1.试验办法

氧化锌避雷器在电力系统运转中会遭到各种电、热等效应的作用，使得其内部芯体和表面温度升高，这些导致氧化锌避雷器温升的要素主要包括如下几个方面。

（1）系统工频过电压或继续运转电压；

（2）各种冲击过电压，包括雷电冲击和操作冲击等；

（3）严厉环境条件，如强太阳光辐照、环境高温、污秽等。继续运转电压下经过氧化锌避雷器的泄漏电流很小，不是引起氧化锌避雷器温度升高的首要要素；大部分情况下，雷电冲击的能量并不大，单次雷电冲击引起的氧化锌避雷器温升也有限；至于环境条件，曾有实测指出：太阳下暴晒的氧化锌避雷器靠近上法兰氧化锌电阻片的温度能够达到60℃。

工频过电压和操作过电压引起的温度升高是影响氧化锌避雷器热稳定性的首要要素，环境对氧化锌避雷器温度升高及热稳定性的影响也不容忽视。根据上述引起氧化锌避雷器温度升高的各种要素，试验研讨了工频加热、方波冲击电流加热及烘箱加热等不同条件下氧化锌避雷器及其比例单元的散热特性。试验时运用光纤布拉格光栅传感器技术丈量氧化锌避雷器及其比例单元的温度。光纤布拉格光栅传感器与惯例的热敏电阻、热电偶等电子类传感器比较具有可带电丈量、灵敏度高、呼应速度快等长处。热光效应引起光纤光栅的有效折射率改动，而热膨胀效应引起光栅的栅格周期改动。当其所处的温度场改动时，温度与光纤光栅波长改动的联络为：ΔλB/λB=(ξα)ΔT(1)式中ξ为光纤的热光系数，α为光纤的热膨胀系数，二者底子为常数。粗略丈量时能够以为波长λB与温度呈线性联络，精度要求较高时可分段标定。试验时传感器测温探头置于与电阻片紧邻的金属垫块内，测到的温度作为电阻片的温度处理。

2试验作用及分析

2.1散热时间常数

工程上常用散热时间常数τ来衡量物体的散热性能。无其他热源时，氧化锌避雷器降温的温度时间联络底子满足指数函数：T(t)=(T0-Tα)×e-t/πTα(2)式（2）中：T（t）为时间t的温度，T0为恣意的开始温度，一般从T0=120℃或试验过程中的*高温度开端计时，Tα为环境温度，为散热时间常数。当温度由T=T0下降到T=(T0-Tα)/eTα时，以为经过了一个时间常数。根据试验作用能够求出氧化锌避雷器的散热时间常数。需求指出的是，散热时间常数的概念能简单描绘氧化锌避雷器的散热性能，比较各种氧化锌避雷器及其比例元散热特性的优劣。可是氧化锌避雷器散热时的降温曲线并不严厉遵循公式（2），比例单元与整只氧化锌避雷器的热等价性应按照**标准和IEC标准的要求利用降温曲线比较各个点的温度来确认。

2.2整只氧化锌避雷器的散热特性

试品为500kV复合外套型电站用氧化锌避雷器中的一节，外套材料为硅橡胶，外套与电阻片之间填充高分子材料，内部没有气体空地。ZnO电阻片为饼状，规格为Φ75×36。工频电流由500kV试验变压器供应，试验期间电流峰值约为15mA，呈阻性电流，继续时间约20min。试验时按GB11032-2000的要求，测温探头安置在距顶部为氧化锌避雷器长度的1/3～1/2之间。试验期间环境温度约6℃，测到的探头处ZnO电阻片*高温度约124℃。试验作用标明，此整只氧化锌避雷器的散热时间常数约为2.5h。

