1.氧化鋅避雷器散熱實驗方法

氧化鋅避雷器在電力體系工作中會遭到各種電、熱等效應的效果，使得其內部芯體和表面溫度升高，這些導致氧化鋅避雷器溫升的要素首要包括如下幾個方面：

（1）體系工頻過電壓或持續工作電壓；

（2）各種沖擊過電壓，包括雷電沖擊和操作沖擊等；

（3）嚴峻環境條件，如強太陽光輻照、環境高溫、污穢等。持續工作電壓下通過氧化鋅避雷器的泄漏電流很小，不是引起氧化鋅避雷器溫度升高的首要要素；大部分情況下，雷電沖擊的能量并不大，單次雷電沖擊引起的氧化鋅避雷器溫升也有限；至于環境條件，曾有實測指出：太陽下暴曬的氧化鋅避雷器接近上法蘭氧化鋅電阻片的溫度可以到達60℃。

工頻過電壓和操作過電壓引起的溫度升高是影響氧化鋅避雷器熱穩定性的首要要素，環境對氧化鋅避雷器溫度升高及熱穩定性的影響也不容忽視。依據上述引起氧化鋅避雷器溫度升高的各種要素，實驗研討了工頻加熱、方波沖擊電流加熱及烘箱加熱等不同條件下氧化鋅避雷器及其份額單元的散熱特性。實驗時運用光纖布拉格光柵傳感器技術丈量氧化鋅避雷器及其份額單元的溫度。光纖布拉格光柵傳感器與慣例的熱敏電阻、熱電偶等電子類傳感器比較具有可帶電丈量、靈敏度高、呼應速度快等長處。熱光效應引起光纖光柵的有效折射率改動，而熱膨脹效應引起光柵的柵格周期改動。當其所處的溫度場改動時，溫度與光纖光柵波長改動的聯絡為：ΔλB/λB=(ξα)ΔT(1)式中ξ為光纖的熱光系數，α為光纖的熱膨脹系數，二者根柢為常數。粗略丈量時可以認為波長λB與溫度呈線性聯絡，精度要求較高時可分段標定。實驗時傳感器測溫探頭置于與電阻片緊鄰的金屬墊塊內，測到的溫度作為電阻片的溫度處理。

2實驗效果及剖析

2.1散熱時刻常數

工程上常用散熱時刻常數τ來衡量物體的散熱功能。無其他熱源時，氧化鋅避雷器降溫的溫度時刻聯絡根柢滿意指數函數：T(t)=(T0-Tα)×e-t/πTα(2)式（2）中：T（t）為時刻t的溫度，T0為任意的開端溫度，一般從T0=120℃或實驗過程中的*高溫度開端計時，Tα為環境溫度，為散熱時刻常數。當溫度由T=T0下降到T=(T0-Tα)/eTα時，認為通過了一個時刻常數。依據實驗效果可以求出氧化鋅避雷器的散熱時刻常數。需求指出的是，散熱時刻常數的概念能簡略描繪氧化鋅避雷器的散熱功能，比較各種氧化鋅避雷器及其份額元散熱特性的優劣。但是氧化鋅避雷器散熱時的降溫曲線并不嚴峻遵循公式（2），份額單元與整只氧化鋅避雷器的熱等價性應按照**規范和IEC規范的要求利用降溫曲線比較各個點的溫度來承認。

2.2整只氧化鋅避雷器的散熱特性

試品為500kV復合外套型電站用氧化鋅避雷器中的一節，外套資料為硅橡膠，外套與電阻片之間填充高分子資料，內部沒有氣體空地。ZnO電阻片為餅狀，標準為Φ75×36。工頻電流由500kV實驗變壓器供應，實驗期間電流峰值約為15mA，呈阻性電流，持續時刻約20min。實驗時按GB11032-2000的要求，測溫探頭安置在距頂部為氧化鋅避雷器長度的1/3～1/2之間。實驗期間環境溫度約6℃，測到的探頭處ZnO電阻片*高溫度約124℃。實驗效果標明，此整只氧化鋅避雷器的散熱時刻常數約為2.5h。

