阅读说明：本技术 无空气间隙的梯形灭弧防雷装置 (Trapezoidal arc extinguishing lightning protection device without air gap ) 是由 王嬿蕾 王巨丰 彭斐 杨倩颖 张清河 于 2019-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种无空气间隙的梯形灭弧防雷装置,主要由灭弧体、上电极和下电极组成；灭弧体的上下两端分别通过连接金具安装在绝缘子串的两端,形成可靠电连接；所述的灭弧体内部中空,并沿着灭弧体纵向设有若干块绝缘隔板使灭弧体内部形成若干个独立的反冲灌注灭弧腔；在每一个反冲灌注灭弧腔内均放置有一个反冲装置,并且反冲装置在灭弧体内部呈螺旋阶梯排布方式设置；在两两相邻的反冲装置之间的绝缘隔板上设有壁电极。本发明有效防止防雷装置闪络问题,降低电力设备雷击跳闸率,保护电力设施,提高电网可靠性,有利于电力安全生产。(The invention discloses a trapezoidal arc extinguishing lightning protection device without an air gap, which mainly comprises an arc extinguishing body, an upper electrode and a lower electrode; the upper end and the lower end of the arc extinguishing body are respectively arranged at the two ends of the insulator string through connecting hardware fittings to form reliable electric connection; the interior of the arc-extinguishing body is hollow, and a plurality of insulating partition plates are arranged along the longitudinal direction of the arc-extinguishing body, so that a plurality of independent backflushing perfusion arc-extinguishing cavities are formed in the interior of the arc-extinguishing body; a recoil device is arranged in each recoil pouring arc extinguishing cavity and is arranged in a spiral step arrangement mode inside the arc extinguishing body; and wall electrodes are arranged on the insulating partition plates between every two adjacent backflushing devices. The lightning protection device effectively prevents the problem of flashover of the lightning protection device, reduces the lightning trip-out rate of power equipment, protects power facilities, improves the reliability of a power grid, and is favorable for power safety production.)

无空气间隙的梯形灭弧防雷装置

技术领域

本发明属于输配电架空线路用的防雷装置，涉及一种无空气间隙的梯形灭弧防雷装置。

背景技术

雷电打击会给电力设施带来不同形式的损伤和破坏，雷云放电在电力系统中会引起雷击过电压，架空线路中常见的过电压有雷击在架空线附近通过电磁感应在输电线上的过电压和雷电直接击打在导线上产生的过电压。雷击造成过电压，可能对绝缘子、输电线造成损伤；雷击引起绝缘子闪络放电，会对瓷质表面造成烧伤脱落或对玻璃绝缘子造成网状裂纹，使绝缘强度大幅降低；雷电击打在输电线或避雷线上，可能会引起断股甚至断裂，使输电工作无法进行。

输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击时引起的冲击闪络，导致线路绝缘子闪络，继而产生很大的工频续流，损坏绝缘子串及金具，导致线路事故。对此电力部门一般采用在输电线路加装线路防雷器来实现保护。

申请人和相关发明人在持续研究过程发现现有的防雷器存在以下问题：1）灭弧能力不强，灭弧装置的灭弧能量始终效应闪络电弧能量；2）灭弧灵敏度不高，存在低温电弧情况下灭弧装置不动作的问题；3）耐用性不佳，大多数灭弧装置需要产气材料提供灭弧条件，在极端环境下存在不必要的消耗；4）受到运行方式的影响，使得灭弧防雷效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种无空气间隙的梯形灭弧防雷装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无空气间隙的梯形灭弧防雷装置，主要由灭弧体、上电极和下电极组成；所述上电极固定安装在灭弧体的顶部，下电极固定安装在灭弧体的底部，并且灭弧体的上下两端分别通过连接金具安装在绝缘子串的两端，形成可靠电连接；所述的灭弧体下端开口、内部中空，并沿着灭弧体纵向设有若干块绝缘隔板使灭弧体内部形成若干个独立的反冲灌注灭弧腔；在每一个反冲灌注灭弧腔内均放置有一个反冲装置，并且反冲装置在灭弧体内部呈螺旋阶梯排布方式设置；在两两相邻的反冲装置之间的绝缘隔板上设有壁电极，并且处于下方的反冲装置的顶部与壁电极一面相连接，处于上方的反冲装置的底部与壁电极另一面相连接，使反冲装置依次首尾连接在一起；灭弧体最上端的反冲装置的顶部与上电极相连接，灭弧体最下端的反冲装置的底部与下电极相连接。

本发明进一步说明，所述的反冲装置主要由反冲管和接闪器组成；所述的反冲管一端开口，另一端固定安装接闪器，使反冲装置成为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件；所述的接闪器与相邻的壁电极相连接（其中灭弧体最上端的反冲管顶部的接闪器与上电极相连接）。反冲装置的开口方向与灭弧体的开口方向一致。

