专利名称：箱式电涌放电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于变电所的电涌放电器，特别是涉及与气体绝缘开关及功率变压器相连接的箱式电涌放电器。
背景技术：
在电涌放电器标准JBC-2372-1995中为气体绝缘箱式电涌放电器规定的标准适用于电压范围为187KV至500KV的高性能电涌放电器。此种电涌放电器采用具有参考电压为200V／mm(伏／毫米)数量级的氧化锌元件作为基本元件。氧化锌元件简单串联构成电涌放电器。此种电涌放电器过长，不便原样将其用作气体绝缘开关的箱式电涌放电器。因此，就将氧化锌元件设置成四极并连接成之字形以形成长度较短的电涌放电器，这样就可以构成高度降低的电涌放电器。
具有参考电压为，比如，400V／mm的氧化锌元件可以借助形成晶粒尺寸较小的氧化锌晶粒而增加串联连接的氧化锌晶粒的数量来加大氧化锌元件的电阻的方法而获得。于是氧化锌元件的工作电压就可以提高，从而可使氧化锌元件的长度缩短，而用于气体绝缘开关的箱式电涌放电器可以通过将氧化锌元件直线叠加而构成，不再需要将氧化锌元件设置成为3或4个柱体并通过之字形连接来构成。这样一来就可以实现，例如，电压范围在154至500kV的箱式电涌放电器。于是，就可以通过采用减小氧化锌元件的数量但加大其电阻的方法而实现气体绝缘箱式电涌放电器的小型化。
然而，能耐受高电压和有高电阻的可以耐受高电压的氧化锌元件系由尺寸较小的氧化锌晶粒形成，因而此种氧化锌元件的电容比通常的氧化锌元件的电容要小。应用具有小电容的氧化锌元件的箱式电涌放电器对相对于接地箱的小寄生电容敏感，并且电压对元件分布不规则。结果，在用于高电压施加比的高性能电涌放电器中时，元件的电压实用寿命特性由于电压的不规则分布而恶化，使电涌放电器实际上变得无法使用。
在日本专利公开No．55-105989或欧洲专利出版物No．0634757B1中公开的一种对电压在通常的氧化锌元件上的分布进行控制的方法是从高压侧起分立地同轴设置金属屏蔽环，包括直径相同的头部屏蔽环和尾部屏蔽环。
图10中所示的箱式电涌放电器采用了在上述日本专利公开No．55-105989或欧洲专利出版物No．0634757B1中所提到的方法。在此箱式电涌放电器中，图9中的点线所代表的电压分布大约是1．18，并且电压施加比大约在100％数量级。因此，此种箱式电涌放电器不适合用于高电压施加比的情况下。通常，箱式电涌放电器的电压施加比率设定为90％或其以下以保证氧化锌元件具有令人满意的电压实用寿命特性。然而，实际的电压施加此率经常超过设定值。因此，必须将电压分布限制在1．1或其以下，并使电压施加比率为90％或更低。于是，现有技术就不能提供可以采用高电阻氧化锌元件并可以限制电压分布为1．1或其以下的箱式电涌放电器。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供能够适当控制电压分布的箱式电涌放电器。
本发明的第二个目的是提供由具有高电阻的氧化锌元件组成并且在即使氧化锌元件的固有电容减小时也能适当控制电压分布的箱式电涌放电器。
本发明的第三个目的是提供一种采用高电阻氧化锌元件并且在即使氧化锌元件的固有电容减小时其中的电压分布也为1．1或其以下的箱式电涌放电器。
根据本发明的一种形式，箱式电涌放电器的组成包括包含氧化锌元件的氧化锌元件单元，位于氧化锌元件单元顶部用来控制对地绝缘的顶部屏蔽环，位于氧化锌元件上段顶部屏蔽环之下的上屏蔽环，位于氧化锌元件上段在上屏蔽环之下的扩大下屏蔽环，以及位于上下屏蔽环之间的管状导体，这些管状导体包含在高压母线的延伸的垂直平面内。
管状导体通过一连接器与下屏蔽环相连。氧化锌元件的参考电压为200V／mm或更高。
