CN112510666B - 一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置及安装方法，包括绝缘筒、接入极、隔离保护环、氧化锌防护器和接地极，所述氧化锌防护器为圆筒状结构，套装在绝缘筒上，绝缘筒一端设有与电力线缆相连接的接入极，另一端设有与接地金属管相连接的接地极，位于氧化锌防护器与接入极之间的绝缘筒上套装有隔离防护环。本发明被保护的电力线缆从接地金属管和电磁脉冲的同轴防护装置穿过，避免接地线的电感与电力线缆分布电容发生并联谐振，大大提高电磁脉冲防护效率。
Description
技术领域
本发明涉及电磁脉冲防护技术领域，尤其涉及一种从架空转埋地的电力线缆传导电磁脉冲防护的同轴装置及安装方法。
背景技术
随着信息化的发展，各种电子信息设备被广泛使用，电磁脉冲对电子信息设备构成巨大威胁。电磁脉冲主要有雷电电磁脉冲和核电磁脉冲，最常见的是雷电电磁脉冲。电磁脉冲进入信息化电子设备的主要途径是从电源线传导进来，因此电力线缆防电磁脉冲的威胁尤为重要。目前的电力线缆都广泛安装防雷装置，主要是安装氧化锌避雷器和雷电间隙保护器等。此类防雷装置对防止雷电对电子设备的破坏起到了重要作用，同时，也会对核电磁脉冲有一定的防护能力。但是，即使在电力线路安装防雷装置，还经常发生电子设备因雷击浪涌从电源线传入而受到破坏。一是因为防护器装置结构不完善，二是防护装置的安装方法不恰当，造成电力线路发生并联谐振，使防护装置的防护性能大大降低了。
CN106802112A公布了一种圆柱形结构的电磁脉冲防护装置，该装置由多个环形防护层叠加组成，其中每一个环形防护层从里到外设置多条圆形轨道，每条圆形轨道上连续设置多个防护单元，通过防护单元对电磁脉冲的反射、吸收或衰减，起到对径向辐射来的电磁脉冲进行防护，类似金属屏蔽体对电磁脉冲辐射的屏蔽作用。但该装置对轴向辐射或传导过来的电磁脉冲不能防护。
发明内容
针对现有的电力线缆上的防雷装置及安装方法所存在的问题和不足，本发明的目的在于设计一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置及安装方法，避免传统的防护装置接地线电感与电力线缆的分布电容发生并联谐振，从而提高防护装置对电磁脉冲的防护能力。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
作为本发明的一方面，提供了一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置，包括绝缘筒、接入极、隔离保护环、氧化锌防护器和接地极，所述氧化锌防护器为圆筒状结构，套装在绝缘筒上，绝缘筒一端设有与电力线缆相连接的接入极，另一端设有与接地金属管相连接的接地极，位于氧化锌防护器与接入极之间的绝缘筒上套装有隔离保护环。
作为本发明的另一方面，提供了一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置的安装方法，包括如下步骤：
当被保护的电力线缆设有铠装层，剥开电力线缆的一截铠装层，将露出的电力线缆接头内嵌在同轴防护装置内，同轴防护装置的接入极连接电力线缆接头中心的金属芯，铠装层与同轴防护装置的接地极电气连接；
将同轴防护装置的接地极与接地金属管螺纹紧密配合拧紧，并在同轴防护装置与电力线缆接头之间采用绝缘胶填封间隙；
电力线缆埋地后，每隔设定距离将铠装层接地，实现铠装层多点接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
圆筒状的氧化锌防护器套在被保护的电力线缆上，构成同轴结构，能提高防护装置的散流能力，并提高对快前沿电磁脉冲的响应速度；
采用了隔离保护环避免了电力线缆上正常工作电压加载在氧化锌防护器上，能有效防止它老化，延长其寿命；
圆筒状的氧化锌防护器由多瓣氧化锌模块串并联组成，提高耐压和通流能力；
因防护泄流接地金属管也套在电力线缆上，使得接地金属管与电力线缆形成同轴传输结构，与同轴电缆类似，从而避免接地线的电感与电力线缆分布电容发生并联谐振，大大提高防护效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。其中：
图1是本发明实施例一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置的结构示意图；
图2是本发明的雷电通道电感计算示意图；
图3是传统的接地线电感与电力电缆分布电容并联谐振电路原理图；
图中：1、接入极，2、隔离保护环，3、氧化锌防护器，4、接地极，5、绝缘筒，6、中心孔，7、外螺纹。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置，包括绝缘筒5、接入极1、隔离保护环2、氧化锌防护器3和接地极4，其中氧化锌防护器3为圆筒状结构，套装在绝缘筒5上，绝缘筒5一端设有与电力线缆相连接的接入极1，另一端设有与接地金属管相连接的接地极4，位于氧化锌防护器3与接入极1之间的绝缘筒5上套装有隔离保护环2。
具体的，氧化锌防护器3由多瓣氧化锌模块串并联构成，以增大通流和耐压能力。绝缘筒5为中空结构，接入极1上设有用于穿过电力线缆的中心孔6。隔离保护环2、氧化锌防护器3与绝缘筒5之间的间隙通过绝缘密封胶进行绝缘密封。接地极4上设有与接地金属管相连的外螺纹7，与接地金属管螺纹连接。
