CN119365940A

CN119365940A - 增强的复合材料包裹式电涌放电器及提供该电涌放电器的方法

Info

Publication number: CN119365940A
Application number: CN202380046621.0A
Authority: CN
Inventors: J·J·凯斯特; R·穆格维勒
Original assignee: Hitachi Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2022-06-13
Filing date: 2023-06-12
Publication date: 2025-01-24
Also published as: WO2023242115A1; KR20250007670A

Abstract

一种固体电介质电涌放电器，其包括气密密封的复合材料封装的模块组件。该模块组件包括具有外周表面的至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块、以及施加至该外周表面的材料。该材料包括多个层，以允许模块组件在长期循环载荷和短期额定弯曲载荷下承受弯曲力矩，该材料构造成提高弯曲强度，并且在优选方向或多个优选方向上提供安全的短路失效模式排出。

Description

增强的复合材料包裹式电涌放电器及提供该电涌放电器的方法

背景技术

雷电或电涌放电器通常连接至电力线，以将电涌电流输送至地。以这种方式，可以减少和/或防止对靠近放电器连接的线路和设备的损坏。在电力线上为正常系统电压期间，放电器具有非常高的电阻，并且其功能相当于绝缘体。当发生系统干扰时，比如当发生直接雷电电涌和/或间接雷电电涌、开关电涌或电压上升时，放电器达到阈值电压，在阈值电压处，电阻变得非常小，并且电涌电流通过放电器被传导至地，从而对系统上的电压上升进行钳位和限制。常见的系统干扰的示例包括雷击、开关电涌电流和临时过电压，这些干扰可能发生在从系统绝缘故障到树枝导致高阻抗接地的各种故障状态下。典型的做法是使用电涌放电器来保护系统部件免受危险的瞬态过电压状态的影响。

在正常操作状态下，电力传输和分配设备承受在较窄且受控的范围内的电压。然而，系统干扰——比如雷击、开关电涌和系统故障——会导致瞬时或长时间的过电压状态，其大幅超过设备在正常操作状态期间所经受的电压水平。这些电压变化通常被称为过电压状态。

如果没有过电压状态保护，关键和昂贵的设备、比如变压器、开关装置、计算机设备和电机可能会由于过电压状态或相关联的电流电涌而损坏或毁坏。电涌放电器可以用于保护系统部件免受危险的过电压状态的影响。

发生电涌之后，电压下降，并且放电器通常返回高电阻状态。然而，在放电器过载或失效时，高电阻状态可能无法恢复，并且放电器可能继续提供从电力线到地的电路径。最终，放电器将由于因金属氧化物压敏电阻元件发热导致电流演变成短路状态而失效，并且放电器将需要更换。为了提高系统可靠性，需要替换常规的电涌放电器。

发明内容

本文中的各实施方式涉及一种电涌放电器，其包括模块组件，该模块组件包括至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块，所述至少一个金属氧化物压敏电阻块包括顶表面、与顶表面相反的底表面、以及位于顶表面与底表面之间的外周表面。在外周表面上形成有第一织物材料，并且第一织物材料包括织物，该织物包括多根单向玻璃纤维，所述多根单向玻璃纤维基本上彼此平行地排列并且从底表面延伸至顶表面。

实施方式包括形成在第一材料的一部分上的第二织物材料。第二织物材料构造成部分地包裹第一织物材料，以在第二织物材料中限定出轴向延伸间隙。一些实施方式提供的是，第二织物材料包括多向织物。在一些实施方式中可以包括环和/或离轴纤维。在一些实施方式中，第二织物的非限制性示例包括18盎司/平方码的织物，该织物是0/90织造的并且具有较重的丝束，比方说例如具有每英寸4×5个丝束(tow)。在一些实施方式中，织物可以是+/-45织造的和/或可以是缝合的和/或分层的材料。

本文中的实施方式涉及提供电涌放电器的方法。这种方法包括提供叠堆阵列的操作，该叠堆阵列包括至少一个MOV和至少一个金属块，所述至少一个MOV和所述至少一个金属块彼此相邻地布置以在叠堆顶表面与叠堆底表面之间形成外周表面。操作包括通过在叠堆顶表面和叠堆底表面处施加轴向压缩力来压缩叠堆阵列，以及对叠堆阵列的外周表面施加第一织物材料。在一些实施方式中，通过树脂固化操作来保持压缩力。第一织物材料包括织物，该织物包括基本上彼此平行排列的多根单向玻璃纤维。操作包括施加第二织物材料，第二织物材料形成在第一织物材料的一部分上。在一些实施方式中，第二织物材料构造成部分地包裹第一织物材料，以在第二织物材料中限定出端对端的轴向延伸间隙。一些实施方式包括在第二织物材料上施加螺旋包裹层。在一些实施方式中，螺旋包裹层包括多个丝缠绕环(filament wound hoop)。

附图说明

所包括的用以提供对本公开的进一步理解并以本申请的构成部分并入的附图图示了发明构思的某些非限制性实施方式。在附图中：

图1为图示了电气系统的示意性框图，其中，电气设备由根据本文中的实施方式的电涌放电器保护。

图2为根据一些实施方式的电涌放电器的框图。

图3A至图3E为图示了根据一些实施方式的电涌放电器的各个实施方式的剖切横截面视图的示意性框图。

图4为图示了根据一些实施方式的模块组件中的叠堆阵列的示意性框图。

图5为图示了根据一些实施方式的用于提供电涌放电器的操作的框图。

图6A和图6B分别为根据一些实施方式的电涌放电器的剖切侧视图和俯视图的示意性框图。

具体实施方式

下文将参照附图对发明构思进行更全面的描述，在附图中示出了发明构思的示例。然而，发明构思可以以许多不同的形式实现，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施方式。确切地说，提供这些实施方式使得：本公开将是全面和完整的，并将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。还应指出的是，这些实施方式并不相互排斥。来自一个实施方式的部件可以默认为可在另一个实施方式中存在/使用。

