避雷器監(jiān)測器的熱穩(wěn)定性能設(shè)計
上海民熔電氣集團(tuán)有限公司
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2025-07-04
在電力系統(tǒng)中，避雷器監(jiān)測器承擔(dān)著實時監(jiān)測避雷器運行狀態(tài)的重要任務(wù)，其熱穩(wěn)定性能直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與設(shè)備可靠性。當(dāng)系統(tǒng)遭受雷擊或操作過電壓時，大電流通過監(jiān)測器可能產(chǎn)生大量熱量，若無法有效控制溫度，會導(dǎo)致元件老化、性能下降甚至引發(fā)故障。因此，科學(xué)的熱穩(wěn)定性能設(shè)計至關(guān)重要，以下將從熱產(chǎn)生機(jī)制、設(shè)計要點、驗證方法等方面展開詳細(xì)分析。
一、熱產(chǎn)生機(jī)制與影響因素
（一）電流熱效應(yīng)
當(dāng)雷擊或操作過電壓產(chǎn)生的沖擊電流通過避雷器監(jiān)測器時，監(jiān)測器內(nèi)部的取樣電阻、線圈等元件存在電阻值，根據(jù)焦耳定律（），電流會在元件上產(chǎn)生熱量。尤其在大電流（如 10kA 甚至更高）沖擊下，短時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量若不能及時散發(fā)，會使元件溫度急劇升高。例如，某監(jiān)測器在通過 8kA 沖擊電流時，取樣電阻溫度在 100ms 內(nèi)從 25℃上升至 120℃。 （二）接觸電阻發(fā)熱
監(jiān)測器內(nèi)部各元件之間的連接部位，如接線端子、焊點等，若存在接觸不良情況，會產(chǎn)生較大的接觸電阻。接觸電阻在電流通過時同樣會發(fā)熱，且接觸電阻越大，發(fā)熱量越高。長期運行中，接觸點因發(fā)熱導(dǎo)致氧化加劇，進(jìn)一步增大接觸電阻，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響熱穩(wěn)定性能。
（三）環(huán)境散熱條件
環(huán)境溫度、通風(fēng)條件等外部因素對監(jiān)測器散熱效果影響。在密閉開關(guān)柜、電纜溝等散熱不良的環(huán)境中，監(jiān)測器產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度持續(xù)升高。此外，高溫環(huán)境（如夏季戶外高溫）也會降低監(jiān)測器與外界的溫差，削弱自然對流散熱能力。
二、熱穩(wěn)定性能設(shè)計關(guān)鍵要點
（一）元件選型優(yōu)化
低電阻元件選擇：選用低阻值、高功率的取樣電阻，如采用錳銅合金等材料制成的電阻，其具有電阻溫度系數(shù)小、穩(wěn)定性高的特點。同時，提高電阻的額定功率，在大電流沖擊下電阻不會因過熱而損壞。例如，將取樣電阻的額定功率從 2W 提升至 5W，可有效降低電阻在大電流下的溫升。
耐高溫絕緣材料：監(jiān)測器內(nèi)部的絕緣材料（如絕緣套管、絕緣墊片等）需具備耐高溫性能?？蛇x用聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等耐高溫絕緣材料，其長期使用溫度可達(dá) 200℃以上，能在高溫環(huán)境下保持良好的絕緣性能，防止因絕緣失效引發(fā)短路故障。
（二）散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計
增大散熱面積：在監(jiān)測器外殼設(shè)計散熱翅片，通過增加表面積提高散熱效率。散熱翅片可采用鋁或鋁合金材質(zhì)，因其具有良好的導(dǎo)熱性和較輕的重量。例如，在監(jiān)測器外殼上均勻分布高度為 20mm、厚度為 2mm 的散熱翅片，可使散熱面積增加 30% - 50%。
優(yōu)化通風(fēng)通道：設(shè)計合理的通風(fēng)通道，促進(jìn)空氣流動，加強(qiáng)對流散熱。對于戶內(nèi)安裝的監(jiān)測器，可在外殼上開設(shè)通風(fēng)孔，并配合風(fēng)扇強(qiáng)制通風(fēng)；戶外監(jiān)測器則需在保證防護(hù)等級（如 IP65）的前提下，設(shè)計防水透氣的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，如采用防水透氣閥，既防止雨水、灰塵進(jìn)入，又能實現(xiàn)空氣流通。
（三）接觸可靠性設(shè)計
連接工藝：采用焊接、壓接等可靠的連接工藝，元件之間的電氣連接緊密。對于焊接點，采用回流焊、波峰焊等自動化焊接工藝，保證焊接質(zhì)量；壓接時，選用合適的壓接工具和模具，壓接端子與導(dǎo)線之間的接觸電阻小于規(guī)定值（如 0.1mΩ）。
防氧化處理：對連接部位進(jìn)行防氧化處理，如在接線端子表面鍍銀、鍍錫，或涂抹導(dǎo)電膏，降低接觸電阻，防止因氧化導(dǎo)致接觸不良。同時，定期檢查連接部位的狀態(tài)，及時處理松動、氧化等問題。
三、熱穩(wěn)定性能驗證方法
（一）模擬試驗
大電流沖擊試驗：利用沖擊電流發(fā)生器，對避雷器監(jiān)測器施加規(guī)定的沖擊電流（如 8/20μs 波形，10kA 電流），記錄監(jiān)測器內(nèi)部關(guān)鍵元件（如取樣電阻、線圈）的溫度變化曲線。通過多次沖擊試驗，評估監(jiān)測器在連續(xù)大電流沖擊下的熱穩(wěn)定性能，要求元件溫度不超過其額定工作溫度，且試驗后元件性能無明顯下降。
長期通流試驗：對監(jiān)測器施加額定電流或略高于額定電流的電流，持續(xù)通電數(shù)小時甚至數(shù)天，模擬長期運行工況。監(jiān)測過程中，實時監(jiān)測元件溫度、電氣參數(shù)（如電阻值、絕緣電阻），觀察溫度是否趨于穩(wěn)定，以及電氣參數(shù)是否發(fā)生變化，判斷監(jiān)測器的熱穩(wěn)定性能是否滿足要求。
（二）數(shù)值仿真分析
利用有限元分析軟件（如 ANSYS、COMSOL），建立避雷器監(jiān)測器的三維熱 - 電耦合模型。將監(jiān)測器的幾何結(jié)構(gòu)、材料屬性、邊界條件（如環(huán)境溫度、散熱系數(shù)）等參數(shù)輸入模型，模擬不同工況下（大電流沖擊、長期通流）監(jiān)測器內(nèi)部的溫度分布和熱傳遞過程。通過仿真分析，優(yōu)化監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計（如散熱翅片形狀、通風(fēng)通道布局），提高熱穩(wěn)定性能。
避雷器監(jiān)測器的熱穩(wěn)定性能設(shè)計是保障其可靠運行的核心環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化元件選型、改進(jìn)散熱結(jié)構(gòu)、接觸可靠性，并采用科學(xué)的驗證方法，能夠有效提升監(jiān)測器的熱穩(wěn)定性能，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供堅實保障。隨著電力系統(tǒng)對可靠性要求的不斷提高，未來還需持續(xù)探索更的熱穩(wěn)定設(shè)計技術(shù)和材料，進(jìn)一步提升避雷器監(jiān)測器的性能。
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