CN101964520A - 电力设备气吹灭弧防雷间隙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力设备防雷装置，特别是一种用于各电压等级电力设备的气吹灭弧防雷间隙。这种电力设备气吹灭弧防雷间隙包括高压侧连结体、接地连结体、气体发生器、信号检测单元、高压电极、接地电极等部件，气体发生器安装于高压电极或者接地电极附近，信号检测单元在雷电流经过后生成触发信号，启动气体发生器从而产生足以吹灭电弧的气流。气体发生器采用气丸封装压缩气体，气弹封装气丸，多个气弹依次排列封装于气体发生器，未动作的气弹自动替换动作过的气弹的构架。气弹个数决定气体发生器动作次数。本发明可快速熄灭电弧，提高重合闸成功率，有利于提高电力设备防雷可靠性。

Description

电力设备气吹灭弧防雷间隙

技术领域

本发明涉及一种防雷装置，特别是一种适用于各电压等级电力设备的气吹灭弧防雷间隙。

背景技术

为了避免因雷击设备或因感应雷而引起闪络导致电力设备绝缘损坏，目前电力生产部门一般采用加装防雷保护间隙或者各种避雷器来保护电力设备。

1 保护间隙

当电力设备遭受雷电过电压冲击时，保护间隙首先因过电压被击穿，将大量雷电流泄入大地，大幅降低电力设备过电压幅值，从而起到保护电力设备的作用，其不足之处在于：保护间隙没有灭弧能力，不能切断短路引起的工频续流，对于相间短路会引起断路器跳闸；对于35kV及以下电压等级的电力设备，单相接地故障会引起电力设备短时缺相运行，使负荷处于不平衡工作状态，不利于负载的安全稳定运行。对于无灭弧能力的间隙，电弧持续烧蚀间隙电极可导致间隙距离永久性变长，绝缘配合失效，间隙失去保护作用，电力生产部门必须人工更换间隙，在多雷强雷地区工作量巨大。

2避雷器

排气式避雷器(管式避雷器)采用封闭空间灭弧方式，在封闭空间内依靠短路电弧灼烧产气材料产生的气体吹灭电弧，属于被动式防雷，灭弧速度慢，工作电流范围受到产气材料限制，设备失效后无明显标识，无法及时发现和更换，导致其适用范围存在很大局限性。

发明内容

为了克服现有防雷手段中，普通防雷间隙与普通线路避雷器使用寿命短、检修和更换频繁、运行成本高等缺点，本发明提供一种新型防雷间隙，该防雷间隙不但能先于绝缘子击穿，而且具有气吹熄弧功能。在间隙回路击穿、有雷电流通过时，信号检测单元能同步传输雷击信号给气体发生器，该装置在2ms内动作并产生大量气体形成冲击气流作用在间隙电弧上，使电弧熄灭，达到快速消除雷击接地故障的目的。若本发明与继电保护装置进行合理配合，可以确保发生雷击短路的线路不跳闸，电力设备自动恢复正常运行。

为了实现上述内容，本发明采用以下技术措施；

本发明包括两大部分：①防雷保护间隙，②气吹灭弧装置。

防雷保护间隙由高压侧连接体、高压电极、接地连接体、接地电极等部件组成。高压侧连接体安装在被保护设备的高压侧，以固定高压电极。接地连接体安装在被保护设备的接地体上，以固定接地电极。防雷保护间隙并列地安装于被保护电力设备绝缘附近，并在高压电极与接地电极之间形成固定距离的电极间隙。

气吹灭弧装置由信号检测单元和气体发生器组成。信号检测单元可采用罗氏线圈或电流互感器检测雷电流信号。信号检测单元既可以环绕安装在防雷保护间隙的高压电极或者接地电极上，也可以安装在防雷保护间隙的高压电极或者接地电极附近。气体发生器安装于高压电极或者接地电极预留的支架上，使气体发生器的喷气口朝向电极间隙之间的电弧通道，吹弧点在电弧与间隙电极的连接点。信号检测单元与气体发生器相连接，信号检测单元检测到雷电流之后发出的电信号通过信号传输回路送至气体发生器。

