專利名稱：沿面放電避雷裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用來防止由在架空輸電線的支撐絕緣子附近產(chǎn)生的雷電沖擊波造成的絕緣導線斷開和電力系統(tǒng)的瞬時服務中斷的沿面放電避雷裝置(避雷器)。
絕緣導線斷開典型地出自這樣一種機理，雷電沖擊波首先引起與支撐絕緣相鄰的絕緣套的損壞，然后由多相輸電線中的閃絡引起交流動態(tài)發(fā)生，該交流短路電流然后經(jīng)固定支撐絕緣的金屬臂區(qū)域通過損壞部分，并且絕緣導線的導體層通過由電弧引起的熱量最終被蒸發(fā)或斷開。電力系統(tǒng)的瞬時服務中斷產(chǎn)生于由雷電沖擊波在支撐絕緣中的閃絡造成的連續(xù)接地電流。為了防止斷開和瞬時服務中斷，重要的是中斷沿由雷電沖擊波形成的放電路徑產(chǎn)生的交流短路電流和大地電流。
當前，安裝一個ZnO元件作為防止斷開和瞬時服務中斷的最典型措施。
然而，需要大量經(jīng)費安裝ZnO元件。這種方法可能不完美，因為ZnO元件往往被對架空輸電線的直接雷擊燒掉。
因此，本發(fā)明的一個目的在于，提供一種用來防止斷開和瞬時服務中斷而不使用ZnO元件以便降低架空輸電線上防雷擊措施成本的低成本措施。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種在絕緣導線或裸導線形成的架空輸電線中的沿面放電避雷裝置，該沿面放電避雷裝置包括一個由絕緣到與電力電纜的相同程度且折成兩根的絕緣導線形成的避雷裝置本體，該避雷裝置本體包括一個暴露的導體部分和一個絕緣套部分，其中暴露導體部分和絕緣套部分任一個連接到一個絕緣子的接地部分上。而且，在架空輸電線由絕緣導線形成的情況下，暴露導體部分和絕緣套部分的另一個連接到一根放電電極上，其中放電電極包括一根穿入架空輸電線的絕緣套中從而產(chǎn)生擊穿的針狀電極。在架空輸電線由裸導線形成的情況下，暴露導體部分和絕緣套部分的另一個直接布置到架空輸電線上。
本發(fā)明也提供一種在絕緣導線或裸導線形成的架空輸電線中的沿面放電避雷裝置，該沿面放電避雷裝置包括一個避雷裝置本體，該避雷裝置本體帶有包括一根背面電極以便提高閃絡性能的一個絕緣層、一根其一端或兩端在閃絡路徑周圍開口以便提高電弧抑制性能的絕緣管、及以便提高閃絡性能和電弧抑制性能的其組合的任一種，其中避雷裝置本體定位在架空輸電線與一個絕緣子的接地部分之間。


圖1是用來檢查沿面放電特性的試驗裝置的示意圖；圖2是性能圖，表示厚度與不產(chǎn)生擊穿的最大施加電壓之間的關(guān)系；圖3是性能圖，表示施加電壓和放電電壓之間的關(guān)系；圖4是性能圖，表示沿面放電的電壓和時間之間的關(guān)系；圖5表示施加電壓與到閃絡的時間之間的關(guān)系；圖6是剖視圖，表示本發(fā)明的第一試驗例子；圖7是剖視圖，表示本發(fā)明的第二試驗例子；圖8是性能圖，表示沿面放電的電壓和時間之間的關(guān)系；圖9是示意圖，表示本發(fā)明的第一實施例；圖10是詳細視圖，表示本發(fā)明的第一實施例；圖11是示意圖，表示本發(fā)明的第二實施例；圖12(a)是示意圖，表示本發(fā)明的第三實施例；圖12(b)是第三實施例左側(cè)視圖；圖12(c)是第三實施例右側(cè)視圖；圖13(a)是示意圖，表示本發(fā)明的第四實施例；圖13(b)是第四實施例左側(cè)視圖；圖13(c)是第四實施例右側(cè)視圖；圖14(a)是示意圖，表示本發(fā)明的第五實施例；圖14(b)是第五實施例左側(cè)視圖14(c)是第五實施例右側(cè)視圖；及圖15表示在管截面面積與間隙長度最小值之間的關(guān)系。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實施例的模式。
