CN1290241C - 用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具，其特征在于所述耐弧穿刺金具包括：由上压块(7)和下压块(5)构成的穿刺线夹，穿透绝缘导线(1)的绝缘层内部的导体紧密电接触；接地引弧电极(3)，位于穿刺线夹的下方，与穿刺线夹的间距为100-250毫米；耐弧电极(6)，与穿刺线夹电联接；绝缘罩(4)，固定在穿刺线夹的外面用于绝缘和限弧，绝缘罩(4)的底沿不密封。如此设置接地引弧电极的位置，能够使得在雷电发生时，穿刺线夹与接地引弧电极之间放电，使续流工频电弧移动到耐弧电极上烧灼，从而保护绝缘导线不受损伤。根据本发明的该耐弧穿刺金具具有防雷击断线、不剥离导线绝缘层、施工简单、附带绝缘罩、安全可靠性高的特点。

Description

用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具

技术领域

本发明涉及电力系统架空配电线路，尤其涉及一种用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具，其特别适合在10kV架空绝缘导线上使用。

背景技术

为了减少树木、鸟类、积雪等外部原因引起的架空配电线路故障，提高供电可靠性，国际上发达国家从六十年代后期逐渐采用架空绝缘导线。我国从八十年代开始对城市架空配电网实施绝缘化改造试点。九十年代，开始推广应用。

绝缘导线确实解决了裸导线所解决不了的走廊和安全问题，与电缆相比，投资省、建设快，优点十分明显。但是，雷击断线问题却十分突出。日本在七十年代初的研究得出结论：绝缘导线雷击必断。例如：1998年，雷电活动强烈，北京供电局管辖的10kV架空绝缘线路发生雷击断线14次。因此，必须妥善解决雷击断线问题，才能保证架空绝缘配电网的安全运行。

绝缘导线的雷击断线原理与裸导线相比有明显不同。当直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时，接续的工频短路电流电弧在电动力的作用下沿着导线向背离电源方向移动，导线被严重烧伤的概率很小。而绝缘导线则不同，雷电过电压首先击穿导线绝缘层进而引起绝缘子闪络，被击穿的绝缘层呈一针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻凝，弧根只能在针孔处燃烧，在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。

根据上述绝缘导线雷击断线的机理，相应的防范措施有“疏导和堵塞”两种方式。“疏导”就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使工频电弧弧根转移或固定在特制金具上燃烧，从而保护导线免于烧伤。例如，在绝缘子与导线联结处剥离绝缘层采用闪络保护型线夹或将绝缘子两侧的绝缘导线剥离一段绝缘层并加装防弧线夹。“堵塞”就是雷击闪络后阻止工频续流起弧。例如，采用限流消弧角，即带串联环型外间隙金属氧化物避雷器。

上述两种方式虽然能够有效地防止雷击断线，但是存在以下的不足：

1.目前已有的防弧金具，在使用时，绝缘导线需剥离较长的长度，裸露部分较大，这会对导线的密封和绝缘有一定的影响。

2.使用避雷器，虽然防护效果好，但施工安装复杂、投资大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种克服现有技术中的上述缺陷的结构，用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具。

为了实现上述目的，本发明的用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具包括：由上压块和下压块构成的穿刺线夹，穿透绝缘导线的绝缘层与内部的导体紧密电接触；接地引弧电极，位于穿刺线夹的下方，与穿刺线夹的间距为100-250毫米；耐弧电极，与穿刺线夹电联接；绝缘罩，固定在穿刺线夹的外面用于绝缘和限弧，绝缘罩的底沿不密封。如此设置接地引弧电极的位置，能够使得在雷电发生时，穿刺线夹与接地引弧电极之间放电，使续流工频电弧移动到耐弧电极上烧灼。

本发明的耐弧穿刺金具具有防雷击断线、不剥离导线绝缘层、施工简单、附带绝缘罩、安全可靠性高、填补国内技术空白的特点。具体地，其具有以下优点：(1)由于耐弧穿刺金具穿透绝缘导线的绝缘层，与内部的金属导线紧密电联接，雷电放电后，接续的工频短路电流电弧的弧根固定在穿刺金具的耐弧电极上燃烧，保护导线免于烧伤。(2)本发明的耐弧穿刺金具，无需剥离绝缘层，即可引出高压电位。穿刺刀齿以点压的方式挤入绝缘层，对导线绝缘层损伤很小。穿刺刀齿表面涂敷导电硅脂，能够防止潮气进入导线内部。(3)耐弧穿刺金具的耐弧电极有足够的厚度和体积，经得起工频电弧的多次烧灼。(4)采用扭力螺母，使穿刺的深度合理，既能与绝缘导线良好接触，又不会影响绝缘导线的强度和性能。(5)接地引弧电极可靠接地。安装时，接地引弧电极位于穿刺线夹的下方，与穿刺线夹间距100-250毫米，能够确保雷击放电发生在耐弧穿刺金具上。(6)在耐弧穿刺金具外部加绝缘罩，能够减少由于异物碰撞等原因造成的事故，同时对绝缘罩的结构进行了优化，确保发生雷击时存在畅通的电弧烧灼通道。(7)耐弧穿刺金具的安装方便、快捷，满足施工现场的操作需要。(8)耐弧穿刺金具的机械性能好，绝缘罩的绝缘性能、防污性能和防气候老化性能好。

