一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置

文档序号:194644 发布日期:2021-11-02 浏览:44次 >En<

阅读说明:本技术 一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置 (Lightning protection device for multipoint arc interruption under hydraulic effect pressure ) 是由 王嬿蕾 王巨丰 骆耀敬 宋永锋 李�浩 何琪文 贾征浩 陈宇宁 卢杨 于 2021-08-09 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置,属于灭弧防雷技术领域,防雷装置设置为一个密封管,密封管两端分别设置上电极和下电极密封设置,密封管内设置有绝缘油,密封管的侧边设置有裙边,密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅,灭弧栅横向长度大于密封管的二分之一内径。本发明截断电弧迅速,电弧在液体中放电产生液电效应,迅速形成冲击压力波,冲击电弧在刚刚形成之时就立即被截断。冲击电弧重燃被延迟,陶瓷管内的高压破坏了持续放电条件和重燃条件,截断冲击电弧后,重燃击穿时间被大幅度延迟十几到几十微秒以上,雷电流的陡度显著降低90%,电流幅值衰减50%以上。(The invention discloses a lightning protection device for multipoint arc interruption under the action of hydraulic effect pressure, which belongs to the technical field of arc extinction and lightning protection. The invention can cut off the electric arc quickly, the electric arc discharges in the liquid to generate the liquid-electric effect, the impact pressure wave is formed quickly, and the impact electric arc is cut off immediately when being formed. The reignition of the impact arc is delayed, the high voltage in the ceramic tube destroys the continuous discharge condition and the reignition condition, the reignition breakdown time is greatly delayed by more than ten to dozens of microseconds after the impact arc is cut off, the gradient of lightning current is obviously reduced by 90%, and the current amplitude is attenuated by more than 50%.)

一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置

技术领域

本发明涉及灭弧防雷技术领域,尤其涉及一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置。

背景技术

雷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。雷击过电压可能对绝缘子、输电线造成损伤;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;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。因此,需要设计一种多点遮断电弧的防雷装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置,解决现有的防雷灭弧装置灭弧速度慢,易造成跳闸事故的弊端的技术问题。增加截断点,进行多点截断灭弧,实现长电弧的快速熄灭,目的在于提高防雷灭弧装置的灭弧速率,降低雷击事故率和跳闸率,提高电网运行的稳定性。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置,防雷装置设置为一个密封管,密封管两端分别设置上电极和下电极密封设置,密封管内设置有绝缘油,密封管的侧边设置有裙边,密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅,灭弧栅横向长度大于密封管的二分之一内径。陶瓷管呈圆柱状,且内部充满绝缘油;灭弧栅设在陶瓷管内,陶瓷管的上下端均采用圆柱状金属板密封;上下电极分别与上下金属板相连,起引弧的作用;所述裙边呈圆环状,设置在外壳的外部。

进一步地,密封管还包括陶瓷管和保护外壳,保护外壳设置在陶瓷管的外侧,裙边设置在保护外壳的外侧。

进一步地,上电极包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极,中间金属电极固定在陶瓷管和保护外壳的一端,上层石墨电极设置在中间金属电极的上层,下层石墨电极设置在中间金属电极的底部,且设置在陶瓷管内,下电极包括上端石墨电极和底部金属电极,底部金属电极固定在陶瓷管和保护外壳的另一端,上端石墨电极设置在陶瓷管内,且与底部金属电极连接。

进一步地,由两个以上的防雷装置,若干个防雷装置首尾相接固定连接,最底端的防雷装置的底端接地。

进一步地,上电极的底部设置有上尖端电极,下电极的上端设置有下尖端电极,上尖端电极和下尖端电极相对竖直设置,上尖端电极和下尖端电极均为石墨电极。

进一步地,灭弧栅由绝缘材料制成,灭弧栅设置为半圆结构,密封管内两半圆内侧壁设置的灭弧栅相间设置,同一半圆上的灭弧栅之间设置有凸墩,一个半圆内侧壁的凸墩与另一个半圆内侧壁的灭弧栅相对设置。

进一步地,防雷装置灭弧的具体过程为,

步骤1:在充满绝缘油的密封管内引发电弧放电时,液电效应产生冲向侧边的击波;

步骤2:帕斯卡效应增强液电效应,电弧作用在绝缘油上时,静止的绝缘油某一部分发生压强变化时,将大小不变地向密封管内侧各个方向传递;

步骤3:由于密封管内设置有灭弧栅,电弧在密封管的长度变长,同时设置凸墩增加密封管的表面积,液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击,集中对电弧通道进行冲击灭弧,完成灭弧。

进一步地,步骤1的具体过程为:在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电,放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀,形成一个迅速向外传播的机械压力波,但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质,所以在放电通道进行液相放电时,对外界表现出功率的力学效应,在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力,由于力的相互性,陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波。