在雷擊時，只有雷擊電壓在給定距離內(nèi)在避雷裝置的表面上放電，并且阻塞交流電流以防止斷開和瞬時服務中斷。在檢查出交流電流阻塞性能、避雷裝置和一個絕緣子的放電性能、雷擊電壓的極性差和其測量對沿面放電性能的影響、及絕緣包皮的要求厚度之后，考慮到可行性即經(jīng)濟效率、工作性能等，發(fā)明了一種新的沿面放電避雷裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種沿面放電避雷裝置具有一種通過背面電極的作用允許在避雷裝置表面中的放電比一個絕緣子早的特征。此外，由絕緣導線夾持的空隙具有較少經(jīng)受對地電場影響的結(jié)構(gòu)，從而可以減小對沿面放電的極性影響，并由此可以提高放電性能。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的沿面放電避雷裝置中，在一根管內(nèi)產(chǎn)生放電以增大管內(nèi)的壓力，并且在管內(nèi)部的氣體從管的一個開口端或兩個開口端排放。這使得能夠提高交流電弧抑制性能和縮短需要的間隙長度。因而，在雷擊時，在管內(nèi)的放電能比絕緣子的放電發(fā)生得早。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種沿面放電避雷裝置具有一種實現(xiàn)改進的避雷性能的特征、和一種通過使在一根管內(nèi)的一個背面電極產(chǎn)生一些放電以提高沿面放電特性和交流電弧抑制性能的緊湊結(jié)構(gòu)。該避雷器可以包括一根具有較少經(jīng)受對地電場影響的管形形狀的背面電極，從而可以進一步減小沿面放電的極性影響。
1．試驗概要進行一種試驗以確定一根絕緣導線和一根絕緣管的絕緣性能、和由沿面放電產(chǎn)生的放電電壓。試驗裝置的外形表示在圖1中。帶有包皮2的絕緣導線1由一個銷形絕緣子3支撐，并且兩者都由一個1.2mm直徑的銅帶彼此固定。一根放電電極4通過在離該固定位置75cm的部分處放入一個釘提供。雷擊電壓(1.2/50μs)通過改變其峰谷施加到絕緣導線1的一端上。這時，除至沿面放電或擊穿的時間之外在絕緣導線與大地之間產(chǎn)生的電壓(放電電壓)由一個電壓計6測量。當檢查出絕緣導線本身的特性時(沒有絕緣子)，通過用一個銅帶對短路絕緣子3進行試驗。當檢查出絕緣套本身的絕緣性能時，借助于不提供不使沿面放電產(chǎn)生的釘進行試驗。
2．試驗結(jié)果圖2對于僅提供絕緣導線和另外提供沿面放電電極的兩種情況，表示絕緣套厚度與在絕緣套中不產(chǎn)生擊穿的最大施加電壓之間的關(guān)系。根據(jù)圖2，當另外提供沿面放電電極時，與絕緣導線本身的情形相比可以施加較高的電壓。這證明沿面放電限制作用在絕緣套上的電壓。還證明這種效果在絕緣套較大厚度和在負極性電壓中是顯著的(該電壓使絕緣導線的導體具有負極并且使接地側(cè)具有正極)。當施加負極性電壓時，最大施加電壓在絕緣套的4mm或更大厚度處指數(shù)增大，并且即使在6,200kV的施加電壓下也不會發(fā)生擊穿。