CN113783172A - 带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件 - Google Patents

带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件 Download PDF

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Abstract

带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，由触发型过电压保护间隙与限压型氧化锌避雷器串联组成。触发型过电压保护间隙采用环状绝缘介质材料表面放电的触发方式，触发型过电压保护间隙可以自动耦合过电压的能量，因而具有在不降低交流/直流正常耐受电压的情况下，可以降低带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件的雷电冲击击穿电压、缩短对过电压的响应时间；限压型氧化锌避雷器单元由一组氧化锌非线性电阻片串联而成，且通过绝缘填充胶固定安装在绝缘伞裙外套中。由于外串触发型过电压保护间隙的隔离作用，可以显著降低外串间隙避雷器中氧化锌避雷器单元的直流参考电压和冲击残余电压。

Description

带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件
技术领域
本发明涉及一种电力、高速信息化铁路输电等领域的高性能带外串过电压保护间隙的避雷器，特别涉及一种带外串触发型过电压保护间隙的组合防护组件。
背景技术
外串间隙的避雷器是交直流输电、高速信息化铁路系统重要的、新型过电压防护器件，国内外外串间隙避雷器的放电间隙大多采用工作在大气环境中，由于大气环境的放电间隙的缺点是冲击击穿电压高、分散性大，且易受环境影响，尤其是在空气湿度较大或雨水天气时。在实际运行过程中，经常出现雷击时不工作的状况，致使电力设备(诸如，绝缘子)发生击穿(或沿面闪络)而引发电力事故。随着电力、高速信息化铁路等的发展需求，对带外串间隙的避雷器提出了更高的要求，主要包括要求：(1)外串间隙的直流耐受电压高、冲击击穿电压低。(2)外串间隙避雷器有足够强的后续工频或直流电弧抑制能力；(3)外串间隙避雷器有较高的雷电冲击保护水平，与保护对象具有良好的绝缘配合特性。目前，带外串间隙避雷器还不能满足外串间隙避雷器的上述要求，其性能指标还有待提升。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种由高性能的密闭触发型过电压保护间隙与氧化锌避雷器单元串联而成的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，这种触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件具有较高的交直流耐受电压、较低的冲击击穿电压、快速的雷电过电压响应速度，以及与被保护电力设备配合效果好的显著特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：采用密闭触发型过电压保护间隙与氧化锌避雷器单元串联而成，组成带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件；
所述的密闭触发型过电压保护间隙是一个具有环状触发电极的触发型表面放电过电压保护间隙，包括上绝缘壳体、下绝缘壳体、上端法兰和下端法兰构成的气压为100～103Pa或者104～5×105Pa的密闭腔体、或真空度为10-1～10-5Pa的密闭腔体，在腔体内设置有通过上、下导流杆安装在上、下端法兰上的上电极和下电极，且下电极的触头直径不大于上电极的触头直径，上电极和下电极之间构成放电间隙，在上绝缘壳体和下绝缘壳体之间的下电极周围安装有环状触发电极，环状触发电极有一伸出的连接端子，用于连接雷电感应过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，环状触发电极与下电极之间安装有起绝缘隔离作用的环状表面放电绝缘介质材料，环状触发电极、环状表面放电绝缘介质材料与下电极构成智能过电压保护间隙的表面放电触发器，环状触发电极与环状表面放电绝缘介质材料紧密接触，环状表面放电绝缘介质材料及环状触发电极的上表面均不高于下电极的上表面，同时在上电极、下电极周围的上绝缘壳体内安装有屏蔽罩；
所述的氧化锌避雷器单元由多个氧化锌非线性电阻片串联而成，通过绝缘填充胶固定安装在绝缘伞裙外套中，在串联的电阻片上、下端均设置有通过避雷器上、下法兰与串联的电阻片电连接的避雷器上、下电极，串联的电阻片外侧安装有绝缘伞裙外套；
密闭触发型过电压保护间隙的下电极与氧化锌避雷器的上电极相连，密闭触发型过电压保护间隙的上电极与被保护电力设备的上端相连，氧化锌避雷器的下电极与被保护电力设备的下端相连。
所述的环状表面放电绝缘介质材料的上表面与下电极的上表面在同一水平面或低于下电极上表面1mm～5mm。
所述的环状触发电极的上表面低于下电极的上表面，表面放电绝缘介质材料的上表面与环状触发电极的上表面在同一水平面或低于环状触发电极上表面1mm～3mm。
所述的环状触发电极安装在上、下绝缘壳体的结合处，其厚度为3-5mm。
所述的环状表面放电绝缘介质材料采用环宽为5-15mm的聚四氟乙烯、半导体或陶瓷材料。
所述的环状触发电极的内环覆盖在环状表面放电绝缘介质材料上表面上，覆盖环状绝缘放电介质材料的尺寸为2～5mm。
所述的屏蔽罩采用无氧铜制作。
