CN113314282A - 整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法及防雷装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及防雷装置加工技术领域，尤其涉及一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法及防雷装置。该方法包括通过研磨工艺减少电阻片的分散性，确保每片电阻片均能通过设定电流的测试。通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使电阻片的侧面接触处无气泡，避免了设定电流下残压导致防雷装置侧面绝缘闪络，而出现防雷装置炸裂的问题。通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值，确保在设定电流下电阻片不被破坏。对具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度，使在设定电流下的整个防雷装置不会由于热量集中而破坏。

Description

整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法及防雷装置

技术领域

本公开涉及防雷装置加工技术领域，尤其涉及一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法及防雷装置。

背景技术

防雷装置在电力系统中得到了广泛的应用，氧化锌电阻片是防雷装置的核心部件。电阻片由于其优异的非线性特性和耐受能力广泛应用于电力系统防雷。正常电压下，电阻片为高阻值电阻，起到绝缘作用。雷电过电压下，电阻片转换为低阻值，大电流流过电阻片向大地释放，雷电过电压后，阻值迅速恢复，线路恢复绝缘。

大电流流过电阻片会在电阻片内部产生大量能量，电阻片会出现发热等现象。当冲击电流超过电阻片的承受值，其会出现热崩溃、热穿孔、破裂等现象，并且可能导致避雷器炸裂。现有的测试方法都是只针对电阻片开展性能测试，但在整个结构测试条件下，电阻片的热量扩散受到了结构的束缚，发热更为严重，电阻片热量扩散困难，更容易出现防雷装置破裂的现象。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法及防雷装置。

本公开提供了一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，所述方法包括：

通过研磨工艺减少电阻片的分散性；

通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使所述电阻片的侧面接触处无气泡；

通过对所述具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的表面应力最大值低于所述电阻片的破坏应力值；

通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的内部温升不高于所述电阻片的破坏温度。

可选的，所述通过对所述具有流动性能的材料进行力学性能分析的步骤包括：

所述具有流动性能的材料的力学参数至少包括泊松比和杨氏模量。

可选的，所述通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析的步骤包括：

所述具有流动性能的材料的热学参数至少包括热容量、热扩散系数、热导率。

可选的，所述具有流动性能的材料为高流动性材料；

且至少包括液态硅橡胶、聚氨酯或环氧树脂。

可选的，所述具有流动性能的材料的粘度为10000-20000cps，介电强度为10-25kV/mm，真空度为0～10-5Pa，固化温度为100-200℃，耐受温度大于等于200℃。

可选的，所述通过研磨工艺减少电阻片的分散性的步骤之后，所述方法还包括：

通过喷雾造粒、烧结、压片、涂釉等工艺完成氧化锌电阻片的制作；

通过对通流性能为设定电流的所述电阻片进行通流性能测试，获得所述电阻片被破坏时的热量分布特性；

通过对设定电流的所述电阻片进行力学性能测试，获得所述电阻片的应力破坏临界值。

可选的，所述通过对设定电流的所述电阻片进行力学性能测试，获得所述电阻片的应力破坏临界值的步骤之后，所述方法还包括：

通过在相邻的所述电阻片之间增加液体导电涂料或软质电极片，以增加相邻的所述电阻片之间电极的接触面积，减少接触电阻。

可选的，所述通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的内部温升不高于所述电阻片的破坏温度的步骤之后，所述方法还包括：

在设定电流下对防雷装置进行性能测试，实验结果评估设计参数。

可选的，所述通过研磨工艺减少电阻片的分散性的步骤包括：

研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物；

将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物，并将所述第二产物涂覆在所述电阻片的表面；

所述第二产物的D(90)/D(10)小于10，其中，D(X)表明所述第二产物的所有颗粒粒径的X％都在粒径D(X)下。

可选的，所述研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物时的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-1000r/min；

所述将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物时，第一次的研磨时间为30-50min，第一次的研磨速度为1000-3000r/min；第二次的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-400r/min。

本公开还提供了一种防雷装置，包括芯棒、电阻片和防护桶，所述电阻片设置多个，多个所述电阻片层层连接，且位于两端的所述电阻片分别连接芯棒；

多个所述电阻片位于所述防护桶内部，并与所述防护桶的内壁存在间隙，在所述间隙中灌入具有流动性能的材料。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，包括通过研磨工艺减少电阻片的分散性，确保每片电阻片均能通过设定电流的测试。通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使电阻片的侧面接触处无气泡，避免了设定电流下残压导致防雷装置侧面绝缘闪络，而出现防雷装置炸裂的问题。通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值，并且能够确保在设定电流下电阻片不被破坏。通过对具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度，使在设定电流下的整个防雷装置不会由于热量集中而破坏。因此解决了现有技术中容易出现的防雷装置破裂的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法的流程示意图；

图2为本公开实施例所述整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法的整体的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

