阅读说明：本技术 一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒 (Backflushing arc extinguishing cylinder for solid-phase gas arc extinguishing lightning protection device ) 是由 王嬿蕾 王巨丰 卢幸 骆耀敬 韩力 于 2019-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒,包括顶部封闭的灭弧筒本体；所述的灭弧筒本体顶部设有第一通孔和第二通孔；所述的第一通孔和第二通孔上分别设有引弧机构和内置灭弧气丸的气体发生器；所述的灭弧筒本体内设有反冲管；所述的反冲管竖直连接在灭弧筒本体顶部内壁上,并且反冲管与第一通孔相互连通。本发明将反冲管与灭弧筒相结合,利用反冲管的反冲作用,削弱电弧能量,降低固相气体灭弧的难度；气体发生器是利用外在能量进行灭弧,反冲管利用雷电自身能量灭弧,形成内外能量双协同效应,能熄灭更高的电弧能量。(The invention discloses a backflushing arc extinguishing cylinder for a solid-phase gas arc extinguishing lightning protection device, which comprises an arc extinguishing cylinder body with a closed top; the top of the arc extinguishing cylinder body is provided with a first through hole and a second through hole; the first through hole and the second through hole are respectively provided with an arc striking mechanism and a gas generator with a built-in arc extinguishing gas pill; a recoil pipe is arranged in the arc extinguishing cylinder body; the recoil pipe is vertically connected to the inner wall of the top of the arc extinguishing cylinder body and communicated with the first through hole. The invention combines the recoil pipe and the arc extinguishing cylinder, and utilizes the recoil action of the recoil pipe to weaken the energy of the electric arc and reduce the difficulty of arc extinguishing by solid-phase gas; the gas generator utilizes external energy to extinguish arc, and the recoil pipe utilizes self energy of thunder to extinguish arc, so that double synergistic effect of internal energy and external energy is formed, and higher electric arc energy can be extinguished.)

一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒

技术领域

本发明涉及一种输电线路的防雷装置，尤其涉及了一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒。

背景技术

在我国的电力能源和负荷中心分布很不均衡，主要以煤炭发电为主。煤炭资源大部分集中在西北地区，可开发的水力资源主要集中在西部以及中部地区，而我国的负荷中心集中在东部沿海、京津唐和中部发达地区。这决定了我国要解决负荷中心的电力问题，必然在大力开发水力和火力发电的同时建设跨区域、大容量和远距离的能源输送通道。

随着输电线路电压等级的不断升高，国家累计建成了“八交十直”的特高压工程，形成了110多万千米的输电线路，拥有近5000多万基杆塔，据统计，电网雷害风险主要集中于输电线路，雷害依然是影响输电网络安全、稳定和可靠的重要因素。现有的雷电防护体系主要是“阻塞型”防雷模式，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，由于其有效性、安全性以及经济性存在局限，仅仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白。现有的“疏导型”防雷模式，主要是在绝缘子串两端安装并联保护间隙，虽然其结构简单、安装方便，但由于其没有灭弧功能模块，使系统中持续流入短路电流，只能依靠断路器切断短路电流，以“跳闸率换取事故率”，易造成线路巨大安全事故。同时因为短路电流的烧蚀作用，使得并联保护间隙绝缘配合失效，失去应用的功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用外在能量进行灭弧，以及雷电自身能量灭弧，形成内外能量双协同效应，能熄灭更高的电弧能量的用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒，包括顶部封闭的灭弧筒本体；所述的灭弧筒本体顶部设有第一通孔和第二通孔；所述的第一通孔和第二通孔上分别设有引弧机构和内置灭弧气丸的气体发生器；所述的灭弧筒本体内设有反冲管；所述的反冲管竖直连接在灭弧筒本体顶部内壁上，并且反冲管与第一通孔相互连通。

本发明进一步优化，所述的引弧机构包括引弧杆、罗氏线圈和接闪电极；所述的罗氏线圈套放在引弧杆上；所述的接闪电极设于引弧杆底部，并且接闪电极镶嵌在反冲管的内壁上，使反冲管的内部空间为向下开口的半封闭空间；所述的罗氏线圈通过电线与气体发生器连接。

