一种氧化锌避雷器及其取电方法与流程

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种氧化锌避雷器及其取电方法。

背景技术：

避雷器是防止过电压损坏电力设备的保护装置，对电力系统的安全、稳定运行具有非常重要意义。氧化锌避雷器自出现以来，凭借其无间隙结构、优越的非线性特性、良好的通流能力以及稳定的保护性能逐渐取代了传统的带间隙结构的阀型避雷器，在电力系统各电压等级的输变电设备上广泛应用，是电力系统最基本的过电压保护设备。

氧化锌避雷器所具有的优异的非线性伏安特性主要体现在两个方面：一是在持续电压作用下，流过正常状态避雷器的电流通常只有微安级或毫安级。当过电压侵入系统时，氧化锌阀片电阻值迅速降低，流过阀片的电流迅速增大，释放过电压的能量，此时阀片电阻值接近短路，因此限制了过电压的幅值，避免系统其他设备因过电压而损坏。二是过电压泄放结束以后，阀片阻值很快恢复高阻状态，保证了电力系统的正常运行。近年来，我国智能电网发展迅速，对输变电设备的运行状态进行在线和实时监测的智能化设备安装的越来越多，同样，氧化锌避雷器也有状态在线监测的需求。这些在线状态监测设备通常是电子类设备，需要有供电电源才能正常工作。这些在线监测设备对电源功率的需求较小，一般为几瓦至几十瓦，供电电压较低。但是受地理条件或绝缘条件等的限制，在线监测设备的安装现场往往没有可靠稳定的低压电源。现在电力系统中应用的避雷器仅具备过电压保护功能，考虑到电力系统许多在线监测设备对于低压供电的需求，一种具有取电功能的氧化锌避雷器在电力系统中具有一定的应用价值。

技术实现要素：

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种氧化锌避雷器及其取电方法，除了满足对电力设备进行雷电防护以外，还能够将电力线路的高压电变为向低压直流电提供给有用电需求的低压设备。

为了实现以上目的，下面对本发明的技术方案进行详细说明。

一种氧化锌避雷器，包括：

金属氧化锌阀片，用于防护因雷击导致的瞬态过电压和引导泄放冲击电流；

高压电容器，用于耦合一定比例的工频高压电；

变压器，用于将所述高压电容器耦合的工频高压电进行变压和隔离，获得低压交流电；

压敏电阻，用于在所述变压器承受瞬态过电压时进行电压钳位，吸收多余电流；

ac-dc电源模块，用于对经所述变压器变压产生的低压交流电进行整流、滤波、电压变换和稳压，输出恒定的低压直流电。

优选的，所述氧化锌避雷器还包括脱离器，所述脱离器包括热爆式脱离器或热熔式脱离器，用于脱离故障损坏的避雷器。

优选的，所述高压电容器由多个高压陶瓷电容器或金属化薄膜电容器串联组成。

优选的，所述高压陶瓷电容器或金属化薄膜电容器的电容量为200pf～1500pf。

优选的，所述变压器的输入端压为高压电容器的高压端电压的5％～30％。

优选的，所述氧化锌避雷器还包括绝缘套筒，用于固定金属氧化锌阀片和高压电容器。

优选的，所述氧化锌避雷器还包括带伞裙的外套，用于增加所述氧化锌避雷器的外沿面闪络距离。

优选的，所述氧化锌避雷器还包括金属底座，用于安装所述变压器、压敏电阻和ac-dc电源模块，并屏蔽电磁干扰。

优选的，所述氧化锌避雷器还包括直流电源接线端和接地端子，所述直流电源接线端用于向有用电需求的设备提供低压直流电。

本发明还提供一种利用氧化锌避雷器进行取电的方法，包括如下步骤：

s100：高压电容器将一定比例的工频高压电耦合至变压器原边；

s200：变压器对经所述高压电容器耦合的工频高压电进行变压和隔离，在变压器副边获得低压交流电；

s300：ac-dc电源模块对变压器副边的低压交流电进行整流、滤波、电压变换和稳压，输出恒定的低压直流电。

与现有技术相比，本发明带来的有益技术效果为：

1、本发明所述的氧化锌避雷器，具备现有避雷器雷击过电压防护的功能，可应用于10kv～500kv各个电压等级；

2、本发明通过由高压电容和变压器组成的取电部分，在避雷器正常工作时，将高压电变为稳定的低压直流电，可用于各种电力系统在线监测及自动化设备的直接供电。

附图说明

图1是本发明示出的一种氧化锌避雷器的结构示意图；

其中，1为氧化锌阀片，2为高压电容器，3为变压器，4为压敏电阻，5为ac-dc电源模块，6为脱离器，7为绝缘套筒，8为带伞裙的外套，9为金属底座，10为直流电源接线端，11为接地端子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述，应当理解，以下实施例仅是对本发明优选的具体实施方式进行举例说明，并不能限制本发明的发明构思。