圖3表示絕緣套在沿面放電中的放電電壓?？紤]到當不結(jié)合絕緣子時放電電壓分散在120至180kV的范圍內(nèi)而與施加電壓無關(guān)，可以以較高的可能性理解，即使增大施加電壓，具有特定絕緣性能級的絕緣導線也不發(fā)生擊穿。當組合絕緣子時，放電電壓分散在200至300kV的范圍內(nèi)。這可能是由至沿面放電的延長時間引起的，歸因于組合絕緣子和在該延長時間期間作用在絕緣套上的增大電壓。
為了檢查在沿面放電中施加電壓的影響，確定沿面放電的電壓-時間特性(圖4)和在施加電壓與至閃絡的時間之間的關(guān)系(圖5)。證明正極性產(chǎn)生比負極性顯著高的電壓(圖4)。
由于在正極性中至閃絡的時間大于在負極性時的時間(圖5)，所以可以假定與在負極性中不同，不能平穩(wěn)地形成在正極性中的沿面放電。因而，理解沿面放電的正極性由于至閃絡的較長時間引起較高放電電壓(圖4)，導致較低的最大施加電壓(圖2)。
考慮到實際應用，不能忽略這種影響。因而，已經(jīng)發(fā)明了兩種技術(shù)來解決極性的影響，并且其優(yōu)點也已經(jīng)通過試驗證實。在沿面放電的正極性中，改進在絕緣導線表面上的電場，因為由于在絕緣導線表面上電場的影響抑制在空間的自由電子，并且不能有助于產(chǎn)生沿面放電。
<第一試驗例子〉圖6是剖視圖，表示第一試驗例子的構(gòu)造。一根用來改進電場的絕緣導線7靠近絕緣導線1與地之間的絕緣導線1定位。位于絕緣導線7兩端中用來改進電場的每個導體部分8在與離絕緣子3隔開75cm的位置處連接到絕緣導線1的導體上，并且由一個絕緣包皮9絕緣。
<第二試驗例子>
圖7是剖視圖，表示第二試驗例子的構(gòu)造。一根用于地側(cè)背面電極的絕緣導線10相對于絕緣導線1定位在大地側(cè)。一個位于絕緣導線10一端中且?guī)в形唇^緣導體的導體部分11連接到絕緣子3的接地端上，而位于絕緣導線10另一端中且?guī)в幸粋€絕緣導體的絕緣部分12對于絕緣導線1由一個絕緣件12絕緣。
如圖8中所示，根據(jù)使用用來改進電場的絕緣導線7的技術(shù)，即使在沿面放電的正極性中，也能改進電壓-時間特性，以表示與沿面放電的負極性中的類似性以便有利于沿面放電。根據(jù)使用用于大地側(cè)背面電極的絕緣導線10的技術(shù)，在施加負極性電壓時在絕緣導線1(主線)的表面上產(chǎn)生閃絡，而在施加正極性電壓時，在用于大地側(cè)背面電極的絕緣導線10的表面上產(chǎn)生閃絡。結(jié)果，在施加正極性電壓時在845kV下已經(jīng)產(chǎn)生擊穿的4mm絕緣導線即使在6,200kV的正極性施加電壓下以及在負極性電壓的情況下也不會發(fā)生擊穿。
<借助于實際比例的模擬配電線路的直接雷擊試驗>
把本發(fā)明的技術(shù)應用于模擬配電線路。然后，施加由一個大脈沖發(fā)生器(最大產(chǎn)生電壓12MV)產(chǎn)生的雷擊升起(heave)-電流(最大電流值17kA,1.5/11μs)，以證實能在要求的距離(75cm)上是否形成沿面放電。
試驗結(jié)果表示在表1中表1
O非斷開(沿面放電)×穿透*通過使用接地側(cè)背面電極而不斷開☆通過使用改進絕緣導線的電場而不斷開由該試驗結(jié)果，考慮到對于75cm沿面放電的需要絕緣厚度，在雷擊具有約17kA的雷擊電流波峰值的情況下能陳述如下事實(發(fā)生頻率約30％)。
