CN115331904A - 一种非线性金属氧化物电阻片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种非线性金属氧化物电阻片以及制备方法，该非线性金属氧化物电阻片包括电阻片主体和设置于电阻片主体内部的内部间隙，电阻片主体的外周喷涂有铝电极。由于内部板板间隙及残压减低间隙的组合，可实现电阻片在直流1mA参考电压下板板间隙不导通，保障了电阻片在小电流区域的高阻性，在雷电冲击/操作冲击残压下，板板间隙击穿放电从而形成整个内部间隙的导通放电，电阻片由于内部的间隙短路从而降低电阻片的残压值。冲击残压完成后，间隙恢复断路状态，恢复了电阻片在小电流区域的高阻态，保障了电阻片的荷电率。且本发明采用了内置间隙放电、灭弧，将空间电荷控制在内置空间内，减少了空间电荷对避雷器整体绝缘性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及高压避雷器用非线性金属氧化物间隙电阻片(压敏电阻)制造技术领域，尤其涉及一种非线性金属氧化物电阻片。本发明还涉及一种制备上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法。
背景技术
金属氧化物避雷器是用于保护电力系统中各种输变电设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的重要保护电器。而非线性金属氧化物电阻(如非线性氧化锌电阻)是金属氧化物避雷器的核心组件，因此是决定避雷器性能优劣的关键组件。
避雷器其核心的作用就是雷电/操作过电压的保护，拥有高的直流参考电压及较低的残压保护水平是未来发展的需求。目前，电阻片无法满足特高压、高海拔避雷器的需求。
因此，如何开发出一种满足特高压、高海拔避雷器的需求电阻片，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非线性金属氧化物电阻片，以满足特高压、高海拔避雷器的需求；
本发明的另一目的在于提供一种制备上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种非线性金属氧化物电阻片，包括电阻片主体和设置于所述电阻片主体内部的内部间隙，所述电阻片主体的外周喷涂有铝电极。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片中，所述内部间隙包括残压减低间隙、圆环区和板板间隙，其中，所述板板间隙位于所述残压减低间隙和所述圆环区之间，并与所述残压减低间隙和所述圆环区平滑过渡连接，且所述板板间隙的厚度小于所述残压减低间隙的厚度和所述圆环区的厚度。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片中，所述内部间隙的直径不大于所述非线性金属氧化物电阻片的直径的1/2。
一种非线性金属氧化物电阻片的制备方法，所述非线性金属氧化物电阻片为上述任一项所述的电阻片，所述制备方法包括如下步骤：
S1：通过模型预制电阻片内芯；
S2：将电阻片坯料采用全包围成型方式包裹所述电阻片内芯得到电阻片坯体半成品；
S3：对所述电阻片坯体半成品进行排胶烧制，以形成具有内部间隙的电阻片主体；
S4：对所述电阻片主体进行喷涂铝电极操作后得到电阻片。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S1中预制所述电阻片内芯的材质为可烧蚀材料。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述可烧蚀材料包括石蜡。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S3后，所述电阻片内芯的最大厚度区域形成残压减低间隙，所述电阻片间隙半成品的最小厚度区域形成一圈板板间隙。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S2包括：将所述电阻片内芯放置于成型模具中，将所述电阻片坯料包裹于所述电阻片内芯的外周得到所述电阻片坯体半成品。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S2中，所述电阻片内芯的中心线与所述成型模具的中心线重合。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S3中烧制所述电阻片坯体半成品的设备为高温排胶炉。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述步骤S4之前还包括对所述电阻片主体的周面涂覆绝缘涂层，对电阻片半成品的两端面进行磨加工。
