專利名稱：用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統架空配電線路，尤其涉及一種用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具，其特別適合在10kV架空絕緣導線上使用。
技術領域為了減少樹木、鳥類、積雪等外部原因引起的架空配電線路故障，提高供電可靠性，國際上發達國家從六十年代后期逐漸采用架空絕緣導線。我國從八十年代開始對城市架空配電網實施絕緣化改造試點。九十年代，開始推廣應用。
絕緣導線確實解決了裸導線所解決不了的走廊和安全問題，與電纜相比，投資省、建設快，優點十分明顯。但是，雷擊斷線問題卻十分突出。日本在七十年代初的研究得出結論絕緣導線雷擊必斷。例如1998年，雷電活動強烈，北京供電局管轄的10kV架空絕緣線路發生雷擊斷線14次。因此，必須妥善解決雷擊斷線問題，才能保證架空絕緣配電網的安全運行。
絕緣導線的雷擊斷線原理與裸導線相比有明顯不同。當直擊雷或感應雷過電壓作用于裸導線引起絕緣子閃絡時，接續的工頻短路電流電弧在電動力的作用下沿著導線向背離電源方向移動，導線被嚴重燒傷的概率很小。而絕緣導線則不同，雷電過電壓首先擊穿導線絕緣層進而引起絕緣子閃絡，被擊穿的絕緣層呈一針孔狀，接續的工頻短路電流電弧受周圍絕緣的阻凝，弧根只能在針孔處燃燒，在極短的時間內導線就會被整齊地燒斷。
根據上述絕緣導線雷擊斷線的機理，相應的防范措施有“疏導和堵塞”兩種方式。“疏導”就是將絕緣子附近的絕緣導線局部裸線化，使工頻電弧弧根轉移或固定在特制金具上燃燒，從而保護導線免于燒傷。例如，在絕緣子與導線聯結處剝離絕緣層采用閃絡保護型線夾或將絕緣子兩側的絕緣導線剝離一段絕緣層并加裝防弧線夾。“堵塞”就是雷擊閃絡后阻止工頻續流起弧。例如，采用限流消弧角，即帶串聯環型外間隙金屬氧化物避雷器。
上述兩種方式雖然能夠有效地防止雷擊斷線，但是存在以下的不足1.目前已有的防弧金具，在使用時，絕緣導線需剝離較長的長度，裸露部分較大，這會對導線的密封和絕緣有一定的影響。
2.使用避雷器，雖然防護效果好，但施工安裝復雜、投資大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種克服現有技術中的上述缺陷的新型結構的用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具。
為了實現上述目的，本發明的用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具包括由上壓塊和下壓塊構成的穿刺線夾，穿透絕緣導線的絕緣層與內部的導體緊密電接觸；接地引弧電極；耐弧電極，與穿刺線夾電聯接；絕緣罩，固定在穿刺線夾的外面用于絕緣和限弧，絕緣罩的底沿不密封，其中，設置接地引弧電極的位置，使得在雷電發生時，穿刺線夾與接地引弧電極之間放電，使續流工頻電弧移動到耐弧電極上燒灼。
本發明的耐弧穿刺金具具有防雷擊斷線、不剝離導線絕緣層、施工簡單、附帶絕緣罩、安全可靠性高、填補國內技術空白的特點。具體地，其具有以下優點(1)由于耐弧穿刺金具穿透絕緣導線的絕緣層，與內部的金屬導線緊密電聯接，雷電放電后，接續的工頻短路電流電弧的弧根固定在穿刺金具的耐弧電極上燃燒，保護導線免于燒傷。(2)本發明的耐弧穿刺金具，無需剝離絕緣層，即可引出高壓電位。穿刺刀齒以點壓的方式擠入絕緣層，對導線絕緣層損傷很小。穿刺刀齒表面涂敷導電硅脂，能夠防止潮氣進入導線內部。