CN116052970A - 避雷器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电气工程技术领域并提供一种避雷器，其中，避雷器包括绝缘套筒、导电内芯组件、第一电极组件和第二电极组件，绝缘套筒设有两端贯穿的中空腔，导电内芯组件包括沿贯通方向间隔布置在中空腔内的多个电阻块以及抵接设置在电阻块之间的柔性金属件，柔性金属件能够受压弹性变形，第一电极组件和第二电极组件分别与导电内芯组件两端的电阻块抵接并用于封盖中空腔的两端。本发明通过对避雷器中的导电内芯组件的结构进行优化，从而在减少绝缘套筒所受热应力的同时，能够保证电阻块的膨胀能够进一步增加导电内芯组件的导电性能，进而达到增加避雷器可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种避雷器。
背景技术
电网系统中一般会布置避雷器，以避免开关、变压器等设备遭受雷击而损坏。避雷器的种类有很多，其中以氧化锌避雷器应用最为广泛，现有氧化锌避雷器普遍为多个氧化锌电阻片层叠成导电电芯加“环氧玻璃纤维”材质制成的绝缘外套直接包裹导电电芯的结构形式，而由于氧化锌电阻片在流经雷击电流时会受热膨胀，受热膨胀的氧化锌电阻片不仅容易与绝缘外套的内侧壁形成内绝缘空隙，影响电流通流能力，同时膨胀的氧化锌电阻片会对绝缘外套施加热应力，该热应力极容易造成绝缘外套损坏，导致避雷器电场畸变，局部出现电弧闪络，严重时甚至会出现炸裂的现象。
发明内容
针对上述的缺陷或不足，本发明提供了一种避雷器，旨在解决现有的氧化锌避雷器的结构存在弊端，导致可靠性较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种避雷器，其中，避雷器包括绝缘套筒、导电内芯组件、第一电极组件和第二电极组件，绝缘套筒设有两端贯穿的中空腔，导电内芯组件包括沿贯通方向间隔布置在中空腔内的多个电阻块以及抵接设置在电阻块之间的柔性金属件，柔性金属件能够受压弹性变形，第一电极组件和第二电极组件分别与导电内芯组件两端的电阻块抵接并用于封盖中空腔的两端。
在本发明的实施例中，柔性金属件为蝶形金属片，蝶形金属片的中部拱起并与相邻两个电阻块的其中一者抵接，蝶形金属片的蝶形边与相邻两个电阻块的另一者抵接。
在本发明的实施例中，电阻块为氧化锌材料制件，电阻块的通流能力至少为100kA。
在本发明的实施例中，第一电极组件和第二电极组件结构相同并均包括用于封盖中空腔的端部的端盖以及设置在端盖内侧的金属压片和金属电极，金属压片能够受压弹性变形并与电阻块抵接，金属电极的一端与金属压片抵接，另一端穿过端盖并伸出至中空腔外。
在本发明的实施例中，金属压片为椭圆形压片并包括上压合部和下压合部，上压合部和上压合部之间形成有椭圆空腔，上压合部和上压合部能够在受压时靠近或压合。
在本发明的实施例中，绝缘套筒包括筒本体以及设置在筒本体内的弹性绝缘套，弹性绝缘套的中部形成中空腔，电阻块设置在中空腔内并与弹性绝缘套密封抵接。
在本发明的实施例中，弹性绝缘套由液态弹性硅橡胶真空灌注在导电内芯组件和筒本体之间的间隙制成。
在本发明的实施例中，筒本体为环氧玻璃纤维制件。
在本发明的实施例中，筒本体的外壁上还设有绝缘外套，复合外套上设有多层环状设置的伞裙。
在本发明的实施例中，复合外套为硫化硅橡胶材质制件。
通过上述技术方案，本发明实施例所提供的避雷器具有如下的有益效果：
本发明中的避雷器通过将导电内芯组件中的电阻块间隔设置，使得电阻块和电阻块之间形成有用于供电阻块膨胀的膨胀缓冲空间，通过该缓冲空间，在电阻块膨胀时能够有效减少电阻块对绝缘套筒施加的应力，同时，通过在电阻块和电阻块之间抵接设置柔性金属件，从而保证电阻块之间导通性，进而保证避雷器的正常工作，并且柔性金属件具有受压弹性变形的特征，当电阻块膨胀时，会对柔性金属件进行压紧，从而使柔性金属件与相邻的两个电阻块抵接更加紧密，增加导电内芯组件的通流能力。即本发明通过对避雷器中的导电内芯组件的结构进行优化，从而在减少绝缘套筒所受热应力的同时，能够保证电阻块的膨胀能够进一步增加导电内芯组件的导电性能，进而达到增加避雷器可靠性的目的。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施例中的避雷器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例中的第一曲线、第二曲线、第三曲线的曲线图。
