专利名称：沿面放电避雷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来防止由在架空输电线的支撑绝缘子附近产生的雷电冲击波造成的绝缘导线断开和电力系统的瞬时服务中断的沿面放电避雷装置(避雷器)。
绝缘导线断开典型地出自这样一种机理，雷电冲击波首先引起与支撑绝缘相邻的绝缘套的损坏，然后由多相输电线中的闪络引起交流动态发生，该交流短路电流然后经固定支撑绝缘的金属臂区域通过损坏部分，并且绝缘导线的导体层通过由电弧引起的热量最终被蒸发或断开。电力系统的瞬时服务中断产生于由雷电冲击波在支撑绝缘中的闪络造成的连续接地电流。为了防止断开和瞬时服务中断，重要的是中断沿由雷电冲击波形成的放电路径产生的交流短路电流和大地电流。
当前，安装一个ZnO元件作为防止断开和瞬时服务中断的最典型措施。
然而，需要大量经费安装ZnO元件。这种方法可能不完美，因为ZnO元件往往被对架空输电线的直接雷击烧掉。
因此，本发明的一个目的在于，提供一种用来防止断开和瞬时服务中断而不使用ZnO元件以便降低架空输电线上防雷击措施成本的低成本措施。
为了实现以上目的，本发明提供一种在绝缘导线或裸导线形成的架空输电线中的沿面放电避雷装置，该沿面放电避雷装置包括一个由绝缘到与电力电缆的相同程度且折成两根的绝缘导线形成的避雷装置本体，该避雷装置本体包括一个暴露的导体部分和一个绝缘套部分，其中暴露导体部分和绝缘套部分任一个连接到一个绝缘子的接地部分上。而且，在架空输电线由绝缘导线形成的情况下，暴露导体部分和绝缘套部分的另一个连接到一根放电电极上，其中放电电极包括一根穿入架空输电线的绝缘套中从而产生击穿的针状电极。在架空输电线由裸导线形成的情况下，暴露导体部分和绝缘套部分的另一个直接布置到架空输电线上。
本发明也提供一种在绝缘导线或裸导线形成的架空输电线中的沿面放电避雷装置，该沿面放电避雷装置包括一个避雷装置本体，该避雷装置本体带有包括一根背面电极以便提高闪络性能的一个绝缘层、一根其一端或两端在闪络路径周围开口以便提高电弧抑制性能的绝缘管、及以便提高闪络性能和电弧抑制性能的其组合的任一种，其中避雷装置本体定位在架空输电线与一个绝缘子的接地部分之间。
图1是用来检查沿面放电特性的试验装置的示意图；图2是性能图，表示厚度与不产生击穿的最大施加电压之间的关系；图3是性能图，表示施加电压和放电电压之间的关系；图4是性能图，表示沿面放电的电压和时间之间的关系；图5表示施加电压与到闪络的时间之间的关系；图6是剖视图，表示本发明的第一试验例子；图7是剖视图，表示本发明的第二试验例子；图8是性能图，表示沿面放电的电压和时间之间的关系；图9是示意图，表示本发明的第一实施例；图10是详细视图，表示本发明的第一实施例；图11是示意图，表示本发明的第二实施例；图12(a)是示意图，表示本发明的第三实施例；图12(b)是第三实施例左侧视图；图12(c)是第三实施例右侧视图；图13(a)是示意图，表示本发明的第四实施例；图13(b)是第四实施例左侧视图；图13(c)是第四实施例右侧视图；图14(a)是示意图，表示本发明的第五实施例；图14(b)是第五实施例左侧视图14(c)是第五实施例右侧视图；及图15表示在管截面面积与间隙长度最小值之间的关系。
现在将描述本发明的实施例的模式。
在雷击时，只有雷击电压在给定距离内在避雷装置的表面上放电，并且阻塞交流电流以防止断开和瞬时服务中断。在检查出交流电流阻塞性能、避雷装置和一个绝缘子的放电性能、雷击电压的极性差和其测量对沿面放电性能的影响、及绝缘包皮的要求厚度之后，考虑到可行性即经济效率、工作性能等，发明了一种新的沿面放电避雷装置。