(3)耐弧穿刺金具的耐弧電極有足夠的厚度和體積，經得起工頻電弧的多次燒灼。(4)采用扭力螺母，使穿刺的深度合理，既能與絕緣導線良好接觸，又不會影響絕緣導線的強度和性能。(5)接地引弧電極可靠接地。安裝時，接地引弧電極位于穿刺線夾的下方，與穿刺線夾間距100-250毫米，能夠確保雷擊放電發生在耐弧穿刺金具上。(6)在耐弧穿刺金具外部加絕緣罩，能夠減少由于異物碰撞等原因造成的事故，同時對絕緣罩的結構進行了優化，確保發生雷擊時存在暢通的電弧燒灼通道。(7)耐弧穿刺金具的安裝方便、快捷，滿足施工現場的操作需要。(8)耐弧穿刺金具的機械性能好，絕緣罩的絕緣性能、防污性能和防氣候老化性能好。
圖1是本發明耐弧穿刺金具的總體安裝示意圖；圖2是本發明耐弧穿刺金具第一實施例的示意圖；圖3是本發明所述耐弧穿刺金具第二實施例的示意圖；圖4是本發明耐弧穿刺金具穿刺線夾的特征示意圖；圖5是本發明耐弧穿刺金具絕緣罩的特征示意圖；圖6是本發明耐弧穿刺金具用于雷電沖擊放電試驗的接線示意圖；圖7a是本發明耐弧穿刺金具用于工頻電弧試驗時的接線示意圖；圖7b是本發明耐弧穿刺金具用于工頻電弧試驗時的布置示意圖；圖7c是本發明耐弧穿刺金具工頻電弧試驗后的照片。
具體實施例方式
以下參考附圖來具體描述本發明的具體實施方式
，其中相同的標號表示相同的部件。
現在參考圖1來具體描述本發明的用于架空絕緣導線的耐弧穿刺金具的具體安裝結構，它主要包括由上壓塊7和下壓塊5組成的穿刺線夾、耐弧電極6、扭力螺母8、接地引弧電極3、絕緣罩4。其中，穿刺線夾穿透絕緣導線1的外絕緣層，與絕緣導線1內部的導體緊密電接觸，以使其電位相同；雷電發生時，穿刺線夾與接地引弧電極3之間放電，續流工頻電弧移動到耐弧電極6上燒灼，從而保護絕緣導線1不受損傷。
其中，對于單向電源供電的架空絕緣導線1，耐弧穿刺金具安裝于線路絕緣子(例如支柱絕緣子)2負荷側，耐弧電極6背向線路絕緣子2放置，接地引弧電極3與線路絕緣子2的接地端電連接，并與穿刺金具位于該線路絕緣子的同一側；對于雙向電源供電的架空絕緣導線1，在線路絕緣子2兩側都要安裝耐弧穿刺金具，安裝時，耐弧電極6背向線路絕緣子2放置，兩個耐弧穿刺金具之間要用裸露的導線緊密電聯接，接地引弧電極3與線路絕緣子2的接地端電連接。
而且，必須確保耐弧穿刺金具的穿刺線夾與耐弧電極6的電位相同。穿刺線夾與耐弧電極6可以采用壓緊、螺紋聯接，也可以通過鑄造或機械加工等方式成為一體。對于穿刺線夾最好選用鋁合金或銅材料，對于耐弧電極最好選用鋁合金、銅或不銹鋼材料。
上述接地引弧電極3由金屬材料制成，可以是桿狀、環狀或其它形狀，但要滿足以下要求。接地引弧電極3應可靠接地，確保位于穿刺線夾下方，與穿刺線夾間距100-250毫米。
上述耐弧電極6由金屬或導電材料制成，可以單獨制造，也可以與穿刺線夾制成一體。耐弧電極的長度大于60毫米，其端部與導線絕緣層的最短距離大于20毫米。
圖2示出了圖1中耐弧穿刺金具中的扭力螺母8、上壓塊7和下壓塊5的第一種構成形式。如圖3示出了另一種結構的耐弧穿刺金具，其中的耐弧電極包括上半部分10和下半部分，上下壓塊與耐弧電極的下半部分加工為一個整體零件9。上、下壓塊的形狀和尺寸可以有不同選擇，但要滿足下述要求。
如圖4所示，在上壓塊7和下壓塊5與絕緣導線1相接觸的表面上，設置有凹槽11，起到固定導線的作用。凹槽11的底圓半徑R與絕緣導線1的半徑相匹配，凹槽11中部為刺狀的刀齒，刀齒的數量為6-48個，所有刀齒的刀尖位于半徑為R1的圓柱形輪廓面上，R1與絕緣導線1內部的導體截面半徑相匹配，誤差為正負5毫米。刀齒的表面涂敷導電密封膠。上下壓塊壓緊導線后，其間相距最近點之間的間隙距離D為0.5-5毫米。通過扭力螺母8壓緊上下壓塊，使刀齒穿透導線外絕緣層，與內部的金屬緊密電聯結。扭力螺母8在規定的應力作用下能夠斷裂，從而使穿刺線夾既與導線緊密聯接，又不會破壞絕緣導線1。
