CN109360697B - 双重触发的喷射气流灭弧防雷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，主要由防雷器壳体、引弧棒、感应线圈、灭弧筒和上盖组成；其中：在防雷器壳体内部左右两侧还分别设有触发回路Ⅰ和触发回路Ⅱ，并且在触发回路Ⅱ还设有触发延迟元件。所述的触发延迟元件为电容、电感或者火花间隙。当触发延迟元件采用电容时，所述的电容与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ并联，连接在触发回路Ⅱ中；当触发延迟元件采用电感或者火花间隙时，所述的电感或者火花间隙与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ串联，连接在触发回路Ⅱ中。本发明的双触发模式与相对单触发的比较，增加了灭弧弹丸的数量，增大了熄弧的能量，实现了电弧能量与灭弧能量的不对称性，保证了有效熄弧。

Description

双重触发的喷射气流灭弧防雷装置

技术领域

本发明涉及一种输电线路的防雷装置，具体涉及了一种双重触发的喷射气流灭弧防雷装置。

背景技术

雷电是影响输电线安全的重要因素，长期以来占据线路故障跳闸的首位，是大气活动的自然过程，迄今还不可控制。但我们可以通过对常发事故进行分析，寻找雷击规律，加强防范。如处于高山峻岭或峰顶的杆塔、处于水塘或水库附近的输电线路、跨越山岭或江河湖泊的杆塔和安装在接地电阻高的杆塔和岩石塔基及输电线等都是易遭雷击破坏重点。

雷电打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，架空线路中常见的过电压有雷击在架空线附近通过电磁感应在输电线上的过电压和雷电直接击打在导线上产生的过电压。雷击造成过电压，可能对绝缘子、输电线造成损伤；雷击引起绝缘子闪络放电，会对瓷质表面造成烧伤脱落或对玻璃绝缘子造成网状裂纹，使绝缘强度大幅降低；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。

输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。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。对此电力部门一般采用在输电线路加装线路防雷器来实现保护。

电弧是高温高导电率的游离气体, 将电弧进行消灭，简称灭弧。灭弧有多种方法，大多是使用某种气体或者液体来承担主要灭弧工作。

防雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，避免引起系统接地短路的电器装置。

针对上述情形，申请人提出了一种雷电诱导型固相灭弧防雷器（专利号为2016107472553），灭弧能力强，而且可以保证整个转动机构可以可靠旋转和可靠停止，也可以保证灭弧气丸的触发端与固相防雷器的触发电极顺利接触，可靠触发。但是在实际应用中，申请人还发现其存在一些不足，仍然会出现电弧易复燃，灭弧气丸使用的快等等，究其原因：国内外雷电观测表明，70%的地面落雷过程有叠加性，其连续脉冲次数在2～20 次以上（平均3～4 次），时间间隔为15～150ms（平均30～40ms）。后续雷击电流的幅值虽比首次雷击电流小，但电流上升的最大陡度却比首次雷击电流大得多，会在感性被击物上造成较高的过电压。因此当首次回击被熄灭初期，空气介质强度并没有完全恢复，而此时下一个雷电脉冲的降临极大可能导致电弧重燃。

因此，市场上还是急需一种可以解决叠加雷的灭弧防雷器。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种结构简单、设计合理、灭弧能力强、工作稳定可靠的双重触发的喷射气流灭弧防雷装置。本发明的防雷装置主要是针对大概率的叠加性雷击防护和电弧重燃的有效抑制，对原有的雷电诱导型固相灭弧防雷器进一步改进、优化，利用瞬时触发和延迟触发产生的强气流冲击波接力延伸，大尺度截断电弧的同时，快速恢复绝缘介质强度，从而保证输电路线运行安全。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，其通过连接金具固定安装在横担上或绝缘子串的一端；该双重触发的喷射气流灭弧防雷装置主要由防雷器壳体、引弧棒、感应线圈、灭弧筒和上盖组成；其中：在防雷器壳体内部左右两侧还分别设有灭弧转盘Ⅰ、灭弧转盘Ⅱ；在防雷器壳体内部的中央位置处设有气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ，并且在气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ的下方安装灭弧筒；所述的气丸触发位Ⅰ的边沿处设有卡位棒Ⅰ，气丸触发位Ⅱ的边沿处设有卡位棒Ⅱ；所述的灭弧转盘Ⅰ的上部圆心位置通过转轴Ⅰ与防雷器壳体的上盖相连，灭弧转盘Ⅰ可绕转轴Ⅰ旋转，并且在灭弧转盘Ⅰ中央位置设有推动灭弧转盘Ⅰ转动的平面涡卷弹簧Ⅰ，灭弧转盘Ⅰ下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈基本接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅰ的顶部还设有导电金属板Ⅰ；所述的灭弧转盘Ⅰ沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅰ，在每一个灭弧气丸Ⅰ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅰ和一个凹槽Ⅰ，并且L形触发电极Ⅰ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅰ的其中一个触发端相连接， L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅰ的边沿；所述的灭弧气丸Ⅰ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅰ相连接；所述的灭弧转盘Ⅱ的上部圆心位置通过转轴Ⅱ与防雷器壳体的上盖相连，灭弧转盘Ⅱ可绕转轴Ⅱ旋转，并且在灭弧转盘Ⅱ中央位置设有推动灭弧转盘Ⅱ转动的平面涡卷弹簧Ⅱ，灭弧转盘Ⅱ下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈基本接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅱ的顶部还设有导电金属板Ⅱ；所述的灭弧转盘Ⅱ沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅱ，在每一个灭弧气丸Ⅱ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅱ和一个凹槽Ⅱ，并且L形触发电极Ⅱ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅱ的其中一个触发端相连接， L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅱ的边沿；所述的灭弧气丸Ⅱ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅱ相连接；所述的引弧棒的一端与连接金具相连接，另一端穿过感应线圈延伸至灭弧筒内；所述的感应线圈的一端分别与卡位棒Ⅰ、卡位棒Ⅱ相连接，另一端分别与导电金属板Ⅰ、导电金属板Ⅱ滑动接触；所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅰ、处于气丸触发位Ⅰ的L形触发电极Ⅰ和灭弧气丸Ⅰ、导电金属板Ⅰ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅰ；所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅱ、处于气丸触发位Ⅱ的L形触发电极Ⅱ和灭弧气丸Ⅱ、导电金属板Ⅱ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅱ，并且在触发回路Ⅱ还设有触发延迟元件。

