CN1134794C - 电涌放电器组合件 - Google Patents

Abstract

电涌放电器(2)的故障指示器设备利用了常规的爆炸切断开关(10)。由于接地故障电流通过放电器(2)而使切断开关(10)动作会引起电弧的形成。切断开关(10)从放电器(2)离开的运动由一支持设备(18、20)所导引和限制，该设备随后提供一个固态和永久的从放电器端子(12)对地(6)的导电通道从而使电弧熄灭。

Description

电涌放电器组合件

本发明涉及电涌放电器，特别是涉及有电涌放电器的组合件，它们被设计成能在出现故障时提供一个指示。

电涌放电器有时也叫电涌分流器，通常是用于在电力的配电和供电中保护其它电器设备避免例如由雷击引起的过高的因而通常也是破坏性的电压。电涌放电器在电气上连接在例如5千伏或更高电压的电器与大地电位之间，而且在没有过电压时它是绝缘的，这个过电压指的是超过了相关设备所能承受的电压。在出现过电压时，电涌放电器变为导通的，以便把随之而产生的电流安全地分流到大地。然后放电器恢复到它的绝缘状态。

然而，在某些情况下，雷击可能发生在极其靠近电涌放电器的地方，以致流过放电器的电功率强大得足以损坏放电器，在极端情况下甚至完全毁坏它。在不那么极端的情况下，这种损坏可能导致形成一个对地的连续电流通道。电涌放电器还可能遭受其它故障情况。在电力配电网中可能出现这样一些故障，其中较低的故障电流(例如10安)以较短的时间在高电压和大地之间流过电涌放电器。这特别可能出现在下列网络中：具有绝缘的中性线的网络、带阻抗接地中线的网络、以及具有在远处接地的很高接地电阻的单点接地中性导线的网络。在这些情况下，电涌放电器可能在内部失效而在外表却没有损坏的标志，因而维护人员难以从外观鉴别损坏的避雷器。

为了把失效的放电器从加在其上的电压或和地隔离开，有时使用切断开关。这种切断开关是这样安置的，当检测到预定的故障条件时(这种预定条件通常是一个最小电流流通一定的最小时间)，就使开关的物理上和电涌放电器分开因而切断其到地的通路。最初，会引燃一个电弧，但随着切断开关进一步分离，电弧会熄灭。但是，除非在每次暂时的相对地的故障之后对网络中的每个电涌放电器都进行目视检查，否则网络将在带着失效的且已断开的放电器的状况下继续运行，从而降低了安全度。这种情况是可能发生的，因为例如在架空电力线上的接地故障是相当普遍的。接地故障，也就是说切断开关的这种动作，可在系统控制室中检测到，于是断路器就切断电源并在短时间之后重新合闸以接通电源。如果故障是暂时性的，系统将继续处于带电状态。接地故障可以出现在系统中的任何部分而并不一定和电涌放电器相关。于是故障已被清除这一事实就不会提供一种动机，使得将线路技术人员派送去检查所有电涌放电器的情况。

WO-A-93/01641(Joslyn公司)公开了一种带有失效电涌放电器报警设备的高电压电涌放电器。在这一装置中，如果放电器失效，切断开关就脱开并提供一个可见的指示，表明放电器已失效，与此同时由另外一个导体来重新建立对电涌放电器的连接，从而在电涌放电器与地电位之间维持一个导电通道。在切断开关因爆炸而与放电器分离时，切断开关只通过一个柔性导体和装置保持相连，并不形成再连接电路的任何部分。用于建立起对电涌放电器的再连接的另外的导体是由一个弹性构件形成的，它由分离开的切断开关在张力下释放出来并通过它的弹性返回来与电涌放电器建立再连接。在某些情况下，在例如有大电流流过时会产生强大的机械斥力，因而会使这种弹力不足以维持良好的电连接。