可选地，在上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法中，所述绝缘涂层为有机聚合物或无机玻璃。
本发明提供的非线性金属氧化物间隙电阻片的制备方法中，在步骤S1中采用可烧蚀材料预制电阻片内芯，然后在步骤S2中采用全包围方式对该电阻片内芯进行成型得到电阻片坯体半成品，成型后通过步骤S3对电阻片坯体半成品进行排胶烧制，将电阻片内芯排出电阻片坯体半成品外，最后对排胶后形成的电阻片半成品进行喷铝的操作，最终得到了具有内部间隙的电阻片。该内部间隙两端呈圆弧形，且内部保持平滑过渡，可有效降低生产过程的应力集中而造成的损坏。
电阻片内芯的最小厚度区域形成一圈上下的板板间隙，板板间隙的厚度要保证形成间隙后在持续运行电压下内部间隙不击穿，在冲击电流下形成间隙放电。最大厚度区域形成残压减低间隙，电阻片内芯的最大厚度要满足残压降低的需求。这样，通过调整内部间隙大小，可调节内部间隙起始放电电压，既保障了电阻片的荷电率不降低，又起到了降低电阻片残压值的作用。
本发明提供的非线性金属氧化物间隙电阻片，由于内部板板间隙及残压减低间隙的组合，可实现电阻片在直流1mA参考电压下板板间隙不导通，保障了电阻片在小电流区域的高阻性，在雷电冲击/操作冲击残压下，板板间隙击穿放电从而形成整个内部间隙的导通放电，电阻片由于内部的间隙短路从而降低电阻片的残压值。冲击残压完成后，间隙恢复断路状态，恢复了电阻片在小电流区域的高阻态，保障了电阻片的荷电率。且本发明采用了内置间隙放电、灭弧，将空间电荷控制在内置空间内，减少了空间电荷对避雷器整体绝缘性能的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的非线性金属氧化物电阻片的剖视示意图；
图2为本发明实施例公开的一种非线性金属氧化物电阻片的电场仿真示意图；
图3为本发明实施例公开的另一种非线性金属氧化物电阻片的电场仿真示意图；
图4为本发明实施例公开的非线性金属氧化物电阻片制备过程的示意图；
图5为本发明实施例公开的非线性金属氧化物电阻片的制备方法的流程示意图；
其中：100为电阻片；101a为电阻片坯体；101为电阻片主体、102为内部间隙；
1021为残压减低间隙，1022为板板间隙，1023为圆环区；
200为电阻片内芯。
具体实施方式
由背景技术描述可知，目前，电阻片无法满足特高压、高海拔避雷器的需求。而行业内为了满足特高压、高海拔避雷器的需求，开始尝试提高避雷器荷电率、避雷器外并间隙等方式来进行解决。而发明人为了解决上述问题，提供出一种新的思路，在非线性金属氧化物电阻片内部设置一内部间隙，内部间隙的最小厚度处根据电场仿真，能够在正常运行状态内部间隙不导通，而在雷电/操作冲击电流下内部间隙导通，内部间隙的最大厚度处能够满足残压降低的需求。
本发明的核心在于提供一种非线性金属氧化物电阻片，以满足特高压、高海拔避雷器的需求；本发明的另一核心在于提供一种制备上述非线性金属氧化物电阻片的制备方法。
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。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种非线性金属氧化物电阻片100，包括电阻片主体101和设置于电阻片主体101内部的内部间隙102，电阻片主体101的外周喷涂有铝电极。相较于现有的电阻片主体101内部没有间隙的电阻片，本发明实施例公开的非线性金属氧化物电阻片100可以通过调整内部间隙102大小，调节间隙起始放电电压，既可保障电阻片100的荷电率没有变化，又起到降低电阻片100残压值的作用，同时因采用内置间隙放电灭弧，将空间电荷控制在内置空间内，减少了空间电荷对避雷器整体绝缘性能的影响。
在本发明的一具体实施例中，该内部间隙102包括残压减低间隙1021、圆环区1023和板板间隙1022。其中，板板间隙1022位于残压减低间隙1021和圆环区1023之间，且板板间隙1022的厚度小于残压减低间隙1021的厚度和圆环区1023的厚度，即板板间隙1022对应内部间隙102的最小厚度区域。同时，为有效降低生产过程的应力集中而造成的损坏，将板板间隙1022与残压减低间隙1021和圆环区1023平滑过渡连接，并将圆环区1023设置为圆弧形。
