CN1255709A

CN1255709A - 避雷器

Info

Publication number: CN1255709A
Application number: CN99123432A
Authority: CN
Inventors: 白川晋吾; 绵引聪史
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2000-06-07
Also published as: EP0999560A2; US6466425B1

Abstract

提供一种避雷器,它的限幅电压特性是优异的,能够经得起陶瓷套管表面的污染和浪涌吸收。利用每个厚度大于氧化锌元件厚度的金属板,配置高承受电压的氧化锌元件,以便抑制氧化锌元件的温度升高。通过采用上述配置,可以构成能够抑制氧化锌元件的温度升高并具有低的限幅电压和高的性能参数。

Description

避雷器

本发明涉及一种避雷器，特别是涉及多个氧化锌元件叠装在陶瓷套管内部或箱内部的一种避雷器。

在常规的绝缘子式避雷器中，担心产生这样一种现象，即当陶瓷套管的表面不均匀沾污时，过高的电压(electrical stress)长时间施加在一部分氧化锌元件上，因此，氧化锌元件发热，最终导致冒险运行，如在S.Shirakawa等人的论文：“两级陶瓷套管式浪涌避雷器的DC和AC污染特性”(10^th ISH，Montreal，1997)中所介绍的。

就是说，担心当氧化锌元件发热不均衡时，氧化锌元件的漏电流增加，因此，温度迅速上升，导致氧化锌元件因发热而冒险运行。再者，担心当处于氧化锌元件温度升高的状态时，吸收大的雷电浪涌或在系统中的频繁的开闭操作形成的浪涌，氧化锌元件的温度处于这样一种状态，即超过氧化锌元件的热平衡(例如，氧化锌元件的温度超过200℃)，因此，氧化锌元件的漏电流异常地增加，导致很可能因发热而冒险运行。

用于避雷器的氧化锌元件的基本特性是利用氧化锌元件的在导过1毫安时的端电压以及氧化锌元件的厚度来评估的。在现有技术中，接近200伏/毫米的氧化锌元件成为主流。

在绝缘子式避雷器中，为了提高保护等级，希望通过降低限幅(limit)电压来达到更高的性能。然而，由于能够抑制由于污染陶瓷套管的表面而引起的氧化锌元件的温度上升使之尽可能小的绝缘子式避雷器未实现，一直担心能否实现绝缘子式避雷器的更高性能参数。

此外，与之相似，在箱式避雷器中，一直担心由于当氧化锌元件的浪涌被吸收使氧化锌元件的温度升高时，避雷器的更高性能参数和避雷器的小型化的实现取决于氧化锌元件的使用体积的降低。

即在使用常规的200伏/毫米的氧化锌元件的情况下，例如在266千伏的绝缘子式避雷器中，将叠装约95个氧化锌元件。另一方面，在使用高承受电压的氧化锌元件情况下，例如，在使用约400伏/毫米的氧化锌元件情况下，将叠装约40个氧化锌元件；以及在使用约300伏/毫米的氧化锌元件情况下，将叠装约63个氧化锌元件；因此，氧化锌元件的数量与在先技术相比可以降低。

然而，在氧化锌元件的数量降低的状况下，在各氧化锌元件之间的电压分布受对地的静电电容的影响，并且变得不均匀，在高电压下的寿命特性成为问题。设想缩短陶瓷套管的长度可以改进各氧化锌元件之间的电位分布。然而，由于室外污染引起产生外部爬电闪络，不能按上述的长度冒险地缩短。在设计绝缘子式避雷器时，陶瓷套管污染时的承受电压和氧化锌元件的最佳配置是基本的因素。