以下描述呈现了所公开的主题的各种实施方式。这些实施方式作为教导示例呈现，并且不应被解释为限制所公开的主题的范围。例如，在不脱离所描述的主题的范围的情况下，所描述的实施方式的某些细节可以被修改、省略或扩展。

描述了一种适于在变电站、输电和配电电涌放电器应用中使用的固体电介质放电器(solid dielectric arrester)。如下面所讨论的，材料层为固体电介质放电器提供轴向强度，同时也有助于将在放电器故障或失效时可能产生的气体和/或等离子体排出。因此，本文中讨论的固体电介质放电器可以在高电压应用和/或需要放电器承受显著机械力的应用中使用。此外，材料层可以构造成使得：在故障模式状态下，固体电介质放电器允许气体和/或等离子体沿特定的单个或多个期望的方向排出。这些期望的特定方向可以被认为是优先方向。

一些系统针对高电压和/或高强度应用采用空芯放电器。空芯放电器可以包括壳体(例如，增强的塑料管)，该壳体容纳放电器的各部件并为放电器提供悬臂强度。在空芯放电器中，放电器的内部部件(例如，金属氧化物压敏电阻的叠堆或MOV的叠堆)被保持远离壳体壁，使得在内部部件与壳体壁之间存在空气空间。空气空间的存在可能会使潮湿的空气进入放电器，从而导致水分进入MOV块和其他内部部件，进而使得发生性能劣化和放电器故障的可能性增加。

相比之下，固体电介质放电器可以不采用与放电器的内部部件分离的壳体。代替地，固体电介质放电器的内部部件可以至少部分地通过复合材料而在结构上被保持就位，其中，复合材料结合至MOV块的外周表面，以形成在MOV块的外周表面与复合材料之间以及在放电器的防风雨聚合物壳体与复合材料之间基本上无空气的界面。与空芯放电器相比，固体电介质放电器可能会由于没有空气空间和单独的壳体而更容易生产并且可能更可靠。然而，由于没有直径更大的单独的管壳体，固体电介质放电器的悬臂强度可能低于空芯放电器的悬臂强度，因为弯曲力矩的应力相对于复合材料结构位置距中心的减少而成比例地增加。此外，随着MOV技术的改进，MOV块芯直径可能减小，从而导致复合材料上的机械应力进一步增加，这可能导致需要如本文中所讨论的改善复合材料强度的构造方法和材料。

公开的一些实施方式可以实现高强度的固体电介质放电器构造。然而，引入要求经受住循环载荷的国际产品标准可能会使这些设计中的一些设计不兼容和/或大幅降低额定弯曲力矩。与现有技术相比，本文中公开的一些实施方式可以使得能够经受住循环载荷任务并提供对弯曲强度的进一步改善。

在固体电介质放电器中，金属氧化物压敏电阻(MOV块)和导电间隔件的阵列以及导电端部端子可以在压缩预加载的作用下被保持在一起，以提供各部件之间的电接触以及机械强度。在使用中，受到高弯曲力矩可能导致部件叠堆在拉伸侧上抬起，进而导致在压缩侧上的边缘对边缘的接触。一些行业标准现在规定额定长期循环载荷能力(SLL)以及更高的额定短期静态载荷能力(SSL)。一些实施方式提供的是，当在循环SL期间发生交替压缩载荷时，可能发生部件和/或复合材料层的与材料疲劳相关的机械断裂，从而潜在地导致失效。此外，各个内部部件之间的电接触的质量可能由于提升作用而降低，并且在故障状态期间可能发生内部局部放电和/或不良电流分布。这两种情况都可能导致放电器的永久损坏和/或失效。因此，常规的固体电介质放电器可能未最佳地适合于高电压应用和/或使固体电介质放电器经受高机械力的应用。

固体电介质放电器的悬臂强度可以借助于在通过复合材料固化的制造过程期间、在MOV和间隔件的叠堆上连续提供较高的轴向压缩预加载来提高。经压缩的叠堆(带有包覆的复合材料层的MOV、导电间隔件和端子的叠堆)被用压缩织物层周向地包裹，从而在复合材料固化期间实现复合材料层(纤维和树脂)的改善的致密化。使用独特的螺旋式周向包裹的织物压缩材料既增加了对复合纤维的压缩，又增加了复合纤维的预张拉。另外，通过使用比如本文中所讨论的较高模量的复合玻璃纤维，可以进一步提高抗弯刚度。在一些实施方式中，复合材料由纤维增强的树脂基质材料制成。材料层可以构造成提供足够的轴向强度，以允许放电器承受苛刻的条件，同时还允许放电器在失效或故障时排出气体和/或等离子体，得到物理上完整的结构。通过在复合材料表面上施加丝缠绕环，可以进一步增加短路电流额定值。例如，施加至MOV和部件叠堆的表面的多个轴向单向层的布置可以使得基层区域中具有高轴向强度，同时不提供显著的环向强度。这些层很容易在寿命终止事件期间随着温度升高而分离，从而导致树脂基质的分解并产生纤维对纤维的开口以用作排出区域。安置在单向层上且更靠近表面的纤维的排列是多向的，每个多向层对电弧压力释放提供了显著的阻力，并且因此以小于全周包裹的方式施加，从而形成沿着每个轴向对接接头的小间隙，每个多向层的起始部和结束部是错开的，使得形成结合的层与层的搭接接头，以在弯曲应力期间提供足够的环向强度，同时仍然保持相对较弱的富含树脂的层与层的结合，从而有利于在寿命终止失效模式期间在这些特定区域中形成相对较弱的黏结结合的排出点，进而使得固体电介质放电器适用于变电站、传输和配电电涌放电器应用，这些应用需要固体电介质放电器承受高机械力(例如，500磅至1000磅的恒定或几乎恒定的端子载荷能力，或者更大及更小的循环载荷)。这些应用可能需要长于约12英尺的固体电介质放电器，和/或这些应用使固体电介质放电器承受高达约100,000英寸-磅或更高的弯曲力矩。相对于许多固体电介质产品，对于给定的MOV直径，强度可以预期增加至少50％。