附图标记说明：
1 绝缘套筒 11 筒本体
12 弹性绝缘套 13 绝缘外套
2 导电内芯组件 21 电阻块
22 柔性金属件 31 第一电极组件
32 第二电极组件 33 端盖
34 金属压片 35 金属电极
A 贯通方向 B 第一曲线
C 第二曲线 D 第三曲线
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下面参考附图描述本发明的避雷器。
本发明提供了一种避雷器，其中，如图1所示，避雷器包括：
绝缘套筒1，设有两端贯穿的中空腔；
导电内芯组件2，包括沿贯通方向A间隔布置在中空腔内的多个电阻块21以及抵接设置在电阻块21之间的柔性金属件22，柔性金属件22能够受压弹性变形；和
第一电极组件31和第二电极组件32，分别与导电内芯组件2两端的电阻块21抵接并用于封盖中空腔的两端。
雷击电流流经避雷器中的导电内芯组件2时，会使导电内芯组件2内的电阻块21短时间内迅速发热膨胀，而在本发明中的避雷器通过对导电内芯组件2进行改进，即通过将导电内芯组件2中的多个电阻块21沿中空腔的贯通方向A依次间隔设置，使任意相邻的电阻块21之间形成有用于供电阻块21膨胀的膨胀缓冲空间，通过设置膨胀缓冲空间可减小电阻块21膨胀时对绝缘套筒1施加的应力，从而保证绝缘套筒1的结构的不会被撑坏；同时，通过在电阻块21和电阻块21之间抵接设置柔性金属件22，可保证电阻块21之间的电流导通性，并且柔性金属件22具有受压弹性变形的特征，当电阻块21膨胀时，会对柔性金属件22进行压紧，使柔性金属件22与相邻的两个电阻块21贴合更加紧密，从而降低柔性金属件22和电阻块21之间的接触电阻，增加导电内芯组件2的导电性能。综上，本发明通过对避雷器中的导电内芯组件2的结构进行优化，能够有效避免电阻块21的膨胀损坏绝缘套筒1，保证绝缘套筒1的绝缘性能，同时导电内芯组件2在导流雷击电流时，其导电性能会进一步提高，从而保证避雷器的通流能力，即通过上述设置，可达到增加避雷器可靠性的目的。
需要说明的是，本发明中的避雷器主要指的是金属氧化物型避雷器，金属氧化物型避雷器的工作原理为：利用部分金属氧化物的伏安非线性特征，在正常工作电压，也就是电网的正常输送电压下其电阻值很高，可等同于绝缘体，当电网承受雷击时，避雷器内的金属氧化物电阻块在过电压的作用下电阻值会变的很小，此时相当于将电网直接与地短接，雷击电流经过避雷器时，会通过导电内芯组件传导至接地设备上，从而保护其他电器设备免受伤害。
如图1所示，在本发明的实施例中，柔性金属件22为蝶形金属片，蝶形金属片的中部拱起并与相邻两个电阻块21的其中一者抵接，蝶形金属片的蝶形边与相邻两个电阻块21的另一者抵接。具体地，蝶形金属片可以为蝶形铝片，以其中一种具体实施方式为例，蝶形铝片为拱起厚度0.3mm的可压缩的柔性铝片，即相邻的两个电阻块21之间的距离也为0.3mm,当避雷器工作时，电阻块21膨胀并将柔性蝶形铝片压紧，此时柔性铝片与电阻块21的贴合面积也逐渐增加，直至完全紧密贴合，紧密贴合的电阻块21和柔性铝片之间的接触电阻很小，即整个导电内芯组件2的通流能力大大提高，从而能够以更高的效率将雷击电流导入至接地装置上，而当避雷器处于非雷击状态时，电阻块21维持原来状态，此时柔性蝶形铝片与电阻块21的接触面积有限，可进一步增加导电内芯组件2的绝缘能力。需要说明的是，避雷器中的导电内芯组件2在常规形态下电阻越大越好，但又不能完全形成断路，断路的导电内芯组件2可能会导致避雷失效，因此电阻块21在设置时间隔的距离不宜过大，以保证蝶形金属片能够抵接，而在雷击状态下导电内芯组件2的电阻自然越小越好，越小的电阻能够进一步提高导电效率，而本发明中的避雷器利用了电阻块21热胀的特性，当电阻块21膨胀时对蝶形金属片进行压紧，从而保证通流能力。