本发明的第一个目的是提供一种绝缘子式避雷器，其能够抑制由于户外陶瓷套管的污染引起氧化锌元件的温度升高。本发明的第二个目的是提供一种绝缘子式避雷器，其能够抑制由于陶瓷套管表面的污染引起氧化锌元件的温度升高，以及能够通过降低限幅电压形成更高的性能参数。本发明的第三个目的是提供一种绝缘子式避雷器，其能够抑制由于陶瓷套管表面的污染引起氧化锌元件的温度升高，以及能够通过降低限幅电压形成更高的性能参数；以及形成一种配置，其中在各氧化锌元件之间的电压分布由于对地静电电容的影响是不均匀的。本发明的第四个目的是提供一种高性能箱式避雷器，其能够形成避雷器的更高的性能参数以及能够降低氧化锌元件(与用于绝缘子式避雷器的相似)的体积(volume)。

根据本发明用于实现上述第一个目的的第一种绝缘子式避雷器包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个其厚度大于单个氧化锌元件的金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到陶瓷套管。

根据本发明用于实现上述第二个目的的第二种绝缘子式避雷器包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到陶瓷套管中，其中作为氧化锌元件的特征的起始工作电压为280-500伏/毫米。

氧化锌元件的特征在于包含：氧化锌颗粒以及金属添加剂颗粒，其由氧化铋、氧化锑、氧化钴、碳酸锰、氧化铬、氧化镍、氧化硼、碳酸镁、氧化银、氧化硅(Silicone Oxide)和硝酸铝组成。此外，氧化锌元件成分包含颗粒大小为1-5微米的氧化锌颗粒以及颗粒大小为0.05-0.6微米的金属添加剂，该金属添加剂包含氧化铋、氧化锑、氧化钴、碳酸锰、氧化铬、氧化镍、氧化硼、碳酸镁、氧化银、氧化硅和硝酸铝，因此形成起始工作电压280-500伏/毫米的特征。

根据本发明用于实现上述第三个目的的第三种绝缘子式避雷器包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到陶瓷套管，其中作为氧化锌元件的特征的起始工作电压为280-500伏/毫米，以及金属板的厚度大于单个氧化锌元件的厚度。另外，该金属板可以分成多个其厚度小于单个氧化锌元件的厚度的薄板。

此外，在配置厚度大于单个氧化锌元件的厚度的金属板时，使其厚度增加到二倍、三倍或n倍于氧化锌元件的厚度，沿接地侧在氧化锌元件的下端按台阶式配置，同时适合于避雷器的电压分布。

根据本发明用于实现上述第四个目的的第四种箱式避雷器包含：装在箱内部的金属屏蔽元件(shield)和绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到箱中，其中金属板的厚度等于在金属屏蔽元件部分中的单个氧化锌元件的厚度，在屏蔽元件中电场是强的(其中的一部分的电压分布率超过1.0)，如在图13中所示的箱式避雷器的电压分布所示；金属板厚度增加到二倍、三倍或n倍于氧化锌元件的厚度，在接地侧按台阶式配置。

在第一、第二和第三种避雷器中，在10千安和在限幅电压特性曲线的工作电压之间的比值范围在1.9-2.4。

图1是根据本发明的两级式避雷器的结构图以及电压分布图；

图2是表示根据本发明的绝缘子式避雷器的结构断面图；

图3是表示图2中的氧化锌元件部分的放大图；

图4是表示氧化锌元件形状的透视图；

图5是表示图7中的氧化锌元件部分的放大图；

图6是表示氧化锌元件部分的放大图；

图7是根据本发明的第三实施例的绝缘子式避雷器的内部结构图；

图8是根据本发明的第二实施例的绝缘子式避雷器的内部结构图；

图9是根据本发明的第四实施例的箱式避雷器的内部结构图；

图10是根据本发明的第四实施例的箱式避雷器的内部结构图；

图11表示常规的氧化锌元件和高承受电压的氧化锌元件的详细结构图以及电压-电流特性曲线图；

图12表示常规的氧化锌元件和高承受电压的氧化锌元件的承受容量之间的相互关系曲线图；以及

图13箱式避雷器的电压分布图。

下文参照附图将介绍根据本发明的绝缘子式避雷器和箱式避雷器的实施例。

图1-4表示根据本发明的第一实施例的绝缘子式避雷器；图1是两级式避雷器的结构图以及电压分布图；图2是绝缘子式避雷器的结构断面图；图3是表示图2中的氧化锌元件部分的放大图；图4是表示图3中的氧化锌元件形状的透视图。