附图说明

图1是本发明耐弧穿刺金具的总体安装示意图；

图2是本发明耐弧穿刺金具第一实施例的示意图；

图3是本发明所述耐弧穿刺金具第二实施例的示意图；

图4是本发明耐弧穿刺金具穿刺线夹的特征示意图；

图5是本发明耐弧穿刺金具绝缘罩的特征示意图；

图6是本发明耐弧穿刺金具用于雷电冲击放电试验的接线示意图；

图7a是本发明耐弧穿刺金具用于工频电弧试验时的接线示意图；

图7b是本发明耐弧穿刺金具用于工频电弧试验时的布置示意图；

图7c是本发明耐弧穿刺金具工频电弧试验后的照片。

具体实施方式

以下参考附图来具体描述本发明的具体实施方式，其中相同的标号表示相同的部件。

现在参考图1来具体描述本发明的用于架空绝缘导线的耐弧穿刺金具的具体安装结构，它主要包括：由上压块7和下压块5组成的穿刺线夹、耐弧电极6、扭力螺母8、接地引弧电极3、绝缘罩4。其中，穿刺线夹穿透绝缘导线1的外绝缘层，与绝缘导线1内部的导体紧密电接触，以使其电位相同；雷电发生时，穿刺线夹与接地引弧电极3之间放电，续流工频电弧移动到耐弧电极6上烧灼，从而保护绝缘导线1不受损伤。

其中，对于单向电源供电的架空绝缘导线1，耐弧穿刺金具安装于线路绝缘子(例如支柱绝缘子)2负荷侧，耐弧电极6背向线路绝缘子2放置，接地引弧电极3与线路绝缘子2的接地端电连接，并与穿刺金具位于该线路绝缘子的同一侧；对于双向电源供电的架空绝缘导线1，在线路绝缘子2两侧都要安装耐弧穿刺金具，安装时，耐弧电极6背向线路绝缘子2放置，两个耐弧穿刺金具之间要用裸露的导线紧密电联接，接地引弧电极3与线路绝缘子2的接地端电连接。

而且，必须确保耐弧穿刺金具的穿刺线夹与耐弧电极6的电位相同。穿刺线夹与耐弧电极6可以采用压紧、螺纹联接，也可以通过铸造或机械加工等方式成为一体。对于穿刺线夹最好选用铝合金或铜材料，对于耐弧电极最好选用铝合金、铜或不锈钢材料。

上述接地引弧电极3由金属材料制成，可以是杆状、环状或其它形状，但要满足以下要求。接地引弧电极3应可靠接地，确保位于穿刺线夹下方，与穿刺线夹间距100-250毫米。

上述耐弧电极6由金属或导电材料制成，可以单独制造，也可以与穿刺线夹制成一体。耐弧电极的长度大于60毫米，其端部与导线绝缘层的最短距离大于20毫米。

图2示出了图1中耐弧穿刺金具中的扭力螺母8、上压块7和下压块5的第一种构成形式。如图3示出了另一种结构的耐弧穿刺金具，其中的耐弧电极包括上半部分10和下半部分，上下压块与耐弧电极的下半部分加工为一个整体零件9。上、下压块的形状和尺寸可以有不同选择，但要满足下述要求。

如图4所示，在上压块7和下压块5与绝缘导线1相接触的表面上，设置有凹槽11，起到固定导线的作用。凹槽11的底圆半径R与绝缘导线1的半径相匹配，凹槽11中部为刺状的刀齿，刀齿的数量为6-48个，所有刀齿的刀尖位于半径为R1的圆柱形轮廓面上，R1与绝缘导线1内部的导体截面半径相匹配，误差为正负5毫米。刀齿的表面涂敷导电密封胶。上下压块压紧导线后，其间相距最近点之间的间隙距离D为0.5-5毫米。通过扭力螺母8压紧上下压块，使刀齿穿透导线外绝缘层，与内部的金属紧密电联结。扭力螺母8在规定的应力作用下能够断裂，从而使穿刺线夹既与导线紧密联接，又不会破坏绝缘导线1。

如图5所示，绝缘罩4置于穿刺线夹的外部，起到绝缘防护作用。绝缘罩4采用有机复合材料制造，具有良好的阻燃性能、耐候性能和绝缘性能。绝缘罩4可以有不同的形状和尺寸，但绝缘罩4的底沿不密封，沿导线方向保留至少2毫米宽的间隙，以形成穿刺线夹、耐弧电极6，形成贯穿裸露的电弧移动通道。

以上描述了本发明用于架空绝缘导线的耐弧穿刺金具的具体结构，下面通过试验数据，进一步说明本发明的实施效果。

1.雷电冲击放电试验

该试验是为了检验在雷电冲击作用下，闪络是否都在耐弧穿刺金具2上，能否有效地定位工频电弧路径。

试验接线如图6所示，图中各部件分别是：冲击电压发生器G、示波器S、电阻分压器D、绝缘导线1、线路绝缘子2、耐弧穿刺金具12。试验结果见表1，每次放电均发生在耐弧穿刺金具12上。