如以下更详细地讨论的，材料层可以包括多个材料层，这些材料层包括纤维，纤维排列成使得：当材料施加于MOV时，纤维中的大部分纤维与MOV的轴向方向对准。考虑到MOV和间隔件芯被压缩地预加载为脊状芯，单向纤维的这种排列允许材料层置到MOV的表面上，从而提供悬臂强度，同时还允许从电涌放电器排出气体和/或等离子体。相比之下，施加多个现有复合材料层——现有复合材料层在多个方向上包括近似等量的纤维——可能导致气体排出减少(或没有气体排出)。例如，包括多个方向上的纤维的材料层的重叠可能导致一个层的纤维阻塞下面的层的无纤维或相对无纤维的区域。排出不足可能会导致放电器爆炸或破裂，从而导致MOV和放电器内的其他部件冲出并导致附近设备的损坏。

通过使用永久施加的压缩层织物，对强度进行了重大改善。这些织物在至少100磅/英寸至500磅/英寸的高张力下施加，从而产生径向压缩并促进了复合材料固结的改善。这些压缩织物层可以安置在复合材料结构的中间层内，并且也可以安置在复合材料结构的表面上并且被并入过量的可用树脂基质材料内，可用树脂基质材料在复合材料固结时由于施加的压缩载荷而变得可用。通过使用化学蚀刻或激光蚀刻对导电金属端部电极进行表面处理以从表面层去除氧化物以及残余的油和其他污染物，可以实现循环载荷强度的更进一步提高。一些实施方式提供的膜或收缩膜材料只能承受10磅/英寸至20磅/英寸，并且还抑制树脂流出复合材料层，从而提供较低水平的复合材料填充和低得多的相对强度以及大幅降低的循环疲劳强度。

在一些实现方式中，排出区域形成在材料层中，使得固体电介质放电器能够沿可预测的方向定向地排出气体。具体的可预测方向可以是一个或更多个期望方向和/或一个或多个特定方向。定向排出例如允许排出的气体被限制于特定方向(多个特定方向)或期望方向(多个期望方向)，使得排出的气体被引导远离相邻的或附近的设备和/或相邻的相，从而减少和/或消除因固体电介质放电器的故障或失效导致的附带损害。一些现有技术实现定向排出的尝试依赖于突破沿着顶部到底部方向且在单一方向上较薄的连续烟卷式包裹层。然而，突破玻璃增强物需要大得多的等离子体气体压力，从而导致高得多的展现水平(level of demonstration)。通过将层与层的环氧树脂搭接接头作为薄弱的突破区域和排出位置，需要的压力积累低得多。此外，通过额外利用沿着预测失效轴线排列的弧形角，展现水平显著降低(等离子云的大小)。排出区域是材料层中的被修改成使得电涌放电器失效或故障时产生的气体通过排出区域逸出的区域。

在一个总体方面中，固体电介质电涌放电器可以包括模块组件。该模块组件包括具有外周表面的至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块。该固体电介质电涌放电器还包括施加至外周表面的复合加强材料，该复合加强材料包括多个层，以允许模块组件在基本上连续施加的载荷下承受弯曲力矩，并且该材料构造成允许在模块组件失效时将在模块组件中形成的气体排出。在另一方面中，固体电介质电涌放电器包括模块组件。该模块组件包括具有外周表面的至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块、以及施加至外周表面的材料。该材料包括多个层，以允许模块组件在循环载荷下承受弯曲力矩，并且该材料构造成允许将在模块组件中形成的气体沿期望方向和/或沿多个期望方向排出。

一些实施方式可以包括以下元素中的一者或更多者。一些实施方式包括沿着模块组件的一个或更多个轴向方向的排出区域。排出区域可以允许将气体单向地和/或多向地排出，并且排出区域可以由通过复合材料中的层与层迷宫结构形成的边界或多个边界限定，其中，在该边界或这些边界处存在穿过复合材料分层结构的仅树脂路径。材料中的边界或多个边界可以具有等于或大于MOV块的轴向长度的长度。气体可以通过边界并垂直于模块组件径向向外排出。第二织物材料可以以多个带的形式施加至该材料的外表面，多个带构造成约束复合材料层且同时允许气体排出。

包括多个层的复合材料可以允许模块组件承受大于每英寸MOV半径20,000英寸-磅的弯曲力矩。随着单向层和可能的多个压缩材料层的数目越来越多，弯曲力矩会以与总单向材料厚度的增加基本上成比例的方式继续增加。

在一些方面，固体电介质电涌放电器包括模块组件，该模块组件包括具有外周表面的至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块、以及施加至外周表面的具有错开的对接接头位置的多个双向或多向材料层。在一些实施方式中，材料层包括构造成允许将模块组件中失效时形成的气体排出的层与层环氧树脂搭接接头。

另一方面，可以在复合材料层的表面添加树脂浸渍的复合丝束和/或带，以形成间隔的环，这些环用于在因短路失效事件而进行的失效模式排出期间将排出层保持就位。

一些实施方式可包括以下特征中的一者或更多者。材料层可以包括施加至所述至少一个MOV的外周表面的第一织物材料、以及施加至第一织物材料的第二织物材料，第二织物材料包裹成具有错开的对接接头并环绕第一织物材料的层。根据材料构建厚度，可以在所有复合材料织物层上或者可选地也在中间层位置内施加单个或多个压缩材料。

在一些实施方式中，组装固体电介质电涌放电器的方法包括将材料施加至金属氧化物压敏电阻(MOV)块的周向表面，该材料构造成允许电涌放电器在近似连续施加的载荷下承受弯曲力矩，并且利用该材料形成围绕MOV块的材料层。