本发明的一个目的是提供一种电涌放电器组合件，它以特别方便的方式克服或至少减轻已知装置的这些缺点。

因此，按照本发明的一个方面，提供一种电涌放电器组合件，它包括：

(a)一个电涌放电器，具有

(i)第一端子，在使用中用于连接到处于第一电位的一个远距离的第二端子上，以及

(ii)第三端子，在使用中用于连接到处于和上述第一电位不同的第二电位的远距离的第四端子上，其中在使用时，该第一端子位于上述第三端子的垂直下方；

(b)在工作时用于把电涌放电器的第一端子在电气上连接到上述第二端子的装置，该连接装置被安装成可根据电涌放电器的预定的故障条件而在物理上与该第一端子脱开；以及

(c)再连接装置，用于在上述脱开之后从电涌放电器的上述第一端子到上述第二端子之间提供一个固体的导电通路；其中

(d)该再连接装置被安装成在脱开时把连接装置导向离开电涌放电器并在上述第一端子垂直下方的位置支持该连接装置。

预先确定的故障条件可以有这样的特征，例如，流过的电流超过15安，时间超过0.5秒。

连接装置最好包括一个绝缘的延长的导电构件，在直到脱开之前它和电涌放电器的第一端子有直接的电接触，而在脱开之后，它和上述的再连接装置建立起电接触。

在脱开时，连接装置最好能被导引通过一个第五端子，该第五端子形成了再连接装置的部分的支持结构并且它在电气上连接到电涌放电器的第一端子，从而使得在连接装置是由再连接装置支持时，它的导电构件和第五端子处于电接触状态下。

最好是，在脱开之前，连接装置的至少延伸通过第五端子的部分是刚性的。

连接装置最好有一个斜坡形的外圆周表面，在脱开之后它由再连接装置的斜坡形圆孔所支持，两种斜坡的相应的角度是各不相同的。在这种的结构中，与具有的斜坡角度是基本相等的情况相反，当故障得到修复时，连接装置可以容易地从再连接装置的支持构件移开。

通常，电涌放电器的下面的第一端子将基本上处于地电位，而第二端子是一个接地点，上面的第三端子将处在第四端子的高电压(例如1千伏或更高)，这个端子可以成为电器设备的一部分，例如，成为架空配电导线。因此，此后为了方便起见(不过，不是作为限制)，连接将以相对于地电位作为参考点。

这样，在放电器发生故障的情况下本发明的组合件提供一个脱开功能。于是接地装置和放电器的接地端子的分离导致电弧的形成。然后提供一个从端子通向大地的固体的，也即非气体的、永久性的导电通路使得电弧被熄灭，并且故障电流沿着通路而流到地。下面的情况是特别有利的：接地装置本身不仅响应于故障而在物理上能与电涌放电器端子断开，而且然后还形成了固态的接地通路的一部分。即使接地装置断开而产生的电弧已熄灭但故障电流仍被维持，这一事实可以防止相关的断路器永久性地将电源再次接回到设备上去。因此，必须派出线路技术人员去确定并替换已失效的放电器，然后才能恢复供电，从而保证了电力系统的安全性。

在响应上述故障条件时，接地装置最好是能在物理上连接到电涌放电器的第一位置和使它支持在离开上述电涌放电器端子的一个构件上的第二位置之间移动。通常当使用一个常规的切断开关时，在操作之后，它就自由地悬挂在电涌放电器的下方，如在WO-A-93/01641中所说明的那样。通过安排而使这种脱开从电涌放电器的下边端子处发生，就可由重力来保证分离运动的有效性。另外，通过使连接装置在断开时导引到一个规定的支持构件上，就可以保证在电涌放电器第一端子和后缩的切断开关之间所引发的电弧能确切地熄灭。然后对切断开关的牢靠的支持和固定提高了重新建立的固态的导电通道的整体性，并尽可能减小自由移动的切断开关偶然地重新引燃对电涌放电器端子的电弧放电的危险性。