(1)在有架空地線的情況下，用4mm或更大絕緣厚度的電力電纜能形成沿面放電而沒有擊穿。在沒有架空地線的情況下，用6mm或更大絕緣厚度的電力電纜能形成沿面放電而沒有擊穿。
(2)使用解決閃電極性問題的技術(shù)，在有架空地線的情況下能把需要厚度減小到3mm或更大的絕緣導線套厚度，而在沒有架空地線的情況下減小到4mm或更大的電力電纜的套厚度。
<實施例>
下面將描述本發(fā)明的實施例。圖9表示根據(jù)本發(fā)明的沿面放電避雷器的一個實施例的結(jié)構(gòu)，而圖10表示其細節(jié)(在兩種情況下，架空輸電線是絕緣導線)。在附圖中，標號1指示一根絕緣導線，標號2指示一個套，標號3指示一個銷形絕緣子，標號4指示一根放電電極，標號13指示銷形絕緣子3的閃電部分(高電壓臂)，標號14指示一個避雷裝置本體，標號15指示暴露導體部分，標號16指示一個絕緣套部分，標號17指示用來相互連接暴露導體部分的接線夾，標號18指示一個用來防止暴露導體部分15疲勞斷裂的增強包皮，及標號19指示一個用來保持放電電極4和絕緣套部分16和增強這些部分的絕緣/保持包皮。
避雷裝置本體14由絕緣到與電力電纜相同的程度的絕緣導線形成，并且折成兩個。因而，暴露導體部分15位于絕緣導線的一端處并且?guī)в斜┞秾w，而絕緣套部分16位于絕緣導線的另一端處并且絕緣。暴露導體部分15的兩個由接線夾17連接并且連成一體，及連接到銷形絕緣子3的接地側(cè)，例如閃電部分13。絕緣套部分16由絕緣/保持包皮19固定到安裝在絕緣導線1上的放電電極4上。此時，絕緣導線1由放電電極4的針形電極穿透，以便預先產(chǎn)生擊穿。
在該實施例中，當閃電過流發(fā)生在絕緣導線1處時，閃絡產(chǎn)生在布置在放電電極4與銷形絕緣子3的閃電部分(高電壓臂)之間的沿面放電型避雷裝置本體1的表面上。然而，由于不產(chǎn)生交流短路，所以絕緣導線的任何斷開和瞬時服務中斷永遠不會發(fā)生。
盡管架空地線在圖9和10中的實施例中是絕緣導線，但如果架空地線是裸導線，則避雷器14的絕緣套部分16直接定位在架空地線上。
圖11表示第二實施例，其中在其一端或兩端打開的一根絕緣管20的兩端處提供一根放電電極。一根放電電極21連接到安裝在絕緣導線1上的放電電極4上，而另一根放電電極22連接到銷形絕緣子3的閃電部分13上。
在第二實施例的避雷裝置中，在管20內(nèi)產(chǎn)生放電以增大在管20內(nèi)的壓力，并且在管內(nèi)部的氣體從管的一個打開端或兩個打開端排放。這能夠提高交流電弧抑制性能和縮短需要的間隙長度。因而，在雷擊時，在管20中的放電能比絕緣子的放電發(fā)生得早。
圖12表示第三實施例，其中一根其一端或兩端打開的絕緣管23覆蓋在圖9和10的第一實施例的沿面放電避雷裝置本體14的外面。象關(guān)于第一實施例的情況那樣，避雷裝置本體14的一端連接到架空輸電線(例如絕緣導線1)上，而其另一端連接到銷形絕緣子3的接地側(cè)(例如閃電部分13)上。
圖13表示第四實施例，其中一根其一端或兩端打開的絕緣管24由第一實施例的沿面放電避雷裝置本體14的絕緣導線夾持，以便把絕緣管24定位在沿面放電避雷裝置本體14的絕緣導線的內(nèi)側(cè)，并且把一根要連接到架空輸電線上的電極25插入在位于絕緣套16側(cè)上的絕緣管24的一個打開端中。象關(guān)于第一實施例的情況那樣，避雷裝置本體14的一端連接到架空輸電線(例如絕緣導線1)上，而其另一端連接到銷形絕緣子3的接地側(cè)(例如閃電部分13)上。
