具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图、对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1—2所示，本发明提供一种多腔室模块化自组装结构，该多腔室模块化自组装结构包括接地模块1、高压端模块2和若干中间模块3。所述接地模块1和高压端模块2分别位于该多腔室模块化自组装结构的顶部和底部，若干中间模块3位于接地模块1和高压端模块2之间，若干中间模块3之间，以及中间模块3与接地模块1和高压端模块2之间均通过榫接方式可拆卸连接。该多腔室模块化自组装结构通过接地模块1与空气间隙相接触，通过与下导弧臂相连接。

以线路电压等级在35kV及以下为例：该多腔室模块化自组装结构选用一个接地模块1、一个高压端模块2和三个中间模块3。

其中，接地模块1、高压模块和中间模块3均采用圆柱体结构，接地模块1的高度为2cm，直径为6cm，高压模块的高度为2cm，直径为6cm，中间模块3的高度为12cm，直径为6cm。接地模块1的底部中心处设有突出型榫接头4，接地模块1的内部设有由一层灭弧基本单元5和电弧引入电极6，电弧引入电极6竖直位于灭弧基本单元5的上方，且与灭弧基本单元5接触。高压模块的顶部中心处设接头插槽7，高压模块的内部设有由一层灭弧基本单元5和电弧引出电极8，电弧引出电极8竖直位于灭弧基本单元5的下方，且与灭弧基本单元5接触。中间模块3的底部中心处设有突出型榫接头4，顶部中心处设有接头插槽7；中间模块3的内部设有4层等间距纵向排列的灭弧基本单元5。

对于电弧引入电极6和电弧引出电极8，电弧引入电极6和电弧引出电极8均为直径2mm，高度为4cm的圆柱形铜电极。

如图3所示，对于接地模块1、高压模块和中间模块3内部设置的灭弧基本单元5，其具体为由8个环绕设置球形电极9构成，且相邻球形电极9之间形成有向外延伸的三级缩口结构的灭弧腔室10。8个球形电极9之间存在7个灭弧腔室10，第8个灭弧腔室10设置在上下两个基本单元之间，它的作用是用来传递电弧。球形电极9的直径为4mm，电极间距2mm，多腔室模块化自组装结构的试验试品采用了3级圆锥缩口结构，单个圆锥缩口结构下底面开口直径4mm，上底面开口直径1mm，高度2mm。

对于突出型榫接头4和接头插槽7，该多腔室模块化自组装结构给出以下多种形式：

（1）突出型榫接头4的截面为圆形，即突出型榫接头4选用圆柱体结构；高度为2cm，截面半径为1cm。

（2）突出型榫接头4的截面为正三角形，即突出型榫接头4选用三棱柱结构；高度为4cm，横截面正三角形边长2cm。

（3）突出型榫接头4的截面为长方形，即突出型榫接头4选用正四棱柱结构；高度为6cm，边长为3cm。

（4）突出型榫接头4的截面为等腰梯形，即突出型榫接头4选用四棱柱结构；棱柱高度为10cm，梯形上底边长4cm，下底边长6cm，其高3cm。

接头插槽7则与上述突出型榫接头4相匹配，保证各模块之间连接后无缝隙即可。但是需要说明的是，突出型榫接头4选用圆柱体结构时，各模块连接后需保证接地模块1、高压模块和中间模块3内部的灭弧基本单元5的球形电极9在竖直方向上位于同一轴线上。如图4所示，根据不同电压等级线路，存在多种不同高度、形状的榫接结构。在10kV线路中，榫接头形状为圆柱体，在35kV线路中，榫接头形状为正三棱柱；在110kV线路中，榫接头形状为长方体；在220kV线路中，榫接头形状为四棱柱结构。

该多腔室模块化自组装结构的接地模块1、高压端模块2和中间模块3进行加工时可基于用3D打印机加工制造，具体按照以下步骤进行打印机加工制造：

步骤1，在建模软件中，首先建立该多腔室模块化自组装结构的整体几何模型。然后将整体几何模型进行剖分，剖分成高压模块几何模型、接地模块1几何模型、中间模块3几何模型，其次对高压模块几何模型上端面设置接头插槽7凹陷，对接地模块1几何模型下端面拉伸突出型出榫接头，对中间模块3几何模型的下端面拉出突出型榫接头4，上端面设置接头插槽7凹陷。根据适用于不同电压等级的线路，各模块以及榫接头的几何模型形状、尺寸各异。

