CN107768048A - 工频续流断弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种能够在遭到雷击时快速切断由雷电引发的工频续流，保护线路不受雷击损坏和减少雷击跳闸次数的工频续流断弧装置。所述工频续流断弧装置应用在输配电架空线路上的带放电间隙的防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(串)上，和两个引弧电极紧密连接。所述工频续流断弧装置的侧面有泄弧孔或泄弧槽。所述泄弧孔或泄弧槽的排列可以是单排的或多排的。所述工频续流断弧装置内腔可以安置过桥电极。所述工频续流断弧装置的形状、尺寸和泄弧方式的选择应使所述工频续流断弧装置在受到雷击时能迅速切断雷电引发的工频续流，能实现安装所述工频续流断弧装置的线路杜绝或减少雷击跳闸次数的效果。

Description

工频续流断弧装置

技术领域

本发明涉及一种用于输配电架空线路上的电力器材工频续流断弧装置。所述工频续流断弧装置能够在受到雷击时快速熄灭雷电引发的工频电弧，保护安装了所述工频续流断弧装置的线路免受雷击损坏，杜绝或减少雷击跳闸次数。

背景技术

在影响输配电安全的各种因数中，雷击对输配电架空线路造成的损坏情况最为严重。这种损坏具体表现为：1)雷电弧和后续引发的工频电弧直接烧断输配电导线，2)由雷电引发的工频续流造成线路跳闸。

选用避雷器可以解决雷电对架空线路造成的伤害。但避雷器的使用寿命比较短，稳定性也不理想，避雷器发生故障时也不易及时被发现。在每根电杆上都加装避雷器也都需要再加装良好的接地设施。这样不仅工程量大，成本也将大幅提高。增添的诸多设备又增加了潜在的故障点，客观上增加了故障风险。带放电间隙的防雷绝缘子也是架空线路上比较常用的一种防雷击损坏的电气设备，防雷绝缘子将架空线路受到雷击时的雷电流以及后续引发的工频续流引到无导线处放电，这样就避免了导线直接参与电弧放电的过程，基本上解决了雷电弧和工频电弧直接烧断输配电导线的问题，起到保护导线的作用。但防雷绝缘子不能快速切断雷电弧引发的工频续流。在一些情况下，比如雷电感应电压比较高，通过一次引弧放电不能让将架空线上的雷电感应电压下降到再次触发次级雷电弧的电压以下，或电杆接地绝缘性能不佳，在这些情况下，工频续流可以持续比较长的时间，从而引发线路跳闸。由于工频续流的本质是空气被高电压击穿后的电弧放电，因此被击穿处的空气的温度、压力、气流稳定性等因素对击穿电弧的持续稳定性有非常明显的影响。空气的体积膨胀将导致空气密度和带电粒子密度的降低，空气的快速流动将导致放电电弧处空气的温度快速下降和带电粒子流的漂移，这些因素的发生都有利于工频续流的切断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、稳定性好、生产和安装成本低、使用寿命长的架空线路防雷击保护的工频续流断弧装置。本发明的工频续流断弧装置应用在输配电架空线路上的带放电间隙的防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(串)上，能够快速切断由雷电闪络引发的工频续流，杜绝或减少输配电线路的跳闸次数。

本发明的工作效果是通过以下技术实现的：

由二个引弧电极3，4(图1)和一个断弧管组成一个工频续流断弧装置。

断弧管有一个细长狭小的内腔2.1(图1)，断弧管内腔与引弧电极之间的连接是紧密和封闭的，两个引弧电极的放电部位分别安置在工频续流断弧管内腔的两个端口里。

在两个引弧电极之间没有过桥电极的情况下，电弧放电只在两个电极之间最短的空间直线距离之间发生，这时的断弧管是一个直管形物件。直管型断弧管的有效工作长度不大于两个引弧电极之间的放电间距。

当在两个引弧电极之间有一个或一个以上过桥电极时，放电是沿着相邻两个电极(包括过桥电极)间最短的空间距离发生的，完整的放电电弧在两个引弧电极之间可以不再是直线，这时，断弧管也可以是带有弧度的一次或多次弯曲的管材。