根据本发明的一个方面，一种沿面放电避雷装置具有一种通过背面电极的作用允许在避雷装置表面中的放电比一个绝缘子早的特征。此外，由绝缘导线夹持的空隙具有较少经受对地电场影响的结构，从而可以减小对沿面放电的极性影响，并由此可以提高放电性能。
在根据本发明第二方面的沿面放电避雷装置中，在一根管内产生放电以增大管内的压力，并且在管内部的气体从管的一个开口端或两个开口端排放。这使得能够提高交流电弧抑制性能和缩短需要的间隙长度。因而，在雷击时，在管内的放电能比绝缘子的放电发生得早。
根据本发明的第三方面，一种沿面放电避雷装置具有一种实现改进的避雷性能的特征、和一种通过使在一根管内的一个背面电极产生一些放电以提高沿面放电特性和交流电弧抑制性能的紧凑结构。该避雷器可以包括一根具有较少经受对地电场影响的管形形状的背面电极，从而可以进一步减小沿面放电的极性影响。
1．试验概要进行一种试验以确定一根绝缘导线和一根绝缘管的绝缘性能、和由沿面放电产生的放电电压。试验装置的外形表示在图1中。带有包皮2的绝缘导线1由一个销形绝缘子3支撑，并且两者都由一个1.2mm直径的铜带彼此固定。一根放电电极4通过在离该固定位置75cm的部分处放入一个钉提供。雷击电压(1.2/50μs)通过改变其峰谷施加到绝缘导线1的一端上。这时，除至沿面放电或击穿的时间之外在绝缘导线与大地之间产生的电压(放电电压)由一个电压计6测量。当检查出绝缘导线本身的特性时(没有绝缘子)，通过用一个铜带对短路绝缘子3进行试验。当检查出绝缘套本身的绝缘性能时，借助于不提供不使沿面放电产生的钉进行试验。
2．试验结果图2对于仅提供绝缘导线和另外提供沿面放电电极的两种情况，表示绝缘套厚度与在绝缘套中不产生击穿的最大施加电压之间的关系。根据图2，当另外提供沿面放电电极时，与绝缘导线本身的情形相比可以施加较高的电压。这证明沿面放电限制作用在绝缘套上的电压。还证明这种效果在绝缘套较大厚度和在负极性电压中是显著的(该电压使绝缘导线的导体具有负极并且使接地侧具有正极)。当施加负极性电压时，最大施加电压在绝缘套的4mm或更大厚度处指数增大，并且即使在6,200kV的施加电压下也不会发生击穿。图3表示绝缘套在沿面放电中的放电电压。考虑到当不结合绝缘子时放电电压分散在120至180kV的范围内而与施加电压无关，可以以较高的可能性理解，即使增大施加电压，具有特定绝缘性能级的绝缘导线也不发生击穿。当组合绝缘子时，放电电压分散在200至300kV的范围内。这可能是由至沿面放电的延长时间引起的，归因于组合绝缘子和在该延长时间期间作用在绝缘套上的增大电压。
为了检查在沿面放电中施加电压的影响，确定沿面放电的电压-时间特性(图4)和在施加电压与至闪络的时间之间的关系(图5)。证明正极性产生比负极性显著高的电压(图4)。
由于在正极性中至闪络的时间大于在负极性时的时间(图5)，所以可以假定与在负极性中不同，不能平稳地形成在正极性中的沿面放电。因而，理解沿面放电的正极性由于至闪络的较长时间引起较高放电电压(图4)，导致较低的最大施加电压(图2)。
考虑到实际应用，不能忽略这种影响。因而，已经发明了两种技术来解决极性的影响，并且其优点也已经通过试验证实。在沿面放电的正极性中，改进在绝缘导线表面上的电场，因为由于在绝缘导线表面上电场的影响抑制在空间的自由电子，并且不能有助于产生沿面放电。
<第一试验例子〉图6是剖视图，表示第一试验例子的构造。一根用来改进电场的绝缘导线7靠近绝缘导线1与地之间的绝缘导线1定位。位于绝缘导线7两端中用来改进电场的每个导体部分8在与离绝缘子3隔开75cm的位置处连接到绝缘导线1的导体上，并且由一个绝缘包皮9绝缘。