步骤2，高压模块几何模型、接地模块1几何模型、中间模块3几何模型分别导入到3D打印机中。这里需要注意的是，由于3D打印机工作时，打印模型是自下而上的，突出型榫接头4横截面尺寸远小于模块横截面尺寸，从而会导致打印时结构十分不稳定；具体表现为，打印至中途，结构侧翻，产品报废。因此，我们在导入高压模块和中间模块3的几何模型时，需将其反转，使其面积较大的上端面朝下，具有突出型榫接头4的下端面朝上，防止在打印时产品产生侧翻。

步骤3，待各个模块均打印完毕时，准备拼接。由于是榫接方法，考虑到榫接头之间的过盈配合，拼接时可能会有困难，接地模块1和中间模块3打印完毕后，需要用砂纸微打磨突出型榫接头4表面。还要考虑到模块之间榫接时，各个模块之间电弧传递路径的贯通性，需提前做好标志，不可接错方向。

步骤4，多腔室模块化自组装结构由榫接而来，其拼接处必有缝隙，为保留其结构的完整性以及电气绝缘强度，将高压模块、接地模块1、中间模块3进行榫接，并在各个模块之间的榫接处填充环氧树脂胶水，放在风干箱中，对环氧树脂胶水进行风干。

按照上述加工方法，将加工后的接地模块1、高压模块和中间模块3进行榫接，可以形成整体尺寸为28cm的多腔室模块化自组装结构，该多腔室模块化自组装结构内部具有160个灭弧腔室10，可以可靠遮断35kV线路由于雷击而产生的冲击电弧。

为了进一步验证该多腔室模块化自组装结构的灭弧能力，将该多腔室模块化自组装结构与同尺寸、同灭弧腔室10数量的整体加工传统结构进行淬灭电弧对比试验；

试验设备：利用高压试验室中的冲击电流发生器、罗氏线圈、超高速照相机、分压器、示波器等设备搭建试验平台。冲击电流发生器在工作前先由整流电源向电容器组充电到所需电压，然后送一触发脉冲使触发球隙击穿，于是电容器组经电阻、电感及被试品放电。罗氏线圈是一种非接触式的电流传感器，基于电磁感应原理实现，在实验中测量冲击电流的大小。超高速照相机拥有很小的曝光时间，可以捕捉实验中冲击电弧的运动情况。分压器采用电容分压器，用来测量冲击电压，并在分压器顶部加装了均压环。示波器则用来记录被试品两端电压、电流波形。

试验过程：对试品施加2kA的8/20μs的冲击电流，观测多腔室结构冲击淬灭阶段电弧的运动特性及熄灭特性。该多腔室模块化自组装结构，与同尺寸、同灭弧腔室10数量的整体加工的传统结构如图5曲线所示。

形成试验结果：由于该发明多腔室模块化自组装结构仅仅是在结构拼接上作了改变，并没有改变内部腔室的布局，其所表现出来的物理特性与同尺寸、同灭弧腔室10数量的整体加工的传统结构相同，其灭弧能力曲线与其同尺寸、同灭弧腔室10数量的整体加工的传统结构的灭弧曲线相重合。

综上所述该多腔室模块化自组装结构能够针对不同电压等级的线路，选择不同个数、结构的中间模块3，与高压模块和接地模块1相榫接，拼接出一个完整的灭弧装置。相较于传统结构，该多腔室模块化自组装结构在保证可以快速熄灭冲击电弧，降低线路跳闸率的情况下，榫接方式可有效提升了整体结构的稳固性。此外，该多腔室模块化自组装结构可分模块加工，简化了加工方式，与以往的整体化加工方式相比，使出错率达到批量加工可接受的程度，大大降低了加工时长。在实际应用中，当该多腔室模块化自组装结构使用次数到达一定数量，需要进行更换时，因为是榫接结构，便于拆卸，工作人员可以就其中几个球形电极9烧蚀严重的中间模块3进行更换，而不需要更换整个装置，充分节省了工作量、人力物力，以及维护费用。