圖14表示第五實施例，其中一根背面電極28提供在一根絕緣管26的一個絕緣層27內(nèi)或內(nèi)部，背面電極28在絕緣管26的一端處足夠地絕緣并且在絕緣管26的另一端暴露，一根要連接到架空輸電線上的電極29插入到絕緣背面電極28的絕緣管26的一端中，一根要接地的電極30提供在暴露背面電極28的絕緣管26的另一端處，并且也連接到背面電極28上，電極29連接到架空輸電線上，及電極30連接到一個絕緣子30的接地側(cè)。
根據(jù)第二至第五實施例，提供有一種實現(xiàn)改進的避雷性能的特征、和一種通過使在管內(nèi)的背面電極產(chǎn)生一些放電以提高沿面放電特性和交流電弧抑制性能的緊湊結(jié)構(gòu)。最好，在第五實施例的避雷裝置中，背面電極具有較少經(jīng)受對地電場的管形形狀，從而可以進一步減小沿面放電的極性作用的影響。
(1)間隙長度的最大值(Lgmax)在對主導線具有17kA雷擊電流的直接雷擊中，確定不使銷形絕緣擊穿的間隙長度的最大值。表2
O沿面放電×穿透-未試驗由該試驗結(jié)果，考慮到應該保護No.6絕緣子并且絕緣管的厚度應該是6mm或更小，把Lgmax設置為30cm。
(2)管的內(nèi)徑和間隙長度的最小值(Lgmin)檢查管內(nèi)徑的影響。借助于其兩端打開的1m管進行試驗。試件EPR4.8φ、玻璃6φ、氯乙烯12φ、丙烯酸18φ。
結(jié)果表示在圖15中。
由圖15的結(jié)果，證明在內(nèi)徑6φ或更大的范圍內(nèi)Lgmin與管的截面積成正比地變大，而當內(nèi)徑較小(4.8φ)時Lgmin變得較大。
(2)過渡到交流的條件觀察過渡到交流的條件。即使在到交流的過渡中(12φ、間隙長度25cm)，在一個半波內(nèi)也抑制由短路電流引起的電弧，并因而對系統(tǒng)沒有什么影響。也能得到優(yōu)良的力線充電，并且可以判斷，即使在避雷失效時也不擔心任何供電問題，因為在一個半波內(nèi)能抑制由再一次的雷擊引起的電弧。
如上所述，本發(fā)明提供如下優(yōu)點。
(1)由于沿面放電避雷裝置的擊穿電壓低于絕緣子的擊穿電壓，所以它與架空輸電線的絕緣性能無關(guān)。(有可能設計對任何現(xiàn)有設備的對策)。
(2)因為不與絕緣子結(jié)合的結(jié)構(gòu)，所以放電電壓能限制得較低。(假定放電電壓等于或小于No.10絕緣的放電電壓。)(3)通過沿彼此布置兩根絕緣導線，在架空線的表面上提供一個具有改進電場的空間，從而能產(chǎn)生穩(wěn)定的閃絡而與在架空輸電線中引起的雷擊過流的極性無關(guān)。
(4)該裝置不僅能應用于路徑部分而且也能應用于抑制部分。
(5)提供優(yōu)良的工作性能以安裝該裝置。
(6)通過減薄位于沿面放電避雷裝置中的導體并且把它用作熔斷器，即使在沿面放電(擊穿)失效時，也能阻塞交流動態(tài)電流。
(7)能比ZnO更多地減小用于避雷措施的成本。
(8)沒有在ZnO中那樣的限制量的放電電阻。
本發(fā)明能用在沿面放電避雷裝置中，以便防止由在架空輸電線中的支撐絕緣子上附近產(chǎn)生的雷電沖擊波造成的絕緣導線斷開和電力系統(tǒng)的瞬時服務中斷。
權(quán)利要求