对构成断弧管的材料有机械强度高、电学绝缘性能好、化学热稳定性高、化学耐候性强等诸多要求，还可能有高温产气等其他特殊要求。当一种材料无法满足对断弧管材料性能的全部要求时，由N种不同材料组成的多层结构是一个理想的解决方案，这里N≥2。在断弧管为多层结构时，内层是断弧管内腔1(图1)，外层是保护层2(图1)，各层之间是紧密接触的。每层可以是同轴的和径向等厚度的；或者是同轴的径向不等厚度的。在断弧管有加工需求的一侧，增厚管壁厚度有利于提高断弧管的抗爆烈机械强度。

断弧管的侧面开有泄弧孔。断弧管侧面的泄弧孔的轴向和断弧管的轴向成90度正交。泄弧孔是在靠近内腔一端的孔径小，在靠近外侧一端的孔径大的管状孔。泄弧孔将断弧管内腔和外侧贯通。泄弧孔两端的孔径满足关系：r₂-r₁≥0，r₁是泄弧孔是靠近内腔一端的半径，r₂是泄弧孔是靠近外侧一端的半径。r₂-r₁越大，喇叭口的坡度越大，喷射效果越好。在一个双层结构的情况下，泄弧孔孔径的选择满足关系：r₂-r₁≥cot(β)·(b₁+b₂)，b₁是断弧管内层的厚度，b₂是断弧管外层的厚度，β为泄弧孔内外侧连接直线的仰角。

除圆形孔外，其他形态的柱状孔也能实现泄弧孔拉伸放电电弧的效果。当泄弧孔是非圆形的管状孔时，管状孔靠近断弧管内腔一端的截面积小，靠近外侧一端的截面积大。泄弧孔两端的截面积满足关系：s₂-s₁≥0，s₁是泄弧孔是靠近内腔一端的截面积，s₂是泄弧孔是靠近外侧一端的截面积。s₂-s₁越大，喇叭口的坡度越大，电弧喷射效果越好。

泄弧孔的排列是沿着断弧管轴向排列的。泄弧孔在断弧管侧面的排列可以呈单排直线排列、多排直线排列或螺旋线排列等多种排列方式。也可以是几种不同排列方式的一个组合。在一个断弧管上的泄弧孔可以是形状和尺寸都相同的孔，也可以是不同形状的孔或不同尺寸的孔。泄弧孔之间的距离可以是等间距的，也可以是不等间距的。

断弧管的侧面也可以开有泄弧槽1.1，1.2(图1)。泄弧槽可以看作是形状非常狭长的泄弧孔。泄弧槽在靠近断弧管内腔一端的槽口宽度小，在靠近外侧一端的槽口宽度大。泄弧槽将工频续流断弧管内腔和外侧贯通。泄弧槽两端的宽度满足关系：h₂-h₁≥0，h₁是泄弧孔是靠近内腔一端的槽口宽度，h₂是所述泄弧孔是靠近外侧一端的槽口宽度。h₂-h₁越大，喇叭口的坡度越大，喷射效果越好。在一个双层结构的情况下，泄弧槽宽度的选择满足关系：h₂-h₁≥cot(β)·(b₁+b₂)。

断弧管侧面的断弧槽可以是直线槽、弯曲槽或是螺旋线槽。泄弧槽的排列可以是单排槽，也可以是多排槽。多排槽的情况下，槽间距离可以是相等的，也可以不是相等的。泄弧槽在不同位置处的宽度可以相等的，也可以是有差异的。