现有的电阻片与电阻片之间、电阻片与外部的护套都存在接触面。电阻片之间的界面接触为金属硬性接触，界面的接触电阻值难以一致，接触面电流分布不均匀，电流局部集中，影响电阻片通流性能。电阻片与外部护套的接触面不紧密，会导致电场畸变，易引起侧面闪落。整体结构与单片电阻片性能差距大。而且文献《整只配网用避雷器大电流耐受能力试验研究》选用5家避雷器生产厂家生产的避雷器进行整只避雷器大电流耐受能力研究。在单片电阻片可通过65kA测试的样品中，有85％的避雷器无法通过整只65kA测试，甚至有一些未能通过20、40kA大电流耐受试验。

基于此，本实施例提供一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，能够解决上述的问题。

如图1-2所示，本公开实施例提供的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，能够使整个防雷装置不会由于热量集中而破坏，解决了现有技术中容易出现的防雷装置破裂的问题。

下面通过具体的实施例对整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法进行说明，该方法具体包括：

S101、通过研磨工艺减少电阻片的分散性；

S102、通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使电阻片的侧面接触处无气泡；

S103、通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值；

S104、通过对具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度。

通过研磨工艺减少电阻片的分散性，确保每片电阻片均能通过设定电流的测试。通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使电阻片的侧面接触处无气泡，避免了设定电流下残压导致防雷装置侧面绝缘闪络，而出现防雷装置炸裂的问题。通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值，并且能够确保在设定电流下电阻片不被破坏。通过对具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度，使在设定电流下的整个防雷装置不会由于热量集中而破坏。因此解决了现有技术中容易出现的防雷装置破裂的问题。

下面以设定电流为100kA为例进行说明。

上述步骤S101中，由于电阻片的不均匀性直接导致了在100kA的电流冲击下，电阻片电流分布不均匀，电阻片内部电流分布不均匀，不同区域存在热量差，导致热应力。局部热应力可达到60-100MPa以上，直接导致了电阻片破裂。又电阻片的通流能力提升主要通过颗粒的均匀性进行提升，为了确保每片电阻片的通流性都为100kA，需要提升电阻片通流能力和提升不同电阻片通流的一致性，进而需要提升颗粒尺寸的一致性。进而通过研磨工艺减少电阻片的分散性，首先快速研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物，将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物，第二产物的D(90)/D(10)小于10，其中，D(X)表明第二产物的所有颗粒粒径的X％都在粒径D(X)下，保证里颗粒尺寸的一致性，然后将第二产物涂覆在电阻片表面，减少了电阻片的分散性。

其中，研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物时的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-1000r/min；将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物时，第一次的研磨时间为30-50min，第一次的研磨速度为1000-3000r/min；第二次的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-400r/min，能够使得到的颗粒产物更加均匀。

上述步骤S102中，通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使电阻片的侧面接触处无气泡，避免了设定电流下残压导致防雷装置侧面绝缘闪络，而出现防雷装置炸裂的问题。

其中，当多个电阻片层层连接后，电阻片会装入防护筒中，然后将具有流动性能的材料灌入电阻片和防护筒之间。

另外，多个电阻片层层连接后，对电阻片的侧面会进行防护，避免具有流动性能的材料流入任意两个电阻片之间。

上述步骤S103中，具有流动性能的材料的力学参数至少包括泊松比和杨氏模量，通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，即建立1:1等比例整只防雷装置有限元仿真模型，开展电磁场和热力场的仿真分析，获得相应泊松比和杨氏模量下电阻片的热应力最大值，确保在设定电流下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值。

其中，泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。杨氏模量是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。

上述步骤S104中，具有流动性能的材料的热学参数至少包括热容量、热扩散系数、热导率，通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析，即建立1:1等比例整只防雷装置有限元仿真模型，开展电磁场和热力场的仿真分析，获得相应热容量、热扩散系数、热导率下电阻片的温升最大值，确保在设定电流下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度。

其中，热容量是指没有相变化和化学变化时，1kg均相物质温度升高1K所需的热量。热扩散系数是在物体受热升温的非稳态导热过程中，进入物体的热量沿途不断地被吸收而使局部温度升高，在此过程持续到物体内部各点温度全部相同为止。热导率是物质导热能力的量度，是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。

需要说明的是，具有流动性能的材料为高流动性材料，且至少包括液态硅橡胶、聚氨酯或环氧树脂。

还需要说明的是，具有流动性能的材料的粘度为10000-20000cps，介电强度为10-25kV/mm，真空度为0～10-5Pa，固化温度为100-200℃，耐受温度大于等于200℃。

上述步骤S101之后，该方法还包括：

通过喷雾造粒、烧结、压片、涂釉等工艺完成氧化锌电阻片的制作；其中，喷雾造粒尺寸为50μm～120μm、烧结温度为1000-1200℃、烧结时间为先保温2-5h，再升温8-12h，然后再降温8-12h，压片密度为3.1-3.3g/cm3、涂釉绝缘层耐受能力为≥1.1kV/mm。

通过对通流性能为设定电流的电阻片进行通流性能测试，获得电阻片被破坏时的热量分布特性；主要是在烘箱中开展100kA的通流性能测试，逐步升高烘箱的温度，直到100kA下电阻片出现破坏，记录上一个的烘箱设定温度下100kA通流后电阻片的温升情况。

