专利名称：复合外套式避雷器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种避雷器。
背景技术：
现有技术中，6-35kV电力系统用的复合外套金属氧化物避雷器的主要部件为圆饼状或圆环状的金属氧化物非线性电阻片，以下简称阀片，见附图1或2，阀片的主要加工工序是(1)、把配比好的金属氧化物原料经锻烧、磨细、加入结合剂及其它助剂混合后，在压力式喷雾干燥造粒机中造成按粒径分布的颗粒，以便于更好的压制成型。(2)、将造粒后的料放入圆筒状的模具中，在液压机中压制成直径为D和厚度为H的圆饼状(见附图1)或圆环状(见附图2)阀片坯体。(3)、加温排除阀片坯体中的结合剂及其它助剂，预烧，在阀片侧面涂无机材料制成的高电阻层，最终烧制。(4)、阀片的两端面由双面磨片机磨平，用超声波清洗干净，烘干，在两端面喷铝制作电极后进电炉进行(老化)热处理。(5)、阀片侧面涂布有机绝缘层釉。(6)、对每一片进行例行的外观、电气性能参数检查，抽取一定比例数量的阀片进行可能是破坏性的电气性能抽查试验。
现有在液压机中压制成型的阀片，其厚度H与直径D之比H/D一般都不超过1，这是因为(1)、成型时，放入阀片模具中的原料尽管喷雾造粒成按粒径分布的颗粒，但还是夹带有一定的空气。当H过厚时，压制时模腔内空气不易排干净，造成阀片坯体夹气分层。在液压机的自上而下的高压力下，初步压实的料与模腔内侧面有磨擦力，影响了压力的传递，造成压制的阀片坯体的密度上大下小。烧成时，密度大的阀片收缩小，反之收缩大。以至烧成后成圆锥型(见附图3)；为了消除此现象，采用上下双向加压的方法，在一定程度上可提高H，但H增大到一定时值时，出现两端面密度大，中间小的情况，烧成后见附图4。
采用浮动加压加振动的方式，可使H/D达到或略超过1，但末见有超过1.5的报道。
(2)、阀片压制过厚时的密度不匀均，最终导致阀片制作完后密度也不均匀。在泄放过电压时，流过阀片单位面积的电流密度也是不均匀的，会造成局部击穿。
(3)、阀片太厚时，磨片、两端面喷铝所需的工装实现较困难。
(4)、受阀片抽查电气试验设备参数的限制，阀片太厚，电气抽查试验较困难。
(5)、避雷器在我国是按不同的使用场所分类的，相同直径同一厚度阀片的电气参数是一定的，同一使用场所的避雷器采用相同直径同一厚度的阀片，同一使用场所不同电压等级的避雷器电气性能参数是不同的，故会采用相同直径同一厚度的阀片叠加，此时太厚的阀片满足不了避雷器电气参数所需的配组要求，例如加一片太多，减一片太少，半片无法叠加。
阀片由于制作的原因，同一厚度阀片的电气参数有一定的分散性，薄一些、叠加数量多一些的阀片可抵消阀片的分散性，以满足阀片配组要求。
综上所述现有的阀片的厚度受到压制密度、磨片、喷涂电极、配组及抽查试验的限制，其H/D一般不超过1。
避雷器在安装使用时，需要承受一定的机械力，如拉力、弯矩等。而单纯数片阀片的叠加，是无法承受这些力的。所以，现有的复合外套无间隙避雷器是由数片或数十片阀片叠加成柱状，装入由绝缘材料制成的复合外套内，形成圆柱状钢性体，在其两头装上金属电极。避雷器所承受的机械力是由金属电极通过复合外套承受的，有串联间隙或并联间隙的复合外套避雷器仅是在阀片柱上再叠加串联间隙或并联间隙而已。
附图5为现有的缠绕式复合外套避雷器的结构，数片相同厚度相同直径的阀片3配组后，在满足所组装的避雷器电气性能参数的前提下，两头加上金属电极4和5，叠加、压紧。用玻璃纤维浸渍带缠绕层6径向或轴向缠绕数层，加热固化，形成一根可承受各种力的圆棒，其外表涂耦联剂后进入硫化机硫化成型。