作为本发明的进一步说明，所述的触发延迟元件为电容、电感或者火花间隙。当触发延迟元件采用电容时，所述的电容与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ并联，连接在触发回路Ⅱ中；当触发延迟元件采用电感或者火花间隙时，所述的电感或者火花间隙与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ串联，连接在触发回路Ⅱ中。所述的火花间隙是一个两端为金属电极的黄铜板冲压而成，金属电极之间由云母垫圈隔开形成空气间隙，该空气间隙电场近似于均匀电场。

在本发明主要是对在先科研成果（雷电诱导型固相灭弧防雷器）在实际应用过程中出现了新问题，针对新问题进一步提出解决技术方案的后续科研成果；本发明同时引入了瞬时触发和延迟触发的电路及结构，区别于之前的现有产品感应一次触发一次模式（顺序触发、交替触发等），本发明的产品是感应一次触发两次（瞬时和延迟），一前一后、间隔时间短，强气流时间长，能够有效的抑制电弧重燃，快速恢复绝缘介质强度。本发明在结构上，设置了两个灭弧转盘及相关组件，在电路上，增加了延迟触发回路（串联或并联触发延迟元件）。

本发明的卡位/脱位结构与原有产品基本一样：在灭弧气丸处于气丸触发位时，L形触发电极的尾部被卡位棒卡住，直至灭弧气丸被触发，灭弧气丸触发后产生强气流，使在凹槽处的L形触发电极沿凹槽弯曲，L形触发电极的尾部缩进灭弧转盘从而成功脱位使得灭弧转盘可以在平面涡卷弹簧的作用下转动，直至下一发灭弧气丸进入气丸触发位，与之相配的L形触发电极再次被卡位棒卡住。这种卡位结构，不仅可以保证整个转动机构可以可靠旋转和可靠停止，也可以保证灭弧气丸的触发端与固相防雷器的触发电极顺利接触，可靠触发。L形触发电极足够长足够厚，能够稳定的进行卡位，气丸触发后又能可靠脱位，防止灭弧转盘误动。安装在灭弧转盘内部的平面涡卷弹簧套在转轴上，并且可以根据需要安装1到n个不等，在提供足够动力时用的弹簧越多每个所提供的力越小形变越小越稳定。安装在灭弧转盘上部的导电金属板除了能够保证各个灭弧气丸实现电流导通进行触发动作之外，还能够起到抵挡灭弧气丸触发时的反冲力的作用。在灭弧筒处（气丸触发位处）设置突起垫圈也是有效的减小摩擦力方式；同时灭弧气丸的触发动作，可能会产生碎片，设置突起垫圈可以使灭弧转盘与壳体底部留有空隙，保证碎片的存在不会影响灭弧转盘的正常转动。

本发明的防雷器壳体的下方设有两个计数指针，分别对应固定于两个灭弧转盘的轴心位置。在防雷器壳体的底面和/或侧面设有数字标记或是不同的颜色标识。这样能够可靠方便读数，便于及时更换灭弧转盘。