如图1所示，在本发明的实施例中，电阻块21为氧化锌材料制件，电阻块21的通流能力至少为100kA。其中氧化锌材料由于具有良好的非线性伏安特性，因此广泛作为金属氧化物型避雷器的电芯电阻来使用。在电网中常规的避雷器的通流能力一般为65kA，整支通流能力一般为40kA，但根据统计可知，自然界中雷电电流超过65kA的概率为22％，雷电电流超过100kA的概率为5％，因此将电阻块21的通流能力至少为100kA，可使电器设备因雷击损坏的概率低于5％。其中增加电阻块21的通流能力的方式有很多，如可增加电阻块21的横截面积，具体地，将电阻块21设置为截面直径至少为48mm的圆柱，则最大通流能力至少为120kA。其中统计雷电电流概率的方法可以为：
统计全国境内近十年雷电活动特性，计算线路雷电直击频率，拟合得到电网导线雷击电流幅值概率分布，具体计算公式为：
式中I为雷击电流幅值，IP为雷击电流幅值小于I的概率。
如图1所示，在本发明的实施例中，第一电极组件31和第二电极组件32结构相同并均包括用于封盖中空腔的端部的端盖33以及设置在端盖33内侧的金属压片34和金属电极35，金属压片34能够受压弹性变形并与电阻块21抵接，金属电极35的一端与金属压片34抵接，另一端穿过端盖33并伸出至中空腔外。第一电极组件31和第二电极组件32的其中一者用于和电网导线电连接，另一者用于和接地设备连接，通过第一电极组件31、导电内芯组件2以及第二电极组件32，从而将导线中的雷击电流导入地下，其中第一电极组件31和第二电极组件32中的金属电极35需要和导电内芯组件2导通连接，由于电阻块21流经雷击电流时会受热膨胀，若直接将金属电极35设置为与端部的电阻块21抵接，很可能会导致金属电极35被撑坏，因此在金属电极35和端部的电阻块21之间设置柔性的金属压片34非常必要。通过在金属电极35和端部的电阻块21之间设置能够受压弹性变形金属压片34，即可保证金属电极35与电阻块21的导通性能，也能够给预留出供端部电阻块21膨胀的缓冲余量，从而可进一步增加避雷器的可靠性。
如图1所示，在本发明的实施例中，金属压片34为椭圆形压片并包括上压合部和下压合部，上压合部和上压合部之间形成有椭圆空腔，上压合部和上压合部能够在受压时靠近或压合。具体地，金属压片34为椭圆形薄铝片，由于金属电极35和电阻块21之间需要保证其稳定的连通性和预留出供端部的电阻块21膨胀的缓冲空间，因此可将金属压片34设置为形成有椭圆空腔椭圆形压片，通过椭圆形压片，可在预留出膨胀伸缩余量的同时，增加金属压片34与金属电极35以及电阻块21的接触稳定性，当然，在本发明的实施例中，也可采用现有技术中的弹簧代替金属压片34，但相比于椭圆形金属压片34，弹簧的触面积小，电流流通性能较差，容易受热弹性降低。
如图1所示，在本发明的实施例中，绝缘套筒1包括筒本体11以及设置在筒本体11内的弹性绝缘套12，弹性绝缘套12的中部形成中空腔，电阻块21设置在中空腔内并与弹性绝缘套12密封抵接。膨胀缓冲空间主要用于缓冲电阻块21在贯通方向A的膨胀，实际上电阻块21还会具有一定幅度的周向膨胀，为缓冲电阻块21的周向膨胀，可在筒本体11和电阻块21之间设置弹性绝缘套12，通过弹性绝缘套12的弹性作用，以缓冲电阻块21的周向膨胀，同时将弹性绝缘套12设置为绝缘材质，可进一步增加绝缘套筒1的绝缘性能，再者，将电阻块21设置为与弹性绝缘套12密封抵接，可避免空气对电阻块21膨胀的影响，进一步保护绝缘套筒1结构的完整性。需要说明的是，绝缘套筒1作为整个避雷器重要的绝缘部件，若结构出现损伤，很容易被雷电的高电压击穿，导致出现电弧闪络的情况，因此避雷器在工作时保证其绝缘套筒1的结构完整性非常重要，本发明主要通过柔性金属件22、弹性绝缘套12、金属压片34来形成膨胀缓冲区，从而避免电阻块21动作时破坏绝缘套筒1内部的绝缘结构。
需要说明的是，避雷器在雷击电压和雷击电流的冲击下，可能还会产生一定幅度的震颤，通过柔性金属件22、弹性绝缘套12、金属压片34可缓冲震颤，进一步保证避雷器结构完好性和可靠性。
如图1所示，在本发明的实施例中，弹性绝缘套12由液态弹性硅橡胶真空灌注在导电内芯组件2和筒本体11之间的间隙制成。采用真空灌注的方式来制作弹性绝缘套12，可保证避雷器内的真空度，避免膨胀缓冲空间内存在空气而影响电阻块21膨胀，同时，真空灌注可保证电阻块21和弹性绝缘套12之间的贴合紧密度。当然，弹性绝缘套12还可采用其他材质，如常见的玻璃纤维或环氧树脂等。