附图6为现有的环氧管或塑料管复合外套避雷器的结构，配组后的阀片装入与阀片外径相适应并有一定壁厚的环氧管或塑料管9内，环氧管9的两端内径有螺纹可旋上金属电极4及下金属电极7，形成一根可承受各种力的圆棒。由于环氧管内壁与阀片间有一定的空间，在进入硫化机硫化时，在模具内高温高压下，环氧管内空间的气体排出，尔后环氧管外的复合材料硫化，阻止了气体的回复，故环氧管内腔硫化成型后形成负压，同时环氧管内有空间，避雷器运行时存在着潮湿空气入侵的可能，而负压及潮湿气体会极大地损害避雷器的绝缘及电气性能。此时可在管子内抽真空，注入绝缘树脂固化使其形成一个无气隙的实体。也可在管壁上打孔，在复合外套硫化成型的同时，利用复合材料的热流动特性，将复合材料注入到环氧管内。
附图7为热固性塑料压制的复合外套避雷器的结构，配组后的阀片两头装上金属电极叠成圆柱状；夹紧后放入一圆柱状，直径略大于前者的模具中；加入热固性塑料；在硫化机上固化成型，形成一根可承受各种力的圆棒。
参见附图8和附图9，配组后的阀片两头装上金属电极，用数根绝缘杆12或绝缘板13夹持；环状阀片中间穿一根绝缘杆12，两头紧固。形成一根可承受各种力的棒。
综上所述，现有技术中没有H/D大于1.5的阀体，这主要是技术偏见造成的，现有的阀体由于有多个，因此每一片都需成型、磨片、喷铝、侧面涂高阻及绝缘釉、各项电气性能测试等，加工工序多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚度与直径之比较大的复合外套式避雷器。
本发明的技术方案是一种复合外套式避雷器，包括复合外套、固定地设置于所述的复合外套的内腔中的阀体、固定在所述的阀体的上端部的上金属电极、固定在所述的阀体的下端部的下金属电极，所述的阀体为一根圆柱体式长棒形阀体，所述的长棒式阀体的厚度H与直径D之比大于2。
本发明与现有技术相比具有下列优点(1)、制作工序少。
现有的阀体制作，以10kV系统用复合外套避雷器为例，通常需5-8片阀片(视H的大小)。每一片都需成型、磨片、喷铝、侧面涂高阻及绝缘釉、各项电气性能测试等。而长棒型阀体只须一根，其工作量是前者的1/5-1/8。
(2)、现有的复合外套避雷器既要做到内部无气隙，就不便于在内部设置弹性元件。因此避雷器在承受拉力、弯矩及热胀冷缩时，阀片与阀片、阀片与金属电极之间易出现接触不良；在硫化成型时，在高温高压下，阀片与阀片、阀片与金属电极之间易注入少量的复合材料。在此情况下，避雷器出现局部放电，造成迅速劣化。后者可在避雷器生产过程的检验中得到排除但影响产品的合格率，而前者是在避雷器使用过程中才出现，所以更应加以注意。本发明提出的长棒形阀体制作的避雷器由于芯体本身即是一次成型烧成的阀体，电极是用导电粘合剂与阀体粘合为一体，故不会出现接触不良及局部放电问题。
(3)、目前的复合外套避雷器结构普遍存在机械强度余度不大的问题。因为叠加阀片需要靠钢性绝缘材料支持固定，而绝缘材料大多是有机材料，如环氧管、玻璃纤维浸渍带、环氧引拔棒(绝缘杆)、热固性塑料等，这些材料钢性差、韧性大、易变形，有挠度。只能满足一般避雷器的强度要求，不能用作真正意义上的高抗张高抗弯强度，及多用途的避雷器(如支柱避雷器、绝缘子避雷器等)。本发明提出的长棒形阀体本身是一根无机的电子陶瓷烧结体，具有钢性好，强度高，受力无变形等优点，可既作瓷支柱绝缘子又当避雷器用。