1．一種沿面放電避雷裝置，用于絕緣導線形成的架空輸電線，包括一個由絕緣到與電力電纜相同程度且折成兩根的絕緣導線形成的避雷裝置本體，所述避雷裝置本體包括一個暴露的導體部分和絕緣套部分，其中所述暴露導體部分和所述絕緣套部分的任一個連接到一個絕緣子的接地部分上，而所述暴露導體部分和所述絕緣套部分的另一個連接到在所述架空線處提供的一根放電電極上，其中所述放電電極包括一根穿入所述架空輸電線的絕緣套中從而預先產(chǎn)生擊穿的針狀電極。
2．一種沿面放電避雷裝置，用于裸導線形成的架空線，包括一個由絕緣到與電力電纜相同程度且折成兩根的絕緣導線形成的避雷裝置本體，所述避雷裝置本體包括一個暴露的導體部分和絕緣套部分，其中所述暴露導體部分和所述絕緣套部分的任一個連接到一個絕緣子的接地部分上，而所述暴露導體部分和所述絕緣套部分的另一個布置到所述架空輸電線上。
3．一種沿面放電避雷裝置，包括一根提供在一根其一端或兩端分別打開的絕緣管兩側(cè)的放電電極，其中所述放電電極的一端連接到一根架空輸電線上，而所述放電電極的另一端連接到一個絕緣子的接地部分上。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沿面放電避雷裝置，進一步包括一根其一端或兩端打開的絕緣管，所述絕緣管覆蓋所述沿面放電避雷裝置的外部，其中所述避雷裝置的一端連接到所述架空輸電線上，而所述避雷裝置的另一端連接到所述絕緣子的所述接地部分上。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沿面放電避雷裝置，進一步包括一根其一端或兩端打開的絕緣管，所述絕緣管由所述沿面放電避雷裝置的所述絕緣導線夾持在所述沿面放電避雷裝置的所述絕緣導線的內(nèi)則；和一根要連接到所述架空線上的電極，所述電極插入到位于所述避雷裝置的所述絕緣套側(cè)的所述絕緣管的一個打開端中，其中所述避雷裝置的一端連接到所述架空輸電線上，而所述避雷裝置的另一端連接到所述絕緣子的所述接地部分上。
6．一種沿面放電避雷裝置包括一個絕緣層；一根提供在所述絕緣層內(nèi)的背面電極；一根絕緣管，其一端足以絕緣所述背面電極，其另一端暴露所述背面電極；一根要連接到一根架空線上的電極，插入到絕緣所述背面電極的所述絕緣管的所述一端中；及一根要接地的電極，提供在暴露所述背面電極的所述絕緣管的所述另一端處，并且連接到所述背面電極上，其中要連接到所述架空輸電線上的所述電極連接到所述架空輸電線上，及要接地的所述電極連接到一個絕緣子的一個接地部分上。
全文摘要
采取防止導線斷開和瞬時服務中斷而不使用任何ZnO裝置以便降低用于架空線的避雷措施成本的便宜措施。一個用于由一根絕緣導線構(gòu)成的架空線的避雷器本體(14)由絕緣到與一根電力電纜相同程度的雙折疊絕緣導線形成。避雷器本體(14)的導體暴露側(cè)(15)連接到絕緣接地側(cè)(13)上,并且絕緣包皮側(cè)(16)布置在提供到一根架空線(1)的放電電極(4)側(cè)。在絕緣包皮側(cè)(16)的架空線(1)的絕緣包皮借助于放電電極(4)的針形電極預先擊穿。因而提供一種沿面放電避雷器。如果架空線是一根裸導線,則避雷器本體的導體暴露側(cè)連接到絕緣子接地側(cè),并且絕緣子包皮側(cè)布置到架空線上。
文檔編號H01T4/14GK1315069SQ00801172
公開日2001年9月26日 申請日期2000年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者諸岡泰成 申請人:九州電力株式會社