1.氧化鋅(xin)避雷器散熱(re)實驗方法

氧化(hua)鋅(xin)避雷器在(zai)電力體系工作(zuo)中會遭到各種電、熱等效(xiao)應(ying)的效(xiao)果，使得(de)其內部芯體和(he)表面(mian)溫(wen)(wen)度升高，這些導致氧化(hua)鋅(xin)避雷器溫(wen)(wen)升的要素首(shou)要包括如(ru)下幾(ji)個方面(mian)：

（1）體系(xi)工頻過電壓或持續工作電壓；

（2）各(ge)種(zhong)沖擊(ji)過(guo)電壓，包括雷(lei)電沖擊(ji)和操(cao)作沖擊(ji)等；

（3）嚴峻環(huan)境條件(jian)(jian)，如(ru)強太陽光輻(fu)照、環(huan)境高溫(wen)、污穢等。持續(xu)工作電(dian)(dian)(dian)(dian)壓下通(tong)過氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋅避(bi)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)的泄(xie)漏(lou)電(dian)(dian)(dian)(dian)流很(hen)小，不是引起(qi)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋅避(bi)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)溫(wen)度(du)升高的首要要素；大(da)部分情況下，雷(lei)(lei)(lei)電(dian)(dian)(dian)(dian)沖擊的能量并不大(da)，單次雷(lei)(lei)(lei)電(dian)(dian)(dian)(dian)沖擊引起(qi)的氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋅避(bi)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)溫(wen)升也(ye)有(you)限(xian)；至于(yu)環(huan)境條件(jian)(jian)，曾有(you)實(shi)測指出：太陽下暴曬的氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋅避(bi)雷(lei)(lei)(lei)器(qi)接近上法(fa)蘭氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋅電(dian)(dian)(dian)(dian)阻片的溫(wen)度(du)可以到達60℃。

工頻(pin)過(guo)電(dian)(dian)壓和操作過(guo)電(dian)(dian)壓引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)溫度(du)升高是影響氧(yang)化鋅(xin)(xin)避(bi)雷(lei)器(qi)(qi)熱(re)(re)(re)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)首要要素，環(huan)境對氧(yang)化鋅(xin)(xin)避(bi)雷(lei)器(qi)(qi)溫度(du)升高及(ji)(ji)熱(re)(re)(re)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響也不容忽視。依據上述引(yin)(yin)起(qi)(qi)氧(yang)化鋅(xin)(xin)避(bi)雷(lei)器(qi)(qi)溫度(du)升高的(de)(de)(de)各種要素，實(shi)驗研(yan)討(tao)了工頻(pin)加(jia)熱(re)(re)(re)、方波沖擊電(dian)(dian)流加(jia)熱(re)(re)(re)及(ji)(ji)烘箱(xiang)加(jia)熱(re)(re)(re)等(deng)不同條(tiao)件(jian)下氧(yang)化鋅(xin)(xin)避(bi)雷(lei)器(qi)(qi)及(ji)(ji)其(qi)份(fen)額(e)單元的(de)(de)(de)散熱(re)(re)(re)特性(xing)(xing)。實(shi)驗時運用光(guang)纖(xian)布拉格(ge)光(guang)柵傳感(gan)器(qi)(qi)技術丈量(liang)(liang)氧(yang)化鋅(xin)(xin)避(bi)雷(lei)器(qi)(qi)及(ji)(ji)其(qi)份(fen)額(e)單元的(de)(de)(de)溫度(du)。光(guang)纖(xian)布拉格(ge)光(guang)柵傳感(gan)器(qi)(qi)與(yu)慣例的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)敏(min)電(dian)(dian)阻、熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)偶等(deng)電(dian)(dian)子類傳感(gan)器(qi)(qi)比較具有可帶電(dian)(dian)丈量(liang)(liang)、靈(ling)敏(min)度(du)高、呼應速度(du)快等(deng)長(chang)處。熱(re)(re)(re)光(guang)效(xiao)應引(yin)(yin)起(qi)(qi)光(guang)纖(xian)光(guang)柵的(de)(de)(de)有效(xiao)折(zhe)射(she)率改(gai)動，而(er)熱(re)(re)(re)膨脹效(xiao)應引(yin)(yin)起(qi)(qi)光(guang)柵的(de)(de)(de)柵格(ge)周期改(gai)動。當其(qi)所處的(de)(de)(de)溫度(du)場改(gai)動時，溫度(du)與(yu)光(guang)纖(xian)光(guang)柵波長(chang)改(gai)動的(de)(de)(de)聯(lian)絡為：ΔλB/λB=(ξα)ΔT(1)式中ξ為光纖的熱光系(xi)數，α為光纖的熱膨脹系數(shu)，二(er)者根柢為常數(shu)。粗(cu)略丈量(liang)時可以認為波(bo)長(chang)λB與溫度(du)呈線(xian)性聯(lian)絡，精度(du)要求較(jiao)高時可分段(duan)標定。實驗(yan)時傳感器測溫探頭(tou)置(zhi)于與電阻(zu)片(pian)緊鄰的(de)金(jin)屬墊(dian)塊內(nei)，測到(dao)的(de)溫度(du)作(zuo)為電阻(zu)片(pian)的(de)溫度(du)處理。