当被保护设备遭受雷击且有雷电流流过防雷保护间隙时，信号检测单元感应出电信号并传送给气体发生器，气体发生器收到触发电信号后迅速动作并产生高速气流进行吹弧，从而达到灭弧目的。气体发生器具有自动更换气弹的功能，当气体发生器中的气弹用完后会发出可视信号，提醒工作人员更换。

本发明装置具有以下优点：

(1)使用范围广，不受电压等级、导线布置方式、绝缘子类型、杆塔塔型、极性效应的影响；

(2)质量轻，便于运输、安装、拆卸，一次安装，可长期重复使用，只需要定期更换气体发生器，运行成本低，环保节约；

(3)；启动迅速，可快速熄灭电弧，降低电力设备雷击跳闸率，提高重合闸成功率，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是本发明针对输电线路中支撑绝缘子的结构示意图。

图2是本发明信号检测单元6种类之一的罗氏线圈示意图。

其中：1-接地电极，2-电极间隙，3-高压电极，4-高压侧连接体，5-气体发生器，6-信号检测单元，7-接地连接体。

具体实施方式

下面将结合部分实例对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。

依附图1所示，这种气吹灭弧防雷间隙包括接地电极1、接地连接体7、高压电极3、高压侧连接体4、气体发生器5、信号检测单元6等部件。高压侧连接体4连接电极间隙2一端为高压电极3；接地连接体7连接到电极间隙2另一端为接地电极1。高压侧连接体4和接地连接体7分别对应连接到高压电极3和接地电极1上，在高压电极3与接地电极1之间形成电极间隙2，整个装置通过高压侧连接体4、接地连接体7并联于绝缘子串附近。气体发生器5置于电极间隙2附近，喷气口朝向电极间隙2之间的电弧通道，信号检测单元6在雷电流击穿电极间隙2入地的同时生成电信号，通过连接触头传送给气体发生器5，启动气体发生器5产生足以吹灭电弧的气流。气体发生器5是由与被保护绝缘子并列的电极间隙2被雷电流击穿后流过的雷电流感应信号检测单元6所触发而动作并产生灭弧气流的。电极间隙2的距离可以调整以适应不同电压等级的绝缘要求，一般情况下取被保护绝缘子串长度的75％～85％；电极间隙2安装时只对距离有要求，对空间位置无特殊要求。

实际应用中，当线路正常运行时，高、接地电极之间电位差U_u-d等于单相对地电压U_G，未达到气隙的临界击穿电压U₁，两电极之间没有雷电流过，无法启动气体发生器5。若在雷雨天气，发生闪电并且击中导线，强大的雷电过电压以波的形式通过导线传到被保护电力设备处，由于该防雷间隙装置的绝缘水平低于被保护设备的绝缘水平，防雷保护间隙首先因过电压而被击穿，将大量雷电流泄入大地，使过电压大幅度下降，起到保护电力设备的作用。信号检测单元6检测到雷电流通过间隙回路入地的同时输出触发电信号，启动气体发生器5，瞬间产生大量气体并形成气流。由于该气流具有极高的速度，可以对电弧产生9×10³N的冲击，使电弧温度降低，同时电弧被气流拉长，导致电弧电场强度降低，使电弧不能维持而熄灭。由于电极间隙2的强度能够承受多次雷电冲击，气体发生器5也能够根据需要多次产生高速冲击气体，因此该装置可以反复使用，达到一次安装、多次受益的目的，极大的节约投资成本。气体发生器5产生的气体对生态环境没有危害，符合环保要求。

气体发生器5原理：

灭弧气体压缩成固态或液态的形式封装于金属密封容器中，称为气丸。气丸尾部引出两个电信号针脚，在触发电信号到达后，气丸内封装的压缩气体能以爆炸的形式快速转化为灭弧气体，冲破金属封皮形成高速冲击气流。气丸封装于绝缘耐爆管状容器中，其两个电信号针脚插入绝缘管状容器尾部的电插座，电插座分别连通绝缘管状容器外两侧引出的金属体。封装好气丸的绝缘管状容称为气弹。

多个气弹依次排列封装于由绝缘耐爆材料制作的盒子中，盒子下方对应底层气弹外侧金属体的位置分别安装有1个引到盒外的电极板，电极板与气弹外侧金属体接触后形成电连通。盒子下方对应气弹出气口留有缺口，作为气体发生器5的喷气口。在使用万用表欧姆档检测盒外两电极板电气连接情况时，如果盒内已封装有气弹，可测试得两电极板间电连通，电阻为单个气丸内阻值；如果盒内未封装气弹或者气弹已经使用完毕，可测试得两电极板间开路。封装好气弹的盒子称为气体发生器5。气体发生器5中气弹外侧金属体与气体发生器5的电极板形成电连通的气弹称为处于待发状态的气弹。