当应用于干燥的室内环境中时，复合材料封围件提供足够的介电强度和绝缘。然而，为了经受住遭受雨水和污染的室外环境，提供另一种硅橡胶或其他绝缘橡胶的介电封围件会是有益的。虽然封围件可以是过盈拉伸配合或者是利用中间间隙填充材料的间隙配合，但是可以期望施加一层硅烷基底漆，然后直接模制和结合高温硫化硅橡胶壳体。

现在参照图1，图1为图示了电气系统的示意框图，其中，电气设备由根据本文中的实施方式的电涌放电器保护。参照图1，电气系统100包括由电涌放电器110保护的电气设备105。在其中电气设备可能暴露于与电气设备105上的开关事件相关联的非常高的能量的实施方式中，电涌放电器110可以是能够保护电气设备105的站级电涌放电器。在使用和操作中，电涌放电器110将电气设备105周围的过电压诱发的电流电涌安全地分流或转移至地，并且由此保护设备105及其内部电路免受损坏。电涌放电器110包括保护模块(模块组件)115，保护模块115基于模块组件115所暴露于的电压将电流引导至电气设备105或引导电流远离电气设备105。换句话说，在过电压时段期间，模块组件115使电流流过电涌放电器110。电涌放电器110与电气设备105并联连接。此外，在其中能量变得过大的实现方式中，站级电涌放电器能够承受12个周期的80kA的故障电流。

模块组件115可以包括一个或更多个电压相关的非线性电阻元件的叠堆(例如，叠堆阵列)，这些非线性电阻元件被称为压敏电阻。压敏电阻的示例是金属氧化物压敏电阻(MOV)块。压敏电阻的特征在于，当暴露于正常工作电压时具有相对高的电阻，而当暴露于较大的电压时、比如与过电压状态相关联时，具有低得多的电阻。模块组件115还可以包括与作为叠堆阵列的部件的压敏电阻同轴对准的一个或更多个导电间隔元件。

由于压敏电阻，模块组件115可以在暴露于过电压状态时以低阻抗模式操作，低阻抗模式提供具有相对低的阻抗的电接地电流路径。另外情况下，模块组件115以高阻抗模式操作，高阻抗模式提供具有相对高的阻抗的接地电流路径。当电涌放电器110以低阻抗模式操作时，接地电流路径的阻抗显著低于受电涌放电器110保护的设备105的阻抗。因此，电流流动通过电流路径至地。另外情况下，阻抗显著高于受保护设备105的阻抗，使得电流流动通过电气设备105。在过电压状态结束后，电涌放电器110返回至以高阻抗模式操作，在该模式下，模块组件115的阻抗是相对高的。这防止了系统频率下的正常电流沿着通过电涌放电器110的电流路径跟随电涌电流至地。

在一些实现方式中，电气设备105可以为变压器，其将变压器输入端上的电压转换为变压器输出端上的相应电压。例如，变压器可以被包括在还包括电涌放电器110的变电站中。

在此类应用中，模块组件115的外侧可以包括一个或更多个相对薄的预浸渍复合材料层。预浸渍复合材料层为介电模块组件115提供了足够的机械强度，以使其承受站级电涌放电器的典型失效电流事件且同时减少了站级电涌放电器110中使用的材料的量、模块组件115的总直径以及电涌放电器110的尺寸。

现在参照图2，图2为图1的电涌放电器的框图。参照图2，电涌放电器110包括壳体205，模块组件115位于壳体205中。壳体205可以保护电涌放电器110免受环境条件的影响，并且可以由电绝缘聚合物材料制成。绝缘化合物和/或介电化合物、比如室温硫化硅橡胶可以填充模块组件115与壳体205的内表面之间的任何空隙。

在一些实施方式中，壳体组件是预模制的，模块涂覆有室温硫化硅橡胶(RTV)。壳体可以扩张和叠缩到模块上。在一些实施方式中，对模块组件115应用硅烷表面处理，然后可以将高温硫化(HTV)硅橡胶205直接模制并结合至模块115。这种方法也可以使用液态硅橡胶模制(LSR)进行。

接触部210a设置在靠近电涌放电器110的顶部的上端子中。类似地，接触部210b设置在靠近电涌放电器110的底部的下端子中。上端子和下端子连接至模块组件115并延伸出壳体205，以提供从接触部210a到接触部210b的通过电涌放电器110的串联电路径。

在一些实施方式中，放电器模块可以包括放电器模块的模制“圆材(log)”。根据这样的实施方式的一圆材可以根据模块尺寸包括1个至10个放电器模块。在模制之后，硅橡胶和f/g复合材料在每个模块与模块界面处被切开并被分成单独的模块。因此，模制的硅橡胶仅封围与f/g复合材料相同的周向表面。然后，我们使用RTV硅橡胶将金属帽、比方说例如不锈钢帽结合在每个端部上。端子柱可以在每个端部上旋拧到模块端部电极中并保持金属帽以形成结合式密封。在一些实施方式中，RTV可以是间隙填充物，以消除夹带的空气并将表面结合在一起。

电涌放电器110在接触部210a处连接至线电位导体，并且在接触部210b处接地。电涌放电器110还在接触部210a处连接至由电涌放电器保护的电气设备。更具体地，均连接至线电位导体的电涌放电器110的一端部和电气设备105的一端部在接触部210a处连接。壳体205围绕模块组件115的上端部和下端部密封。

模块组件115可以包括容纳在预浸渍复合材料结构中的一个或更多个MOV块和/或导电块。预浸渍复合材料可以包括由玻璃纤维束制成的基质，并且玻璃纤维束之间的空间填充有环氧树脂。预浸渍复合材料可以围绕MOV块施加多次。在一些实施方式中，可以在预浸渍复合材料上施加稀松布层。稀松布层可以包括环氧树脂和为环氧树脂提供框架的聚酯垫。稀松布层提供额外的树脂，以确保模块组件115是无空气的固体电介质模块。