<第二试验例子>
图7是剖视图，表示第二试验例子的构造。一根用于地侧背面电极的绝缘导线10相对于绝缘导线1定位在大地侧。一个位于绝缘导线10一端中且带有未绝缘导体的导体部分11连接到绝缘子3的接地端上，而位于绝缘导线10另一端中且带有一个绝缘导体的绝缘部分12对于绝缘导线1由一个绝缘件12绝缘。
如图8中所示，根据使用用来改进电场的绝缘导线7的技术，即使在沿面放电的正极性中，也能改进电压-时间特性，以表示与沿面放电的负极性中的类似性以便有利于沿面放电。根据使用用于大地侧背面电极的绝缘导线10的技术，在施加负极性电压时在绝缘导线1(主线)的表面上产生闪络，而在施加正极性电压时，在用于大地侧背面电极的绝缘导线10的表面上产生闪络。结果，在施加正极性电压时在845kV下已经产生击穿的4mm绝缘导线即使在6,200kV的正极性施加电压下以及在负极性电压的情况下也不会发生击穿。
<借助于实际比例的模拟配电线路的直接雷击试验>
把本发明的技术应用于模拟配电线路。然后，施加由一个大脉冲发生器(最大产生电压12MV)产生的雷击升起(heave)-电流(最大电流值17kA,1.5/11μs)，以证实能在要求的距离(75cm)上是否形成沿面放电。
试验结果表示在表1中表1
O非断开(沿面放电)×穿透*通过使用接地侧背面电极而不断开☆通过使用改进绝缘导线的电场而不断开由该试验结果，考虑到对于75cm沿面放电的需要绝缘厚度，在雷击具有约17kA的雷击电流波峰值的情况下能陈述如下事实(发生频率约30％)。
(1)在有架空地线的情况下，用4mm或更大绝缘厚度的电力电缆能形成沿面放电而没有击穿。在没有架空地线的情况下，用6mm或更大绝缘厚度的电力电缆能形成沿面放电而没有击穿。
(2)使用解决闪电极性问题的技术，在有架空地线的情况下能把需要厚度减小到3mm或更大的绝缘导线套厚度，而在没有架空地线的情况下减小到4mm或更大的电力电缆的套厚度。
<实施例>
下面将描述本发明的实施例。图9表示根据本发明的沿面放电避雷器的一个实施例的结构，而图10表示其细节(在两种情况下，架空输电线是绝缘导线)。在附图中，标号1指示一根绝缘导线，标号2指示一个套，标号3指示一个销形绝缘子，标号4指示一根放电电极，标号13指示销形绝缘子3的闪电部分(高电压臂)，标号14指示一个避雷装置本体，标号15指示暴露导体部分，标号16指示一个绝缘套部分，标号17指示用来相互连接暴露导体部分的接线夹，标号18指示一个用来防止暴露导体部分15疲劳断裂的增强包皮，及标号19指示一个用来保持放电电极4和绝缘套部分16和增强这些部分的绝缘/保持包皮。
避雷装置本体14由绝缘到与电力电缆相同的程度的绝缘导线形成，并且折成两个。因而，暴露导体部分15位于绝缘导线的一端处并且带有暴露导体，而绝缘套部分16位于绝缘导线的另一端处并且绝缘。暴露导体部分15的两个由接线夹17连接并且连成一体，及连接到销形绝缘子3的接地侧，例如闪电部分13。绝缘套部分16由绝缘/保持包皮19固定到安装在绝缘导线1上的放电电极4上。此时，绝缘导线1由放电电极4的针形电极穿透，以便预先产生击穿。
在该实施例中，当闪电过流发生在绝缘导线1处时，闪络产生在布置在放电电极4与销形绝缘子3的闪电部分(高电压臂)之间的沿面放电型避雷装置本体1的表面上。然而，由于不产生交流短路，所以绝缘导线的任何断开和瞬时服务中断永远不会发生。
尽管架空地线在图9和10中的实施例中是绝缘导线，但如果架空地线是裸导线，则避雷器14的绝缘套部分16直接定位在架空地线上。
