對(duì)現(xiàn)用脫離器的結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)及避雷器故障損壞的機(jī)理，提出了脫離器應(yīng)滿足的技術(shù)性能要求。設(shè)計(jì)了一種具有新型結(jié)構(gòu)原理的熱爆式脫離器，并對(duì)其應(yīng)用作了說明。該種脫離器結(jié)構(gòu)原理合理，運(yùn)行可靠性高，技術(shù)性能完善，可推廣使用。

脫離器作為避雷器的配套產(chǎn)品，與避雷器串聯(lián)使用，當(dāng)避雷器廠家故障損壞時(shí)能動(dòng)作脫離，將故障損壞的避雷器及時(shí)與系統(tǒng)隔離并給出清晰標(biāo)示，從而確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并方便故障點(diǎn)的查找及避雷器的檢修更換。

在國(guó)外，歐美、日本及東南亞等國(guó)家和地區(qū)電網(wǎng)中運(yùn)行的配電型、電站型及線路型避雷器均已普遍配套使用脫離器，而在國(guó)內(nèi)，目前僅有少數(shù)地區(qū)使用，且多用于配電型避雷器。造成這一現(xiàn)象的原因無非兩個(gè)方面：一方面現(xiàn)用脫離器的性能和作用還不為用戶認(rèn)可和熟悉，另一方面現(xiàn)用脫離器在結(jié)構(gòu)原理的合理性、運(yùn)行的可靠性、與我國(guó)電網(wǎng)特點(diǎn)的適用性及與避雷器故障損壞機(jī)理的匹配性等諸多方面均存在不足和缺陷，不能滿足使用的要求。

為使脫離器結(jié)構(gòu)原理合理，運(yùn)行可靠，與我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)相適用及與避雷器的故障損壞機(jī)理相匹配，從而使脫離器的推廣應(yīng)用成為可能并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)并應(yīng)用一種具有新型結(jié)構(gòu)原理的脫離器與避雷器配套使用是十分必要的。

1、結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)

脫離器有熱爆式和熱熔式兩種，其中國(guó)際上最通用的為熱爆式脫離器。

1.1 熱爆式脫離器

自從1984年GE公司的碳化硅閥式避雷器所用脫離器被引進(jìn)我國(guó)后，已從一體式發(fā)展成附件式，但其結(jié)構(gòu)原理并無改進(jìn)。

其結(jié)構(gòu)原理是：放電間隙上并聯(lián)一個(gè)電容器，熱爆管被放置在放電間隙的下電極內(nèi)。當(dāng)避雷器正常工作時(shí)，雷電及操作沖擊電流在電容器上的壓降尚不足以使放電間隙擊穿放電，脫離器不動(dòng)作；而當(dāng)避雷器故障損壞時(shí)，工頻故障電流在電容器上的壓降則使放電間隙擊穿放電且電弧持續(xù)加熱熱爆管，當(dāng)熱爆管升溫至約400 ℃時(shí)脫離器動(dòng)作。

碳化硅閥式避雷器由于碳化硅閥片的非線性不足而必須帶有串聯(lián)間隙，且避雷器動(dòng)作后工頻續(xù)流值大，其故障損壞即意味著避雷器的完全失效，所以碳化硅閥式避雷器的故障損壞具有突變特性。而金屬氧化物避雷器由于金屬氧化物電阻片具有優(yōu)良的非線性，避雷器動(dòng)作后工頻續(xù)流值極小，其故障損壞主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：避雷器因金屬氧化物電阻片逐漸老化而至崩潰，及避雷器因密封不良使內(nèi)絕緣下降而導(dǎo)致內(nèi)絕緣閃絡(luò)，可見金屬氧化物避雷器的故障損壞具有漸變和突變兩方面的特性。

因而，歐式電纜接頭該種結(jié)構(gòu)原理的熱爆式脫離器與碳化硅閥式避雷器的故障損壞機(jī)理及金屬氧化物避雷器的故障損壞機(jī)理中的突變特性相匹配，但與金屬氧化物避雷器故障損壞機(jī)理中的漸變特性不相匹配，且與我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)不相適用。