通过对设定电流的电阻片进行力学性能测试，获得电阻片的应力破坏临界值；依据标准GB/T1040-92，对氧化锌电阻片进行力学性能测试，获得电阻片的应力破坏值。

通过在相邻的电阻片之间增加液体导电涂料或软质电极片，以增加相邻的电阻片之间电极的接触面积，减少接触电阻；电阻片之间增加的液体导电涂料为导电银胶或其他高导电性能的涂料；软质电极片为Al电极等软质电极，电极片的厚度为1-2mm。

上述步骤S104之后，该方法还包括：在设定电流下对防雷装置进行性能测试，实验结果评估设计参数。

如果试验未通过，则依据试验破坏现象优化上述参数，直到试验通过。

如果试验破坏现象为侧面闪落则改善真空灌封工艺，调节材料粘度、真空度、固化温度等参数，再进行组装测试；

如果试验破坏现象为电阻片穿孔、炸裂，调节电阻片多步研磨工艺，调节转速与研磨时间，调节D(90)/D(10)的数值，再进行组装测试。

综上，本公开实施例通过对具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流(100kA)下的电阻片的表面应力最大值低于电阻片的破坏应力值，并且能够确保在设定电流(100kA)下电阻片不被破坏。通过对具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流(100kA)下的电阻片的内部温升不高于电阻片的破坏温度，使在设定电流下(100kA)的整个防雷装置不会由于热量集中而破坏。因此解决了现有技术中容易出现的防雷装置破裂的问题。

本公开实施例提供的防雷装置，包括芯棒、上述的电阻片和防护桶，电阻片设置多个，多个电阻片层层连接，且位于两端的电阻片分别连接芯棒；多个电阻片位于防护桶内部，并与防护桶的内壁存在间隙，在间隙中灌入具有流动性能的材料。

该防雷装置是通过上述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法加工而成，因此该防雷装置能够确保在设定电流(100kA)下电阻片不被破坏，而且整个防雷装置也不会由于热量集中而破坏。因此解决了现有技术中容易出现的防雷装置破裂的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述方法包括：

通过研磨工艺减少电阻片的分散性；

通过真空灌封技术加入具有流动性能的材料，使所述电阻片的侧面接触处无气泡；

通过对所述具有流动性能的材料进行力学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的表面应力最大值低于所述电阻片的破坏应力值；

通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的内部温升不高于所述电阻片的破坏温度。

2.根据权利要求1所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过对所述具有流动性能的材料进行力学性能分析的步骤包括：

所述具有流动性能的材料的力学参数至少包括泊松比和杨氏模量。

3.根据权利要求1所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析的步骤包括：

所述具有流动性能的材料的热学参数至少包括热容量、热扩散系数、热导率。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述具有流动性能的材料为高流动性材料；

且至少包括液态硅橡胶、聚氨酯或环氧树脂。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述具有流动性能的材料的粘度为10000-20000cps，介电强度为10-25kV/mm，真空度为0～10-5Pa，固化温度为100-200℃，耐受温度大于等于200℃。

6.根据权利要求1所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过研磨工艺减少电阻片的分散性的步骤之后，所述方法还包括：

通过喷雾造粒、烧结、压片、涂釉等工艺完成氧化锌电阻片的制作；

通过对通流性能为设定电流的所述电阻片进行通流性能测试，获得所述电阻片被破坏时的热量分布特性；

通过对设定电流的所述电阻片进行力学性能测试，获得所述电阻片的应力破坏临界值。

7.根据权利要求6所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过对设定电流的所述电阻片进行力学性能测试，获得所述电阻片的应力破坏临界值的步骤之后，所述方法还包括：

通过在相邻的所述电阻片之间增加液体导电涂料或软质电极片，以增加相邻的所述电阻片之间电极的接触面积，减少接触电阻。

8.根据权利要求1所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过对所述具有流动性能的材料进行热学性能分析，确保在设定电流下的所述电阻片的内部温升不高于所述电阻片的破坏温度的步骤之后，所述方法还包括：

在设定电流下对防雷装置进行性能测试，实验结果评估设计参数。

9.根据权利要求1所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述通过研磨工艺减少电阻片的分散性的步骤包括：

研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物；

将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物，并将所述第二产物涂覆在所述电阻片的表面；

所述第二产物的D(90)/D(10)小于10，其中，D(X)表明所述第二产物的所有颗粒粒径的X％都在粒径D(X)下。

10.根据权利要求9所述的整只通流性能100kA以上的防雷装置加工方法，其特征在于，所述研磨Bi₂O₃和Sb₂O₃得到第一产物时的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-1000r/min；

所述将第一产物加入ZnO中进行研磨得到第二产物时，第一次的研磨时间为30-50min，第一次的研磨速度为1000-3000r/min；第二次的研磨时间为1-5h，研磨速度为300-400r/min。

11.一种防雷装置，其特征在于，包括：芯棒、电阻片和防护桶，所述电阻片设置多个，多个所述电阻片层层连接，且位于两端的所述电阻片分别连接芯棒；

多个所述电阻片位于所述防护桶内部，并与所述防护桶的内壁存在间隙，在所述间隙中灌入具有流动性能的材料。

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