Page 140 - 《中国电力》2026年第5期
P. 140
2026 年 第 59 卷
电流冲击结束后记录其温升最大值。实验测量数 重研究氧化锌电阻片界面处应力。改变拉力值，
据与本文仿真数据对比如图 4~5 所示。 其他条件不变，氧化锌电阻片最大应力值的变化
曲线如图 7 所示。由图 7 可知，氧化锌电阻片界
温度/℃
21.1 面应力值与外部拉力近似线性关系，承受相同的
21.1
21.0 拉力时水平安装方式下避雷器氧化锌电阻片界面
20.9
20.8 应力值最大，倾斜 45°角安装方式次之，垂直安
20.7
20.6 装方式最小。
20.5
20.4
20.3 应力/MPa
20.2 67.5
20.1
5.0
4.5
20.0
4.0
3.5
图 4 避雷器伞裙温升
3.0
Fig. 4 Temperature rise of the lightning arrester 2.5
umbrella skirt 2.0
1.5
氧化锌 1.0
1.2
电阻片 0.5
0.11 ℃ 0
1.0 0
图 6 不平衡受力时避雷器 ZX 平面应力分布
0.8 Fig. 6 ZX plane stress distribution of arrester under
温升/℃ 0.6 unbalanced stress
0.4 4
垂直；
0.2 倾斜45°；
水平
0 3
1# 2# 3# 4# 仿真
试品 氧化锌电阻片界面应力值/MPa 2
图 5 避雷器温度试验与仿真对比
Fig. 5 Comparison between temperature test and
simulation of arrester 1
2 避雷器在单一工况下的应力分布特征 0 0 50 100 150
水平拉力值/N
2.1 不平衡受力对避雷器内部机械应力分布影响 图 7 氧化锌电阻片界面应力值
Fig. 7 Stress value of zinc oxide resistor sheet
研究配网避雷器在垂直，倾斜 45°角及水平等
典型的安装方式下承受不平衡受力时的内部机械 这些应力的累积可能在材料内部产生微观裂
应力分布情况。水平安装方式下 [23] 仿真结果如图 6 纹，随着时间的推移，裂纹逐渐扩展，形成宏观
所示。 裂纹，导致避雷器界面缺陷产生，最终影响避雷
由图 6 可以看出：1）避雷器在遭受极端条件 器的机械强度和绝缘性能。
下的不平衡受力时，应力主要集中于氧化锌电阻 2.2 雷电冲击下对避雷器内部热应力分布影响
片棱角、底座螺栓根部；2）底座的螺栓根部应 配网避雷器在承受雷电流冲击时，会造成氧
力最集中，最大值达到 67.5 MPa；3）最下方氧化 化锌电阻片的发热。造成避雷器内部不同材料出
锌电阻片、金具界面交界线处也出现了应力集中 现不同程度的膨胀，从而在内部产生热应力。
的趋势，应力最大值达 3.7 MPa。 2.2.1 单一雷击下避雷器内部热应力的分布特征
避雷器最大应力虽然出现在金具处，由于金 在配网避雷器模型上施加前文所述的 100 kA
具结构强度远大于避雷器其他部件。当避雷器遭 幅值单一雷电流冲击，经电-热-应力仿真模型计
受雷击损坏时，金具往往未遭破坏，所以需要着 算，其温度及其应力分布情况如图 8~9 所示。
136