参考附图并根据下面的叙述可以对本发明的上述及其他目的、特点和优点了解得更清楚。附图中附图简介图1是本发明第1实施例的箱式电涌放电器的纵剖视图；图2是沿图1中的A-A线的剖视图；图3是图1的箱式电涌放电器中所包含的氧化锌元件单元的放大剖视图；图4是图1的箱式电涌放电器中所包含的氧化锌元件单元的放大纵剖图；图5是本发明第2实施例的箱式电涌放电器的纵剖视图；图6是沿图5中的B-B线的剖视图；图7是图5的箱式电涌放电器中所包含的氧化锌元件单元的放大剖视图；图8是图5的箱式电涌放电器中所包含的氧化锌元件单元的放大纵剖图；图9是示出氧化锌元件上的电压分布的曲线图；图10是箱式电涌放电器的纵剖图。
最佳实施例第1实施例下面参考图1至4描述根据本发明的第1实施例中的箱式电涌放电器。参见图1。箱式电涌放电器具有一安装于用SF6或油绝缘的箱体15内的电涌放电器单元。电涌放电器单元具有一固定于绝缘板45上的氧化锌元件12，而绝缘板45则置于箱体15的底板18之上。氧化锌元件12具有的参考电压为200V／mm或更高。如图2至4所示，氧化锌元件12并排设置成为两个圆柱。每个氧化锌元件12都由一绝缘杆27支撑。由于氧化锌元件12能否耐受住地震和氧化锌元件12的强度能否耐受住在运输中作用在其上的外力是一个问题，所以与氧化锌元件12相接触设置了绝缘管20和21以组成一个具有大截面模量和足够强度的结构。法兰24和25装在绝缘管21和21的下端，并且用螺栓26将法兰24和25固定在箱体15的底板18上。在绝缘杆27的下端装有法兰，并且这些法兰用螺栓固定在箱体15的底板18上。连接导体22与氧化锌元件12的下端连接，并且连接导体22与连接导体23相接。连接导体23由固定件46固定在底板18上，固定件46与箱体15之间由绝缘板13绝缘。连接导体23连接到与接地导体17相连的密封端子16上。接地导体17位于高压母线1延伸部的垂直平面内。于是可以在接地导体17的一侧设置一个小室14，可提供对在箱式电涌放电器工作时发出警报的报警装置和小室中容纳的记录仪进行检查的操作，并且可提供对箱式电涌放电器的维护操作，从而可提高操作可靠性。
连接板9通过弹簧10支撑于由氧化锌元件12组成的电涌放电器单元的上端，即头部之上。在氧化锌元件12的箱体15的底板18和连接板9之间处有一个导体8用来将弹簧10短路。其上面是电场控制屏蔽环(绝缘控制屏蔽环)7，与连接板9电连接。屏蔽环7与位于连接板9下面的上屏蔽环6电连接，而上屏蔽环6通过一管状导体5与下屏蔽环4电连接。下屏蔽环4通过连接导体3与用SF6或油绝缘的高压母线1连接。高压母线1由绝缘隔板2支承使之与地绝缘。
高电压通过高压母线1施加于箱式电涌放电器上。高压母线1利用绝缘隔板2与地绝缘，并且高电压通过连接导体3施加于电涌放电器单元。连接导体3通过下屏蔽环4、管状导体5和下屏蔽环4连接到连接板9。固定于固定件46上的连接导体23通过密封端子16与接地导体17相连。在高压母线1中产生的电涌电流通过氧化锌元件12入地。
如图1所示，电涌放电器单元是由串联的氧化锌元件12构成的简单结构。在此种箱式电涌放电器中的电学问题是氧化锌元件12会受到电涌放电器单元和箱体15之间的寄生电容C1的影响，并且氧化锌元件12上的电压分布不规则。在氧化锌元件12和导体5之间产生的校正寄生电容C2用于校正不规则的电压分布。这一校正寄生电容C2是利用将导体5置于导体11的对面而产生的。利用校正寄生电容C2可以将电压分布比校正为1．1或其以下。如果使用过多数量的导体5和11，则会由于补偿过度而使电压分布恶化。
在此实施例中，屏蔽环4、6和7位于电涌放电器单元的上段。绝缘控制屏蔽环7位于电涌放电器单元的顶部，上屏蔽环6位于上段，下屏蔽环4位于下段，而管状导体5和11在上屏蔽环6和下屏蔽环4之间延伸。导体5和11包含在含有高压母线1的延伸部的垂直平面中。调节导体5和氧化锌元件12之间的寄生电容C2以使氧化锌元件12上的电压分布均匀(如图9中的实线所示)从而满足电压分布比为1．1的要求。由于管状导体5和11包含在包含有高压母线1的延伸部分的垂直平面中，所以管状导体5和连接导体3可以安排在一条直线上。从而可以消除连接导体3的突出部对电场干扰的影响，于是电场干扰对氧化锌元件上的电场分布的有害作用就可受到抑制。由于箱式电涌放电器机械强度高，故可以抑制因屏蔽环振动而产生金属粒子等。