进一步地,步骤2的具体过程为:当冲击电弧作用在金属电极上,给陶瓷管内的绝缘油施加压强,根据帕斯卡原理,封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化,将大小不变地向各个方向传递,则从陶瓷管内的放电通道开始,以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质,该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

进一步地,步骤3的具体过程为,液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升,产生由陶瓷管壁指向中心的作用力,在该作用力下,电弧朝向灭弧栅的尖端移动,尖端拉长电弧的长度,并在绝缘油对电弧的吹动下,电弧温度降低,使电弧更迅速的熄灭,在陶瓷管中形成的电弧越长,对陶瓷管壁的作用力也就越大,反过来截断电弧的冲击力也就越大,完成灭弧。

本发明由于采用了上述技术方案,具有以下有益效果:

(1)本发明截断电弧迅速,电弧在液体中放电产生液电效应,迅速形成冲击压力波,冲击电弧在刚刚形成之时就立即被截断。

(2)冲击电弧重燃被延迟,陶瓷管内的高压破坏了持续放电条件和重燃条件,截断冲击电弧后,重燃击穿时间被大幅度延迟十几到几十微秒以上,雷电流的陡度显著降低90%,电流幅值衰减50%以上。

(3)有效防护直击雷过电压,当雷电放电的先导通道击中输电线路的导线、杆塔或其他建筑物时,基于帕斯卡原理的灭弧方法能够减小过电压幅值,并延长放电时间,避免了直击雷过电压对设备、装置造成的损坏。

附图说明

图1是本发明结构示意图;

图2是本发明密封管高压密封结构示意图;

图3是本发明密封管外部加固结构示意图。

附图中,1-上电极,2-绝缘油,3-陶瓷管,4-裙边,5-保护外壳,6-下电极,7-电弧,8-上尖端电极,9-灭弧栅,10-凸墩,11-下尖端电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举出优选实施例,对本发明进一步详细说明。然而,需要说明的是,说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解,即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示,一种液电效应压力多点遮断电弧的防雷装置,防雷装置设置为一个密封管,密封管两端分别设置上电极1和下电极6密封设置,密封管内设置有绝缘油2,密封管的侧边设置有裙边4,密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅9,灭弧栅9横向长度大于密封管的二分之一内径。密封管还包括陶瓷管3和保护外壳5,保护外壳5设置在陶瓷管3的外侧,裙边4设置在保护外壳5的外侧。

装有绝缘油的陶瓷管以高硬度耐高温耐高压的无机非金属材料构成,呈圆柱状;陶瓷管的内部设有灭弧栅,是截断电弧的主要区域;圆柱形陶瓷管上下端均采用金属板密封。

在金属板接闪后,装满绝缘油的陶瓷管内部会产生液电效应,形成强大的冲击波,以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道,截断电弧。同时,在雷击金属电极的时候,给陶瓷管内的绝缘油施加了一定的压强,根据帕斯卡原理,封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将大小不变地向各个方向传递,必将在陶瓷管的内壁上产生更大的作用力。该作用力作用在陶瓷管壁后发生反弹,形成方向指向陶瓷管中心的作用力,在该作用力下,电弧朝向灭弧栅的尖端移动,尖端拉长了电弧的长度,并在绝缘油对电弧的吹动下,电弧温度降低,迅速熄灭电弧。

本发明实施例中,上电极1包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极,中间金属电极固定在陶瓷管3和保护外壳5的一端,上层石墨电极设置在中间金属电极的上层,下层石墨电极设置在中间金属电极的底部,且设置在陶瓷管3内,下电极6包括上端石墨电极和底部金属电极,底部金属电极固定在陶瓷管3和保护外壳5的另一端,上端石墨电极设置在陶瓷管3内,且与底部金属电极连接。

本发明实施例中,上电极1的底部设置有上尖端电极8,下电极6的上端设置有下尖端电极11,上尖端电极8和下尖端电极11相对竖直设置,上尖端电极8和下尖端电极11均为石墨电极。

通过在接闪的地方设置为石墨电极,可以有效的提高使用寿命。

石墨电极导电性好,易将电弧引入反冲管中:石墨是一种非金属材料,石墨的导电性比一般非金属矿高100倍。石墨中每个碳原子的周边联结着另外三个碳原子,排列成蜂巢式的多个六边形,由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。一般来说,石墨电极的放电加工速度要比铜电极整体快1.5~2倍。在雷击输电线路的时候,石墨电极能够起到引弧的作用,使电弧能够顺利进入到灭弧管。

石墨电极熔点极高,能承受更大的电流,不易变形:石墨电极具有能承受大电流条件的特性。铜的软化点在1000度左右,容易因受热而产生变形;而石墨升华温度在3650度左右。强度在5000安培到5万安培之间的雷击电流,产生的雷击温度最高超过3000度。所以金属电极在雷击大电流作用下极易变形,产生金属粉末,发生飞溅,损坏灭弧室的结构,影响反冲灭弧的效果,而采用石墨电极可以有效解决上述问题。

