CN1170292C - 防爆自动脱离型避雷器 - Google Patents
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Abstract
一种10KV交流电力系统用防爆自动脱离型金属氧化物避雷器，其中与非线性电阻柱9接触的金属导电导热体14通过低温合金焊料6与接地螺栓1焊接在一起，用耐静压力强度高而耐冲击力强度低的绝缘材料4在其底部起固定作用，高温可使合金焊料6熔化，冲击力可使绝缘材料4的环形槽的底部15处破裂，从而保证避雷器在老化寿终或内部闪络损坏时，均能可靠地脱离电网运行，防止避雷器发生粉碎性爆炸或系统发生死接地等事故。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器装置，更具体地说，涉及一种应用于10KV交流电力系统中的防爆自动脱离型避雷器。
背景技术
20世纪80年代前，电力系统中的过电压保护装置均采用碳化硅半导体制成的非线性电阻作为避雷器的主要元件，这种碳化硅避雷器由于耗能高，材料消耗大，保护性能又满足不了电力发展的需要，所以20世纪80年代以后逐渐被金属氧化物避雷器所代替。1985年我国引进日本日立公司的金属氧化物避雷器的制造技术，经过10多年的消化研究，解决了避雷器因内部闪络而可能发生爆炸的难题，延长了产品的使用寿命，其发明专利号为ZL95100070.5。
国内外对35KV及以上电压等级的避雷器均设有压力释放装置，防止避雷器发生粉碎性爆炸危及人身安全和设备的安全运行。但10KV及以下电压等级的避雷器是无法设计压力释放装置的，为解决此问题，国内外避雷器大都设计了一种脱离装置，将其设在避雷器内或与避雷器串联使用，解决避雷器因不能脱离电力系统引起爆炸或发生电力系统永久性接地的问题。
其中，脱离装置的功能为：当避雷器通过任何雷电流或操作过电压电流时，脱离装置不应动作，而当避雷器老化寿终或因某种因素发生内闪损坏时，就要能够可靠地动作，以防避雷器发生粉碎性爆炸或引起电力系统发生死接地的事故。
国内外脱离装置种类繁多，总的来说可分为三大类：热爆式、熔丝式及热熔式。这些脱离装置各有优缺点，美国GE公司的热爆式脱离装置相对较好，我国曾于20世纪80年代初引进GE公司的脱离装置的控制技术，这种脱离装置只适用于电力系统中性点直接接地的避雷器，而我国10KV电力系统中性点是不直接接地的，所以此种脱离装置不适用于我国的避雷器。熔丝式脱离装置靠通过较大电流烧断熔丝起作用的。热熔式脱离装置靠避雷器内的金属氧化物非线性电阻发热，把热传给低熔点合金使合金熔化后起作用的。如CN92213768专利就是热熔式脱离装置。此种脱离装置响应时间长，一旦避雷器瞬间受到雷击或其它因素引起非线性电阻部分或全部击穿，或引起内闪就无能为力了。总的来说目前国内外的脱离装置都存在一些问题，只能在某种条件下才能起脱离作用。热爆式和熔丝式只能适用于交流电力系统中性点直接接地用的避雷器，但不能保证避雷器不爆炸。热熔式脱离装置只能适用于金属氧化物避雷器老化，漏电流慢慢增大的情况。
美国乔斯林公司利用压力释放装置的工作原理设计制造出了具有脱离功能的10KV金属氧化物避雷器。但只能适用于电力系统中性点直接接地的电网，不适用于中国电力系统中性点不接地的电网系统。目前我国10KV交流电力系统用的金属氧化物避雷器均没有可靠的防爆和自动脱离功能，如发明专利ZL95100070.5，从原理和构思来看是可行的，但因生产工艺较复杂等因素，产品尚未全面达到设计的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防爆自动脱离型避雷器，克服了现有技术的上述缺点，能彻底解决避雷器因不能脱离电力系统引起爆炸或发生电力系统永久性接地的问题。
本发明是按如下方案实现的，构造一种防爆自动脱离型避雷器，包括外套和连接于所述外套上端部的高压接线端，在所述外套内装有非线性电阻；所述非线性电阻的上端紧贴所述高压接线端的下端；其特征在于，所述非线性电阻的下端设有金属导电导热体，所述金属导电导热体的下端中部通过低温合金焊料连接有接地端；所述金属导电导热体及合金焊料的周边支承于绝缘支撑件上，所述绝缘支撑件与所述外套的下端紧固连接。当温度升高导致低温合金焊料熔化时，接地端将失去支撑力而脱落。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述外套用硅橡胶制成，其外圆周上分布有可提高外部闪络电压的伞形伸出结构。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，紧贴所述外套的内腔壁还装有用高强度尼龙制成的绝缘筒，所述外套、绝缘筒及高压接线端制成为一体结构。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述高压接线端为金属螺栓，在所述非线性电阻的上端与所述高压接线螺栓的下端之间还装有导电弹簧。