我國(guó)35 kV及以下電力系統(tǒng)多為中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，這與國(guó)外多為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)不同。中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地故障電容電流一般不超過20 A，多數(shù)為10 A以下，小容量系統(tǒng)甚至在2 A以下，而中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)接地故障電流則一般可達(dá)100～1000A［1］。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［2，3］、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)［4］及美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)［5］規(guī)定的安秒特性曲線均從20A開始，冷縮電纜終端，顯然這僅適用于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)。該種結(jié)構(gòu)原理的熱爆式脫離器因不能確保在小工頻故障電流下動(dòng)作，所以不適用于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。

1.2 熱熔式脫離器

熱熔式脫離器的結(jié)構(gòu)原理是：用焊錫將動(dòng)作桿焊接于金屬氧化物電阻片上，并與預(yù)緊彈簧相配合組成動(dòng)作機(jī)構(gòu)，利用電阻片作發(fā)熱源。當(dāng)避雷器正常工作時(shí)，雷電及操作沖擊電流尚不足以使電阻片吸收的能量熔化焊點(diǎn)，所以脫離器不動(dòng)作；而當(dāng)避雷器故障損壞時(shí)，工頻故障電流持續(xù)加熱電阻片，當(dāng)電阻片升溫至約200 ℃時(shí)焊點(diǎn)熔化則脫離器動(dòng)作。

該種結(jié)構(gòu)原理的熱熔式脫離器利用金屬氧化物電阻片作發(fā)熱源，可實(shí)現(xiàn)小工頻故障電流下的成功動(dòng)作，因而與中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)的特點(diǎn)相適用，與金屬氧化物避雷器故障損壞機(jī)理中的漸變特性相匹配；但在大的工頻故障電流下，因電阻片發(fā)熱至熔化焊點(diǎn)所需溫度需要一定時(shí)間，不能實(shí)現(xiàn)迅速動(dòng)作的要求，所以與中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的特點(diǎn)不相適用，與金屬氧化物避雷器故障損壞機(jī)理中的突變特性不相匹配。

1.3 新型熱爆式脫離器

熱爆式脫離器具有一旦動(dòng)作則可以快速分?jǐn)?、滅弧效果好及運(yùn)行可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，若能在結(jié)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)中加入小工頻故障電流下的動(dòng)作功能，則可使脫離器的技術(shù)性能得以完善。

新型熱爆式脫離器采用導(dǎo)電硅橡膠制成的電阻器并聯(lián)于放電間隙上，既是避雷器的泄漏電流通道，又是脫離器小工頻故障電流下動(dòng)作的發(fā)熱源，從而可使得脫離器結(jié)構(gòu)原理合理，運(yùn)行可靠，與我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)相適用及與避雷器的故障損壞機(jī)理相匹配。 

2、技術(shù)性能要求

脫離器與避雷器串聯(lián)使用，其技術(shù)性能應(yīng)滿足：

a) 正常使用條件應(yīng)與串聯(lián)使用的避雷器相同；

b) 應(yīng)具有與避雷器相同的耐受特性；

c) 應(yīng)具有良好的動(dòng)作安秒特性，適用我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)及與避雷器的故障損壞機(jī)理相匹配；

d) 應(yīng)有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度。

3、設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型熱爆式脫離器采用導(dǎo)電硅橡膠制成的電阻器并聯(lián)于放電間隙上。為使脫離器體積小型化，電阻器制成環(huán)狀，放電間隙的上、下電極分別置于電阻器的上、下端面，并將電阻器壓縮30%～40%，以求緊密地電氣接觸及起密封作用，并在環(huán)狀電阻器的軸線處構(gòu)成放電間隙。熱爆管被放置在放電間隙的下電極內(nèi)，并與下電極底面緊密接觸以利于熱傳遞。

該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了體積小型化，可方便地制成一體式和附件式產(chǎn)品。

3.2 電氣計(jì)算

3.2.1 放電間隙距離值

放電間隙的距離值與放電間隙擊穿后的電弧能量成正比，對(duì)脫離器的耐受特性而言，放電間隙的距離值要小些好，而對(duì)脫離器的動(dòng)作特性而言，則希望放電間隙的距離值大些好。放電間隙的距離值一般取0.5～3 mm，在確定放電間隙的距離值后，可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來調(diào)控下電極與熱爆管間的熱傳遞量，從而實(shí)現(xiàn)脫離器耐受特性與動(dòng)作特性間的統(tǒng)一。

