對現用脫離器的結構原理及優缺點進行了分析比較。根據我國電網的特點及避雷器故障損壞的機理，提出了脫離器應滿足的技術性能要求。設計了一種具有新型結構原理的熱爆式脫離器，并對其應用作了說明。該種脫離器結構原理合理，運行可靠性高，技術性能完善，可推廣使用。

脫離器作為避雷器的配套產品，與避雷器串聯使用，當避雷器廠家故障損壞時能動作脫離，將故障損壞的避雷器及時與系統隔離并給出清晰標示，從而確保系統的正常運行，并方便故障點的查找及避雷器的檢修更換。

在國外，歐美、日本及東南亞等國家和地區電網中運行的配電型、電站型及線路型避雷器均已普遍配套使用脫離器，而在國內，目前僅有少數地區使用，且多用于配電型避雷器。造成這一現象的原因無非兩個方面：一方面現用脫離器的性能和作用還不為用戶認可和熟悉，另一方面現用脫離器在結構原理的合理性、運行的可靠性、與我國電網特點的適用性及與避雷器故障損壞機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。

為使脫離器結構原理合理，運行可靠，與我國電網的特點相適用及與避雷器的故障損壞機理相匹配，從而使脫離器的推廣應用成為可能并擴大其應用范圍，設計并應用一種具有新型結構原理的脫離器與避雷器配套使用是十分必要的。

1、結構原理及特點

脫離器有熱爆式和熱熔式兩種，其中國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我國后，已從一體式發展成附件式，但其結構原理并無改進。

其結構原理是：放電間隙上并聯一個電容器，熱爆管被放置在放電間隙的下電極內。當避雷器正常工作時，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，脫離器不動作；而當避雷器故障損壞時，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加熱熱爆管，當熱爆管升溫至約400 ℃時脫離器動作。

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間隙，且避雷器動作后工頻續流值大，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良的非線性，避雷器動作后工頻續流值極小，其故障損壞主要表現為兩個方面：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絕緣下降而導致內絕緣閃絡，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構原理的熱爆式脫離器與碳化硅閥式避雷器的故障損壞機理及金屬氧化物避雷器的故障損壞機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理中的漸變特性不相匹配，且與我國電網的特點不相適用。

我國35 kV及以下電力系統多為中性點非有效接地系統，這與國外多為中性點有效接地系統不同。中性點非有效接地系統單相接地故障電容電流一般不超過20 A，多數為10 A以下，小容量系統甚至在2 A以下，而中性點有效接地系統接地故障電流則一般可達100～1000A［1］。國家標準［2，3］、國際標準［4］及美國標準［5］規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有效接地系統。該種結構原理的熱爆式脫離器因不能確保在小工頻故障電流下動作，所以不適用于中性點非有效接地系統。

1.2 熱熔式脫離器

熱熔式脫離器的結構原理是：用焊錫將動作桿焊接于金屬氧化物電阻片上，并與預緊彈簧相配合組成動作機構，利用電阻片作發熱源。當避雷器正常工作時，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，所以脫離器不動作；而當避雷器故障損壞時，工頻故障電流持續加熱電阻片，當電阻片升溫至約200 ℃時焊點熔化則脫離器動作。

該種結構原理的熱熔式脫離器利用金屬氧化物電阻片作發熱源，可實現小工頻故障電流下的成功動作，因而與中性點非有效接地系統的特點相適用，與金屬氧化物避雷器故障損壞機理中的漸變特性相匹配；但在大的工頻故障電流下，因電阻片發熱至熔化焊點所需溫度需要一定時間，不能實現迅速動作的要求，所以與中性點有效接地系統的特點不相適用，與金屬氧化物避雷器故障損壞機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作則可以快速分斷、滅弧效果好及運行可靠性高的優點，若能在結構原理的設計中加入小工頻故障電流下的動作功能，則可使脫離器的技術性能得以完善。

新型熱爆式脫離器采用導電硅橡膠制成的電阻器并聯于放電間隙上，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作的發熱源，從而可使得脫離器結構原理合理，運行可靠，與我國電網的特點相適用及與避雷器的故障損壞機理相匹配。 

2、技術性能要求

脫離器與避雷器串聯使用，其技術性能應滿足：

a) 正常使用條件應與串聯使用的避雷器相同；

b) 應具有與避雷器相同的耐受特性；

c) 應具有良好的動作安秒特性，適用我國電網的特點及與避雷器的故障損壞機理相匹配；

d) 應有適當的機械強度。

3、設計與計算

3.1 結構設計

新型熱爆式脫離器采用導電硅橡膠制成的電阻器并聯于放電間隙上。為使脫離器體積小型化，電阻器制成環狀，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，并在環狀電阻器的軸線處構成放電間隙。熱爆管被放置在放電間隙的下電極內，并與下電極底面緊密接觸以利于熱傳遞。

該結構設計實現了體積小型化，可方便地制成一體式和附件式產品。

3.2 電氣計算

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，對脫離器的耐受特性而言，放電間隙的距離值要小些好，而對脫離器的動作特性而言，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，可通過結構設計來調控下電極與熱爆管間的熱傳遞量，從而實現脫離器耐受特性與動作特性間的統一。

3.2.2 動作起始電流值

脫離器的動作起始電流值的確定應考慮以下幾個因素：

a) 金屬氧化物避雷器在持續運行電壓作用下，若流過其電阻片柱的工頻電流達數毫安時，電阻片開始升溫，表現出老化跡象，達數十毫安時，就開始了其不可逆轉的老化，達到數百毫安時，其老化速度明顯加快，而當達到數安培時，則迅速崩潰；

b) 金屬氧化物避雷器在系統暫態工頻過電壓作用下，等值附鹽密度為0.03 g/mm2(Ⅲ級污穢)時，其外套表面的泄漏電流值可高達數百毫安；

c) 小容量中性點非有效接地系統單相對地故障電容電流小，可在2A以下。

綜合上述幾個因素，脫離器的動作起始電流值取0.5 A是適宜的。

3.2.3 電阻器阻值

試驗表明，電阻器300W的發熱量為脫離器可靠動作的最低發熱量要求。按P=I2R計算可得，為使脫離器能在0.5 A工頻故障電流下可靠動作，電阻器的阻值應為1.2 kΩ。當放電間隙的距離值取1mm(其工頻擊穿電壓約2.4 kV)時，按I=U/R計算可得，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電阻器，僅由電阻器作為發熱源來加熱熱爆管，實現脫離器在小工頻故障電流下的可靠動作；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作。

電阻器的阻值與電阻器的結構尺寸及所用導電硅橡膠的體積電阻率有關，在結構尺寸設計確定后，可通過調整導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、應用歐式電纜接頭

脫離器與避雷器串聯使用可確保系統的安全運行，實現避雷器的免維護。新型熱爆式脫離器因具有完善的技術性能，而使其推廣應用成為可能。

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

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

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

(b) 用于35kV，110kV，220kV電壓等級電站型避雷器；

(c) 用于35kV，110kV，220kV電壓等級線路型避雷器

脫離器的應用可避免因避雷器故障損壞而造成的系統事故，實現避雷器的免維護，是確保系統安全運行的必要設備；所設計的新型熱爆式脫離器結構原理合理，運行可靠性高，與我國電網的特點相適用及與避雷器故障損壞的機理相匹配，技術性能完善，可推廣使用；不同電壓等級及應用于不同場合的避雷器應選用相適配的脫離器使用，并應采用適宜的安裝方式。

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