在各附图中，标号1代表上级陶瓷套管，标号2代表下级陶瓷套管。本实施例表示两级式避雷器的一个实例，其由在上级陶瓷套管1侧的单元和在下级陶瓷套管2侧的单元组成。此外，如果采用三级，可以实现更高额定参数的避雷器。陶瓷套管1和2是由陶瓷构成的，也可由聚合物构成。

在上级陶瓷套管1和在下级陶瓷套管2的内部装有绝缘管9，在绝缘管9的内部装有绝缘杆5，其以直线方式沿坚直方向延伸。绝缘杆5插入到叠装体中，在该叠装体中在环形氧化锌元件3的上端和下端配置有多个环形金属板4，如图3中所示。

关于氧化锌元件3，使用具有作为特征的起始工作电压为280-500伏/毫米的较高承受电压的氧化锌元件。金属板4的功能是吸收在氧化锌元件3中产生的热量。使用的金属板4的厚度大于氧化锌元件3的厚度。

金属导体6装在叠装体下端一侧以便支承叠装体。弹性元件或弹簧7装在叠装体下端一侧，邻近在陶瓷套管的内部的叠装体，与绝缘管9同心且在其内部。弹簧7封装一短路连接导体是考虑避雷器的放电不受影响。局部伞形的屏蔽环10装在上级陶瓷套管1的上端一侧，绝缘基座8装在下级陶瓷套管2的下端一侧。

根据该实施例，通过使用作为特征的起始工作电压为280-500伏/毫米氧化锌元件降低了氧化锌元件的叠装体的数量，并且将每个厚度大于氧化锌元件的金属板配置在氧化锌元件的上端和下端。因此，能够吸收由于陶瓷套管的表面受到污染使氧化锌元件因传递流过各氧化锌元件的漏电流产生的热量，以及实现由于降低限幅电压，避雷器达到更高的性能参数。

在该绝缘子式避雷器的结构中，配置绝缘管9是一个十分有效的方法，能防止内部元件散射到陶瓷套管，这关系到避雷器的压力释放性能参数(防爆性能)。然而，由于相对于陶瓷套管的绝缘状态，其与内部氧化锌元件释放的热量有关，对热量释放的特性存在有害的影响。在某种意义上要改进这一点，提供一个由多个金属板(每个金属板的厚度大于氧化锌元件的厚度)构成的叠装体装在氧化锌元件的上端和下端是十分有效的，能防止氧化锌元件的因发热而冒险运行。

在根据本发明的绝缘子式避雷器中，每个单元在10千安和在限幅电压特性曲线的工作电压之间的比值范围在1.9-2.4。

此外，由于根据本发明，每个金属板的厚度大于氧化锌元件的厚度，即使使用特征为起始工作电压280-500伏/毫米的氧化锌元件，降低氧化锌元件的叠装体的数量，在受到对地静电电容的影响时，在各氧化锌元件之间的电压分布也没有不均匀到不希望有的程度。

此外，使用厚度大于氧化锌元件的厚度的金属板，等同于这样一种情况，其中使用约两倍于高承受电压的元件，因此，能够将视在热容量增加到约2倍。在使用长漏电距离的陶瓷套管的情况下，可以使用更大厚度的金属板，因此可以增加氧化锌元件的吸收热量，此外，可以降低由于陶瓷套管外部污染引起放电时，对于氧化锌元件的传导漏电流的影响。此外，在希望进一步降低限幅电压的情况下，由于氧化锌元件的数量的降低，易于金属板的插入，因此，能够构成在氧化锌元件的热释放特性方面优异的避雷器。