图11表示第二实施例，其中在其一端或两端打开的一根绝缘管20的两端处提供一根放电电极。一根放电电极21连接到安装在绝缘导线1上的放电电极4上，而另一根放电电极22连接到销形绝缘子3的闪电部分13上。
在第二实施例的避雷装置中，在管20内产生放电以增大在管20内的压力，并且在管内部的气体从管的一个打开端或两个打开端排放。这能够提高交流电弧抑制性能和缩短需要的间隙长度。因而，在雷击时，在管20中的放电能比绝缘子的放电发生得早。
图12表示第三实施例，其中一根其一端或两端打开的绝缘管23覆盖在图9和10的第一实施例的沿面放电避雷装置本体14的外面。象关于第一实施例的情况那样，避雷装置本体14的一端连接到架空输电线(例如绝缘导线1)上，而其另一端连接到销形绝缘子3的接地侧(例如闪电部分13)上。
图13表示第四实施例，其中一根其一端或两端打开的绝缘管24由第一实施例的沿面放电避雷装置本体14的绝缘导线夹持，以便把绝缘管24定位在沿面放电避雷装置本体14的绝缘导线的内侧，并且把一根要连接到架空输电线上的电极25插入在位于绝缘套16侧上的绝缘管24的一个打开端中。象关于第一实施例的情况那样，避雷装置本体14的一端连接到架空输电线(例如绝缘导线1)上，而其另一端连接到销形绝缘子3的接地侧(例如闪电部分13)上。
图14表示第五实施例，其中一根背面电极28提供在一根绝缘管26的一个绝缘层27内或内部，背面电极28在绝缘管26的一端处足够地绝缘并且在绝缘管26的另一端暴露，一根要连接到架空输电线上的电极29插入到绝缘背面电极28的绝缘管26的一端中，一根要接地的电极30提供在暴露背面电极28的绝缘管26的另一端处，并且也连接到背面电极28上，电极29连接到架空输电线上，及电极30连接到一个绝缘子30的接地侧。
根据第二至第五实施例，提供有一种实现改进的避雷性能的特征、和一种通过使在管内的背面电极产生一些放电以提高沿面放电特性和交流电弧抑制性能的紧凑结构。最好，在第五实施例的避雷装置中，背面电极具有较少经受对地电场的管形形状，从而可以进一步减小沿面放电的极性作用的影响。
(1)间隙长度的最大值(Lgmax)在对主导线具有17kA雷击电流的直接雷击中，确定不使销形绝缘击穿的间隙长度的最大值。表2
O沿面放电×穿透-未试验由该试验结果，考虑到应该保护No.6绝缘子并且绝缘管的厚度应该是6mm或更小，把Lgmax设置为30cm。
(2)管的内径和间隙长度的最小值(Lgmin)检查管内径的影响。借助于其两端打开的1m管进行试验。试件EPR4.8φ、玻璃6φ、氯乙烯12φ、丙烯酸18φ。
结果表示在图15中。
由图15的结果，证明在内径6φ或更大的范围内Lgmin与管的截面积成正比地变大，而当内径较小(4.8φ)时Lgmin变得较大。
(2)过渡到交流的条件观察过渡到交流的条件。即使在到交流的过渡中(12φ、间隙长度25cm)，在一个半波内也抑制由短路电流引起的电弧，并因而对系统没有什么影响。也能得到优良的力线充电，并且可以判断，即使在避雷失效时也不担心任何供电问题，因为在一个半波内能抑制由再一次的雷击引起的电弧。
如上所述，本发明提供如下优点。
(1)由于沿面放电避雷装置的击穿电压低于绝缘子的击穿电压，所以它与架空输电线的绝缘性能无关。(有可能设计对任何现有设备的对策)。
(2)因为不与绝缘子结合的结构，所以放电电压能限制得较低。(假定放电电压等于或小于No.10绝缘的放电电压。)(3)通过沿彼此布置两根绝缘导线，在架空线的表面上提供一个具有改进电场的空间，从而能产生稳定的闪络而与在架空输电线中引起的雷击过流的极性无关。
(4)该装置不仅能应用于路径部分而且也能应用于抑制部分。
(5)提供优良的工作性能以安装该装置。