在此实施例中，需要说明的是，采用板板间隙1022而非尖角间隙作为内部间隙102的最小厚度区域，是为了减少放电次数对间隙的损害，从而保障放电的均一性、耐电腐蚀性及可靠性。
当电阻片100的内部间隙102的直径大于1/2时，会造成电阻片整体机械性能下降，在后续烧结过程中容应出现不合格品。故在本发明的一具体实施例中，将内部间隙102的直径设置为不大于非线性金属氧化物电阻片100的直径的1/2。
关于内部间隙102的具体厚度，残压减低间隙1021的厚度需满足残压降低的需求，板板间隙1022的厚度则根据电场仿真，能够满足在正常运行状态内部间隙102不导通，在雷电/操作冲击电流下内部间隙102导通。
本发明的一具体实施例提供了一种板板间隙1022的电场仿真方式，如图3所示，当施加电压为6kV时，通过仿真计算，内部间隙102的最小厚度即板板间隙1022的厚度，满足直流1mA参考电压下板板间隙1022不导通，在雷电冲击/操作冲击残压下，板板间隙1022击穿放电从而形成整个内部间隙102的导通放电。若如图2所示，当施加电压为5kV时，板板间隙1022未击穿，说明板板间隙的厚度不合适，需要重新调试。需要说明的是，施加在电阻片100上的电压不唯一，图2和图3仅作为仿真说明用。
参阅图4和图5所示，本发明实施例还公开了一种制备上述非线性金属氧化物电阻片100的制备方法，包括如下几个步骤：
S1：通过模型预制电阻片内芯200；
S2：将电阻片坯料采用全包围成型方式包裹电阻片内芯200得到电阻片坯体101a；
S3：对电阻片坯体101a进行排胶烧制，以形成具有内部间隙102的电阻片主体101；
S4：对电阻片主体101进行喷涂铝电极操作后得到电阻片100。
在上述制备的步骤中，通过对电阻片内芯200的预制、坯料包裹成型及排胶烧制，得到具有内部间隙102的电阻片主体101，对电阻片主体101喷涂铝电极后得到电阻片100。
因需要在步骤S3中将电阻片坯体101a中的电阻片内芯200通过排胶烧制的方式排出电阻片坯体101a外，故步骤S1中预制所述电阻片内芯200的材质应符合在热的作用下发生分解、熔化、蒸发、升华、侵蚀等物理或化学变化以能够排出电阻片坯体101a外的要求。
在本发明的一具体实施例的步骤S1中，采用可烧蚀材料预制电阻片内芯200。需要说明的是，石蜡等碳材料可以作为可烧蚀材料，石蜡在高温下分解产物为气体，通过电阻片坯体101a的气孔排出；石英和玻璃等熔化型烧蚀材料也可用于预制电阻片内芯200，石英和玻璃的主要成分是二氧化硅，可以在吸收热量熔化和蒸发后通过电阻片坯体101a的气孔排出。
步骤S3对电阻片坯体101a进行排胶烧制的过程可在高温排胶炉内进行，排胶烧制后，在本发明的一具体实施例中，电阻片内芯100的最大厚度区域形成残压减低间隙102，电阻片内芯200的最小厚度区域形成一圈板板间隙1021。电阻片内芯200的最大厚度需满足残压降低的需求，最大厚度约占电阻片厚度的10％～20％，电阻片内芯100的最小厚度根据电场仿真需满足在正常运行状态内部间隙102不导通，在雷电/操作冲击电流下内部间隙102导通。
在本发明的一具体实施例中，步骤S2包括：将电阻片内芯200放置于成型模具中，将电阻片坯料包裹于电阻片内芯200的外周得到电阻片坯体101a。进一步的，成型后应确保电阻片内芯200处于电阻片坯体101a的中心位置。可在将电阻片内芯200放置于成型模具时，使电阻片内芯200的中心线与成型模具的中心线重合，确保电阻片内芯100处于电阻片坯体101a的中心位置。
在本发明的一具体实施例中，在步骤S4之前还包括对电阻片主体101的周面涂覆绝缘涂层，对电阻片半成品的两端面进行磨加工。磨削后可使得电阻片的精度和表面光洁度变高。绝缘涂层的材料可选用有机聚合物或无机玻璃，对电阻片主体101的周面涂覆绝缘涂层可使电阻片100绝缘，隔绝水分和湿气对电阻片100的腐蚀作用，大大延长电阻片100的使用寿命。