2實驗效果及剖析

2.1散(san)熱時(shi)刻常數(shu)

工程(cheng)上常(chang)用(yong)散熱時刻常(chang)數τ來衡量物體的散熱功(gong)能(neng)。無其他熱源時(shi)，氧化鋅避雷(lei)器降溫(wen)的溫(wen)度時(shi)刻聯絡根柢滿意指數函(han)數：T(t)=(T0-Tα)×e-t/πTα(2)式（2）中(zhong)：T（t）為時刻(ke)t的溫度(du)，T0為任意的開端溫度，一般從T0=120℃或實驗(yan)過程(cheng)中的*高(gao)溫度開端(duan)計時，Tα為環(huan)境溫度，為散(san)熱(re)時刻(ke)常數。當溫度由T=T0下降(jiang)到T=(T0-Tα)/eTα時(shi)(shi)(shi)，認為通(tong)過了一個時(shi)(shi)(shi)刻常(chang)(chang)數(shu)。依據實驗效果可以(yi)求出(chu)氧化(hua)鋅避(bi)雷(lei)器的散(san)熱時(shi)(shi)(shi)刻常(chang)(chang)數(shu)。需(xu)求指出(chu)的是(shi)，散(san)熱時(shi)(shi)(shi)刻常(chang)(chang)數(shu)的概念能簡略(lve)描繪氧化(hua)鋅避(bi)雷(lei)器的散(san)熱功(gong)能，比較各種氧化(hua)鋅避(bi)雷(lei)器及其份額元散(san)熱特性的優劣。但是(shi)氧化(hua)鋅避(bi)雷(lei)器散(san)熱時(shi)(shi)(shi)的降溫曲線(xian)并不嚴峻遵循公式（2），份(fen)額單(dan)元與整只氧化鋅(xin)避雷器的熱等價性(xing)應(ying)按照(zhao)**規范和IEC規范的(de)要(yao)求利(li)用(yong)降溫曲(qu)線(xian)比較(jiao)各個點的(de)溫度來承認。

2.2整只氧(yang)化鋅避雷(lei)器的散熱特性

試品為500kV復合外(wai)套型電站用氧化鋅避雷(lei)器中(zhong)的一節，外(wai)套資料為硅橡膠，外(wai)套與電阻片(pian)之(zhi)間填充(chong)高(gao)分子資料，內部沒有氣體空(kong)地。ZnO電阻片(pian)為餅狀，標(biao)準(zhun)為Φ75×36。工頻電(dian)流由500kV實(shi)驗(yan)變(bian)壓器供應，實(shi)驗(yan)期(qi)間電流(liu)峰值約為(wei)15mA，呈阻性電流，持續時(shi)刻約20min。實(shi)驗時按(an)GB11032-2000的(de)要求，測溫探頭安(an)置在距頂部為(wei)氧化鋅避雷器長(chang)度的(de)1/3～1/2之間。實驗期間環境溫度約6℃，測到的探(tan)頭處ZnO電阻片*高(gao)溫(wen)度約124℃。實驗效果標明，此(ci)整(zheng)只氧化鋅避雷器(qi)的散(san)熱時刻常數約為(wei)2.5h。