附图1为现有技术中的圆饼状阀片的结构视图；附图2为现有技术中的圆环状阀片的的结构视图；附图3为圆饼状阀片烧结后的结构视图；附图4为圆饼状阀片烧结后的结构视图；附图5为现有技术中的一种缠绕式复合外套避雷器的结构图；附图6为现有技术中的一种环氧管或塑料管复合外套避雷器的结构图；附图7为现有技术中的一种热固性塑料压制的复合外套避雷器的结构图；附图8为现有技术中的夹持式复合外套避雷器的结构图；附图9为现有技术中的另一种夹持式复合外套避雷器的结构图；附图10为本发明的一种实施例结构图；附图11为本发明的另一种实施例结构图；附图12为本发明的第三种实施例结构图；其中1、喷涂铝电极；2、绝缘树脂；3、阀体；H、厚度；D、直径；4、上金属电极；5、复合外套；6、玻璃纤维浸渍带缠绕层；7、下金属电极；8、弹簧；9、环氧管；10、热固性塑料；11、芯腔填充料；12、穿芯绝缘杆；13、侧面固定绝缘板；14、长棒形阀体；15、上金属套；16、上导电胶粘剂；17、下导电胶粘剂；18、下金属套；19、上接线柱；20、下接线柱；21、绝缘体；22、间隙用金属法兰；具体实施方式
一种复合外套式避雷器，包括复合外套5、固定地设置于所述的复合外套5的内腔中的阀体、固定在所述的阀体的上端部的上金属电极、固定在所述的阀体的下端部的下金属电极，所述的阀体为圆柱体式长棒形阀体14，所述的长棒式阀体14的厚度H与直径D之比大于2。所述的上金属电极及下金属电极都通过导电胶粘剂与长棒形阀体14的上下端部相固定连接。所述的复合外套5的内腔壁与长棒形阀体14的外圆周表面直接固定连接为一体。所述的上金属电极为套在长棒形阀体14上端部的上金属套15，所述的下金属电极为套在长棒形阀体14下端部的下金属套18。
先介绍一下长棒型阀体制作方法第一种方法是等静压法阀片原料经喷雾造粒后放在一可排气后封口的长条型橡胶套(或由其它复合材料制作)内，若干个橡胶套放在一个充满液体的高压容器里。用一高压泵向容器内加压。由于液体从橡胶套的四面均匀的传递压力，不象用液压机在模具里只有单向或双向加压那样，因此成型后阀体的每一部位的密度是均匀的。
第二种方法是真空挤出法阀片原料经喷雾造粒后放在一密闭的容器中边搅拌边抽真空，当真空度抽到要求时，在密闭容器内直径为D的模具里，边自动填料，边震动，边加压，直至达到规定的高度H后挤出。然后转过一个工位，压制下一个阀体。成型后的阀体在厚度方向上，每一部位的密度是均匀的。
用上述两种方法成型的阀体，压制高度理论上而言不受限制。主要受成型设备的压制容腔的限制。目前压制的阀体，以D＝35为例，其H/D可达8以上。
由长棒型阀体构成的复合外套避雷器结构实施方案一参见附图10，长棒型阀体14经烧成后，在热处理时两头被涂银形成电极。电测合格，用导电胶粘剂在长棒型阀体14的两头胶装上两个金属法兰(即上金属套15和下金属套18)。在长棒型阀体14及金属法兰上涂布耦联剂，然后硫化上耐气候的复合外套5，由此构成无间隙的复合外套避雷器。长棒型阀体14通过金属法兰承受避雷器应承受的各种自然力。它的这一特点使其既可当避雷器又满足支柱绝缘子的要求，由此可做成绝缘子避雷器或支柱避雷器(见图10)。