如圖5所示，絕緣罩4置于穿刺線夾的外部，起到絕緣防護作用。絕緣罩4采用有機復合材料制造，具有良好的阻燃性能、耐候性能和絕緣性能。絕緣罩4可以有不同的形狀和尺寸，但絕緣罩4的底沿不密封，沿導線方向保留至少2毫米寬的間隙，以形成穿刺線夾、耐弧電極6，形成貫穿裸露的電弧移動通道。
以上描述了本發明用于架空絕緣導線的耐弧穿刺金具的具體結構，下面通過試驗數據，進一步說明本發明的實施效果。
1.雷電沖擊放電試驗該試驗是為了檢驗在雷電沖擊作用下，閃絡是否都在耐弧穿刺金具2上，能否有效地定位工頻電弧路徑。
試驗接線如圖6所示，圖中各部件分別是沖擊電壓發生器G、示波器S、電阻分壓器D、絕緣導線1、線路絕緣子2、耐弧穿刺金具12。試驗結果見表1，每次放電均發生在耐弧穿刺金具12上。
表1耐弧穿刺金具雷電沖擊試驗結果
試驗結果表明，安裝上本發明所述的耐弧穿刺金具12，在雷擊過電壓作用下閃絡均發生在耐弧穿刺金具12上，能有效地定位工頻電弧路徑。
2.工頻電弧試驗該試驗是為了檢驗雷擊閃絡后的工頻續流電弧弧根能否固定在耐弧穿刺金具12上燃燒、耐弧穿刺金具12燒灼的程度和保護導線免于燒傷的效果。
試驗接線如圖7a所示，圖中各部件分別是電源P、開關刀閘K、變壓器T、隔離開關K1、K2、電抗器L1、電流互感器CT、線路絕緣子2、和耐弧穿刺金具12，按照圖7b所示進行安裝。短路電流幅值約12.5kA，持續時間0.23s，進行合閘短路工頻燃弧試驗。
試驗結果表明，耐弧穿刺金具12安裝在負荷側，電弧弧根固定在耐弧穿刺金具12的耐弧電極上燃燒，能有效地保護導線免于燒傷。
圖7c為試驗后耐弧穿刺金具的照片，其中耐弧電極有燒灼痕跡，但絕緣導線沒有燒傷。
以上的試驗結果表明，本發明所述耐弧穿刺金具能夠有效地防止10kV架空絕緣導線雷擊斷線。
此外，本發明的耐弧穿刺金具中的線路絕緣子不限于上述實施例中的支柱絕緣子，也可以使用懸式絕緣子及其它形式的絕緣子，相關結構可參照上述內容進行相應的改動，這對本領域普通技術人員而言是很清楚的，為避免重復在此省略對其的描述。
盡管已對本發明進行了描述，但上述描述只是為了說明的目的，本發明不限于上述結合附圖的具體描述，本領域普通技術人員可以對其進行不脫離本發明精神的各種改變，而本發明的保護范圍由后附的權利要求書來限定。
權利要求
1.一種用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具，其特征在于所述耐弧穿刺金具包括由上壓塊(7)和下壓塊(5)構成的穿刺線夾，穿透絕緣導線(1)的絕緣層與內部的導體緊密電接觸；接地引弧電極(3)；耐弧電極(6)，與穿刺線夾電聯接；絕緣罩(4)，固定在穿刺線夾的外面用于絕緣和限弧，絕緣罩(4)的底沿不密封，其中，設置接地引弧電極的位置，使得在雷電發生時，穿刺線夾與接地引弧電極之間放電，使續流工頻電弧移動到耐弧電極上燒灼。
2.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于對于單向電源供電的架空絕緣導線，所述耐弧穿刺金具安裝于線路絕緣子(2)的負荷側，耐弧電極背向線路絕緣子(2)放置，接地引弧電極(3)與線路絕緣子(2)的接地端電連接，并與穿刺金具位于該線路絕緣子的同一側。