如图2所示，通过对常见的玻璃纤维丝、环氧树脂以及弹性硅橡胶材质三种材质分别制成的弹性绝缘套12进行雷击电压冲击测试，其得到的结果如第一曲线B、第二曲线C、第三曲线D所示，通过三条曲线可知，玻璃纤维丝、环氧树脂和弹性硅橡胶材质的弹性绝缘套12最大应力分别为14MPa、8.5MPa和1MPa，因此在本发明实施例中，优选为弹性硅橡胶材质的弹性绝缘套12。
在本发明的实施例中，筒本体11为环氧玻璃纤维制件。环氧玻璃纤维指环氧树脂和玻璃纤维合成的复合材料，使用该复合材料制成的筒本体11具有较好的绝缘性能以及一定程度的塑性，可在一定程度上能够塑性变形以承受电阻块21的膨胀应力，同时该材料质具有一定的硬度，能够稳定支撑电阻块21的重量。
在本发明的实施例中，筒本体11的外壁上还设有绝缘外套13，复合外套设有多层环状设置的伞裙。通过设置伞裙，可增加爬电距离，进一步保证避雷器的可靠性。
在本发明的实施例中，复合外套为硫化硅橡胶材质制件。具体地，复合外套可采用添加配合剂的高温硫化硅橡胶加甲基乙烯基硅橡胶制成。
在本发明的实施例中，第一电极组件31和第二电极组件32的端盖33可为铁制镀锌件，金属电极35采用不锈钢材料。
在本发明的描述中，需要理解的是，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种避雷器，其特征在于，所述避雷器包括：
绝缘套筒(1)，设有两端贯穿的中空腔；
导电内芯组件(2)，包括沿贯通方向(A)间隔布置在所述中空腔内的多个电阻块(21)以及抵接设置在所述电阻块(21)之间的柔性金属件(22)，所述柔性金属件(22)能够受压弹性变形；和
第一电极组件(31)和第二电极组件(32)，分别与所述导电内芯组件(2)两端的所述电阻块(21)抵接并用于封盖所述中空腔的两端。
2.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，所述柔性金属件(22)为蝶形金属片，所述蝶形金属片的中部拱起并与相邻两个所述电阻块(21)的其中一者抵接，所述蝶形金属片的蝶形边与相邻两个所述电阻块(21)的另一者抵接。
3.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，所述电阻块(21)为氧化锌材料制件，所述电阻块(21)的通流能力至少为100kA。
4.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，所述第一电极组件(31)和所述第二电极组件(32)结构相同并均包括用于封盖所述中空腔的端部的端盖(33)以及设置在所述端盖(33)内侧的金属压片(34)和金属电极(35)，所述金属压片(34)能够受压弹性变形并与所述电阻块(21)抵接，所述金属电极(35)的一端与所述金属压片(34)抵接，另一端穿过所述端盖(33)并伸出至所述中空腔外。
5.根据权利要求4所述的避雷器，其特征在于，所述金属压片(34)为椭圆形压片包括上压合部和下压合部，所述上压合部和所述上压合部之间形成有椭圆空腔，所述上压合部和所述上压合部能够在受压时靠近或压合。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的避雷器，其特征在于，所述绝缘套筒(1)包括筒本体(11)以及设置在所述筒本体(11)内的弹性绝缘套(12)，所述弹性绝缘套(12)的中部形成所述中空腔，所述电阻块(21)设置在所述中空腔内并与所述弹性绝缘套(12)密封抵接。
7.根据权利要求6所述的避雷器，其特征在于，所述弹性绝缘套(12)由液态弹性硅橡胶真空灌注在所述导电内芯组件(2)和所述筒本体(11)之间的间隙制成。
8.根据权利要求6所述的避雷器，其特征在于，所述筒本体(11)为环氧玻璃纤维制件。
9.根据权利要求6所述的避雷器，其特征在于，所述筒本体(11)的外壁上还设有绝缘外套(13)，所述复合外套上设有多层环状设置的伞裙。
10.根据权利要求9所述的避雷器，其特征在于，所述复合外套为硫化硅橡胶材质制件。
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