一些实施方式提供的是，模块组件115包括顶表面316和与顶表面316相反的底表面317。一些实施方式提供的是，叠堆阵列中的多个块限定了位于顶表面316与底表面317之间的外周表面318。

现在参照图3A至图3E，图3A至图3E为图示了根据一些实施方式的电涌放电器部件的各个实施方式的剖切横截面图的示意性框图。参照图3A，电涌放电器110可以包括模块组件115，模块组件115包括至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块，至少一个金属氧化物压敏电阻块包括顶表面316、与顶表面316相反的底表面17以及位于顶表面316与底表面317之间的外周表面318。在一些实施方式中，MOV块305的几何形状可以为大致圆柱形的盘、多边形和/或直线块。

一些实施方式提供的是，在外周表面318上形成有第一织物材料310，并且第一织物材料310包括织物，该织物包含多根单向玻璃纤维，所述多根单向玻璃纤维基本上彼此平行地排列并且从底表面317延伸至顶表面316。在一些实施方式中，在施加第一织物之后，可以施加多层压缩带。例如，在一些实施方式中，可以施加6层至8层压缩带。在一些实施方式中，玄武岩纤维可以是结构性介电绝缘体材料，其可以独立地使用和/或与其他纤维和/或其他纤维类型结合地使用。

一些实施方式提供的是，在第一织物材料310的一部分上形成有第二织物材料315。在一些实施方式中，第二织物材料315构造成部分地包裹第一织物材料310，以在第二织物材料315中限定出轴向延伸间隙325。一些实施方式提供的是，织物材料层可以包括各种类型的织物，包括织造的、缝合的、热成型的、短切纤维的、连续纤维的和/或纸的、天然的和合成的等。

一些实施方式包括在第二织物材料315上的螺旋包裹层320。在一些实施方式中，螺旋包裹层320包括多个丝缠绕环。

一些实施方式包括形成在第二织物材料315的一部分上的第三织物材料335。在一些实施方式中，第三织物材料335构造成部分地包裹第二织物材料315，以在第三织物材料335中限定出轴向延伸间隙。在一些实施方式中，第三织物材料335位于第二织物材料315与螺旋包裹层320之间。简要地参照图3B，一些实施方式不包括第三织物材料335。

在一些实施方式中，第二织物材料315中的轴向延伸间隙325和第三织物材料335中的轴向延伸间隙326包含树脂。简要地参照图3C，一些实施方式提供的是，第二织物材料315中的轴向延伸间隙325与第三织物材料335中的轴向延伸间隙326对准。

参照图3A，第二织物材料315中的轴向延伸间隙325位于第一径向位置处，并且第三织物材料中的轴向延伸间隙330位于不同于第一径向位置的第二径向位置处。

参照图3A，一些实施方式提供的是，第二织物材料315中的轴向延伸间隙325位于第一径向位置处，并且第三织物材料335中的轴向延伸间隙330位于与第一径向位置相同的径向位置处。一些实施方式提供的是，可以具有大约1/2英寸或更多的层与层的重叠，以便经受住循环载荷。

在一些实施方式中，第二织物材料315和第三织物材料335构造成在第二织物材料315和第三织物材料335中限定出多个轴向延伸间隙。一些实施方式提供的是，延伸间隙中的一些延伸间隙相对于彼此径向错开。

参照图3D，一些实施方式提供的是，第二织物材料315中的位于第一径向位置处的轴向延伸间隙325和第三织物材料335中的轴向延伸间隙326彼此部分地重叠。在一些实施方式中，第二织物材料315中的位于第一径向位置处的轴向延伸间隙325和第三织物材料335中的轴向延伸间隙326彼此部分地重叠约1/4英寸至约3/4英寸。在一些实施方式中，间隙325和326可以由这两个间隙之间的至少1/2英寸的织物与织物树脂结合部隔开。

在一些实施方式中，第二织物材料中的位于第一径向位置处的轴向延伸间隙325由多向带覆盖约3/4英寸至约2英寸。一些实施方式提供的是，第二层和第三层各自均包括织物，该织物包括多向排列纤维增强的树脂基质材料。

在一些实施方式中，所述至少一个MOV块是包括多个MOV块的叠堆中的部件。在一些实施方式中，所述至少一个MOV块是包括金属块的叠堆中的部件。

一些实施方式包括形成在第二织物材料315和/或第三织物材料335上的压缩层。在一些实施方式中，压缩层包括压缩带。

参照图3E，一些实施方式提供的是，第二织物材料315中的位于第一径向位置处的轴向延伸间隙325和第三织物材料335中的轴向延伸间隙326彼此间隔开。在一些实施方式中，第二织物材料315中的轴向延伸间隙325位于第一径向位置处，并且第三织物材料335中的轴向延伸间隙326可以位于第二位置处。在一些实施方式中，间隙325和326可以由这两个间隙之间的至少1/2英寸的织物与织物树脂结合部隔开。

在一些实施方式中，第二织物材料315中的位于第一径向位置处的轴向延伸间隙325由多向带覆盖约3/4英寸至约2英寸。一些实施方式提供的是，第二层和第三层各自均包括织物，该织物包括多向排列纤维增强的树脂基质材料。

现在简要地参照图4，图4为图示了根据一些实施方式的模块组件115中的叠堆阵列的示意性框图。一些实施方式包括一个或更多个MOV块305和/或一个或更多个导电块306。在一些实施方式中，导电块306包括金属块、比如铝块。