本发明将密闭触发型过电压保护间隙与氧化锌避雷器串联组成带外串触发型间隙的智能组合防护组件，密闭触发型过电压保护间隙的上、下电极以及环状触发电极密闭在气体或真空环境下，环状触发电极和下电极之间的触发方式为绝缘介质材料触发，由于触发型过电压保护间隙的触发器具有较强的初始触发载流子释放能力，使得触发型过电压保护间隙在不影响直流耐受电压强度的情况下，同时可以大幅度降低过电压保护间隙的冲击击穿电压且具有极快的雷电过电压响应特性；特别重要的是，由于触发型过电压保护间隙具有直流耐受电压高、冲击击穿电压低的显著特征，可以确保正常工作条件下，氧化锌避雷器单元无需承受长期的工频/直流电压，不存在长期工频/直流泄漏而导致性能劣化的缺陷，因而氧化锌避雷器单元可以设计为具有直流参考电压、雷电冲击电压均较低的特征，从而使带外串间隙的智能组合防护组件的过电压保护水平大大提高。
附图说明
图1是本发明带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件的结构示意图。
图2是本发明密闭触发型过电压保护间隙的第一种结构示意图。
图3是本发明密闭触发型过电压保护间隙的第二种结构示意图。
图4为本发明氧化锌避雷器单元的结构示意图。
图5为本发明密闭触发型过电压保护间隙的触发电路原理图。
图中，1上绝缘壳体，2下绝缘壳体，3上电极，4下电极，5上端法兰，6下端法兰，7环状触发电极，8环状表面放电绝缘介质材料，9屏蔽罩9，10上导流杆，11下导流杆，12避雷器上法兰，13避雷器上电极，14绝缘伞裙外套，15电阻片，16填充胶，17避雷器下电极，18避雷器下法兰。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1、图2、图3、图4和图5。本发明由密闭触发型过电压保护间隙与氧化锌避雷器单元串联而成。其中，密闭触发型过电压保护间隙结构如图2、或图3所示，氧化锌避雷器单元结构如图4所示。
密闭触发型过电压保护间隙的下电极与氧化锌避雷器单元的上电极相连，密闭触发型过电压保护间隙的上电极与被保护电力设备的上端相连，氧化锌避雷器单元的下电极与被保护电力设备的下端相连。
如图2所示，本发明的密闭触发型过电压保护间隙的第一种结构包括上绝缘壳体1、下绝缘壳体2、上端法兰5和下端法兰6构成的气压为100～103或者104～5×105Pa的密闭腔体、或真空度为10-1～10-5Pa的密闭腔体，在腔体内设置有通过上、下导流杆10、11安装在上、下端法兰5、6上的上电极3和下电极4，且下电极4的触头直径不大于上电极3的触头直径，上电极3和下电极4之间构成主放电间隙，在上绝缘壳体1和下绝缘壳体2的结合处的下电极4周围安装有厚度为3-5mm的环状触发电极7，环状触发电极7与下电极4之间安装有起绝缘隔离作用的环宽为5-15mm的聚四氟乙烯、半导体或陶瓷材料制成的环状表面放电绝缘介质材料8，环状触发电极7、环状表面放电绝缘介质材料8与下电极4构成智能过电压保护间隙的表面放电触发器，使用中，环状触发电极7有一伸出的连接端子，用于连接雷电感应过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，环状触发电极7与环状表面放电绝缘介质材料8紧密接触，环状表面放电绝缘介质材料8、环状触发电极7和下电极4的上表面在同一水平面，同时在上电极3、下电极4周围的上绝缘壳体1内安装有无氧铜制成的屏蔽罩9，屏蔽罩9可防止金属蒸汽扩散并沉积在绝缘密闭外壳1、2上，造成上电极3和下电极4短路。
如图3所示本发明的密闭触发型过电压保护间隙的环状表面放电绝缘介质材料8的上表面低于下电极4的上表面1mm～5mm，环状触发电极7的上表面低于下电极4的上表面，表面放电绝缘介质材料8的上表面低于环状触发电极7的上表面1mm～3mm，环状触发电极7的内环覆盖在环状表面放电绝缘介质材料8上表面上，覆盖环状绝缘放电介质材料8的尺寸为2～5mm，其他结构同第一种结构。
如图4所示，本发明的氧化锌避雷器单元由多个氧化锌非线性电阻片15串联而成，通过绝缘填充胶16固定安装在绝缘伞裙外套中，在串联的电阻片15上、下端均设置有通过避雷器上、下法兰12、18与串联的电阻片15电连接的避雷器上、下电极13、17，串联的电阻片外侧安装有缘伞裙外套14。
参见图5，本发明触发型过电压保护间隙的耦合触发电路，包括：由耦合电容C1、耦合电容C2组成的过电压能量耦合单元，其中耦合电容C1的电容量远大于耦合电容C2的电容量，确保在雷电过电压作用下，大部分过电压作用在耦合电容C2上，使得隔离间隙导通，在脉冲变压器T的原边中由脉冲电流通过并在两端感应出脉冲电压，经脉冲变压器T(升压变压器)放大后给触发过电压保护间隙提供足够的触发电压，加速触发型过电压保护间隙的击穿导通速度，从而使得触发型过电压保护间隙具有比相同静态交流/直流击穿电压的被动型(无触发电极)两极放电间隙更优良的过电压保护水平，其冲击击穿电压与直流击穿电压的比值可以调控到接近1甚至小于1。
本发明不同于现有带外串间隙避雷器的最显著特点是：外串间隙避雷器组合中采用触发型过电压保护间隙，其具有自动耦合过电压能量的机构，且触发型过电压保护间隙采用环状绝缘介质材料表面放电的触发结构，因而具有在不降低现有间隙避雷器交流/直流耐受电压或者直流击穿电压的情况下，可以显著降低带触发型过电压保护间隙避雷器的冲击击穿电压或冲击残余电压、缩短响应时间的显著特点。表面触发结构的绝缘介质材料可以是聚四氟乙烯、半导体或者陶瓷材料等。由于外串触发型过电压保护间隙的隔离作用，可以降低外串间隙避雷器中氧化锌避雷器单元的直流击穿电压，这就使得在标称雷电放电电流作用下，氧化锌避雷器单元的冲击残压大幅度降低，因而使得带外串触发型间隙的智能组合防护组件具有比现有间隙避雷器更优良的过电压保护水平，而且还具有优良的工作稳定性，不受外界环境(如湿度、海拔高度、风速)因素影响。总之，本发明的带外串触发型间隙的智能组合防护组件具有高直流击穿电压、低冲击击穿电压、快速雷电响应时间等显著特点，可以用于电力是配电及类似应用场合的雷电感应过电压防护。