气体发生器5只有收到信号检测单元6感应到雷击而发出的触发信号才动作，其余干扰信号都不会误动。当触发信号由盒外电极板输入时，盒内处于待发状态的气弹内的气丸动作，以爆炸的形式产生冲击灭弧气体，气流从管状气弹的出气口处喷出，再从气体发生器5喷气口喷出，准确地作用在电弧上。随后，已动作的气弹自动从气体发生器5的喷气口退出运行，未动作的气弹自动替换已动作的气弹处于待发状态，使气体发生器5进入备用状态，等待下一次出发信号的到来。因此，气弹的个数决定气体发生器5的动作次数。当气弹全部动作后，气体发生器5发出明显的可视信号，提醒工作人员更换。

尽管已对本发明进行了描述，但上述描述只是为了说明的目的，本发明不限于上述结合附图的具体描述，本领域普通技术人员具有对其进行不脱离本发明精神的各种改变的能力，而本发明的保护范围由权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种电力设备气吹灭弧防雷间隙，包括两大部分：防雷保护间隙和气吹灭弧装置，其特征在于：防雷保护间隙与被保护电力设备的绝缘相并联，并在高压电极(3)与接地电极(1)之间形成固定距离的电极间隙(2)；气吹灭弧装置由信号检测单元(6)和气体发生器(5)组成，信号检测单元(6)既可以环绕安装在防雷保护间隙的高压电极(3)或者接地电极(1)上，也可以安装在防雷保护间隙的高压电极(3)或者接地电极(1)附近；气体发生器(5)安装于高压电极(3)或者接地电极(1)附近，使气体发生器(5)的喷气口(定义见权利要求4)朝向电极间隙(2)。

2.根据根据权利要求1所述的电力设备气吹灭弧防雷间隙中气吹灭弧装置，其特征在于：在同一防雷保护间隙上，气吹灭弧装置可安装于间隙的接地端，也可安装于间隙的高压端，还可根据需要同时安装在间隙的高、低压端。

3.根据权利要求1所述的电力设备气吹灭弧防雷间隙中的信号检测单元(6)可以采用电信号感应线圈，根据现场情况可加装屏蔽装置，调整线圈参数，加装线圈铁芯。

4.根据权利要求1所述的电力设备气吹灭弧防雷间隙中的气体发生器(5)，其特征在于：灭弧气体压缩成固态或液态的形式封装于具有电信号触发端的密闭容器中，称为气丸。在触发电信号作用下，气丸内封装的压缩气体冲破金属密封皮形成冲击气流。气丸封装于管状容器中，已封装气丸的管状容器称为气弹。多个气弹依次排列封装于盒子中，封装好气弹的盒子称为气体发生器(5)。气体发生器(5)中气弹外侧金属体与气体发生器(5)的电极金属体相接触的气弹称为待发气弹。盒子对应待发气弹出气口处留有出气口，称为气体发生器(5)的喷气口。其电气连接方式为：气丸与气弹为电插座形式连接，使气丸触发两针脚与气弹两侧金属体通过插座连通，处于待发状态的气弹两侧的金属体与放置气弹的盒子信号电极金属体连通，盒子信号电极金属体与信号检测单元(6)连通。当触发信号输入时，处于待发状态的气弹内气丸动作，气流从气体发生器(5)出气口喷出。随后，已动作的气弹自动弹出盒子，未动作的气弹自动进入待发状态，使气体发生器(5)进入备用状态，等待下一次触发信号的到来。因此，气弹的个数决定气体发生器(5)动作次数。当气弹全部动作后，气体发生器(5)发出信号，提醒更换。

5.根据权利要求1所述的电力设备气吹灭弧防雷间隙中的气体发生器(5)，其特征在于：气体发生器数量可以为一个，也可以为多个，各气体发生器(5)之间可以根据具体电弧设置不同的时间、空间、动作顺序等配合方式，以达到熄灭电弧的目的。

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