现在参照图5，图5为图示了根据一些实施方式的提供电涌放电器的操作的框图。所述操作包括提供(框602)叠堆阵列，该叠堆阵列包括彼此相邻地布置的至少一个MOV和至少一个金属块。在一些实施方式中，叠堆阵列可以形成设置在叠堆顶表面与叠堆底表面之间的外周表面。所述操作包括通过在叠堆顶表面和叠堆底表面处施加轴向压缩力来压缩(框604)叠堆阵列，以及对叠堆阵列的外周表面施加(框606)第一织物材料，第一织物材料包括织物，该织物包括多个单向玻璃纤维，这些单向玻璃纤维基本上彼此平行地排列并且在模块组件115上轴向地定向。一些实施方式提供的是，其中可以不包括第一织物。

所述操作还包括施加(方框608)第二织物材料，第二织物材料形成在第一材料的一部分上。一些实施方式提供的是，第二织物材料构造成部分地包裹第一织物材料，以在第二织物材料中限定出端对端轴向延伸间隙。

所述操作可以包括在第二织物材料上施加(方框610)螺旋包裹层。在一些实施方式中，该螺旋包裹层包括多个丝缠绕环。在一些实施方式中，丝缠绕环可以彼此轴向间隔开。

在一些实施方式中，在施加第一材料之前，该方法还包括对叠堆阵列进行预加热(框612)。一些实施方式还包括在施加(框608)第二织物材料之前对第一材料施加(框614)中间压缩层。在一些实施方式中，第三层可以具有与第二层间隙错开的间隙。在这样的实施方式中，可以总是包括材料层，并且层1和/或层3可以是可选的。

一些实施方式还包括对第二织物材料施加(框616)压缩层。一些实施方式还包括对压缩层施加(框618)丝束带。

一些实施方式包括通过对电涌放电器施加热来使第一材料和/或第二织物材料中的树脂固化(框620)。在一些实施方式中，在使树脂固化之后，该方法还包括通过除去叠堆顶表面和叠堆底表面处的轴向压缩力来将施加至叠堆阵列的轴向压缩释放(框622)。

一些实施方式还包括对压缩层施加(框624)硅烷底漆，以及将硅壳体模制并结合(框626)至形成在叠堆阵列上的层。一些实施方式包括将硅壳体安装(框628)到电涌放电器壳体中。

在一些实施方式中，所述操作可以包括下述各项中的至少一项：将三元乙丙橡胶(EPDM)黏结结合至模块组件、将EPDM机械地密封至模块组件、将EPDM过盈配合至模块组件、将EPDM密封至模块组件、将热固性聚合物施加至模块组件和/或将热塑性塑料施加至模块组件。

现在参照图6A和图6B，图6A和图6B分别为根据一些实施方式的电涌放电器的剖切侧视图和俯视图的示意性框图。

参照图6A和图6B，电涌放电器包括模块组件115。绝缘化合物和/或介电化合物、比如室温硫化硅橡胶可以填充模块组件115与任何壳体的内表面之间的任何空隙。

在一些实施方式中，对模块组件115应用硅烷表面处理，然后可以将高温硫化(HTV)硅橡胶直接模制并结合至模块115。这种方法也可以使用液态硅橡胶模制(LSR)进行。

在一些实施方式中，放电器模块可以包括放电器模块的模制“圆材”。根据这样的实施方式的一圆材可以根据模块尺寸包括1个至10个放电器模块。在模制之后，硅橡胶和f/g复合材料在每个模块与模块界面处被切开并被分成单独的模块。因此，模制的硅橡胶仅封围与f/g复合材料相同的周向表面。然后，我们使用RTV硅橡胶将金属帽、比如不锈钢帽结合在每个端部上。端子柱可以在每个端部上旋拧到模块端部电极中并保持金属帽以形成结合式密封。在一些实施方式中，RTV可以是间隙填充物，以消除夹带的空气并将表面结合在一起。

电涌放电器连接至线电位导体并连接至地。电涌放电器还连接至受电涌放电器保护的电气设备。更具体地，电涌放电器的端部和电气设备的端部均连接至线电位导体。模块组件115可以包括容纳在预浸渍复合材料结构内的一个或更多个MOV块705和/或导电块。

模块组件115可包括至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块705，其包括外周表面718。在一些实施方式中，MOV块705的几何形状可以为大致圆柱形的盘、多边形和/或直线块等。

一些实施方式提供的是，在外周表面718上形成第一织物材料710，并且第一织物材料710包括织物，该织物包含多根单向玻璃纤维，所述多根单向玻璃纤维基本上彼此平行地排列并且从底部延伸至顶部。在一些实施方式中，在施加第一织物之后，可以施加多层压缩带。例如，在一些实施方式中，可以施加6层至8层压缩带。在一些实施方式中，玄武岩纤维可以作为结构性介电绝缘体材料，其可以独立地使用和/或与其他纤维和/或其他纤维类型结合地使用。

一些实施方式提供的是，在第一织物材料710的一部分上形成第二织物材料715。在一些实施方式中，第二织物材料715构造成部分地包裹第一织物材料710，以在第二织物材料715中限定出轴向延伸间隙725。一些实施方式提供的是，织物材料层可以包括各种类型的织物，包括织造的、缝合的、热成型的、短切纤维的、连续纤维的和/或纸的、天然的和合成的等。

一些实施方式包括在第二织物材料715上的压缩树脂涂层和螺旋包裹层720。在一些实施方式中，螺旋包裹层720包括多个丝缠绕环。在一些实施方式中，可以靠近填充有环氧树脂或其他类型树脂的间隙区域725施加多轴向排出层736。

在本发明的发明构思的各种实施方式的上述描述中，要理解的是，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式，并非旨在限制本发明的发明构思。除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与本发明的发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解的是，诸如常用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义。

当元件被称为与另一元件“连接”、“联接”、“响应”或其变型时，其可以直接与另一个元件直接连接、联接或响应，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为与另一元件“直接连接”、“直接联接”、“直接响应”或其变型时，不存在中间元件。相同的附图标记始终指代相同的元件。此外，本文中使用的“联接”、“连接”、“响应”或其变型可以包括无线联接、无线连接或无线响应。如本文中所使用的，单数形式的“一”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。为了简洁和/或清楚起见，可能不详细描述众所周知的功能或结构。术语"和/或"包括相关联列出项目中的一个或多个相关联列出项目的任一者和所有组合。