3.2.2 動(dòng)作起始電流值

脫離器的動(dòng)作起始電流值的確定應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

a) 金屬氧化物避雷器在持續(xù)運(yùn)行電壓作用下，若流過其電阻片柱的工頻電流達(dá)數(shù)毫安時(shí)，電阻片開始升溫，表現(xiàn)出老化跡象，達(dá)數(shù)十毫安時(shí)，就開始了其不可逆轉(zhuǎn)的老化，達(dá)到數(shù)百毫安時(shí)，其老化速度明顯加快，而當(dāng)達(dá)到數(shù)安培時(shí)，則迅速崩潰；

b) 金屬氧化物避雷器在系統(tǒng)暫態(tài)工頻過電壓作用下，等值附鹽密度為0.03 g/mm2(Ⅲ級(jí)污穢)時(shí)，其外套表面的泄漏電流值可高達(dá)數(shù)百毫安；

c) 小容量中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相對(duì)地故障電容電流小，可在2A以下。

綜合上述幾個(gè)因素，脫離器的動(dòng)作起始電流值取0.5 A是適宜的。

3.2.3 電阻器阻值

試驗(yàn)表明，電阻器300W的發(fā)熱量為脫離器可靠動(dòng)作的最低發(fā)熱量要求。按P=I2R計(jì)算可得，為使脫離器能在0.5 A工頻故障電流下可靠動(dòng)作，電阻器的阻值應(yīng)為1.2 kΩ。當(dāng)放電間隙的距離值取1mm(其工頻擊穿電壓約2.4 kV)時(shí)，按I=U/R計(jì)算可得，使放電間隙擊穿放電的工頻故障電流為2A。如此，2A以下的工頻故障電流全部流經(jīng)電阻器，僅由電阻器作為發(fā)熱源來加熱熱爆管，實(shí)現(xiàn)脫離器在小工頻故障電流下的可靠動(dòng)作；而超過2A的工頻故障電流在電阻器上的壓降則使放電間隙擊穿放電，由間隙電弧作為主要發(fā)熱源使熱爆管快速升溫，從而使脫離器能在大工頻故障電流下迅速動(dòng)作。

電阻器的阻值與電阻器的結(jié)構(gòu)尺寸及所用導(dǎo)電硅橡膠的體積電阻率有關(guān)，在結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)確定后，可通過調(diào)整導(dǎo)電硅橡膠的配方工藝來獲得所需的體積電阻率，從而得到所需的阻值。

4、應(yīng)用歐式電纜接頭

脫離器與避雷器串聯(lián)使用可確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)避雷器的免維護(hù)。新型熱爆式脫離器因具有完善的技術(shù)性能，而使其推廣應(yīng)用成為可能。

TLB-1型脫離器適配于10kV及以下電壓等級(jí)避雷器及額定電壓36kV及以下的出口避雷器使用；TLB-2型脫離器適配于35kV，110kV，220kV電壓等級(jí)電站型和線路型避雷器使用。

脫離器的安裝應(yīng)使得脫離器能自由動(dòng)作并形成足夠的空氣間隙，以使故障損壞的避雷器與系統(tǒng)能可靠隔離，從而確保不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(a) 用于10kV及以下電壓等級(jí)避雷器、額定電壓36kV及以下出口避雷器；

(b) 用于35kV，110kV，220kV電壓等級(jí)電站型避雷器；

(c) 用于35kV，110kV，220kV電壓等級(jí)線路型避雷器

脫離器的應(yīng)用可避免因避雷器故障損壞而造成的系統(tǒng)事故，實(shí)現(xiàn)避雷器的免維護(hù)，是確保系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要設(shè)備；所設(shè)計(jì)的新型熱爆式脫離器結(jié)構(gòu)原理合理，運(yùn)行可靠性高，與我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)相適用及與避雷器故障損壞的機(jī)理相匹配，技術(shù)性能完善，可推廣使用；不同電壓等級(jí)及應(yīng)用于不同場(chǎng)合的避雷器應(yīng)選用相適配的脫離器使用，并應(yīng)采用適宜的安裝方式。

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