内部间隙300的直径约为电阻片100直径的1/2，厚度约为10％～20％，本发明并不排除更大间隙尺寸的可能性，但需进行进一步的机械性能验证及制备工艺验证。板板间隙1022及残压减低间隙1021的组合，可实现电阻片100在直流1mA参考电压下板板间隙1022不导通，保障了电阻片100在小电流区域的高阻性，在雷电冲击/操作冲击残压下，板板间隙1022击穿放电从而形成整个内部间隙102的导通放电，电阻片100由于内部的间隙短路从而降低电阻片100的残压值。冲击残压完成后，间隙恢复断路状态，恢复了电阻片100在小电流区域的高阻态。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (12)
1.一种非线性金属氧化物电阻片，其特征在于，包括电阻片主体(101)和设置于所述电阻片主体(101)内部的内部间隙(102)，所述电阻片主体(101)的外周喷涂有铝电极。
2.根据权利要求1所述的非线性金属氧化物电阻片，其特征在于，所述内部间隙(102)包括残压减低间隙(1021)、圆环区(1023)和板板间隙(1022)，其中，所述板板间隙(1022)位于所述残压减低间隙(1021)和所述圆环区(1023)之间，并与所述残压减低间隙(1021)和所述圆环区(1023)平滑过渡连接，且所述板板间隙(1022)的厚度小于所述残压减低间隙(1021)的厚度和所述圆环区(1023)的厚度。
3.根据权利要求1所述的非线性金属氧化物电阻片，其特征在于，所述内部间隙(102)的直径不大于所述非线性金属氧化物电阻片(100)的直径的1/2。
4.一种非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述非线性金属氧化物电阻片为权利要求1-3中任一项所述的电阻片(100)，所述制备方法包括如下步骤：
S1：通过模型预制电阻片内芯(200)；
S2：将电阻片坯料采用全包围成型方式包裹所述电阻片内芯(200)得到电阻片坯体(101a)；
S3：对所述电阻片坯体(101a)进行排胶烧制，以形成具有内部间隙(102)的电阻片主体(101)；
S4：对所述电阻片主体(101)进行喷涂铝电极操作后得到电阻片(100)。
5.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中预制所述电阻片内芯(200)的材质为可烧蚀材料。
6.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述可烧蚀材料包括石蜡。
7.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S3后，所述电阻片内芯(200)的最大厚度区域形成残压减低间隙(1021)，所述电阻片内芯(200)的最小厚度区域形成一圈板板间隙(1022)。
8.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述电阻片内芯(200)放置于成型模具中，将所述电阻片坯料包裹于所述电阻片内芯(200)的外周得到所述电阻片坯体(101a)。
9.根据权利要求8所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述电阻片内芯(200)的中心线与所述成型模具的中心线重合。
10.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中烧制所述电阻片坯体(101a)的设备为高温排胶炉。
11.根据权利要求4所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述步骤S4之前还包括对所述电阻片主体(101)的周面涂覆绝缘涂层，对电阻片半成品的两端面进行磨加工。
12.根据权利要求11所述的非线性金属氧化物电阻片的制备方法，其特征在于，所述绝缘涂层为有机聚合物或无机玻璃。
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| CN103151124A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-12 | 闫文奕 | 有外串放电间隙的低压配电线路用线轴式避雷绝缘子 |
| JP2013247160A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Toshiba Corp | 避雷器 |
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2022
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