在断弧管侧面开凿泄弧槽会影响工频续流断弧管的抗电弧爆的机械强度。可以开凿间断性的断弧槽以提高断弧管的机械强度。断续性的断弧槽可以是长度相等的或长度不等的断弧槽。

在断弧管外侧加置复合硅橡胶伞裙可以增加断弧管外侧的爬电距离。

为了防止雨水通过泄弧孔或泄弧槽进入断弧管内，在断弧管侧面可以安置防雨披片或防雨仓。防雨披片或防雨仓和断弧管上端紧密连接，两侧和下端是不连接的。

本发明中连接断弧管的两个引弧电极要用耐高温性能好的金属材料制造。在引弧电极除放电部位外的部分包敷有绝缘材料防护层5(图2，图3)。高温金属材料制作的引弧电极在放电时产生的粉尘非常少，泄弧时大部分粉尘会从泄弧孔或泄弧槽向外冲出，积累在泄弧管腔内的粉尘更少。遭受雷击次数不多的情况下，极少量的粉尘积累对工频续流断弧装置的绝缘性能影响不大，这样就延长了断弧管的使用寿命，降低更换和维修成本。

附图说明

图1工频续流断弧装置结构示意图

图2工频续流断弧装置和带放电间隙的防雷绝缘子的连接示意图(没有显示断弧管的绝缘伞裙结构)

图3工频续流断弧装置和防雷耐张绝缘子的连接示意图(没有显示断弧管的绝缘伞裙结构)

其中1-断弧管外层(保护层)，1.1-泄弧孔或泄弧槽，1.2-泄弧孔或泄弧槽，2-断弧管内层(断弧层)，2.1-断弧管内腔，3-引弧电极，3.1-引弧电极放电部位，4-引弧电极，4.1-引弧电极放电部位，5-引弧电极绝缘保护套，6-绝缘伞裙保护层

具体实施方式

由二个引弧电极3，4(图1)和一个断弧管组成一个工频续流断弧装置。引弧电级是安装在一个带放电间隙的防雷绝缘子或一个防雷绝缘子耐张线夹(串)上的。一个工频续流断弧装置和一个带放电间隙的防雷绝缘子或一个防雷绝缘子耐张线夹(串)组成一个完整的防雷工作组(图2，图3)。防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(串)起到绝缘支撑或拉紧导线的作用；引弧电极起到转移雷电弧和工频电弧的作用；断弧管起到快速熄灭工频续流的作用。

断弧管内腔的孔径在2mm至20mm之间，或者管状内腔的截面积在3mm²至300mm²之间。孔径太小时，内腔形成的放电电弧释放雷电感应能量的能力太弱，达不到防雷的效果。孔径太大时，内腔空气太多，放电时加热膨胀的效果被弱化了，形成不了强有力的电弧测向冲击。断弧管外径需要根据断弧管选用材料的机械强度来确定。机械强度高的材料制作的断弧管外径小。断弧管的有效工作长度指两个引弧电极放电部位的直线距离。断弧管长度的选择由线路的电压等级和防雷等级决定。断弧管的长度不小于工频电压对应的空气击穿距离，不大于需要防备的雷电压对应的空气击穿距离。对于中压配电线路，这个距离在5cm至30cm之间。

断弧管内腔材料的选定需要同时满足机械强度高、电学绝缘性能好、化学热稳定性高、化学耐候性强等诸多要求。当选用高温发气管制作断弧管内腔时，其机械强度不够高且受雨淋之后性能变差。因此在用发气管制作断弧管内腔时，还需要在发气管外再包敷一层强度高，防水性能好和绝缘性能好的材料，如环氧树脂或复合硅橡胶，组成一个多层结构，起到内腔保护层的作用。保护层和内腔之间是紧密接触的。

在两个引弧电极之间没有过渡电极时，断弧管是直形管。当在两个引弧电极之间有一个过桥电极时，放电是沿着第一个引弧电极-过桥电极、过桥电极-第二个引弧电极的方向上发生的，如果过桥电极不在两个引弧电极之间的轴线上，整个放电电弧由两个不同轴的放电电弧组成，其在过桥电极处发生一次弯折。这时的断弧管是要带有一次弯曲的管材。过桥电极数量越多，放电电弧的弯折次数也可能越多，断弧管就也可能弯折更多，甚至是弯曲的。