应该理解，电涌放电器的第一端子是位于第三端子的垂直下方，但并不要求直接在其垂直下面。这就是说，虽然电涌放电器的常规取向是基本上垂直的，但这并非是必要的取向，它可以与垂直方向有倾斜，而把断开安排成发生于在它的两个端子的下方。在放电器被安装成基本上水平方向的情况下，断开可以在它的任何一个端子上发生，任何一个都可看作是比另外一个处于其垂直下方的位置上。

支持构件最好是电连接到放电器的端子上以便提供固态的导电通道。

最好一部分接地装置是刚性的并在上述两个位置之间移动时由支持构件导引。接地装置的刚性部分最好包括一个绝缘的延伸导电构件，它延伸穿过支持构件中的圆孔。

电涌放电器本身可以是任何合适的结构。例如，电涌放电器的元件可以包括多个压敏电阻块，例如包含氯化锌材料的电阻块。电涌放电器被包括在一个绝缘的外壳中，它最好由聚合物材料经热缩成形而构成。外壳上可以提供一个或多个伞形外裙，以便增加放电器各端子之间接地漏电途径的距离并减除对它的液体污染。

按照本发明的电涌放电器将参考附图并以举例的方式加以说明，在附图中：

图1表示组合件在其正常的无源配置时的立视图；

图2表示图1的组合件在刚刚发生一个故障后的情况；

图3表示图1的组合件在它故障后的最终形态的情况；

图4A和4B分别以放大的细节示意性地表示另外一种具有修改过的切断装置在动作前和动作后的情况；

图5A和5B表示另外一种具有以不同方式修改过的切断装置的组合件；

图6A和6B显示又一种具有以不同方式修改过的切断装置的组合件；

图7表示对图1到3的组合件的另外的修改的放大了的细节。

参阅附图，伞裙形的聚合物材料的电涌放电器2有一个上部端子4连接到一个高压电器上(未示出)。在其下端，放电器2在物理上由一个接地块6所支持，并由一个绝缘体8与它分隔。切断开关10安装在放电器2的下端并与放电器下面的接地端12有电连接(图2，3)。一个刚性的绝缘的导电棒14从切断开关10的一端15向下延伸，并由一个柔性的导体16连接到接地块6，从而为放电器端子12提供接地。

一个绝缘的导电支架18安装在电涌放电器2的下端并和接地端12有电连接。支架18以L形从放电器2往下延伸以便直接在切断开关10的下方安置一个电极20。绝缘棒14延伸通过电极20中的圆孔。

如图1所示，高压电器(未示出)连接到电涌放电器2的高电压端4，而电涌放电器2本身则正常起作用。这就是说，放电器2作为绝缘体而工作，没有电流流到块6的接地点上。

在放电器2出现故障时，故障电流流经电涌放电器2并当它流经切断开关10时被它检测到，然后电流流经棒14和柔性导电体16而到达块6的接地点。切断开关10动作并把它自己从电涌放电器处弹出(图2)。在电涌放电器的接地端12和缩回去的切断开关10之间引燃一个电弧22。切断开关10在其运动时被刚性的绝缘棒14的滑动通道所引导而经过在支架18上的电极20。

切断开关10的运动由于受到它和支架18之间的约束而停止住。在这一位置，在紧贴于支架电极20中的切断开关10的下部端子15之间建立起良好的电接触。因此从电涌放电器的接地端12，经过支架18到它的电极20，然后经过切断开关端子15和绝缘棒14及柔性导体16而到接地块6，建立起一个固态的永久的导电通道。由于这一通道的阻抗小于经过电弧22到地的阻抗，因而电弧熄灭，使所有的故障电流都经过这个固态的通路。

通过电涌放电器而到大地的连续流动的电流这时将防止和高压电器相联的断路器以及它的供电电源重新建立起恢复供电。因此，失效的放电器将被更换，从而维持系统的安全供电。

图4A和4B表示切断开关装置10′的稍加修改的形式，其中它的下部端子15′具有截头圆锥体的形式以便提供一个在支架电极20之内的稳定配合的结合。图4B表示在经过动作之后的切断开关10′，其上面的部分23仍然连接在电涌放电器2上，而其下面部分26则与其相隔开并由支架18所支持。绝缘棒14被部分切断以显露被包含在内的导电构件。

