隙的最小距离为50mm，雷击使间隙动作后，间隙可以在1～2个工频周期内熄灭工频续流，保证线路正常运行；所以放电间隙的距离在50mm～60mm之间，更好的起到保护线路的作用。

(4)本发明采用倒置的宝塔形硅橡胶外套伞形设计，提高该避雷器的防污性能，降低了线路的污闪故障；在最大直径的大防护伞背面增加半锥形弧形加强筋，保证了硫化时出模的顺利性，增强了大防护伞的承重能力，提高了该避雷器防冰、防雨、防雪的能力，更好的保护避雷器；在雨雪天气，降低避雷器外套闪络的几率，防止伞裙冰棱桥接所引发的覆冰闪络乃至跳闸事故。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图中：1、横担；2、下金具；3、放电环；4、下缠绕电极；5、氧化锌电阻片；6、网格缠绕骨架；7、硅橡胶外套；8、大防护伞；9、上缠绕电极；10、上金具；11、m8螺栓；12、引拔棒；13、高压导线；14、针式压线板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，如图1所示，包括芯体和硅橡胶外套7；

芯体包括引拔棒12、上金具10、下金具2、下缠绕电极4、氧化锌电阻片5、上缠绕电极9和网格缠绕骨架6；引拔棒12上依次层叠套设有截面为圆环的下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9，下缠绕电极4、氧化锌电阻片5、上缠绕电极9和引拔棒12的中心线位于同一直线上；环氧树脂和玻璃纤维丝复合材料的网格缠绕骨架6沿引拔棒12环向方向绕设于下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9的外表面；

引拔棒12顶端与上金具10通过扣压机压接为一体，且引拔棒12底端与下金具2也通过扣压机压接为一体；该避雷器以下缠绕电极4为分界线，下缠绕电极4及下缠绕电极4到上金具10所在区域构成防雷段，下缠绕电极4到下金具2所在区域构成绝缘段；硅橡胶外套7和下金具2上分别设有环形的放电环3；其中放电环3位于绝缘段；

硅橡胶外套7为倒置的宝塔形结构，硅橡胶外套7包括直径最大的大防护伞7，大防护伞7靠近下金具2的侧面沿引拔棒12环向方向均匀设有二分之一锥形的加强筋；硅橡胶外套7还包括N个位于大防护伞8和下金具2之间且直径小于大防护伞8直径的小防护伞，且N为≧2的自然数；采用倒置的宝塔形硅橡胶外套7伞形设计，提高该避雷器的防污性能，降低了线路20％～30％的污闪故障；在最大直径的大防护伞8靠近下金具2的侧面沿引拔棒12环向方向均匀设有4～8根、宽度5mm～8mm且厚度1mm～3mm的半锥形弧形的加强筋；增强了大防护伞8的承重能力；芯体外和硅橡胶外套之间设有硅烷偶联剂层，使芯体与硅橡胶外套之间更好的粘接；

上金具10上固接有针式压线板14，上金具10开设有拱形的凹槽，且凹槽与针式压线板14形成运训导线穿过的导线容纳通孔；采用带针式压线板14，防止鸟害引起的避雷器短路故障等跳闸事故。

该10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器的制作方法，包括以下步骤，

(1)将下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9依次叠加，用环氧树脂和玻璃纤维丝通过数控缠绕机编制成绕设于下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9外表面的网格缠绕骨架6，并使网格缠绕骨架6与下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9不发生相对移动；

(2)将引拔棒12穿过下缠绕电极4、氧化锌电阻片5和上缠绕电极9的中心线，再将引拔棒12两端分别穿入上金具10和下金具2，并用扣压机使其成为一体，引拔棒12、下缠绕电极4、氧化锌电阻片5、上缠绕电极9、网格缠绕骨架6、上金具10和下金具2共同组成芯体；在上述芯体外表面涂刷偶联剂层，再放入模具中，注射形成包括大防护伞8的硅橡胶外套7；硅橡胶外套7和下金具2上分别固接环形的放电环3。

具体实施时，把下金具2插入横担1的安装孔中，用螺母固定；将高压导线13穿过上金具10的凹槽中，再把针式压线板14与上金具10结合，用M8螺栓11连接，把高压导线13压紧固定。

该氧化锌电阻片的制备工艺，包括以下步骤，

(1)分别称量摩尔比为80.0：1.5：0.6：0.8：1.0：1.1：0.9：0.8：8.1的ZnO、Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₂O₃、MnO₂、NiO、Cr₂O₃、SiO₂和SnO₂并混合，将其完全溶解于6mol/L的硝酸溶液中合，制得混合均匀的金属盐溶液；