本发明进一步说明，所述的反冲管的开口处设有导弧环；所述的导弧环与相邻的壁电极相连接（其中灭弧体最下端的反冲管底部的导弧环与下电极相连接）。

本发明进一步说明，所述的灭弧体的横截面呈蜂窝状结构。

进一步说明，所述的灭弧防雷灭弧体外表面设置有若干个裙边。装置结构外增加裙边，增强爬电距离，避免电弧沿面放电。

本发明进一步说明，所述的壁电极采用导弧电极片或者压缩灭弧管。所述的压缩灭弧管的内部设有导弧球。压缩灭弧管采用陶瓷管。

本发明进一步说明，所述的灭弧体内壁主要用高强度、强耐压的非导电材料构成，如合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷等非导电材料。所述的绝缘隔板材料为高强度、强耐压的非导电材料，如合成硅橡胶、稀土玻璃、石墨烯玻璃等非导电材料。所述的壁电极材料为强导电性的金属或非金属，如铜、铝、钨、镍、铁、石墨等材料。

本发明实现的技术原理：

本灭弧防雷装置并联在绝缘子串旁边，中间为闪络空气通道，通过绝缘配合，雷击杆塔或避雷线时产生的雷击过电压优先击穿并联通道保护绝缘子串，形成的电弧进入无空气间隙的梯形灭弧防雷装置。

电弧是具有弹性形变的等离子体，当其通过导弧环进入反冲装置后，由于受到反冲管壁的限制，电弧进入反冲管始端时，密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，电弧冲击反冲管底部的接闪器，电弧在堵塞的反冲管底部受到反向弹力，大部分电弧的前进方向发生180°的改变，反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，空腔效应在入口处作用于外电弧，导致反冲管端口处的电弧产生截断。剩下部分电弧由于壁电极库仑力作用进入下一个反冲管内，重复上述过程。

本专利中的反冲管是一个狭管灌注通道，这是电弧进入装置的唯一通道。灌注过程中产生多样的物理变化。

1.电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2.电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式，电弧电 阻会大幅度上升。由于雷电弧在实际经验工作中常作为恒流源，根据公式 可知，尽管冲击时时间仅有几微秒，但整体能量会增强，反冲管内敛性温度会升高。

电弧辐射、对流、传导为能量流失的三种方式，由于封闭管道即外源性封堵环境下，热量不能得到释放，对电弧起到了阻断的作用，只会产热，不会散热，因此会产生阻断性的温升，使得管内温度持续升高。

3.压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。

当电弧从接闪器进入反冲装置时，由于反冲管很细，粗大的雷电电弧在进入反冲管时会形变为细长的电弧，充满整个管道，管道对电弧会产生作用力最终会形成压爆效应，阻断后续电弧的通过，对电弧产生截断。少部分电弧由于导弧环以及导弧件库仑力作用进入下一个反冲管内，重复上述过程。

与多腔室做对比

（1）耐用性比较。多腔室添加的产气材料是需要高温条件下烘烤产气，于是在高温环境下多腔室灭弧装置内的产气材料被消耗，多腔室的耐用性不佳；而本发明采用的灌注材料不存在消耗因素，不需要通过产气机理灭弧，本发明耐用性较好。

（2）灭弧效果比较。多腔室内的每两个相邻电极在电弧通过时产生冷凝极效应，即电弧在相邻电极下温度较低，低温电弧烘烤产气材料使得产气效果不佳，冷凝极效应与高温烘烤产气形成灭弧之间的矛盾使得灭弧效果不佳；而本发明采用的是狭管灌注机理，电弧碰撞产生巨大的灭弧能量，运用电弧自身能量以及碰撞灭弧，使灭弧效果极佳。

（3）灭弧灵敏度比较。根据上述的耐用性与灭弧效果，由于多腔室耐用性受到高温影响，而产气受到电极冷凝极效应，即低温电弧烘烤能力极低，冷凝极效应与高温烘烤产气形成灭弧之间的矛盾，小电弧通过时存在灭弧效果不佳，只有在较大电弧通过下多腔室才能正确动作，而大电弧流通会导致继电保护动作即存在跳闸事故，故多腔室灭弧灵敏度不理想；而本发明无论是大电弧还是小电弧存在，只需要电弧进入本发明就会产生灌注机理，灵敏度较高。

（4）运行方式比较。根据上述灵敏度分析，多腔室的动作受到系统运行方式、短路电流等外在因素影响，存在灭弧盲区，使得多腔室防雷匹配十分困难；而本发明不存在系统运行方式、短路电流等外在因素影响。