(6)通过减薄位于沿面放电避雷装置中的导体并且把它用作熔断器，即使在沿面放电(击穿)失效时，也能阻塞交流动态电流。
(7)能比ZnO更多地减小用于避雷措施的成本。
(8)没有在ZnO中那样的限制量的放电电阻。
本发明能用在沿面放电避雷装置中，以便防止由在架空输电线中的支撑绝缘子上附近产生的雷电冲击波造成的绝缘导线断开和电力系统的瞬时服务中断。
权利要求
1．一种沿面放电避雷装置，用于绝缘导线形成的架空输电线，包括一个由绝缘到与电力电缆相同程度且折成两根的绝缘导线形成的避雷装置本体，所述避雷装置本体包括一个暴露的导体部分和绝缘套部分，其中所述暴露导体部分和所述绝缘套部分的任一个连接到一个绝缘子的接地部分上，而所述暴露导体部分和所述绝缘套部分的另一个连接到在所述架空线处提供的一根放电电极上，其中所述放电电极包括一根穿入所述架空输电线的绝缘套中从而预先产生击穿的针状电极。
2．一种沿面放电避雷装置，用于裸导线形成的架空线，包括一个由绝缘到与电力电缆相同程度且折成两根的绝缘导线形成的避雷装置本体，所述避雷装置本体包括一个暴露的导体部分和绝缘套部分，其中所述暴露导体部分和所述绝缘套部分的任一个连接到一个绝缘子的接地部分上，而所述暴露导体部分和所述绝缘套部分的另一个布置到所述架空输电线上。
3．一种沿面放电避雷装置，包括一根提供在一根其一端或两端分别打开的绝缘管两侧的放电电极，其中所述放电电极的一端连接到一根架空输电线上，而所述放电电极的另一端连接到一个绝缘子的接地部分上。
4．根据权利要求1或2所述的沿面放电避雷装置，进一步包括一根其一端或两端打开的绝缘管，所述绝缘管覆盖所述沿面放电避雷装置的外部，其中所述避雷装置的一端连接到所述架空输电线上，而所述避雷装置的另一端连接到所述绝缘子的所述接地部分上。
5．根据权利要求1或2所述的沿面放电避雷装置，进一步包括一根其一端或两端打开的绝缘管，所述绝缘管由所述沿面放电避雷装置的所述绝缘导线夹持在所述沿面放电避雷装置的所述绝缘导线的内则；和一根要连接到所述架空线上的电极，所述电极插入到位于所述避雷装置的所述绝缘套侧的所述绝缘管的一个打开端中，其中所述避雷装置的一端连接到所述架空输电线上，而所述避雷装置的另一端连接到所述绝缘子的所述接地部分上。
6．一种沿面放电避雷装置包括一个绝缘层；一根提供在所述绝缘层内的背面电极；一根绝缘管，其一端足以绝缘所述背面电极，其另一端暴露所述背面电极；一根要连接到一根架空线上的电极，插入到绝缘所述背面电极的所述绝缘管的所述一端中；及一根要接地的电极，提供在暴露所述背面电极的所述绝缘管的所述另一端处，并且连接到所述背面电极上，其中要连接到所述架空输电线上的所述电极连接到所述架空输电线上，及要接地的所述电极连接到一个绝缘子的一个接地部分上。
全文摘要
采取防止导线断开和瞬时服务中断而不使用任何ZnO装置以便降低用于架空线的避雷措施成本的便宜措施。一个用于由一根绝缘导线构成的架空线的避雷器本体(14)由绝缘到与一根电力电缆相同程度的双折叠绝缘导线形成。避雷器本体(14)的导体暴露侧(15)连接到绝缘接地侧(13)上,并且绝缘包皮侧(16)布置在提供到一根架空线(1)的放电电极(4)侧。在绝缘包皮侧(16)的架空线(1)的绝缘包皮借助于放电电极(4)的针形电极预先击穿。因而提供一种沿面放电避雷器。如果架空线是一根裸导线,则避雷器本体的导体暴露侧连接到绝缘子接地侧,并且绝缘子包皮侧布置到架空线上。
文档编号H01T4/14GK1315069SQ00801172
公开日2001年9月26日 申请日期2000年5月23日 优先权日1999年5月25日
发明者诸冈泰成 申请人:九州电力株式会社