(2)向上述金属盐溶液中添加沉淀剂碳酸氢铵溶液并调节pH值为7.2～7.5，20～30℃下使金属离子全部生成沉淀，制得混合碳酸盐沉淀；将该混合碳酸盐沉淀依次过滤、洗涤和煅烧，制得分布均匀的混合金属氧化物粉料；将混合氧化物粉料依次经过湿法球磨、喷雾干燥和过筛，制得粒径分布在80～90μm的球形粉料；

(3)采用低密度成型法将上述球形粉料制成密度为3.0g/cm³的胚体；其中，成型压力26吨，保压时间5s；

(4)将上述胚体在500℃下排胶预烧；将上述预烧胚体涂布高阻层，1100℃±50℃下烧结时间24h，利用X射线粉末衍射、场发射扫描电镜对氧化锌电阻片烧成过程中各成分固相反应产物分布进行严格监测，及时调整，提高胚体的致密性及各成分的均匀性；其中，高阻层由氧化铋，氧化锑，氧化锰，氧化锆组成；

(5)通过磨片，喷涂铝电极，侧面涂覆环氧釉即得氧化锌电阻片。

该氧化锌电阻片由ZnO和辅助添加剂原料(Bi₂O₃，Sb₂O₃，Co₂O₃，MnO₂，NiO，Cr₂O₃，SiO₂和SnO₂)制成；其中，稀土金属氧化物SnO₂的引入，是得该氧化锌电阻片的残压比从1.77～1.8降低到1.69～1.71，多重雷击转移电荷能力提高0.2C～0.4C，多重雷击后电压变化率从10％降低到5％以内，大电流耐受能力从100kA提高到120kA。这是因为Sn⁴⁺(0.069nm)的离子半径小于Zn²⁺(0.074nm)，因此部分Sn⁴⁺可以熔于氧化锌晶粒中，降低氧化锌晶粒的阻抗，从而降低该氧化锌电阻片的残压比；一部分Sn⁴⁺则处于晶界处使晶界势垒增加，限制泄漏电流的增加；此外，其他掺杂的Sn⁴⁺离子在晶粒边缘形成小颗粒，限制了ZnO晶粒的生长，提高电位梯度；因此，SnO₂的引入，不仅能进一步提高该氧化锌电阻片的电位梯度，降低残压比，而且通流能力及大电流耐受能力有显著提高，同时还限制泄露电流的增加。

该氧化锌电阻片采用低密度、低压力成型工艺，使用100吨成型压机，每次成型2片，成型压力26吨，保压时间5s，成型密度由3.2g/cm³降低到3.0g/cm³；成型气孔率从5％降低到1％以内，显著提高了氧化锌电阻片的通流密度，通流能力提高10A/cm²～15A/cm²。通过降低烧结温度，增加保温时间的方法提高了氧化锌电阻片烧结的致密性及各成分固相反应的均匀性，降低泄露电流3μA～5μA。采用低温热处理工艺，使γ-Bi₂O₃的生成量从10％提高到30％，老化性能的荷电率从80％提升到90％。

实施例2

一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，硅橡胶外套7还包括N个小防护伞，且N为≧2的自然数；与实施例1不同的是，大防护伞8和所有小防护伞的公切线与引拔棒12轴线的夹角为锐角。

本发明采用下端为绝缘段和上端为防雷段的外形设计，使得整体小巧，制作方便，重量轻；如果绝缘段放在上端，内部电阻片就会处在避雷器弯曲负荷的最大承受点，在风口或恶劣天气的环境中，线路的摆动强度增大，避雷器承受的弯曲负荷增大，并且不断的弯曲-恢复-弯曲的循环，内部的氧化锌电阻片就会随着弯曲负荷不断的挤压，这样可能造成氧化锌电阻片侧面碎裂，避雷器遭受雷击时发生爆炸；所以只有绝缘段放在下端，才能更好地保护避雷器内部的电阻片不受损坏。