2.3份額單元的散(san)熱特性影(ying)響

氧化鋅(xin)避雷(lei)器及其份額(e)單元散(san)熱(re)(re)特(te)性的要素許多，如環(huan)境(jing)溫度、加(jia)熱(re)(re)方法(fa)和加(jia)熱(re)(re)時刻(ke)、試品結(jie)構等。通(tong)過有限元法(fa)核算指出：隨環(huan)境(jing)溫度下降(jiang)散(san)熱(re)(re)時刻(ke)常數有所減小(xiao)，即散(san)熱(re)(re)速(su)度快，但改動(dong)不(bu)大。對某結(jie)構氧化鋅(xin)避雷(lei)器，核算得(de)到環(huan)境(jing)溫度為(wei)0、20、40、60℃時的散熱(re)時刻常(chang)數分別為62.0、64.3、66.8、70min。加熱(re)時刻和(he)加熱(re)方法對散熱(re)時刻常數的影響比較(jiao)大：烘箱加熱(re)歸(gui)于全體加熱(re)，試品(pin)內部(bu)芯體和(he)外(wai)部(bu)絕緣資料都上升到*高溫度。工頻加(jia)熱(re)或方(fang)波沖擊電(dian)流加(jia)熱(re)僅僅部分(fen)加(jia)熱(re)，外部傘套等其他絕緣結(jie)構的(de)(de)溫度并(bing)沒能隨芯體溫度一(yi)起上升(sheng)或上升(sheng)溫度不大(da)。依據傳(chuan)熱(re)學理(li)論，熱(re)傳(chuan)導時，單位時刻內通過某平(ping)(ping)面的(de)(de)熱(re)量與該(gai)平(ping)(ping)面附近的(de)(de)溫度改(gai)動率、平(ping)(ping)面面積和導熱(re)系(xi)數成正比，即：準=-λAdt/dx式（3）中(zhong)準為熱流量(liang)，λ為導熱系數(shu)，A為導熱面積，dt/dx標明導(dao)熱面(mian)附(fu)近的溫度改動(dong)率。對指定(ding)試品(pin)來說，導(dao)熱面(mian)積(ji)A是固定的(de)；部分加熱時的(de)溫度改動率dt/dx大(da)(da)于全體加熱(re)；電阻片、硅(gui)橡膠和環氧筒等非金(jin)屬(shu)資料的導(dao)熱(re)系(xi)數(shu)受(shou)溫度(du)(du)影響不大(da)(da)，但(dan)份額(e)單元兩頭的金(jin)屬(shu)（鋼）電極的導(dao)熱(re)系(xi)數(shu)隨溫度(du)(du)升高(gao)而下降，因而部分(fen)加熱(re)時(shi)導(dao)熱(re)系(xi)數(shu)大(da)(da)于全體加熱(re)。式（3）說明，部分加熱(re)(re)(re)(re)時的(de)(de)散熱(re)(re)(re)(re)速度要比全體加熱(re)(re)(re)(re)的(de)(de)快(kuai)。為驗證上述(shu)剖析(xi)，實(shi)驗比較(jiao)了烘箱加熱(re)(re)(re)(re)與工頻加熱(re)(re)(re)(re)情況下(xia)份額單(dan)元(yuan)的(de)(de)散熱(re)(re)(re)(re)特性。給出了不同加熱(re)(re)(re)(re)方法下(xia)份額單(dan)元(yuan)的(de)(de)降溫曲(qu)線，對應的(de)(de)實(shi)驗情況。試品1、試品2、試(shi)品3標明實驗次第。試品首要部件為：1個φ75×36電阻片、1個φ75×6測溫(wen)金屬探頭及1個φ75×1鋁墊塊，外(wai)套(tao)為復(fu)合外(wai)套(tao)，兩頭為金屬電極。烘箱加(jia)熱(re)歸(gui)于(yu)全體加(jia)熱(re)，試品內部芯(xin)體和外(wai)部絕(jue)緣(yuan)資料都上升(sheng)到*高溫度，散熱時刻(ke)常數為3.2h，散熱(re)(re)較慢；工頻加熱(re)(re)時，散熱(re)(re)時刻常(chang)數在40min左(zuo)右，不同加熱方(fang)法下(xia)散熱特(te)性(xing)差異較大(da)。其他，試品(pin)3的(de)加熱時刻競賽品2要長，其外套溫度上升較高，散熱時刻常數稍大。*后，試品1從60℃下降到25℃要跨越5h，下降到(dao)實驗環境溫度（13℃）則需求10h以(yi)上，這說明環境(jing)要素引起的(de)溫升下(xia)，氧(yang)(yang)化鋅(xin)避(bi)雷器的(de)散熱(re)功能很差。在(zai)比較份額(e)單元和整只氧(yang)(yang)化鋅(xin)避(bi)雷器的(de)熱(re)等價(jia)性時要注意確保(bao)加熱(re)方法相同(tong)，加熱(re)時刻應(ying)根(gen)柢一起。雖然獨(du)自環境(jing)效(xiao)果(guo)下(xia)氧(yang)(yang)化鋅(xin)避(bi)雷器的(de)溫度一般不會跨越60℃，但由于歸于全體(ti)加(jia)熱(re)(re)(re)，此時氧化鋅(xin)避雷器的(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)功能差(cha)，對熱(re)(re)(re)穩(wen)定性的(de)(de)影響不容忽視(shi)。