参见附图12，长棒型阀体14经烧成后，两头被涂银形成电极。电测合格后，用导电胶粘剂两头胶装上两个金属法兰(即上金属套15，下金属套18)。上金属套15的上部胶装上一段与阀体等直径的绝缘体21。绝缘体21两端的金属法兰构成一个放电的间隙。在阀体及法兰上涂布耦联剂，然后硫化上耐气候的复合外套5。由此构成有间隙的复合外套避雷器。长棒型阀体14和绝缘体21通过法兰承受避雷器应承受的各种自然力。
传统的阀片侧面涂有0.5mm左右厚的有机绝缘釉，釉层无弹性，与阀片的膨胀系数不匹配，在强雷电流的高温作用下，釉层与阀片侧面出现气隙缺陷，导致阀片侧面闪络；还有的复合外套避雷器，阀片叠加后用绝缘材料支持，复合外套材料是与绝缘材料硫化时耦联在一起的。要做到阀片与绝缘材料之间无气隙是不可能的，而有气隙，就存在着电气击穿和局部放电的可能性。
阀体外直接硫化上复合外套作侧面绝缘，复合外套直接与阀体在硫化成型时通过化学键耦联在一起，两者间无任何气隙。复合外套有优异的弹性，能适合阀体在高温及低温等各种严酷气候条件下的膨胀系数，并使其界面无任何气隙缺陷。阀体侧面的复合外套材料通常有3-5mm厚度，比起原有的绝缘釉层要厚的多。因此阀体外直接硫化上复合材料，大大加强了阀体的侧面绝缘，特别是泄放强雷电流时抗沿面闪络的能力。
长棒型阀体在生产中尚存如何解决电气参数配组及电气性能抽查试验问题。电气参数配组长棒型阀体两端被涂银后，两银电极之间的长度决定阀体的电气参数的大小，故长棒型阀体烧制出来后，可先做试样，以确定同一生产批号阀体的两端银电极的长度，进而确定长棒型阀体的电气参数的大小，以适合避雷器的电气参数要求。
电气性能抽查试验长棒型阀体较原有的阀片长，现有的电气性能抽查试验设备不能满足要求，可按阀片现有的抽样规则，抽取在长棒型阀体烧制前的试样，用钢锯锯成适合电气性能抽查试验的阀片，烧制后制作电极进行试验；或抽取在长棒型阀体烧制后的试样，用金刚石刀片锯成适合电气性能抽查试验的阀片，制作电极进行试验。故完全可用现有的电气性能抽查试验设备对长棒型阀体进行抽查试验。
权利要求
1.一种复合外套式避雷器，包括复合外套[5]、固定地设置于所述的复合外套[5]的内腔中的阀体、固定在所述的阀体的上端部的上金属电极、固定在所述的阀体的下端部的下金属电极，其特征在于所述的阀体为一根圆柱体式长棒形阀体[14]，所述的长棒式阀体[14]的厚度H与直径D之比大于2。
2.根据权利要求1所述的复合外套式避雷器，其特征在于所述的上金属电极及下金属电极都通过导电胶粘剂与长棒形阀体[14]的上下端部相固定连接。
3.根据权利要求1所述的复合外套式避雷器，其特征在于所述的复合外套[5]的内腔壁与长棒形阀体[14]的外圆周表面直接固定连接为一体。
4.根据权利要求1所述的复合外套式避雷器，其特征在于所述的上金属电极为套在长棒形阀体[14]上端部的上金属套[15]，所述的下金属电极为套在长棒形阀体[14]下端部的下金属套[18]。
全文摘要
一种复合外套式避雷器，包括复合外套[5]、固定地设置于所述的复合外套[5]的内腔中的阀体、固定在所述的阀体的上端部的上金属电极、固定在所述的阀体的下端部的下金属电极，其特征在于所述的阀体为圆柱体式长棒形阀体[14]，所述的长棒式阀体[14]的厚度H与直径D之比大于2。本发明的机械强度大，加工工序少。
文档编号H01C7/12GK1540685SQ03113310
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月23日 优先权日2003年4月23日
发明者阎中华, 姜成 申请人:阎中华, 姜成