断弧管选择圆形管能够最大限度保证断弧管内壁各个方位对放电电弧的差异性影响达到最小，从而保证断弧管本身对管内的放电电弧没有方位上的选择性叠加效应差异。但是在断弧管管内安置有过桥电极时，过桥电极对在两个引弧电极之间的原有电场产生一个边界效应，这个部位采用截面是非圆形(比如椭圆形截面)的管材将更有利于电弧的快速熄灭。在这种情况下，椭圆形截面管可以保持断弧管内壁和过桥电极之间的间距不至于太小，起到保护断弧管内壁和延长使用寿命的效果。如果在断弧管内腔有折角结构需求和有锐角结构需求时，断弧管也可以是截面非圆形的管材。

两个引弧电极3，4(图1)的放电部位分别安置在断弧管内腔的两个端口内。引弧电极和断弧管内腔与之间的是密封连接。

断弧管侧面垂直于断弧管主轴的方向上开有泄弧孔或泄弧槽1.1，1.2。泄弧孔/泄弧槽将断弧管内腔和外侧贯通。泄弧孔/泄弧槽靠近内腔一端的的孔径/宽度为可选小于3mm，该数值不小于断弧管内腔孔径。泄弧孔/泄弧槽靠近外侧一端的孔径/宽度为可选为1mm至0.75D，D是断弧管外径。在任何情况下，泄弧孔/泄弧槽靠近外侧一端的孔径/宽度不小于泄弧孔/泄弧槽靠近内腔一端的孔径/宽度。

受到雷击时，雷电弧和工频电弧的主体部分被局限在断弧管内，放电电弧迅速将管内空气加热，断弧管腔内被加热的空气的体积迅速膨胀，发气管受热后产生的气体加剧了管内气体膨胀的速度和程度，膨胀的气体沿断弧管侧面的泄弧孔或泄弧槽迅速向外喷出，将断弧管内的电弧作一个横向拉伸。断弧管内腔空气密度也由此出现一个短暂的下降，因而导致带电粒子密度的下降，提高了在断弧管腔内要维持空气击穿放电的电场强度的要求，电弧的形状急剧变化引发的不稳定性，这些因素的叠加从而实现快速切断工频续流的目的。

在断弧管外侧，覆置有硅橡胶的伞裙以增加断弧管外侧的爬电距离。

安装工频续流断弧管时，泄弧孔或泄弧槽的朝向应该朝下或侧下方向，以防止雨水和灰尘进入断弧管内腔引起断弧管绝缘性能的下降。当泄弧孔或泄弧槽的安装方向上有可能被雨水或灰尘侵入时，应该在断弧管外侧安装能够覆盖全部泄弧孔或泄弧槽的防雨披片和防雨仓。防雨披片和防雨仓用有一定强度的，绝缘性能好的和耐受性好的材料做成，能承受长期风吹日晒雨淋。防雨披片/防雨仓能够盖住全部泄弧孔或泄弧槽。防雨披片上端粘贴在断弧管上端，防雨仓是上端和断弧管紧密连接的两侧和下端开口的固定装置。发生电弧放电时，电弧可以从防雨披片三个开放的方向冲开防雨披向外冲出，或通过泄弧槽从冲入防雨仓内，并通过防雨仓三个开放的方向冲出。

输配电架空线路受到雷击时，雷电压被引导到防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(传)上两个引弧电极之间，并在两个引弧电极之间的断弧管内腔里形成雷电弧。雷电弧将断弧管内的空气击穿后，引发线路上的工频电压在引弧电极之间放电，形成工频电弧。雷电弧和工频电弧迅速将管腔内空气加热，断弧管腔内被加热的空气的体积迅速膨胀，沿泄弧孔/泄弧槽开口端迅速向外冲出，将工频续流断弧管内腔的放电电弧作一个侧向拉伸，放电电弧的几何形状发生显著变化，断弧管内腔空气密度会出现一个短暂的下降，因而导致带电粒子密度的下降，提高了在断弧管腔内要维持空气击穿放电的电场强度的要求，从而实现快速切断工频续流的目的。

Claims (12)