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中被用来描述各种元件/操作，但是这些元件/操作不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件/操作和另一个元件/操作。因此，在不脱离本发明的发明构思的教示的情况下，一些实施方式中的第一元件/操作在其他实施方式中可以被称为第二元件/操作。在整个说明书中，相同的附图标记或相同的附图标识指示相同或相似的元件。

如本文中所使用的，术语“含有”、“包含”、“包含有”、“包括”、“包括有”、“具有”、“有”或其变体是开放式的，并且包括一个或多个所述特征、整体、元素、步骤、部件或功能，但不排除一个或多个其他特征、整体、元素、步骤、部件、功能或其组合的存在或添加。

本文中参照计算机实施的方法、设备(系统和/或装置)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述了示例实施方式。要理解的是，框图和/或流程图的框、以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过由一个或更多个计算机电路执行的计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机电路、专用计算机电路和/或其他可编程数据处理电路的处理器电路，以产生机器，使得经由计算机和/或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令转换和控制晶体管、存储在存储器位置中的值以及这种电路内的其他硬件部件，以实现框图和/或流程图块中指定的功能/动作，并且由此创建用于实现框图和/或流程图框中指定的功能/动作的装置(功能)和/或结构。使用虚线图示的框可以被认为是可选的，并且可以对应于本文中描述的多个实施方式中的不同实施方式。

这些计算机程序指令也可存储在有形计算机可读介质中，其可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，从而使存储在计算机可读介质中的指令产生制造品，所述指令包括实现框图和/或流程图框或多个流程图框中指定的功能/动作的指令。因此，本发明的发明构思的实施方式可以在硬件和/或在处理器比如数字信号处理器上运行的软件(包括固件、常驻软件、微代码等)中实现，这些处理器可以被统称为“电路”、“模块”或其变体。

还应指出的是，在一些替代实现方式中，框中注明的功能/动作可以不按流程图中注明的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/动作。此外，流程图和/或框图的给定框的功能可以分成多个块，以及/或者流程图和/或框图的两个或更多个框的功能可以至少部分地集成。最后，在不脱离发明构思的范围的情况下，可以在所图示的框之间添加/插入其他框，和/或可以省略框/操作。此外，尽管图中的一些图包括通信路径上的箭头以示出主要通信方向，但要理解的是，通信可以发生在与所示箭头相反的方向上。

在基本不脱离本发明的发明构思的原理的情况下，可以对实施方式进行多种改型和修改。所有这样的改型和修改都旨在在本文中包括在本发明的发明构思的范围内。因此，以上公开的主题应被认为是说明性的，而不是限制性的，并且实施方式的示例旨在覆盖所有这样的修改、增强和其他实施方式，它们都落入本发明的发明构思的精神和范围内。因此，在法律允许的最大程度上，本发明的发明构思的范围将由包括实施方式及其等方案的示例在内的本公开的最广泛的可允许的解释来确定，并且不应受到前述详细描述的约束或限制。

Claims

1.一种电涌放电器，包括：

模块组件，所述模块组件包括至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块，所述至少一个金属氧化物压敏电阻块包括顶表面、与所述顶表面相反的底表面以及位于所述顶表面与所述底表面之间的外周表面；

第一织物材料，所述第一织物材料形成在所述外周表面上并且包括织物，所述织物包括多根单向玻璃纤维，所述多根单向玻璃纤维基本上彼此平行地排列并且从所述底表面延伸至所述顶表面；以及

第二织物材料，所述第二织物材料形成在所述第一材料的一部分上，其中，所述第二织物材料构造成部分地包裹所述第一织物材料，以在所述第二织物材料中限定出轴向延伸间隙。

2.根据权利要求1所述的电涌放电器，还包括在所述第二织物材料上的螺旋丝束包裹层，其中，所述螺旋丝束包裹层包括多根丝，所述多根丝呈丝束的束的形式。

3.根据权利要求2所述的电涌放电器，还包括形成在所述第二织物材料的一部分上的第三织物材料，其中，所述第三织物材料构造成部分地包裹所述第二织物材料，以在所述第三织物材料中限定出轴向延伸间隙，其中，所述第三织物材料位于所述第二织物材料与所述螺旋包裹层之间。

4.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的所述轴向延伸间隙和所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙包括树脂。

5.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的所述轴向延伸间隙与所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙对准。

6.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的所述轴向延伸间隙位于第一径向位置处，并且所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙位于不同于所述第一径向位置的第二径向位置处。

7.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的所述轴向延伸间隙位于第一径向位置处，并且所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙位于与所述第一径向位置相同的径向位置处。

8.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料和所述第三织物材料构造成在所述第二织物材料和所述第三织物材料中限定出多个轴向延伸间隙，并且

其中，所述多个延伸间隙中的一些延伸间隙相对于彼此径向错开。

9.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的位于第一径向位置处的所述轴向延伸间隙和所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙彼此部分地重叠。

10.根据权利要求9所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的位于第一径向位置处的所述轴向延伸间隙和所述第三织物材料中的所述轴向延伸间隙彼此偏移约1/4英寸至约3/4英寸。

11.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二织物材料中的位于第一径向位置处的所述轴向延伸间隙被多向带覆盖约3/4英寸至约2英寸。

12.根据权利要求3所述的电涌放电器，其中，所述第二层和所述第三层各自包括织物，所述织物包括多向排列纤维增强的树脂基质材料。

13.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中，所述至少一个MOV块为包括多个MOV块的叠堆中的部件。

14.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中，所述至少一个MOV块是包括金属块的叠堆中的部件。