图5A和5B表示图4A和图4B的切断开关10′的一个修改，在其中位于电涌放电器2和支架19的下臂之间的绝缘的或被绝缘的螺旋线圈28被简要地作了显示，这是用来在切断开关从它的上半部分24分开时作为棒14和切断开关的下半部分26的移动的导轨。导轨28的开放结构允许从解体的切断开关10′分散出的任何散片可以在那里穿过。

图6A和6B表示切断开关装置的另外一种修改，在其中一根绝缘的通风管40从电涌放电器2悬垂向下地悬挂着并支持电极20。绝缘棒14从支架电极20向上伸出(如在通风管40的切断部分所见)并在通风管40的沟道42中被引导。沟道42和其它沟道44通向外部以允许在发生切断时爆炸气体通过通风管40向外排出。

参阅图7，这是处于断开状态(图3)并被安装在支持结构上的组合件2的一个修改的放大的细节图，它表示切断开关10a的下部一端、它的端子15a以及从那里延伸的锥度角为β的截头圆锥部分50，这个圆锥部分50导向一个刚性的绝缘的导电棒14a。支架备有其形式为截头圆锥体圆孔52的电极20a，圆锥角为α。其结构是设计成使圆锥角α≠β，并且如图所示，α＞β，因而在部件50和52之间只存在着线接触而不是如α＝β时将会存在的面接触。因此可以方便地把切断开关10a随后从支架中分离出来。

Claims (9)

1.一种电涌放电器组合件，包括：

(a)一个电涌放电器，具有

(i)第一端子，在使用中用于连接到处于第一电位的一个远距离的第二端子上；以及

(ii)第三端子，在使用中用于连接到处于和上述第一电位不同的第二电位的远距离的第四端子上，其中在使用时，该第一端子位于上述第三端子的垂直下方；

(b)在工作时用于把电涌放电器的第一端子的电气上连接到上述第二端子的装置，该连接装置被安装成可根据电涌放电器的预定的故障条件而在物理上与该第一端子脱开；以及

(c)再连接装置，用于在上述脱开之后从电涌放电器的上述第一端子到上述第二端子之间提供一个固体的导电通路；其中

(d)该再连接装置被安装成在脱开时把连接装置导向离开电涌放电器并在上述第一端子垂直下方的位置支持该连接装置；并且

其中所述连接装置包括一个绝缘的延长的导电构件，在脱开之前它和电涌放电器的第一端子有直接的电接触，而在脱开之后，它和上述的再连接装置形成电接触。

2.按照权利要求1的组合件，其特征在于，在脱开时，连接装置被导引穿过一个第五端子，这使得当连接装置被再连接装置支持时，它的导电构件和第五端子有电接触，该第五端子形成了再连接装置的支持结构的一部分并且它和电涌放电器的第一端子有电连接。

3.按照权利要求2的组合件，其特征在于连接装置的至少在脱开前延伸穿过第五端子的那一部分是刚性的。

4.按照权利要求1-3之一的组合件，其特征在于，该连接装置具有斜坡形的外圆周表面，而且在脱开后，被支持在再连接装置中的一个斜坡形的圆孔中，它们相应的斜坡角度是不同的。

5.按照权利要求1-3之一的组合件，其特征在于，上述第二端子基本上是处于地电位，而上述第四端子形成了处于高压的电器设备的一部分，因而连接装置被设计成把电涌放电器的第一端子接到地电位。

6.按照权利要求1-3之一的组合件，其特征在于该电涌放电器包括多块压敏电阻块，它们被放置在绝缘外壳之内。

7.按照权利要求6的组合件，其特征在于电涌放电器的外壳的外表面是带伞裙的结构。

8.按照权利要求1-3之一的组合件，其中所述外壳包括聚合物材料。

9.按照权利要求1-3之一的组合件，其中所述再连接装置设置在该电涌放电器外部。

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