1.一种用于输配电架空线路上能够快速切断雷电引发的工频续流的保护线路不受雷击损坏和减少雷击跳闸的工频续流断弧装置。所述工频续流断弧装置应用在输配电架空线路上的带放电间隙的防雷绝缘子、防雷绝缘子耐张线夹(串)上或其他过电压保护器上。其特征在于，所述工频续流断弧装置是由两个引弧电极(3)，(4)和一个断弧管组成的。所述断弧管可以是两端开口的直管型断弧管，也可以是带有一次或多次弯折的断弧管，或是弯曲形的断弧管。所述断弧管和防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(串)上的两个引弧电极紧密连接。

2.根据权利要求1所述的断弧管，其特征在于，断弧管是圆形管或截面是非圆形的任何管材。

3.根据权利要求1所述的断弧管，其特征在于，断弧管是单层结构或多层结构(1)，(2)。在所述多层结构的情况下，每一层之间的接触是紧密的。

4.根据权利要求1和根据权利要求3所述的多层结构的断弧管，其特征在于，每层都是同轴各向等厚度的；或者是同轴各向不等厚度的。

5.根据权利要求1所述的断弧管，其特征在于，断弧管侧面可以开有泄弧孔(1.1)，(1.2)。所述泄弧孔的轴向和所述断弧管的轴向成90度正交。所述泄弧孔是靠近内腔(2.1)一端的孔径小靠近外侧一端的孔径大的管状孔。所述泄弧孔将所述断弧管的内腔和外侧贯通。所述泄弧孔两端的孔径满足关系：r₂-r₁≥0，r₁是所述泄弧孔靠近内腔一端的半径，r₂是所述泄弧孔是靠近外侧一端的半径。

6.根据权利要求1所述的断弧管，其特征在于，断弧管侧面可以开有泄弧孔。所述泄弧孔可以是截面为其他任何形状的管状孔。所述管状孔靠近内腔一端的截面积小，靠近外侧一端的截面积大。所述泄弧孔两端的截面积满足关系：s₂-s₁≥0，s₁是所述泄弧孔是靠近内腔一端的截面积，s₂是所述泄弧孔是靠近外侧一端的截面积。

7.根据权利要求1和根据权利要求5或根据权利要求6所述的断弧管侧面的泄弧孔，其特征在于，可以沿所述断弧管轴向呈单排直线排列、多排直线排列、螺旋线排列或其规律排列。在所述各种排列中所述泄弧孔之间的距离可以是等间距的，也可以是不等间距的。

8.根据权利要求1所述的断弧管，其特征在于，断弧管侧面可以开有泄弧槽(1.1)，(1.2)。所述泄弧槽靠近内腔(2.1)一端的宽度小，靠近外侧一端的宽度大。所述泄弧槽将所述断弧管的内腔和外侧贯通。所述泄弧槽两端的宽度满足关系：h₂-h₁≥0，h₁是所述泄弧槽是靠近内腔一端的宽度，h₂是所述泄弧槽是靠近外侧一端的宽度。

9.根据权利要求1和根据权利要求8所述的断弧管侧面的泄弧槽，其特征在于，所述泄弧槽可以是直线槽、弯曲槽或是螺旋线槽。所述泄弧槽的排列可以是单排槽，也可以是多排槽。所述多排槽之间可以是等间距的，也可以不是等间距的。所述泄弧槽在不同位置处的宽度可以相等的，也可以是有差异的。

10.根据权利要求1所述工频续流断弧装置，其特征在于，在所述断弧管外侧的保护层上安置有复合硅橡胶伞裙。

11.根据权利要求1所述工频续流断弧装置，其特征在于，在所述断弧管上有所述泄弧孔或所述泄弧槽的一侧，安装有防雨披片或防雨仓。所述防雨披片或防雨仓安置时，只在上端和断弧管作紧密连接，两侧和下端是开放式的，所述连接不影响泄弧孔或泄弧槽的泄弧功能。

12.根据权利要求1所述的断弧管，在和防雷绝缘子或防雷绝缘子耐张线夹(串)连接时，其特征在于，两端的引弧放电电极必须使用耐高温性能比较好的金属材料制造。