15.根据权利要求2所述的电涌放电器，还包括形成在所述第二织物材料和/或所述第三织物材料上的压缩层。

16.根据权利要求15所述的电涌放电器，其中，所述压缩层包括压缩带。

17.根据权利要求16所述的电涌放电器，其中，所述带包括构造成提供压缩力并被树脂封装的织物和/或穿孔带。

18.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中，所述多根单向玻璃纤维包括玄武岩纤维。

19.一种提供电涌放电器的方法，所述方法包括：

提供叠堆阵列，所述叠堆阵列包括至少一个MOV和至少一个金属块，所述至少一个MOV和所述至少一个金属块彼此相邻地布置，以在叠堆顶表面与叠堆底表面之间形成外周表面；

通过在所述叠堆顶表面和所述叠堆底表面处施加轴向压缩力来压缩所述叠堆阵列；

将第一织物材料施加至所述叠堆阵列的所述外周表面，所述第一织物材料包括织物，所述织物包括基本上彼此平行且端对端地排列的多根单向玻璃纤维；

施加第二织物材料，所述第二织物材料形成在所述第一织物材料的一部分上，所述第二织物材料构造成部分地包裹所述第一织物材料，以在所述第二织物材料中限定出端对端的轴向延伸间隙；以及

在所述第二织物材料上施加螺旋包裹层，其中，所述螺旋包裹层包括多个丝缠绕环。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，在施加所述第一织物材料之前，所述方法还包括对所述叠堆阵列进行预加热。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括在施加所述第二织物材料之前对所述第一织物材料施加中间压缩层。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，交替地施加多个压缩层和多个第一织物材料层。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：

施加第一多个玄武岩单向层；

对所述第一多个玄武岩单向层的外表面施加第一压缩包裹物；

对所述第一压缩包裹物施加第二多个玄武岩单向层；以及

对所述第二多个玄武岩单向层的外表面施加第二压缩包裹物。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

对所述第二压缩包裹物施加多个多向层；以及

对所述多个多向层施加第三压缩包裹物。

25.根据权利要求19所述的方法，还包括对所述第二织物材料施加压缩层。

26.根据权利要求22所述的方法，对所述压缩层施加丝束带。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述丝束带包括玄武岩纤维。

28.根据权利要求19所述的方法，还包括通过对所述电涌放电器施加热来使所述第一织物材料和/或所述第二织物材料中的树脂固化。

29.根据权利要求28所述的方法，在使所述树脂固化之后，所述方法还包括通过除去所述叠堆顶表面和所述叠堆底表面处的所述轴向压缩力来将施加至所述叠堆阵列的所述轴向压缩释放。

30.根据权利要求19所述的方法，还包括：

对所述压缩层施加硅烷底漆；以及

模制硅壳体并将所述硅壳体结合至形成在所述叠堆阵列上的层。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括将所述硅壳体直接模制到电涌放电器中。

32.根据权利要求19所述的方法，还包括下述各项中的至少一项：将三元乙丙橡胶(EPDM)黏结结合至所述模块组件、将三元乙丙橡胶机械地密封至所述模块组件、将三元乙丙橡胶过盈配合至所述模块组件、将三元乙丙橡胶密封至所述模块组件、将热固性聚合物施加至所述模块组件和/或将热塑性塑料施加至所述模块组件。

33.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一织物材料包括玄武岩纤维。

34.根据权利要求19所述的方法，其中，通过在所述叠堆顶表面和所述叠堆底表面处施加轴向压缩力来压缩所述叠堆阵列包括施加约2400磅/平方英寸至约2800磅/平方英寸的初始预加载压力。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述初始预加载压力为约2600磅/平方英寸。

36.根据权利要求34所述的方法，其中，通过在所述叠堆顶表面和所述叠堆底表面处施加轴向压缩力来压缩所述叠堆阵列包括将所述预加载压力减小至约870磅/平方英寸至约1070磅/平方英寸。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，减小的预加载压力为约970磅/平方英寸。

38.一种电涌放电器，包括：

模块组件，所述模块组件包括至少一个金属氧化物压敏电阻(MOV)块，所述至少一个金属氧化物压敏电阻块包括顶表面、与所述顶表面相反的底表面以及位于所述顶表面与所述底表面之间的外周表面；以及

第一织物材料，所述第一织物材料形成在所述外周表面的一部分上，

其中，所述第一织物材料构造成部分地包裹所述外周表面以在所述第一织物材料中限定出轴向延伸间隙，并且

其中，所述第一织物材料包括多向排列纤维增强的树脂基质材料。

39.根据权利要求38所述的电涌放电器，还包括形成在所述第一织物材料的一部分上的第二织物材料，其中，所述第二织物材料构造成部分地包裹所述第一织物材料，以在所述第二织物材料中限定出轴向延伸间隙，其中，所述第二织物材料位于所述第一织物材料与螺旋包裹层之间。

40.根据权利要求39所述的电涌放电器，还包括形成在所述第二织物材料的一部分上的第三织物材料，其中，所述第三织物材料构造成部分地包裹所述第二织物材料，以在所述第三织物材料中限定出轴向延伸间隙，其中，所述第三织物材料位于所述第二织物材料与所述螺旋包裹层之间。

41.根据权利要求40所述的电涌放电器，还包括被所述多向排列纤维增强的树脂基质材料封装的压缩材料。

42.根据权利要求40所述的电涌放电器，其中，所述第一织物材料、所述第二织物材料和所述第三织物材料中的至少一者包括具有熔合边缘的织造聚丙烯。

43.根据权利要求40所述的电涌放电器，其中，所述第一织物材料、所述第二织物材料和所述第三织物材料中的至少一者包括约0.005英寸的织造聚丙烯。

44.根据权利要求40所述的电涌放电器，其中，所述第一织物材料、所述第二织物材料和所述第三织物材料中的至少一者构造成在所述第一织物材料、所述第二织物材料和/或所述第三织物材料中的环氧树脂的大约最低粘度温度下收缩约0.5％至约7.0％。