3.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于對于雙向電源供電的架空絕緣導線，在線路絕緣子(2)的兩側都安裝耐弧穿刺金具，安裝時耐弧電極背向線路絕緣子(2)放置，兩個耐弧穿刺金具之間用裸露的導線緊密聯接，接地引弧電極(3)與線路絕緣子(2)的接地端電連接。
4.如權利要求1-3中任一項所述的耐弧穿刺金具，其特征在于穿刺線夾與耐弧電極(6)采用壓緊、螺紋聯接。
5.如權利要求1-3中任一項所述的耐弧穿刺金具，其特征在于穿刺線夾選用鋁合金或銅材料，耐弧電極選用鋁合金、銅或不銹鋼材料。
6.如權利要求1-3中任一項所述的耐弧穿刺金具，其特征在于所述上壓塊和下壓塊與絕緣導線相接觸的表面上，設置有固定導線的凹槽(11)，凹槽(11)的底圓半徑(R)與絕緣導線(1)的半徑相匹配，凹槽(11)的中部為刺狀的多個刀齒，各刀齒的刀尖位于與絕緣導線(1)內部的導體截面半徑相匹配的圓柱形輪廓面上，使得在所述上下壓塊壓緊導線后所述刀齒穿透導線的外絕緣層而與內部的金屬緊密電聯結。
7.如權利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于所述刀齒的數量為6-48個。
8.如權利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于刀齒的表面涂敷導電密封膠。
9.如權利要求6所述的耐弧穿刺金具，其特征在于上下壓塊壓緊導線后，其間相距最近點之間的間隙距離(D)為0.5-5毫米。
10.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于所述耐弧穿刺金具還包括用于固定穿刺線夾的扭力螺母(8)，所述扭力螺母在規定的應力作用下能夠斷裂。
11.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于接地引弧電極(3)可以是桿狀、環狀或其它形狀。
12.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于接地引弧電極位于穿刺線夾的下方，與穿刺線夾的間距為100-250毫米。
13.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于耐弧電極(6)長度大于60毫米，其端部與導線絕緣層的最短距離大于20毫米。
14.如權利要求1所述的耐弧穿刺金具，其特征在于絕緣罩沿導線方向保留至少2毫米寬的間隙，以裸露出穿刺線夾和耐弧電極，并形成貫穿的電弧移動通道。
全文摘要
本發明公開了一種用于防止架空絕緣導線雷擊斷線的耐弧穿刺金具，其特征在于所述耐弧穿刺金具包括由上壓塊(7)和下壓塊(5)構成的穿刺線夾，穿透絕緣導線(1)的絕緣層內部的導體緊密電接觸；接地引弧電極(3)；耐弧電極(6)，與穿刺線夾電聯接；絕緣罩(4)，固定在穿刺線夾的外面用于絕緣和限弧，絕緣罩(4)的底沿不密封，其中，設置接地引弧電極的位置，使得在雷電發生時，穿刺線夾與接地引弧電極之間放電，使續流工頻電弧移動到耐弧電極上燒灼，從而保護絕緣導線不受損傷。具有防雷擊斷線、不剝離導線絕緣層、施工簡單、附帶絕緣罩、安全可靠性高、填補國內技術空白的特點。
文檔編號H01R4/24GK1481057SQ0312000
公開日2004年3月10日 申請日期2003年3月10日 優先權日2003年3月10日
發明者陳維江, 陳偉明, 孫昭英, 潘波, 李向陽 申請人:中國電力科學研究院, 上海市電力公司