Claims (7)

1.带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：由密闭触发型过电压保护间隙与氧化锌避雷器单元串联而成；
所述的密闭触发型过电压保护间隙是一个具有环状触发电极的触发型表面放电过电压保护间隙，包括上绝缘壳体(1)、下绝缘壳体(2)、上端法兰(5)和下端法兰(6)构成的气压为100～103Pa或者104～5×105Pa的密闭腔体、或真空度为10-1～10-5Pa的密闭腔体，在腔体内设置有通过上、下导流杆(10、11)安装在上、下端法兰(5、6)上的上电极(3)和下电极(4)，且下电极(4)的触头直径不大于上电极(3)的触头直径，上电极(3)和下电极(4)之间构成放电间隙，在上绝缘壳体(1)和下绝缘壳体(2)之间的下电极(4)周围安装有环状触发电极(7)，环状触发电极(7)有一伸出的连接端子，用于连接雷电感应过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，环状触发电极(7)与下电极(4)之间安装有起绝缘隔离作用的环状表面放电绝缘介质材料(8)，环状触发电极(7)、环状表面放电绝缘介质材料(8)与下电极(4)构成智能过电压保护间隙的表面放电触发器，环状触发电极(7)与环状表面放电绝缘介质材料(8)紧密接触，环状表面放电绝缘介质材料(8)及环状触发电极(7)的上表面均不高于下电极(4)的上表面，同时在上电极(3)、下电极(4)周围的上绝缘壳体(1)内安装有屏蔽罩(9)；
所述的氧化锌避雷器单元由多个氧化锌非线性电阻片(15)串联而成，通过绝缘填充胶(16)固定安装在绝缘套中，在串联的电阻片(15)上、下端均设置有通过避雷器上、下法兰(12、18)与串联的电阻片(15)电连接的避雷器上、下电极(13、17)，串联的电阻片外侧安装有外绝缘伞裙外套(14)；
密闭触发型过电压保护间隙的下电极与氧化锌避雷器的上电极相连，密闭触发型过电压保护间隙的上电极与被保护电力设备的上端相连，氧化锌避雷器的下电极与被保护电力设备的下端相连。
2.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：所述的环状表面放电绝缘介质材料(8)的上表面与下电极(4)的上表面在同一水平面或低于下电极(4)上表面1mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：所述的环状触发电极(7)的上表面低于下电极(4)的上表面，表面放电绝缘介质材料(8)的上表面与环状触发电极(7)的上表面在同一水平面或低于环状触发电极(7)上表面1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：所述的环状触发电极(7)安装在上、下绝缘壳体(1、2)的结合处，其厚度为3-5mm。
5.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：所述的环状表面放电绝缘介质材料(8)采用环宽为5-15mm的聚四氟乙烯、半导体或陶瓷材料。
6.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，其特征在于：所述的环状触发电极(7)的内环覆盖在环状表面放电绝缘介质材料(8)上表面上，覆盖环状绝缘放电介质材料(8)的尺寸为2～5mm。
7.根据权利要求1所述的带外串触发型过电压保护间隙的智能组合防护组件，所述的屏蔽罩(9)采用无氧铜制成。
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