所述导电弹簧可保证非线性电阻与所述高压接线螺栓之间的可靠连接和导通，并使装配更加方便。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述非线性电阻是由多个非线性电阻片经热缩管热缩而成的非线性电阻柱；所述电阻柱上套可防止其摆动的固定圈，所述固定圈上设有通气孔。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述接地端为金属接地螺栓；所述外套的下端扣有密封盖；所述接地螺栓的下端装有可使所述密封盖与所述外套紧密扣合的螺母。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，在所述接地螺栓上套有下端被所述密封盖压紧的储能弹簧。当温度升高导致低温合金焊料熔化时，接地端失去支撑力，在储能弹簧的作用下将自动脱落。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述绝缘支撑件由耐静压力强度高而耐冲击力强度低的聚对苯二甲酸丁二酯材料制成。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述外套内腔与非线性电阻之间设有圆周间隙；所述绝缘支撑件上设有与所述圆周间隙对应的环形槽，所述环形槽的底部为厚度较薄在冲击力作用下容易破裂的结构。
在按照本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，所述绝缘支撑件与所述金属导电导热体之间还装有储能橡胶。当受到冲击力作用时，环形槽的底部处破裂，绝缘支撑件失去固定及支撑作用，在储能橡胶的弹力作用下将自动脱落。
本发明提供的10KV交流电力系统用防爆自动脱离型金属氧化物避雷器，与非线性电阻柱接触的金属导电导热体通过低温合金焊料与接地螺栓焊接在一起，用耐静压力强度高而耐冲击力强度低的绝缘支撑件在其底部起固定及支撑作用，高温可使合金焊料熔化，冲击力可使绝缘材料的环形槽底部破裂，从而保证避雷器在老化寿终或内部闪络损坏时，均能可靠地脱离电网运行，防止避雷器发生粉碎性爆炸或系统发生死接地等事故。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作出一步说明，其中：
图1是本发明提供的防爆自动脱离型避雷器的结构示意图；
图2是本发明提供的避雷器中的绝缘支撑件的结构示意图；
图3是图2中所示绝缘支撑件的仰视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明中的避雷器包括由外套7和绝缘筒8所组成的复合外壳，与所述复合外壳制成一体结构的高压接线螺栓13，在所述外壳内装有与其空腔壁间有一定的圆周间隙17的金属氧化物非线性电阻片9，高压接线螺栓13与非线性电阻片9之间还装有导电弹簧12。除了上述部件之外，本发明中的避雷器中还装有热缩管10，可将非线性电阻片9热缩成非线性电阻柱，防止其左右上下位移，解决接触不良问题；在热缩管10的上下端套有可上下通气的特殊齿形固定圈11，可防止非线性电阻柱移动。所述外套7用硅橡胶制成，绝缘筒8为耐高温耐老化的高强度尼龙制成，外套7、绝缘筒8与高压端T形螺栓13压成一体，可起到加大外绝缘爬电距离、提高外闪电压的作用。
本发明提供的避雷器的内下部设有一个可靠的防爆脱离装置，只要避雷器老化或内部闪络损坏，就能使避雷器脱离电力系统，退出运行，防止发生粉碎性爆炸和停电事故。如图所示，所述脱离装置由接地螺栓1、储能弹簧2、密封盖3、具有特殊形状耐静压力强度高达890kg/cm2且冲击强度达8kg/cm2的绝缘支撑件4、储能与密封橡胶5、低温合金焊料6及导电导热性能良好的金属体14所组成。
整个避雷器的装配过程如下：
1)用热缩管10将非线性电阻片9热缩成非线性电阻柱；
2)在热缩管10的上下两端套上固定圈11；
3)将金属导电导热体14与接螺栓1通过两者之间的低温合金焊料6焊接在一起；
4)将导电弹簧12和非线性电阻柱9先后放入外壳内；
5)将由金属导电导热体14、焊料6和螺栓1所组成的一体部件装入绝缘支撑件4中；
6)将绝缘支撑件4旋入外壳中，与复合外壳紧固连接，起固定和支撑作用；
7)将储能弹簧2套到接地螺栓1上，其上端抵住绝缘支撑件4；
8)盖上密封盖3，用扳手将接地螺栓1上的螺母16拧紧，储能弹簧2同时被压紧。
在本发明提供的防爆自动脱离型避雷器中，确定各零部件的电气和机械参数是非常重要的。其中常规零部件的电气和机械参数应满足国标GB11032-2000的要求。脱离装置部分电气和机械参数确定的原则是：确保避雷器在正常运行、或在任何雷电流及操作过电压的操作波电流作用下其脱离装置不会动作，而在避雷器老化或内部闪络引起工频电流通过时其脱离装置才动作。根据这一原则，选择好合金焊料6的熔点温度，下端储能弹簧2和储能密封橡胶5的弹力大小，是决定避雷器在正常状态下能否安全运行，老化时能否立即退出运行的关键；选择好绝缘筒8和绝缘支撑件4的机械强度，绝缘支撑件4的环形槽的底部15处的厚薄，是决定避雷器在强雷作用下非线性电阻瞬间损坏或内闪产生高温高压气体时能否可靠地自动脱离电力系统运行的关键。