石墨电极的损耗小:石墨电极具有能承受大电流条件的特性,在雷电弧作用下,产生极性效应,部分蚀除物、碳颗粒会粘附在电极表面形成一层保护层,保证了石墨电极在反冲灭弧作用过程中的损耗极小,甚至是“零损耗”。

本发明实施例中,灭弧栅9由绝缘材料制成,灭弧栅9设置为半圆结构,密封管内两半圆内侧壁设置的灭弧栅9相间设置,同一半圆上的灭弧栅9之间设置有凸墩9,一个半圆内侧壁的凸墩9与另一个半圆内侧壁的灭弧栅9相对设置。

防雷装置灭弧的具体过程为,

步骤1:在充满绝缘油的密封管内引发电弧放电时,液电效应产生冲向侧边的击波。在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电,放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀,形成一个迅速向外传播的机械压力波,但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质,所以在放电通道进行液相放电时,对外界表现出功率的力学效应,在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力,由于力的相互性,陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波。

步骤2:帕斯卡效应增强液电效应,电弧作用在绝缘油2上时,静止的绝缘油2某一部分发生压强变化时,将大小不变地向密封管内侧各个方向传递。当冲击电弧作用在金属电极上,给陶瓷管内的绝缘油施加压强,根据帕斯卡原理,封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化,将大小不变地向各个方向传递,则从陶瓷管内的放电通道开始,以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质,该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

步骤3:由于密封管内设置有灭弧栅9,电弧在密封管的长度变长,同时设置凸墩9增加密封管的表面积,液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击,集中对电弧通道进行冲击灭弧,完成灭弧。

液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升,产生由陶瓷管壁指向中心的作用力,在该作用力下,电弧朝向灭弧栅的尖端移动,尖端拉长电弧的长度,并在绝缘油对电弧的吹动下,电弧温度降低,使电弧更迅速的熄灭,在陶瓷管中形成的电弧越长,对陶瓷管壁的作用力也就越大,反过来截断电弧的冲击力也就越大,完成灭弧。

实施例2:

该实施例与实施例1不同的是,由两个以上的防雷装置,若干个防雷装置首尾相接固定连接,最底端的防雷装置的底端接地。该结构相当是把实施例1中的结构叠加在一起完成的,实现了多级灭弧的结构,灭弧效果更好。

该装置内设置有高压密封结构和外部加固结构,如图2-3所示。

高压密封结构包括塑胶套21、不锈钢垫圈22、O型环23、钢套24、密封硅胶25和挤压固定块26,电极嵌套在密封硅胶25内,密封硅胶25密封设置在陶瓷管的两端,钢套24紧固在密封硅胶25与陶瓷管的连接处的外侧,塑胶套21套设在钢套24和陶瓷管的外侧。不锈钢垫圈22垫设在电极的前端,O型环23设置在密封硅胶25与陶瓷管接触处之间。挤压固定块26设置在密封硅胶25的外侧,挤压固定块26上设置有螺栓孔27,螺栓孔27与不锈钢垫圈22接触设置。密封硅胶25设置为“T”型结构硅胶,“T”型结构硅胶的底部设置为球面凹型结构。

外壳以塑胶绝缘材料制成,目的是起到固定陶瓷管的作用;钢套安装在陶瓷管的两端,固定陶瓷管的端部,防止产生的高强度压力将陶瓷管机械变形;呈半弧形的硅胶包裹着上下电极,在上下电极灭弧时狭小空间,面积小,产生压力分散现象,用半弧形的硅胶包裹电极可以将压力波聚焦,灭弧通道的压力提高数倍,有效遮断电弧。由螺丝向不锈钢垫圈和硅胶组合体产生推力,使其与O型环、陶瓷管紧密配合,达到高压密封的目的,很好地防止了高强度压力外泄,能够保证产生的高强度压力最大化作用在电弧上。

当装置遭到雷击后,产生液电效应,形成强大的冲击压力波,以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道,截断电弧。同时,给陶瓷管内的灭弧液体施加了一定的压强,根据帕斯卡原理,封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将大小不变地向各个方向传递,必将在陶瓷管的内壁上产生更大的作用力。该作用力作用在外壳后发生反弹,形成方向指向陶瓷管中心的作用力,达到截断电弧,减小电流的幅值大小,降低雷电波的陡度,延长电弧的放电时间的目的,有效灭弧,结构简单,密封性能好。

外部加固结构包括顶部套盖板31、绝缘螺杆33、底部套盖板34和绝缘覆盖层35,顶部套盖板33设置在高压密封装置的顶部,底

部套盖板34设置在高压密封装置的底部,绝缘螺杆33穿过顶部套盖板31和底部套盖板34,并固定设置,绝缘覆盖层35设置在高压密封装置的外侧,顶部套盖板31和底部套盖板34分别顶住挤压固定块26,同时顶部套盖板31和底部套盖板34设置有螺孔。固定效果更好,是的整个灭弧装置能后承受更大的压力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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