本发明具有的优点如下：

（1）约束并管控电弧路径，电弧与灭弧通道一致，消除电弧漂移的危害；

（2）多个反冲灌注灭弧腔内的反冲装置作用在电弧上，实现不同电弧段相互隔离，电弧在各个反冲组件内的接闪器处截断，不易电弧重燃；

（3）反冲灌注灭弧腔外的隔板内的壁电极可以有效地分散电弧能量，使电弧化整为零；

（4）反冲灌注灭弧腔内的反冲装置在灭弧过程中不受温度以及电动力影响；

（5）电弧在冲击灭弧段灭弧并摧毁工频建弧通道，并且保证继电保护装置不被察觉；

（6）本发明使用范围广，不受导线布置、杆塔塔型、极性效应影响

（7）有效防止防雷装置闪络问题，降低电力设备雷击跳闸率，保护电力设施，提高电网可靠性，有利于电力安全生产。

附图说明

图1 为本发明的梯形灭弧防雷装置的安装结构示意图；

图2 为本发明的梯形灭弧防雷装置内部局部结构展开图；

图3 为本发明的梯形灭弧防雷装置横截面结构示意图；

图4 为本发明的反冲装置结构示意图。

其中，上述各图标记及其对应的部件名称如下：

1-灭弧体，2-上电极，3-下电极，4-绝缘隔板，5-反冲灌注灭弧腔，6-反冲装置，7-壁电极，8-裙边，61-反冲管，62接闪器，611-导弧环。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

实施例1：

如图2-4所示，一种无空气间隙的梯形灭弧防雷装置，主要由灭弧体1、上电极2和下电极3组成；所述上电极2固定安装在灭弧体1的顶部，下电极3固定安装在灭弧体1的底部，并且灭弧体1的上下两端分别通过连接金具安装在绝缘子串的两端，形成可靠电连接；所述的灭弧体1下端开口、内部中空，并沿着灭弧体1纵向设有若干块绝缘隔板4使得灭弧体1内部形成若干个独立的反冲灌注灭弧腔5在每一个反冲灌注灭弧腔5内均放置有一个反冲装置6，并且反冲装置6在灭弧体1内部呈螺旋阶梯排布；在两两相邻的反冲装置6之间的绝缘隔板4上设有壁电极7，并且处于下方的反冲装置6的顶部与壁电极7一面相连接，处于上方的反冲装置6的底部与壁电极7另一面相连接，使反冲装置6依次首尾连接在一起；灭弧体1最上端的反冲装置的顶部与上电极2相连接，灭弧体1最下端的反冲装置的底部与下电极3相连接。

所述的反冲装置6主要由反冲管61和接闪器62组成；所述的反冲管61一端开口，另一端固定安装接闪器62，使反冲装置6成为内部中空、一端开口、另一端封闭的半封闭管件；所述的接闪器62与相邻的壁电极7相连接。

所述的反冲管61的开口处设有导弧环611；所述的导弧环611与相邻的壁电极7相连接。

所述的灭弧体1的横截面呈蜂窝状结构。

所述的所述的壁电极7采用导弧电极片。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述的灭弧体1外表面设有若干个裙边8。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：所述的所述的壁电极采用压缩灭弧管。

实施例4：

本实施例与实施例3的区别在于：所述的压缩灭弧管的内部设有导弧球。

在实际应用中，如图1所示，将本灭弧防雷装置并联在绝缘子串旁边，中间为闪络空气通道，通过绝缘配合，雷击杆塔或避雷线时产生的雷击过电压优先击穿并联通道保护绝缘子串，形成的电弧进入无空气间隙的梯形灭弧防雷装置。

当雷击输电线路或线路产生感应雷过电压，致使防雷装置闪络高压端开始有雷击电流经过高压电极，电弧可以通过高压电极牵引进入本装置反冲灌注灭弧腔5内部，当其进入反冲装置6后，由于受到反冲管壁的限制，电弧进入反冲管61始端时，密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，电弧冲击反冲管61底部的接闪器62，电弧在堵塞的反冲管61底部受到反向弹力，大部分电弧的前进方向发生180°的改变，反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，空腔效应在入口处作用于外电弧，导致反冲管72端口处的电弧产生截断。少部分电弧由于壁电极库仑力作用进入下一个反冲管61内，重复上述过程。

当雷击杆塔或者输电线路避雷线，致使防雷装置闪络低压端开始有雷击电流经过低压电极，电弧可以通过低压电极牵引进入本装置反冲灌注灭弧腔5内部，由于反冲管装置6内管径很小，粗大的雷电电弧在进入反冲管61时会形变为细长的电弧，充满整个管道，管道对电弧会产生作用力最终会形成压爆效应，阻断后续电弧的通过，对电弧产生截断。剩下部分电弧由于导弧环71以及壁电极库仑力作用进入下一个反冲管61内，重复上述过程。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。