当电力线缆有电磁脉冲高电压大电流时，电磁脉冲高压从接入极1开始击穿隔离保护环2表面，电磁脉冲大电流流过圆筒状的氧化锌防护器3，到达接地极4，由接地金属管泄流到大地。圆筒状的氧化锌防护器3起到限压保护作用。隔离保护环2的表面击穿距离为电力线缆的正常工作电压击穿距离的1.5倍，可以通过试验测试获得，使得正常工作时不击穿。
作为本发明的另一实施例，采用对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置进行电磁脉冲防护的安装方法，包括如下步骤：
S1，被保护的电力线缆套在接地金属管上，接地金属管的上端设有内螺纹，与防护装置的接地极4的外螺纹7配合；
S2，当被保护的电力线缆设有铠装层，在电力线缆的接头上剥开一截铠装层，然后将露出的电力线缆接头内嵌在同轴防护装置内；
S3，铠装层通过导电衬垫(如铜网)与防护装置的接地极4紧密连接并电气上连通；
S4，将防护装置的接地极4的外螺纹7与接地金属管之间的内螺纹紧密配合拧紧，并将防护装置与电力线缆接头之间采用绝缘胶填封间隙；
S5，采用焊接连接防护装置接入极1的中心孔6与穿过中心孔6的电力线缆接头中心的金属芯；
S6，当电力线缆埋地后，每隔一段距离(如20m)将铠装层接地，可实现铠装层多点接地。
本发明的对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置原理如下：
地闪雷电流是由云中的电荷对地放电引起的。雷电通道的电感与雷电流引起的磁链关联。为了方便计算，进行模型简化，假设带电雷云是圆极板，其半径为a，高度为h，电荷均匀布，如图1所示。模型简化后，根据安培环路定理，带电雷云圆极板外围无雷电磁场，磁场仅限于极板下面的空间内。该磁场与雷电通道电感关联。设半径为r0雷电通道中的电流I与圆极板下面均匀分布的位移电流id构成电流闭环，位移电流方向与雷电通道中电流方向相反，如图2所示。
在垂直磁场方向、与雷电通道距离r处的纵向截面微元dSi上由I引起的磁场分布Bi(先不考虑位移电流引起的)，可由安培环路定理计算：
由此可得该截面上的磁通为
该截面上的磁通与磁链相等
dψi＝dφi (3)
因此由I引起的外部总磁链为：
实际上，雷电通道外磁链还应包括由分布位移电流引起的部分，由于电流方向相反，它会起减弱作用，可参照长直圆导线内自感推导过程中的磁链计算方法进行计算。可计算得到由分布位移电流引起的总磁链为
因此雷电通道外部的总磁链为：
由此可得雷电通道外部的电感为再加上雷电通道内自感/>可得整个雷电通道的总电感为/>与同轴线的电感计算公式相似，只是其外径为带电雷云圆极板的半径。
如果r0＝5cm，a＝1km，可算得雷电通道的分布电感为1.98μH/m；如果r0＝0.5cm，a＝1km，可算得雷电通道的分布电感为2.44μH/m；如果r0＝5cm，a＝100km，可算得雷电通道的分布电感为2.90μH/m。因此可以用每米2～3μH的电感量来估算雷电通道电感。
电力线缆上的防雷器通常装在电力线缆入地或接入变压器之前，安装高度较高，一般在5m以上，通过单独的接地线从防雷器下面将雷电流引入大地。根据雷电通道电感的计算，5m高的雷电流泄放地线的电感量在10～15μH，这个电感值对地线的粗细不敏感。因为地线电感的存在，对防雷器迅速将雷电流泄放到大地造成很大的阻碍作用，不利于防雷。如果防雷器后面的电力线缆为埋地电缆，这个接地线电感将造成致命的缺陷——与电力线缆发生并联谐振，使防雷器起不到防雷作用。原因是埋地电力线缆存在分布电容，例如对6/10kV单芯截面50mm2电缆千米电容量为0.2357μF，200m长时为0.0471μF，与接地线10～15μH电感发生并联谐振，如图3所示，谐振频率为189.3～231.9kHz，而这个频率范围正好是雷电流的主要频率范围，因为这个谐振点的存在从而造成防雷失效。
本发明的对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置制作成环型管状，套在电力线缆入地前的接头上，并通过套在电力线缆上的接地金属套管接地，同轴防护装置可直接通过螺纹与接地套管紧密连接，使得接地线与电力线缆形成同轴传输结构，与同轴电缆类似，从而避免防雷器接地线电感与电力线缆分布电容发生谐振。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置，其特征在于，包括绝缘筒、接入极、隔离保护环、氧化锌防护器和接地极，所述氧化锌防护器为圆筒状结构，套装在绝缘筒上，绝缘筒一端设有与电力线缆相连接的接入极，另一端设有与接地金属管相连接的接地极，位于氧化锌防护器与接入极之间的绝缘筒上套装有隔离保护环；所述氧化锌防护器由多瓣氧化锌模块串并联构成，以增大通流和耐压能力；所述接地极上设有与接地金属管相连的外螺纹，与接地金属管螺纹连接；
所述对电力线缆传导电磁脉冲的同轴防护装置的安装方法，包括如下步骤：
当被保护的电力线缆设有铠装层，剥开电力线缆的一截铠装层，将露出的电力线缆接头内嵌在同轴防护装置内，同轴防护装置的接入极连接电力线缆接头中心的金属芯，铠装层与同轴防护装置的接地极电气连接；
将同轴防护装置的接地极与接地金属管螺纹紧密配合拧紧，并在同轴防护装置与电力线缆接头之间采用绝缘胶填封间隙；
电力线缆埋地后，每隔设定距离将铠装层接地，实现铠装层多点接地。
2.根据权利要求1所述的同轴防护装置，其特征在于，所述绝缘筒为中空结构，接入极上设有用于穿过电力线缆的中心孔。
3.根据权利要求1所述的同轴防护装置，其特征在于，所述隔离保护环、氧化锌防护器与绝缘筒之间的间隙通过绝缘密封胶进行绝缘密封。
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