如图1所示，一种氧化锌避雷器，包括：

金属氧化锌阀片1，用于防护因雷击导致的瞬态过电压和引导泄放冲击电流；

高压电容器2，用于耦合一定比例的工频高压电；

变压器3，用于将所述高压电容器2耦合的工频高压电进行变压和隔离，获得低压交流电；

压敏电阻4，用于在所述变压器3承受瞬态过电压时进行电压钳位，吸收多余电流；

ac-dc电源模块5，用于对经所述变压器3变压产生的低压交流电进行整流、滤波、电压变换和稳压，输出恒定的低压直流电。

至此，上述实施例完整的公开了本发明的技术方案。通过本实施例，能够将施加在电力系统上的高压电变为低压设备可用的低压电，从而达到取电的目的，并且在有雷击产生瞬态过电压的情况下，通过金属氧化锌阀片1和压敏电阻4对避雷器进行防护，保证取电正常进行。

在另一个实施例中，所述氧化锌避雷器还包括脱离器6，所述脱离器6包括热爆式脱离器或热熔式脱离器，用于脱离故障损坏的避雷器。

在本实施例中，热爆式脱离器利用流过失效避雷器中的工频短路电流在脱离器中产生电弧，引爆热爆元件达到脱离的目的；热熔式脱离器利用流过失效避雷器中的工频短路电流，使脱离器中的低温合金熔片熔断达到脱离目的，相比较，热熔式脱离器脱离时间较热爆式脱离器长，但不会产生爆炸震动及爆炸碎片，对安装环境不产生影响。因此，在具体实施过程中，应当根据实地环境对上述两种脱离器进行选择使用。

在另一个实施例中，所述高压电容器2由多个高压陶瓷电容器或金属化薄膜电容器串联组成。

本实施例中，所述高压陶瓷电容器是以介电陶瓷为核心材料的环氧树脂灌封的电容器，具有较强的稳定性、安全可靠性，同时使用寿命较长。所述金属化薄膜电容器是以有机塑料薄膜做介质，以金属化薄膜做电极，通过卷绕或叠层方式制成的电容器，具有优异的电气特性、高稳定性和长寿命。

在另一个实施例中，所述高压陶瓷电容器或金属化薄膜电容器的电容量为200pf～1500pf。

本实施例中，在200pf～1500pf的电容量范围内，高压电容器2的容抗较大，流过高压电容器2的容性电流很小，因此对电力线路的影响较小。

在另一个实施例中，所述变压器3的输入端电压为高压电容器2的高压端电压的5％～30％。

本实施例中，上述电压比例可通过调节高压电容器2的容抗和变压器的感抗获得。变压器3输入端电压越高，变压器3体积和绝缘距离要求越大；变压器3输入端电压越低，电压受负载或其他因素的影响越大。实际应用中可根据不同电压等级选择合适的变压器3输入端电压比例。

在另一个实施例中，所述氧化锌避雷器还包括绝缘套筒7，用于固定金属氧化锌阀片1和高压电容器2。

在另一个实施例中，所述氧化锌避雷器还包括带伞裙的外套8，用于增加所述氧化锌避雷器的外沿面闪络距离。

本实施例中，由于氧化锌避雷器一般安装在户外，其外表面因为受潮、淋雨以及有污秽，而影响外绝缘性能，伞裙可有效的增加氧化锌避雷器的外沿面闪络距离。

在另一个实施例中，所述氧化锌避雷器还包括金属底座9，用于安装所述变压器3、压敏电阻4和ac-dc电源模块5，并屏蔽电磁干扰。

本实施例中，ac-dc电源模块5属于低压元件，易受电磁干扰，放在金属底座9内，可利用金属的高电导率屏蔽外界电场和磁场的干扰。金属底座9接地后，高压部分均在金属底座9内部，可避免意外引起的触电。

在另一个实施例中，所述氧化锌避雷器还包括直流电源接线端10和接地端子11，所述直流电源接线端10用于向有用电需求的设备提供低压直流电。

本发明还提供一种利用氧化锌避雷器进行取电的方法，包括如下步骤：

s100：高压电容器将一定比例的工频高压电耦合至变压器原边；

s200：变压器对经所述高压电容器耦合的工频高压电进行变压和隔离，在变压器副边获得低压交流电；

s300：ac-dc电源模块对变压器副边的低压交流电进行整流、滤波、电压变换和稳压，输出恒定的低压直流电。

在步骤s100的具体实施例中，通过高压电容器2将一定比例的工频高压电耦合至变压器3原边，耦合到变压器3原边的电压为u1，具体表示为：

u1＝xl/(xl+xc)·u

其中，u为高压电容器2高压端的电压，xc为高压电容器2的容抗，xl为变压器3原边的感抗。

在步骤s200的具体实施例中，经变压器3变压、隔离后，可在变压器3的副边获得低压交流电u2，具体表示为：

u2＝u1/k

其中，k为变压器3的变比。

在步骤s300的具体实施例中，变压器3副边的低压交流电u2通过ac-dc电源模块5的整流、滤波、电压变换和稳压后，可输出5v～300v的恒定低压直流电，从而能够满足低压设备的工作需求。

上述实施例通过高压电容器2，变压器3和ac-dc电源模块5，可以将施加在电力线路上的高压电变为可供低压设备使用的直流电压，从而达到取电的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。