還(huan)在(zai)工頻加(jia)熱(re)(re)(re)方(fang)法(fa)下實(shi)測了(le)其他幾種結構的(de)(de)份(fen)額單元的(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)時刻(ke)常數。在(zai)確保(bao)份(fen)額單元運用(yong)復(fu)合(he)外套(tao)的(de)(de)情況(kuang)下，相繼采(cai)用(yong)了(le)吊銷兩(liang)頭(tou)電極、兩(liang)頭(tou)添加(jia)隔熱(re)(re)(re)資料(liao)等結構。效(xiao)果標明復(fu)合(he)外套(tao)份(fen)額單元的(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)時刻(ke)常數均在(zai)40min左右，與前述試品比較沒有(you)(you)大的(de)改動，均小(xiao)于整只（單(dan)節）氧(yang)化(hua)鋅避雷器的(de)散(san)熱(re)時刻常數，不滿意熱(re)等價(jia)性的(de)要(yao)求。份額(e)單(dan)元一般(ban)僅含有(you)(you)一個或少量(liang)幾個電阻片，工頻加熱(re)后電阻片溫度(du)高于周(zhou)圍(wei)介質的(de)溫度(du)，其軸(zhou)向(xiang)和(he)徑向(xiang)的(de)dt/dx都(dou)較(jiao)大，依據公式（2），軸(zhou)向和徑向的(de)散熱(re)功能(neng)均較強。但整只(zhi)（節）氧化鋅避雷器含有(you)的(de)ZnO電阻片(pian)較多，工頻加熱后悉數電阻片(pian)都上升到一個較高的(de)溫度，關(guan)于中心電阻片(pian)來說(shuo)，其軸向dt/dx很小，軸向散熱功能遭到(dao)捆(kun)綁(bang)，只(zhi)需(xu)徑向散熱功能與(yu)(yu)份(fen)(fen)額(e)單(dan)元恰當。其他，份(fen)(fen)額(e)單(dan)元的(de)絕緣資料與(yu)(yu)ZnO電阻片的(de)(de)份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)大于整只（節）氧化(hua)鋅(xin)避(bi)(bi)雷(lei)器，要吸收內部(bu)芯(xin)體熱(re)(re)(re)量的(de)(de)份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)也大于整只氧化(hua)鋅(xin)避(bi)(bi)雷(lei)器。因(yin)而，假如不采用(yong)隔(ge)熱(re)(re)(re)措施，份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元的(de)(de)散熱(re)(re)(re)功能一般要強于整只（節）氧化(hua)鋅(xin)避(bi)(bi)雷(lei)器的(de)(de)散熱(re)(re)(re)功能。依據以(yi)上剖(pou)析，進一步改(gai)動了份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元的(de)(de)結構(gou)。將份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元放入較大隔(ge)熱(re)(re)(re)環(huan)氧筒(tong)內，然后在環(huan)氧筒(tong)內份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元四周填充隔(ge)熱(re)(re)(re)資(zi)料(liao)，下降份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元的(de)(de)軸(zhou)向(xiang)和徑(jing)向(xiang)散熱(re)(re)(re)功能。效果顯(xian)現(xian)這(zhe)種情況下份(fen)(fen)額(e)(e)(e)(e)單(dan)元的(de)(de)散熱(re)(re)(re)時(shi)刻常數約(yue)3.2h，且冷(leng)卻(que)期間(jian)各(ge)瞬(shun)間(jian)的溫度(du)都(dou)高于整只氧化(hua)鋅避雷器（節(jie)）的溫度(du)，滿意**規(gui)范中(zhong)熱(re)等價性的(de)要求。給(gei)出了整只(zhi)氧化鋅避雷器與這(zhe)種份(fen)額單元的(de)降溫(wen)曲線。與工頻過電壓加(jia)(jia)熱(re)相同，沖擊(ji)過電壓加(jia)(jia)熱(re)也歸于部分加(jia)(jia)熱(re)，且加(jia)(jia)熱(re)時刻更短。因而(er)其(qi)散熱(re)速度也應快于整只(zhi)氧化鋅避雷器。在長持續(xu)時刻沖擊(ji)電流（2mS方(fang)波）加熱方(fang)法(fa)下實測了其他一種份額單元的散熱特性，試品(pin)與表1中(zhong)試品(pin)的首要不(bu)同(tong)在于：內部(bu)芯體由4個Φ75×22ZnO電(dian)阻片組(zu)成，即內(nei)部ZnO電(dian)阻片體積較大。效(xiao)果顯(xian)現與(yu)工頻加熱(re)差異(yi)不(bu)大，散(san)熱(re)時刻(ke)常數在40min左(zuo)右。