下面将描述本发明避雷器的工作原理：
(1)由于电阻9是非线性半导体元件，所以避雷器在正常运行时处于绝缘状态，流过避雷器的电流很小，约为100uA；当避雷器遭到雷击或操作开关产生的过电压时则处于导通状态，将多余的能量释放到地，从而把过电压限制到输变电设备能耐受的水平，避免输变电设备遭到过电压的损坏，确保其安全运行。在正常运行状态下，因流过电阻9的电流小，发热少，温度低，同时在雷电流或操作过电压的作用下，虽然电流幅值大，但作用时间短，电阻9产生的热量也少，再则因电阻9的散热大于发热，所以合金焊料6一直处于低温状态，不会熔化，螺栓1不会脱落避雷器，可保持正常运行。
(2)当避雷器老化，流过电阻9的工频电流不断增大，致使电阻9的发热大于散热，温度不断升高，并通过金属导电导热体14传给焊料6，此时焊料6的温度不断升高，最后接近熔化状态，接地螺栓1失去支撑力，在弹簧2的作用下自动脱落，使避雷器退出电网运行，避免粉碎性爆炸和电力系统死接地的事故发生。
(3)当避雷器遭强雷或其它原因引起电阻9瞬间部分或全部损坏，或引起侧面闪络时，工频续流电流通过避雷器，在避雷器内部将产生高温高压气体，因合金焊料6的响应时间长来不及熔化，其脱离功能失效，然而此时绝缘支撑件4的环形槽的底部15处的耐冲击机械强度远比绝缘筒8低，环形槽的底部15在冲击力作用下破裂，绝缘支撑件4失去固定及支撑作用，整个脱离装置和密封盖3脱落，同时，非线性电阻柱也将随着脱落，剩下避雷器的外壳悬空挂着。避雷器完成了防爆自动脱离的任务，确保了电网的安全运行。
Claims (8)
1、一种防爆自动脱离型避雷器，包括外套(7)和连接于所述
外套(7)上端部的高压接线端(13)，在所述外套(7)内装有非线性电阻(9)；所述非线性电阻(9)的上端紧贴所述高压接线端(13)的下端；其特征在于，所述非线性电阻(9)的下端设有金属导电导热体(14)，所述金属导电导热体(14)的下端中部通过低温合金焊料(6)连接有接地端(1)；所述金属导电导热体(14)及合金焊料(6)的周边支承于绝缘支撑件(4)上，所述绝缘支撑件(4)与所述外套(7)的下端紧固连接；所述绝缘支撑件(4)由耐静压力强度高而耐冲击力强度低的聚对苯二甲酸丁二酯材料制成；所述外套(7)内腔与非线性电阻(9)之间设有圆周间隙(17)；所述绝缘支撑件(4)上设有与所述圆周间隙(17)对应的环形槽，所述环形槽的底部(15)为厚度较薄在冲击力作用下容易破裂的结构。
2、根据权利要求1所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，所述外套(7)用硅橡胶制成，其外圆周上分布有可提高外部闪络电压的伞形伸出结构。
3、根据权利要求2所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，紧贴所述外套(7)的内腔壁还装有用高强度尼龙制成的绝缘筒(8)，所述外套(7)、绝缘筒(8)及高压接线端(13)制成为一体结构。
4、根据权利要求1所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，所述高压接线端(13)为金属螺栓，在所述非线性电阻(9)的上端与所述高压接线螺栓(13)的下端之间还装有导电弹簧(12)。
5、根据权利要求1或4所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，所述非线性电阻(9)是由多个非线性电阻片经热缩管(10)热缩而成的非线性电阻柱；所述电阻柱上套可防止其摆动的固定圈(11)，所述固定圈(11)上设有通气孔。
6、根据权利要求1所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，所述接地端(1)为金属接地螺栓；所述外套(7)的下端扣有密封盖(3)；所述接地螺栓(1)的下端装有可使所述密封盖(3)与所述外套(7)紧密扣合的螺母(16)。
7、根据权利要求6所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，在所述接地螺栓(1)上套有下端被所述密封盖(3)压紧的储能弹簧(2)。
8、根据权利要求1所述的防爆自动脱离型避雷器，其特征在于，所述绝缘支撑件(4)与所述金属导电导热体(14)之间还装有储能橡胶(5)。
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