2.3份額單元的散熱特性影響

氧化鋅避雷器及其份額單元散熱特性的要素許多，如環境溫度、加熱方法和加熱時刻、試品結構等。通過有限元法核算指出：隨環境溫度下降散熱時刻常數有所減小，即散熱速度快，但改動不大。對某結構氧化鋅避雷器，核算得到環境溫度為0、20、40、60℃時的散熱時刻常數分別為62.0、64.3、66.8、70min。加熱時刻和加熱方法對散熱時刻常數的影響比較大：烘箱加熱歸于全體加熱，試品內部芯體和外部絕緣資料都上升到*高溫度。工頻加熱或方波沖擊電流加熱僅僅部分加熱，外部傘套等其他絕緣結構的溫度并沒能隨芯體溫度一起上升或上升溫度不大。依據傳熱學理論，熱傳導時，單位時刻內通過某平面的熱量與該平面附近的溫度改動率、平面面積和導熱系數成正比，即：準=-λAdt/dx式（3）中準為熱流量，λ為導熱系數，A為導熱面積，dt/dx標明導熱面附近的溫度改動率。對指定試品來說，導熱面積A是固定的；部分加熱時的溫度改動率dt/dx大于全體加熱；電阻片、硅橡膠和環氧筒等非金屬資料的導熱系數受溫度影響不大，但份額單元兩頭的金屬（鋼）電極的導熱系數隨溫度升高而下降，因而部分加熱時導熱系數大于全體加熱。式（3）說明，部分加熱時的散熱速度要比全體加熱的快。為驗證上述剖析，實驗比較了烘箱加熱與工頻加熱情況下份額單元的散熱特性。給出了不同加熱方法下份額單元的降溫曲線，對應的實驗情況。試品1、試品2、試品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測溫金屬探頭及1個φ75×1鋁墊塊，外套為復合外套，兩頭為金屬電極。烘箱加熱歸于全體加熱，試品內部芯體和外部絕緣資料都上升到*高溫度，散熱時刻常數為3.2h，散熱較慢；工頻加熱時，散熱時刻常數在40min左右，不同加熱方法下散熱特性差異較大。其他，試品3的加熱時刻競賽品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，下降到實驗環境溫度（13℃）則需求10h以上，這說明環境要素引起的溫升下，氧化鋅避雷器的散熱功能很差。在比較份額單元和整只氧化鋅避雷器的熱等價性時要注意確保加熱方法相同，加熱時刻應根柢一起。雖然獨自環境效果下氧化鋅避雷器的溫度一般不會跨越60℃，但由于歸于全體加熱，此時氧化鋅避雷器的散熱功能差，對熱穩定性的影響不容忽視。還在工頻加熱方法下實測了其他幾種結構的份額單元的散熱時刻常數。在確保份額單元運用復合外套的情況下，相繼采用了吊銷兩頭電極、兩頭添加隔熱資料等結構。效果標明復合外套份額單元的散熱時刻常數均在40min左右，與前述試品比較沒有大的改動，均小于整只（單節）氧化鋅避雷器的散熱時刻常數，不滿意熱等價性的要求。份額單元一般僅含有一個或少量幾個電阻片，工頻加熱后電阻片溫度高于周圍介質的溫度，其軸向和徑向的dt/dx都較大，依據公式（2），軸向和徑向的散熱功能均較強。但整只（節）氧化鋅避雷器含有的ZnO電阻片較多，工頻加熱后悉數電阻片都上升到一個較高的溫度，關于中心電阻片來說，其軸向dt/dx很小，軸向散熱功能遭到捆綁，只需徑向散熱功能與份額單元恰當。其他，份額單元的絕緣資料與ZnO電阻片的份額大于整只（節）氧化鋅避雷器，要吸收內部芯體熱量的份額也大于整只氧化鋅避雷器。因而，假如不采用隔熱措施，份額單元的散熱功能一般要強于整只（節）氧化鋅避雷器的散熱功能。依據以上剖析，進一步改動了份額單元的結構。將份額單元放入較大隔熱環氧筒內，然后在環氧筒內份額單元四周填充隔熱資料，下降份額單元的軸向和徑向散熱功能。效果顯現這種情況下份額單元的散熱時刻常數約3.2h，且冷卻期間各瞬間的溫度都高于整只氧化鋅避雷器（節）的溫度，滿意**規范中熱等價性的要求。給出了整只氧化鋅避雷器與這種份額單元的降溫曲線。與工頻過電壓加熱相同，沖擊過電壓加熱也歸于部分加熱，且加熱時刻更短。因而其散熱速度也應快于整只氧化鋅避雷器。在長持續時刻沖擊電流（2mS方波）加熱方法下實測了其他一種份額單元的散熱特性，試品與表1中試品的首要不同在于：內部芯體由4個Φ75×22ZnO電阻片組成，即內部ZnO電阻片體積較大。效果顯現與工頻加熱差異不大，散熱時刻常數在40min左右。

3理論核算研討

氧化鋅避雷器在實踐工作中遇到的工況復雜多變，內部零部件對其散熱功能的影響不一起，因而，要準確核算氧化鋅避雷器的散熱功能是比較困難的，迄今為止只需部分文獻理論核算了氧化鋅避雷器的散熱功能。運用工程有限元剖析軟件ANSYS核算研討了氧化鋅避雷器的散熱功能，效果與實測值根柢契合，可以作為進一步研討的參閱。傳熱學理論認為，熱量的傳遞有三種根柢方法：熱傳導、熱對流和熱輻射。實踐物體中三種熱量傳遞方法一般是一起起效果的，僅僅不同的物體起首要效果的熱量傳遞方法或許不同罷了。理論核算標明，對氧化鋅避雷器或其份額單元的散熱來說，熱傳導和熱對流是首要的。

4定論

（1）不同加熱方法下，氧化鋅避雷器份額單元的散熱特性不同。在驗證氧化鋅避雷器與其份額單元的熱等價性時要注意采用相同的加熱方法，確保加熱時刻根柢一起。

（2）雖然獨自環境效果下氧化鋅避雷器的溫度一般不會跨越60℃，但由于歸于全體加熱，氧化鋅避雷器的散熱功能差，對熱穩定性的影響不容忽視。實測標明，全體加熱時份額單元從60℃下降到實驗環境溫度（13℃）需求10h。

（3）工頻過電壓加熱和沖擊過電壓加熱都歸于部分加熱，散熱時刻常數均小于全體加熱。

（4）一般份額單元的軸向散熱功能強于整只（節）氧化鋅避雷器。為了確保熱等價性，制作份額單元時要注意捆綁其軸向散熱功能，確保份額單元與實踐避雷器的散熱特性類似。

（5）運用工程有限元剖析軟件ANSYS核算氧化鋅避雷器的散熱特性，實測曲線與核算曲線趨勢一起，實測與核算的散熱時刻常數根柢契合，可以作為進一步研討的輔助手法。