从绝缘配合观点来看要求箱式电涌放电器具有优良的保护特性。500kV的电涌放电器通常具有870kV／10kA的放电电压。与此不同，当氧化锌元件12平行设置成为两个圆柱时，500kV的电涌放电器12具有的放电电压为850kV／5kA。进而，当元件12平行设置成为三个圆柱时，其放电电压为830kV／3．3kA。
由于这样可使电压分布控制屏蔽环的形状和屏蔽环与氧化锌元件之间的连接方法得到优化，于是甚至在氧化锌元件的固有电容由于氧化锌元件的电阻的加大而减小时也可在电压分布比为1．1或其以下的状态下得到合适的电压分布。第2实施例下面参考图5至8描述本发明的第2实施例的箱式电涌放电器。第2实施例的箱式电涌放电器的额定值，比如为800kV，比第1实施例中的箱式电涌放电器的额定值为高。通过仅仅增加串联元件的数量就可以按照图1所示的结构构成高额定值的箱式电涌放电器，但是这种结构的箱式电涌放电器的高度却不能满足利用载重汽车进行运输的条件。在第2实施例中的箱式电涌放电器中氧化锌元件的安排为按前后方式排列。
第2实施例中的箱式电涌放电器在结构上与图1至4中所示的第1实施例中的箱式电涌放电器类似。氧化锌元件30的组成包括一绝缘板29和一连接导体28。电流在氧化锌元件圆柱47和48之间来回流动，并且电流在氧化锌元件圆柱49和50之间来回流动。氧化锌元件连接到与连接导体36相连的连接导体35上。将氧化锌元件30按照前后方式排列而构成的结构的电感比按照之字形方式排列氧化锌元件而形成的通常结构的电感要小。绝缘管31、32和33设置于圆柱47、48、49和50之间而构成由具有大截面模量的氧化锌元件组成的电涌放电器单元，使此电涌放电器单元可以承受住在运输和地震时可能施加于其上的外力和振动。
如图10所示，高压母线1也可以直接与导体5连接而取得同样的效果。
虽然在上述各实施例中对本发明的描述具有一定程度的特殊性，很明显对其还能做出多种改变和修改。因此可以理解，本发明可以以别种方式实现而不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1．一种箱式电涌放电器，其组成包括一包含氧化锌元件的氧化锌元件单元；位于氧化锌元件单元顶部用来控制对地绝缘的顶部屏蔽环；位于氧化锌元件上段在顶部屏蔽环之下的上屏蔽环；位于氧化锌元件上段在上屏蔽环之下的扩大的下屏蔽环；以及位于上下屏蔽环之间的管状导体，这些管状导体包含在高压母线延伸部的垂直平面内。
2．根据权利要求1中所述的箱式电涌放电器，其中，高压母线通过一导体与下屏蔽环连接。
3．根据权利要求1中所述的箱式电涌放电器，其中，氧化锌元件的参考电压为200V／mm或更高。
4．根据权利要求1至3中任何一项中所述的箱式电涌放电器，其中氧化锌元件并排设置成为两个柱体并有两个绝缘管与氧化锌元件接触设置。
5．根据权利要求1至3中任何一项中所述的箱式电涌放电器，其中，氧化锌元件设置成为4个柱体，并且各柱的氧化锌元件通过绝缘体和连接导体成按前后方式设置。
6．根据权利要求1至3中任何一项中所述的箱式电涌放电器，其中，氧化锌元件设置成为4个柱体，绝缘管设置成为与氧化锌元件柱体相接触。
7．根据权利要求1至6中任何一项中所述的箱式电涌放电器，其中，接地导体位于高压导体延伸部的垂直平面内以将在高压导体内生成的电涌电压接地。
8．根据权利要求1至7中任何一项中所述的箱式电涌放电器，其中，高压母线与管状导体之一连接。
全文摘要
一种箱式电涌放电器,其组成包括含有氧化锌元件的氧化锌元件单元,位于氧化锌元件单元顶部用来控制对地绝缘的顶部屏蔽环,位于氧化锌元件上段在顶部屏蔽环之下的上屏蔽环,位于氧化锌元件上段在上屏蔽环之下的扩大下屏蔽环,以及位于上下屏蔽环之间的管状导体,这些管状导体包含在高压母线的延伸部上的垂直平面内。
文档编号H01T4/08GK1204129SQ9810937
公开日1999年1月6日 申请日期1998年5月29日 优先权日1997年5月30日
发明者百川晋吾, 绵引听史 申请人:株式会社日立制作所