图6是表示根据本发明的第二实施例的绝缘子式避雷器的视图，其是氧化锌元件部分的放大图。本实施例也表示有与前一实例相似的两级绝缘子式避雷器一个实例。在本实施例中，配置在氧化锌元件3的上端和下端上的金属板4被分成多个部分(在本实施例中为4个部分)。其它结构与前一实例相似，略去对它们的介绍。

正如在(两级)绝缘子式避雷器(在各氧化锌元件之间的电压分布的数值是由氧化锌元件特定的静电电容和对地的静电电容确定的)的基本电压分布一样，由于氧化锌元件的配置相对于陶瓷套管的电位分布在氧化锌元件和陶瓷套管之间形成电位差。当陶瓷套管受到污染时，上述的影响增加，从而产生过高的电压。

根据本发明的绝缘子式避雷器，通过在氧化锌元件的上端和下端装设厚度大于氧化锌元件的金属板，可以使氧化锌元件的电压分布接近于陶瓷套管的电压分布，陶瓷套管表面和氧化锌元件之间的电位差可以降低。此外，这里采用特征为起始工作电压280-500伏/毫米氧化锌元件，以及因此氧化锌元件由于陶瓷套管表面污染引起流入到氧化锌元件的传导漏电流产生的热量可以由厚度大于氧化锌元件的金属板吸收，以及限幅电压可以降低，能够提供高的避雷器性能参数，因此，提供一种能够抑制由于陶瓷套管表面污染引起的氧化锌元件的温度升高，并且能够通过降低限幅电压提供高的避雷器性能参数。

根据本发明的绝缘子式避雷器，通过在氧化锌元件的上端和下端装设厚度大于对应氧化锌元件的金属板，以及沿竖直接地侧逐渐加大金属板的厚度，使之具有特征为起始工作电压280-500伏/毫米，因此，氧化锌元件由于陶瓷套管表面污染引起流入到氧化锌元件的传导漏电流产生的热量可以由厚度大于氧化锌元件的金属板吸收，以及限幅电压可以降低，能够提供高的避雷器性能参数。因此，提供一种绝缘子式避雷器，其能够抑制由于陶瓷套管表面污染引起的氧化锌元件的温度升高，并且能够通过降低限幅电压提供高的避雷器性能参数。此外，可以构成这样一种避雷器，其中陶瓷套管表面和氧化锌元件之间的电位差可以降低，使得可以抑制当受到污染时过高的电压加到元件表面上，使其在抗污染性能方面是优异的。

虽然，在本实施例中是按照使用环形氧化锌元件的情况介绍的，但应当指出，在使用盘形氧化锌元件的情况下，也可以得到相似的效果。

由于根据本发明，将金属板分成多个部分，并可以适当调节金属板的厚度，以及在金属板厚度小于氧化锌元件的厚度的情况下，可以易于实现调整装配，并降低成本。

图7表示与前述实例相似的两级绝缘子式避雷器。图5表示根据第三实施例的绝缘子式避雷器，其是氧化锌元件部分的放大图。在本实施例中，金属板4配置在氧化锌元件3的上端和下端，金属板的厚度沿接地的竖直侧逐渐增加。此外，设置金属板的厚度大于单个氧化锌元件的厚度，以及将每个厚度大于单个氧化锌元件的厚度的金属板按台阶式配置在接地的一侧，以便进一步改善电压分布。

可以形成这样一种避雷器，其中陶瓷套管表面和氧化锌元件之间的电位差可以降低，使得可以抑制当受到污染时过高的电压加到元件表面上，使其在抗污染性能方面是优异的。

图8表示与前述实例相似的两级绝缘子式避雷器。由于在图8表示的上级部分和下级部分中，通常由于受对地静电电容的影响，形成的过电压的差约1.05-1.3倍于上级部分侧上的电压，以及在厚度大于单个氧化锌元件的金属板中形成在上级部分和下级部分之间的差。这种方法可以按照更简单的方式实施，与上述其中按台阶式调节金属板的方法相比较，在成本方面更节约。