该避雷器具备防雷和绝缘支撑的作用，可直接代替线路绝缘子；特别是山林地区，雷击次数频繁，针对感应雷引起的中电流高频率雷击，避雷器每次可以承受2～3次连续雷击过电压，总次数可以达到20次以上的雷击放电，更好的保护了线路输电安全。本发明有效地解决了由感应雷和直击雷引起的连续多次雷击造成的避雷器损坏及雷害跳闸等事故；解决了因防雷跨度比较大，造成的工频电弧持续击穿引起的断线问题；解决了伞裙之间被冰棱桥接，继而引发覆冰闪络乃至跳闸事故；避免了山林地区避雷器遭受雷击发生爆炸，提高了其安全系数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，包括芯体和硅橡胶外套，其特征在于：所述芯体包括引拔棒、上金具、下金具、下缠绕电极、氧化锌电阻片、上缠绕电极；所述引拔棒上依次设有下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极；所述引拔棒顶端与上金具固接，引拔棒底端与下金具固接；所述下金具和硅橡胶外套上分别设有环形的放电环。

2.根据权利要求1所述的10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，其特征在于：所述芯体还包括表面分布网状菱形防爆孔的网格缠绕骨架，所述网格缠绕骨架绕设于下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极的外表面；所述网格缠绕骨架为环氧树脂和玻璃纤维丝复合材料；所述芯体外表面设有硅烷偶联剂层。

3.根据权利要求2所述的10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，其特征在于：所述硅橡胶外套为倒置的宝塔形结构，所述硅橡胶外套包括大防护伞，所述大防护伞靠近下金具的侧面沿引拔棒环向方向均匀设有二分之一锥形的加强筋。

4.根据权利要求1所述的10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，其特征在于：所述下缠绕电极到上金具所在区域组成防雷段，下缠绕电极到下金具所在区域但不包括下缠绕电极组成绝缘段，所述放电环均位于绝缘段。

5.根据权利要求1～4任一项所述的10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器，其特征在于：所述上金具上固接有针式压线板，所述上金具上开设有拱形的凹槽，且凹槽与针式压线板形成导线容纳通孔。

6.一种如权利要求2～4任一项所述的10kv配电线路防多重雷击的防冰避雷器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)将下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极依次叠加，用环氧树脂和玻璃纤维丝通过数控缠绕机编制成绕设于下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极外表面的网格缠绕骨架，并使网格缠绕骨架与下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极不发生相对移动；

(2)将引拔棒穿过下缠绕电极、氧化锌电阻片和上缠绕电极的中心，再将引拔棒一端穿入上金具并固定，另一端穿入下金具并固定，形成表面分布网状菱形防爆孔的芯体；

(3)在上述芯体外表面涂刷偶联剂层后，再放入模具中，注射形成带有大防护伞的宝塔形硅橡胶外套；硅橡胶外套和下金具上分别固接放电环。

7.一种氧化锌电阻片的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，

(1)分别称量氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、三氧化二钴、二氧化锰、氧化镍、三氧化二铬、二氧化硅和氧化锡并混合，将其完全溶解于6mol/L的硝酸溶液中合，制得混合均匀的金属盐溶液；

(2)向上述金属盐溶液中添加沉淀剂碳酸氢铵溶液并调节pH值为7.2～7.5，20～30℃下使金属离子全部生成沉淀，制得混合碳酸盐沉淀；将该混合碳酸盐沉淀依次过滤、洗涤和煅烧，制得分布均匀的混合金属氧化物粉料；将混合氧化物粉料依次经过湿法球磨、喷雾干燥和过筛，制得粒径分布在80～90μm的球形粉料；

(3)采用低密度成型法将上述球形粉料制成密度为3.0g/cm³的胚体；其中，成型压力26吨，保压时间5s；

(4)将上述胚体在500℃下排胶预烧；将预烧胚体涂布高阻层，1100℃±50℃下烧结时间24h，利用X射线粉末衍射、场发射扫描电镜对氧化锌电阻片烧成过程中各成分固相反应产物分布进行严格监测，及时调整，提高胚体的致密性及各成分的均匀性；

(5)通过磨片，喷涂铝电极，侧面涂覆环氧釉即得氧化锌电阻片。

8.根据权利要求7所述的氧化锌电阻片的制备工艺，其特征在于，所述氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、三氧化二钴、二氧化锰、氧化镍、三氧化二铬、二氧化硅和氧化锡的摩尔比为(75.0～85.0)：(1.0～2.0)：(0.3～1.0)：(0.5～1.0)：(1.0～1.5)：(1.0～2.0)：(0.5～1.0)：(0.5～1.0)：(5～12)。

9.根据权利要求8所述的氧化锌电阻片的制备工艺，其特征在于，所述高阻层由氧化铋，氧化锑，氧化锰，氧化锆组成。

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