通过上述方式，由于电弧受到反冲管内壁的限制，此时，反冲管内的电弧直径减小，使得电弧密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到反向弹力，电弧方向发生180°的改变。反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，形成空腔效应在入口处作用于外电弧，导致端口处的电弧产生截断。进入反冲管的电弧能量越大，受到反冲管的狭管灌注效应越大，形成的密度差和温度差越大，利用电弧自身能量实现反冲电弧；接闪电极与引弧杆相连，引弧杆穿过罗氏线圈的中心，罗氏线圈通过电线与气体发生器连接构成二次回路，电弧的电流流过罗氏线圈会产生一个感应电流，感应电流将会触发内置灭弧气丸的气体发生器动作，产生高速高压气体，产生的高速高压气体作用于残余电弧。

本发明进一步优化，所述的反冲管的管内形状呈直筒型或喇叭型或倒喇叭型。通过上述方式，反冲管管内形状呈喇叭型设计是为了能够形成更大的内外温度差、压力差，针对能量较强的电弧，可以形成更好反冲效果，反冲管管内形状呈倒喇叭型设计使得反冲管内形成阶梯式限制壁，能够将进入反冲管内的电弧作用于能量较强的反冲管外的电弧。

本发明进一步优化，所述的反冲管内设有凸台和金属圆环；所述的金属圆环设于凸台上。通过上述方式，设置金属圆环的目的是利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管实现反冲作用，金属圆环有防护反冲管的作用，凸台起到固定金属圆环的作用。

本发明进一步优化，所述的接闪电极为半椭圆型。

本发明进一步优化，所述的灭弧筒本体为喇叭型。

本发明的工作原理：发生雷击时，在引弧机构库仑力作用下电弧被引入灭弧筒本 体内的反冲管内，电弧受到反冲管本体内壁的限制，此时，反冲管本体内的电弧直径减小， 使得电弧密度、速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的 反冲管底部受到反向弹力，电弧方向发生180°的改变。反弹回的电弧由于速度、密度、压力 更大，形成空腔效应在入口处作用于外电弧，导致端口处的电弧产生截断。当电弧未被消除 时，电弧通过引弧机构产生一个感应电流，感应电流将会触发内置灭弧气丸的气体发生器 动作，产生高速高压气体；然后，产生的高速高压气体作用于残余电弧，此时电弧经过反冲 作用后，能量被大大缩减，灭弧难度大大降低，此时的气体极易摧毁电弧通道，从而熄灭电 弧。本发明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。

本专利原理结构与现有技术“角形避雷装置（专利申请号为CN200810178607.3）”所述结构及原理相比有以下不同：

1）灭弧不存在时滞效应。由于角形避雷装置是通过雷击闪络喷出电弧喷气，该过程需要熔融、汽化而产生的金属成分或者等离子化的气体中的离子成分等的导电性成分，该成分在空气中呈现浮游状态，从而降低空气中绝缘能力并容易产生电弧位移，并在电弧位移处喷出电弧喷气，由此来阻断电弧。显然，在电弧闪络—导电材料熔融、汽化—喷出电弧喷气这一过程，存在时滞效应，即角形避雷装置存在喷出电弧喷气能量小于雷击闪络电弧能量。而本专利提出的狭管灌注效应，充分利用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）灭弧阈值高。由于角形避雷装置的灭弧筒以及产气装置是由聚酰胺树脂（又名尼龙），所能承受温度在500℃左右，其值远小于电弧灼烧温度（最高达到3726.85℃）。故此灭弧筒以及产气装置极易受高温影响，最后导致爆裂。而本专利提出采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，例如合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃，结合新型材料

3）不存在高温烘烤产气方式。由于角形避雷装置是通过喷出电弧喷气作用于电弧，并在间隙内吹断电弧。其中喷出电弧喷气是需要高温烘烤产气，这严重导致产气材料的损失，明显降低了装置的使用寿命。而本专利提出等离子狭管灌注效应：利用电弧等离子体流动性，在进入反冲管内电弧的径向位移变为轴向膨胀；在接触到反冲管底部受到几何弹性变形，来流电弧和去流电弧形成的压强叠加、温度叠加和密度叠加效应，使反冲模块内的压强极速倍增，破坏电弧后续能量，阻断电弧连续性。故此不存在高温烘烤产气方式，保证本专利材料损失，并且使用寿命长。

本发明具有的优点及有益效果如下：

1.本发明将反冲管与灭弧筒相结合，利用反冲管的反冲作用，削弱电弧能量，降低固相气体灭弧的难度；气体发生器是利用外在能量进行灭弧，反冲管利用雷电自身能量灭弧，形成内外能量双协同效应，能熄灭更高的电弧能量。