2.3比例单元的散热特性影响

氧化锌避雷器及其比例单元散热特性的要素许多，如环境温度、加热办法和加热时间、试品结构等。经过有限元法核算指出：随环境温度下降散热时间常数有所减小，即散热速度快，但改动不大。对某结构氧化锌避雷器，核算得到环境温度为0、20、40、60℃时的散热时间常数分别为62.0、64.3、66.8、70min。加热时间和加热办法对散热时间常数的影响比较大：烘箱加热归于整体加热，试品内部芯体和外部绝缘材料都上升到*高温度。工频加热或方波冲击电流加热只是部分加热，外部伞套等其他绝缘结构的温度并没能随芯体温度一同上升或上升温度不大。根据传热学理论，热传导时，单位时间内经过某平面的热量与该平面邻近的温度改动率、平面面积和导热系数成正比，即：准=-λAdt/dx式（3）中准为热流量，λ为导热系数，A为导热面积，dt/dx标明导热面邻近的温度改动率。对指定试品来说，导热面积A是固定的；部分加热时的温度改动率dt/dx大于整体加热；电阻片、硅橡胶和环氧筒等非金属材料的导热系数受温度影响不大，但比例单元两端的金属（钢）电极的导热系数随温度升高而下降，因此部分加热时导热系数大于整体加热。式（3）阐明，部分加热时的散热速度要比整体加热的快。为验证上述分析，试验比较了烘箱加热与工频加热情况下比例单元的散热特性。给出了不同加热办法下比例单元的降温曲线，对应的试验情况。试品1、试品2、试品3标明试验次序。试品首要部件为：1个φ75×36电阻片、1个φ75×6测温金属探头及1个φ75×1铝垫块，外套为复合外套，两端为金属电极。烘箱加热归于整体加热，试品内部芯体和外部绝缘材料都上升到*高温度，散热时间常数为3.2h，散热较慢；工频加热时，散热时间常数在40min左右，不同加热办法下散热特性差异较大。别的，试品3的加热时间比赛品2要长，其外套温度上升较高，散热时间常数稍大。*后，试品1从60℃下降到25℃要逾越5h，下降到试验环境温度（13℃）则需求10h以上，这阐明环境要素引起的温升下，氧化锌避雷器的散热性能很差。在比较比例单元和整只氧化锌避雷器的热等价性时要注意保证加热办法相同，加热时间应底子一同。虽然单独环境作用下氧化锌避雷器的温度一般不会逾越60℃，但由于归于整体加热，此时氧化锌避雷器的散热性能差，对热稳定性的影响不容忽视。还在工频加热办法下实测了其他几种结构的比例单元的散热时间常数。在保证比例单元运用复合外套的情况下，相继采纳了吊销两端电极、两端增加隔热材料等结构。作用标明复合外套比例单元的散热时间常数均在40min左右，与前述试品比较没有大的改动，均小于整只（单节）氧化锌避雷器的散热时间常数，不满足热等价性的要求。比例单元一般仅含有一个或少量几个电阻片，工频加热后电阻片温度高于周围介质的温度，其轴向和径向的dt/dx都较大，根据公式（2），轴向和径向的散热性能均较强。但整只（节）氧化锌避雷器含有的ZnO电阻片较多，工频加热后全部电阻片都上升到一个较高的温度，关于中心电阻片来说，其轴向dt/dx很小，轴向散热性能遭到束缚，只要径向散热性能与比例单元恰当。别的，比例单元的绝缘材料与ZnO电阻片的比例大于整只（节）氧化锌避雷器，要吸收内部芯体热量的比例也大于整只氧化锌避雷器。因此，假如不采纳隔热措施，比例单元的散热性能一般要强于整只（节）氧化锌避雷器的散热性能。根据以上分析，进一步改动了比例单元的结构。将比例单元放入较大隔热环氧筒内，然后在环氧筒内比例单元四周填充隔热材料，下降比例单元的轴向和径向散热性能。作用显现这种情况下比例单元的散热时间常数约3.2h，且冷却期间各瞬间的温度都高于整只氧化锌避雷器（节）的温度，满足**标准中热等价性的要求。给出了整只氧化锌避雷器与这种比例单元的降温曲线。与工频过电压加热相同，冲击过电压加热也归于部分加热，且加热时间更短。因此其散热速度也应快于整只氧化锌避雷器。在长继续时间冲击电流（2mS方波）加热办法下实测了别的一种比例单元的散热特性，试品与表1中试品的首要不同在于：内部芯体由4个Φ75×22ZnO电阻片组成，即内部ZnO电阻片体积较大。作用显现与工频加热差异不大，散热时间常数在40min左右。

3理论核算研讨

氧化锌避雷器在实践运转中遇到的工况复杂多变，内部零部件对其散热性能的影响不一同，因此，要精确核算氧化锌避雷器的散热性能是比较困难的，迄今为止只要部分文献理论核算了氧化锌避雷器的散热性能。运用工程有限元分析软件ANSYS核算研讨了氧化锌避雷器的散热性能，作用与实测值底子契合，能够作为进一步研讨的参阅。传热学理论以为，热量的传递有三种底子办法：热传导、热对流和热辐射。实践物体中三种热量传递办法一般是一同起作用的，只是不同的物体起首要作用的热量传递办法可能不同而已。理论核算标明，对氧化锌避雷器或其比例单元的散热来说，热传导和热对流是首要的。

4结论

（1）不同加热办法下，氧化锌避雷器比例单元的散热特性不同。在验证氧化锌避雷器与其比例单元的热等价性时要注意采纳相同的加热办法，保证加热时间底子一同。

（2）虽然单独环境作用下氧化锌避雷器的温度一般不会逾越60℃，但由于归于整体加热，氧化锌避雷器的散热性能差，对热稳定性的影响不容忽视。实测标明，整体加热时比例单元从60℃下降到试验环境温度（13℃）需求10h。

（3）工频过电压加热和冲击过电压加热都归于部分加热，散热时间常数均小于整体加热。

（4）一般比例单元的轴向散热性能强于整只（节）氧化锌避雷器。为了保证热等价性，制作比例单元时要注意束缚其轴向散热性能，保证比例单元与实践避雷器的散热特性相似。

（5）运用工程有限元分析软件ANSYS核算氧化锌避雷器的散热特性，实测曲线与核算曲线趋势一同，实测与核算的散热时间常数底子契合，能够作为进一步研讨的辅助手法。