图9和10分别是表示箱式避雷器的断面图。在图9中，由于各氧化锌元件之间的电位分布受顶部屏蔽环17的控制，该电位集中分布在顶部高压侧。根据上述情况，通过调节金属板4的厚度，将多个氧化锌元件3配置在该顶部，利用厚的金属板4可以使一部分元件形成电较低的电位分布。在图10中，由于电位分布受金属屏蔽环(具有在顶部的环形屏蔽元件)的控制，该电位集中分布在环形屏蔽元件的周边部分，并将多个氧化锌元件3配置在所述部分，利用厚的金属板4可以使一部分元件形成电较低的电位分布。以此，可以避免箱式避雷器的氧化锌元件因发热的冒险运行，以及通过利用厚度大于氧化锌元件的金属板进行调节，可以提高高电压下的工作寿命。

根据本发明的第一种绝缘子式避雷器，由于将厚度大于氧化锌元件的金属板配置在氧化锌元件的上端和下端，能够吸收氧化锌元件由于陶瓷套管表面被污染引起的传导流入氧化锌元件的漏电流产生的热量。因此，能够提供这样一种绝缘子式避雷器和箱式避雷器，其能够抑制由于陶瓷套管表面被污染引起的氧化锌元件的温度升高。

根据本发明的第四种箱式避雷器，将厚度大于氧化锌元件的金属板桉竖直方向配置在其上集中分布电场的屏蔽环的周围，因此可以避免箱式避雷器的氧化锌元件因发热的冒险运行，以及通过利用厚度大于氧化锌元件的金属板进行调节，可以提高高电压下的工作寿命。

Claims

1.一种避雷器包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、一叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到所述陶瓷套管，其中每个所述金属板的厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度。

2.根据权利要求1所述的避雷器，其中至少在陶瓷套管顶部部分处的每个所述金属板的厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度，以及每个厚度大于氧化锌元件的金属板的数量沿接地侧顺序地增加并且在氧化锌元件的下端按台阶式配置。

3.根据权利要求1或2所述的避雷器，其中所述氧化锌元件具有氧化锌颗粒和一定颗粒范围的金属添加剂。

4.根据权利要求1或3所述的避雷器，其中所述氧化锌元件具有颗粒大小为1-5微米的氧化锌颗粒和颗粒大小为0.05-0.6微米的金属添加剂。

5.根据权利要求3或4所述的避雷器，其中的金属添加剂为：氧化铋、氧化锑、氧化钴、碳化锰、氧化铬、氧化镍、氧化硼、碳化镁、氧化银、氧化硅和硝酸铝。

6.根据前述任一权利要求所述的避雷器，其中所述氧化锌元件具有的特征为起始工作电压280-500伏/毫米。

7.根据权利要求1或2所述的避雷器，其中所述的金属板分成多个小于所述单个氧化锌元件的部分。

8.一种避雷器，包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到所述陶瓷套管，其中每个所述金属板的厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度。

9.一种避雷器，包含：装在陶瓷套管内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到所述陶瓷套管中，其中每个所述金属板的厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度，以及将每个厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度的金属板按台阶式配置在接地侧。

10.一种避雷器，包含：金属屏蔽元件和装在箱内部的绝缘杆、叠装体，在其中通过绝缘杆在氧化锌元件的上端和下端叠装多个金属板，装在叠装体下端的金属导体，以及装在叠装体上端的弹性元件，以便将叠装体压入到所述陶瓷套管中，其中所述金属板的厚度等于在形成强电场的金属屏蔽元件处的所述单个氧化锌元件的厚度，以及将每个厚度大于所述单个氧化锌元件的厚度的金属板按台阶式配置在接地侧。

11.根据权利要求1、2、5-9中之一所述的避雷器，其中限幅电压和运行电压之间的比率范围为1.9-2.4。