            表1耐弧穿刺金具雷电冲击试验结果

闪络电压kV	放电时延μs	闪络方式(每个电压施加20次)
				对金具闪络次数	不通过金具闪络次数
		226.5	4.73			20	0
253.6	2.41			20	0
		284.5	1.8			20	0
306.4	1.45			20	0
		320.5	1.20			20	0
344.3	1.00			20	0
		363.6	0.86			20	0

试验结果表明，安装上本发明所述的耐弧穿刺金具12，在雷击过电压作用下闪络均发生在耐弧穿刺金具12上，能有效地定位工频电弧路径。

2.工频电弧试验

该试验是为了检验雷击闪络后的工频续流电弧弧根能否固定在耐弧穿刺金具12上燃烧、耐弧穿刺金具12烧灼的程度和保护导线免于烧伤的效果。

试验接线如图7a所示，图中各部件分别是：电源P、开关刀闸K、变压器T、隔离开关K1、K2、电抗器L1、电流互感器CT、线路绝缘子2、和耐弧穿刺金具12，按照图7b所示进行安装。短路电流幅值约12.5kA，持续时间0.23s，进行合闸短路工频燃弧试验。

试验结果表明，耐弧穿刺金具12安装在负荷侧，电弧弧根固定在耐弧穿刺金具12的耐弧电极上燃烧，能有效地保护导线免于烧伤。

图7c为试验后耐弧穿刺金具的照片，其中耐弧电极有烧灼痕迹，但绝缘导线没有烧伤。

以上的试验结果表明，本发明所述耐弧穿刺金具能够有效地防止10kV架空绝缘导线雷击断线。

此外，本发明的耐弧穿刺金具中的线路绝缘子不限于上述实施例中的支柱绝缘子，也可以使用悬式绝缘子及其它形式的绝缘子，相关结构可参照上述内容进行相应的改动，这对本领域普通技术人员而言是很清楚的，为避免重复在此省略对其的描述。

尽管已对本发明进行了描述，但上述描述只是为了说明的目的，本发明不限于上述结合附图的具体描述，本领域普通技术人员可以对其进行不脱离本发明精神的各种改变，而本发明的保护范围由后附的权利要求书来限定。

Claims (13)

1.一种用于防止架空绝缘导线雷击断线的耐弧穿刺金具，其特征在于所述耐弧穿刺金具包括：

由上压块(7)和下压块(5)构成的穿刺线夹，穿透绝缘导线(1)的绝缘层与内部的导体紧密电接触；

接地引弧电极(3)，位于穿刺线夹的下方，与穿刺线夹的间距为100-250毫米；

耐弧电极(6)，与穿刺线夹电联接；

绝缘罩(4)，固定在穿刺线夹的外面用于绝缘和限弧，绝缘罩(4)的底沿不密封。

2.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：对于单向电源供电的架空绝缘导线，所述耐弧穿刺金具安装于线路绝缘子(2)的负荷侧，耐弧电极背向线路绝缘子(2)放置，接地引弧电极(3)与线路绝缘子(2)的接地端电连接，并与穿刺金具位于该线路绝缘子的同一侧。

3.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：对于双向电源供电的架空绝缘导线，在线路绝缘子(2)的两侧都安装耐弧穿刺金具，安装时耐弧电极背向线路绝缘子(2)放置，两个耐弧穿刺金具之间用裸露的导线紧密联接，接地引弧电极(3)与线路绝缘子(2)的接地端电连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：穿刺线夹与耐弧电极(6)采用压紧、螺纹联接。

5.如权利要求1-3中任一项所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：穿刺线夹选用铝合金或铜材料，耐弧电极选用铝合金、铜或不锈钢材料。

6.如权利要求1-3中任一项所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：所述上压块和下压块与绝缘导线相接触的表面上，设置有固定导线的凹槽(11)，凹槽(11)的底圆半径(R)与绝缘导线(1)的半径相匹配，凹槽(11)的中部为刺状的多个刀齿，各刀齿的刀尖位于与绝缘导线(1)内部的导体截面半径相匹配的圆柱形轮廓面上，使得在所述上下压块压紧导线后所述刀齿穿透导线的外绝缘层而与内部的金属紧密电联结。

7.如权利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：所述刀齿的数量为6-48个。

8.如权利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：刀齿的表面涂敷导电密封胶。

9.如权利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：上下压块压紧导线后，其间相距最近点之间的间隙距离(D)为0.5-5毫米。

10.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：所述耐弧穿刺金具还包括用于固定穿刺线夹的扭力螺母(8)，所述扭力螺母在规定的应力作用下能够断裂。

11.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：接地引弧电极(3)为杆状或环状。

12.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：耐弧电极(6)长度大于60毫米，其端部与导线绝缘层的最短距离大于20毫米。

13.如权利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于：绝缘罩沿导线方向保留至少2毫米宽的间隙，以裸露出穿刺线夹和耐弧电极，并形成贯穿的电弧移动通道。

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