3理論核算(suan)研討(tao)

氧(yang)化(hua)(hua)鋅(xin)避雷器(qi)在實踐工作中遇到的(de)工況復雜多變，內部零部件對(dui)其散熱功能的(de)影響(xiang)不一起(qi)，因(yin)而，要準確核算(suan)氧(yang)化(hua)(hua)鋅(xin)避雷器(qi)的(de)散熱功能是比(bi)較(jiao)困難的(de)，迄今(jin)為止只需部分文(wen)獻(xian)理論核算(suan)了氧(yang)化(hua)(hua)鋅(xin)避雷器(qi)的(de)散熱功能。運(yun)用工程有(you)限元剖析軟(ruan)件ANSYS核算研討了(le)氧化鋅避(bi)雷器(qi)(qi)的(de)(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)功能，效果(guo)與實(shi)測值(zhi)根柢(di)契合，可以作為進一(yi)步研討的(de)(de)(de)參閱。傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)學理論(lun)認為，熱(re)(re)(re)量(liang)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)遞(di)有三種根柢(di)方(fang)法(fa)：熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)導、熱(re)(re)(re)對(dui)流(liu)和(he)熱(re)(re)(re)輻射。實(shi)踐物體(ti)中三種熱(re)(re)(re)量(liang)傳(chuan)(chuan)遞(di)方(fang)法(fa)一(yi)般(ban)是(shi)一(yi)起起效果(guo)的(de)(de)(de)，僅(jin)僅(jin)不同的(de)(de)(de)物體(ti)起首要(yao)效果(guo)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)量(liang)傳(chuan)(chuan)遞(di)方(fang)法(fa)或(huo)許不同罷了(le)。理論(lun)核算標明，對(dui)氧化鋅避(bi)雷器(qi)(qi)或(huo)其份額單元(yuan)的(de)(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)來說，熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)導和(he)熱(re)(re)(re)對(dui)流(liu)是(shi)首要(yao)的(de)(de)(de)。

4定論

（1）不同加熱方法(fa)下，氧化(hua)鋅避雷(lei)器份額單(dan)元(yuan)的(de)散熱特性(xing)不同。在驗證氧化(hua)鋅避雷(lei)器與其(qi)份額單(dan)元(yuan)的(de)熱等價(jia)性(xing)時(shi)要注意采用相同的(de)加熱方法(fa)，確保加熱時(shi)刻(ke)根柢(di)一起。

（2）雖然獨自環境效(xiao)果下氧化鋅避雷器的(de)溫度(du)一(yi)般不會跨越60℃，但由于歸于全體加熱(re)(re)，氧化鋅避雷(lei)器的散(san)熱(re)(re)功能差，對熱(re)(re)穩定性的影響(xiang)不容忽視。實測標明，全體加熱(re)(re)時份額(e)單(dan)元從60℃下降到實驗環境溫度（13℃）需求10h。

（3）工(gong)頻過(guo)電壓加熱(re)和沖擊過(guo)電壓加熱(re)都歸于部分(fen)加熱(re)，散熱(re)時刻常(chang)數(shu)均(jun)小于全體加熱(re)。

（4）一般份額(e)(e)(e)單元(yuan)的(de)軸向散熱(re)功能強于整(zheng)只(zhi)（節）氧化(hua)鋅避(bi)雷器。為了確(que)保熱(re)等價(jia)性，制作(zuo)份額(e)(e)(e)單元(yuan)時要(yao)注(zhu)意(yi)捆綁(bang)其(qi)軸向散熱(re)功能，確(que)保份額(e)(e)(e)單元(yuan)與實踐避(bi)雷器的(de)散熱(re)特性類似(si)。

（5）運(yun)用工程有(you)限元剖析軟件ANSYS核算(suan)氧化鋅避雷器的(de)(de)散(san)(san)熱(re)特(te)性，實(shi)測曲線(xian)與核算(suan)曲線(xian)趨勢一起，實(shi)測與核算(suan)的(de)(de)散(san)(san)熱(re)時刻(ke)常(chang)數根柢契合，可以(yi)作(zuo)為進一步研討的(de)(de)輔助手法。