2.本发明的接闪电极与引弧杆相连，引弧杆穿过罗氏线圈的中心，罗氏线圈通过电线与气体发生器连接构成二次回路，电弧的电流流过罗氏线圈的二次回路中会产生一个感应电流，感应电流将会触发内置灭弧气丸的气体发生器动作，产生高速高压气体；产生的高速高压气体作用于残余电弧，此时电弧经过反冲作用后，能量被大大缩减，灭弧难度大大降低，此时的气体极易摧毁电弧通道，从而熄灭电弧。

3.本发明结构简单，装配方便，熄弧效果好，容易推广应用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的反冲管管内形状呈喇叭型的剖视图。

图3为本发明的反冲管管内形状呈倒喇叭型的剖视图。

图4为本发明的直筒型反冲管内含金属圆环的剖视图。

图5为本发明的喇叭型反冲管内含金属圆环的剖视图。

图6为本发明的倒喇叭型反冲管内含金属圆环的剖视图。

图中序号以及相对应的名称：

1- 灭弧筒本体，2-反冲管，3-接闪电极，4-罗氏线圈，5-引弧杆，6-电线，7-气体发生器，8-凸台，9-金属圆环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例1：

如图1所示，一种用于固相气体灭弧防雷装置的反冲灭弧筒，包括顶部封闭的灭弧筒本体1；所述的灭弧筒本体1顶部设有第一通孔和第二通孔；所述的第一通孔和第二通孔上分别设有引弧机构和内置灭弧气丸的气体发生器7；所述的灭弧筒本体1内设有反冲管2；所述的反冲管2竖直连接在灭弧筒本体1顶部内壁上，并且反冲管2与第一通孔相互连通。

所述的引弧机构包括引弧杆5、罗氏线圈4和接闪电极3；所述的罗氏线圈4套放在引弧杆5上；所述的接闪电极3设于引弧杆5底部，并且接闪电极3镶嵌在反冲管2的内壁上，使反冲管2的内部空间为向下开口的半封闭空间；所述的罗氏线圈4通过电线6与气体发生器7连接。

所述的反冲管2的管内形状呈直筒型。所述的接闪电极3为半椭圆型。所述的灭弧筒本体1为喇叭型。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图2所示，所述的反冲管2的管内形状呈喇叭型。

本实施例中反冲管2管内形状呈喇叭型设计是为了能够形成更大的内外温度差、压力差，针对能量较弱的电弧，可以形成更好反冲效果。

实施例3：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图3所示，反冲管2的管内形状呈倒喇叭型。

本实施例中反冲管2管内形状呈倒喇叭型设计使得进入反冲管2内的电弧温度、密度、压强增加，容易产生压爆效应。

实施例4：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图4所示，所述的反冲管2内设有凸台8和金属圆环9；所述的金属圆环9设于凸台8上。

本实施例中，设置金属圆环9的目的是利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管2实现反冲作用，金属圆环9有防护反冲管的作用，凸台8起到固定金属圆环的作用。

实施例5：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图5所示，所述的反冲管2的管内形状呈喇叭型。所述的反冲管2内设有凸台8和金属圆环9；所述的金属圆环9设于凸台8上。

本实施例设置金属圆环9的目的是利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管2实现反冲作用，金属圆环9有防护反冲管2的作用，凸台8起到固定金属圆环9的作用。反冲管2管内形状呈喇叭型设计是为了能够形成更大的内外温度差、压力差，针对能量较弱的电弧，可以形成更好反冲效果。这样子布置，进一步提高引弧和灭弧的效果。

实施例6：

本实施例与实施例1不同之处在于：如图6所示，所述的反冲管2的管内形状呈倒喇叭型。所述的反冲管2内设有凸台8和金属圆环9；所述的金属圆环9设于凸台8上。

本实施例这样布置，设置金属圆环9的目的是利用金属的导电性确保电弧能够按照预定的路径进入反冲管2实现反冲作用，金属圆环9有防护反冲管的作用，凸台8起到固定金属圆环9的作用。反冲管2管内形状呈倒喇叭型设计使得反冲管内为储气仓，能够产生更多的反冲喷射气体作用于能量较强的电弧。这样子布置，进一步提高引弧和灭弧的效果。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。