作为本发明的进一步说明，以上所述的凹槽Ⅰ和凹槽Ⅱ均为半圆凹槽。以上所述的卡位棒Ⅰ、卡位棒Ⅱ和引弧棒均为铁质金属棒或者铜质金属棒。以上所述的灭弧筒采用三段式结构，即采用螺纹连接方式将三段灭弧筒连接而成。三段式结构主要是在将本发明的防雷器朝上安装时可以有效的起到防水作用，雨水不会流进灭弧筒内部。以上所述的防雷器壳体与上盖采用轴连接方式，通过翻开上盖更换灭弧转盘；或者所述的防雷器壳体采用两个以上部分组装的方式，各部分同样采取轴连接方式，通过转动开一部分或几部分来更换灭弧转盘。

本发明的工作流程（工作原理）：

感应线圈被引弧棒穿过，当空气间隙刚刚闪络即在电弧的起点引弧棒通过的一次电流（即雷电弧电流）变化率最大，感应线圈的感应电压最大产生的二次电流最大，足以触发灭弧气丸，这就实现了电弧起点、二次电流起点与气流灭弧起点三点的同时性，达到以快制强的灭弧效果，在电弧起燃瞬间就能快速熄灭电弧。

延迟环节的触发延迟元件包括有电容、电感、和火花间隙来实现：

1.电容延迟

电容延迟利用了电容电压不能突变的原理，当罗氏线圈（感应线圈）产生了的感应电动势时，电容与灭弧气丸Ⅱ成并联关系，灭弧气丸Ⅱ的电压受电容的影响不能瞬时上升，从而延缓了触发时间。

2.电感延迟

电感延迟利用了电感电流不能突变的原理，电感与灭弧气丸Ⅱ呈现串联关系，罗氏线圈（感应线圈）上有感应电动势时，电感电流，即整个回路的电流不能瞬时上升，达到触发灭弧气丸Ⅱ的触发电流值需要一定的时间，从而延缓了触发时间。

3.火花间隙

火花间隙的间隙电场近似于均匀电场。根据汤逊理论，均匀电场的空气间隙的击穿放电需要满足击穿电压幅值和时间条件，从而延缓了对灭弧气丸Ⅱ的触发。

在实际的连接回路中，两个转盘需要采用在空间上水平排列的结构，即时触发灭弧转盘和延迟触发灭弧转盘,而触发回路嵌套在设备外壳中，两个触发气丸在灭弧筒里，当电弧在石墨电极侧形成，即时触发气丸立即形成爆炸力，其冲击气流立刻作用于电弧，另一侧的延迟触发会在即时触发之后再进行作用，二次吹熄电弧。

本发明的优点：

结构简单、设计合理，灭弧能力强，工作稳定可靠。双触发的模式与相对单触发的比较，增加了灭弧弹丸的数量，增大了熄弧的能量，实现了电弧能量与灭弧能量的不对称性，保证了有效熄弧。对于长间隙的电弧而言，为了深度截断电弧，高速气流在间隙内长时间作用于电弧，因此利用双触发的模式，形成接力延时。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是本发明一实施例的电容延迟电路示意图。

图3是本发明另一实施例的电感延迟电路示意图。

图4是本发明又一实施例的火花间隙延迟电路示意图。

附图标记：1-防雷器壳体，2-上盖，3-灭弧筒，4-引弧棒，5-感应线圈，6-灭弧转盘Ⅰ，7-导电金属板Ⅰ，8-转轴Ⅰ，9-卡位棒Ⅰ，10-卡位棒Ⅱ，11-导电金属板Ⅱ，12-转轴Ⅱ，13-灭弧转盘Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，主要由防雷器壳体1、引弧棒4、感应线圈5、灭弧筒3和上盖2组成；其中：在防雷器壳体1内部左右两侧还分别设有灭弧转盘Ⅰ6、灭弧转盘Ⅱ13；在防雷器壳体1内部的中央位置处设有气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ，并且在气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ的下方安装灭弧筒3；所述的气丸触发位Ⅰ的边沿处设有卡位棒Ⅰ9，气丸触发位Ⅱ的边沿处设有卡位棒Ⅱ10；所述的灭弧转盘Ⅰ6的上部圆心位置通过转轴Ⅰ8与防雷器壳体1的上盖2相连，灭弧转盘Ⅰ6可绕转轴Ⅰ8旋转，并且在灭弧转盘Ⅰ6中央位置设有推动灭弧转盘Ⅰ6转动的平面涡卷弹簧Ⅰ，灭弧转盘Ⅰ6下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈基本接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅰ6的顶部还设有导电金属板Ⅰ7；所述的灭弧转盘Ⅰ6沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅰ，在每一个灭弧气丸Ⅰ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅰ和一个凹槽Ⅰ，并且L形触发电极Ⅰ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅰ的其中一个触发端相连接， L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅰ6的边沿；所述的灭弧气丸Ⅰ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅰ7相连接；所述的灭弧转盘Ⅱ13的上部圆心位置通过转轴Ⅱ12与防雷器壳体1的上盖2相连，灭弧转盘Ⅱ13可绕转轴Ⅱ12旋转，并且在灭弧转盘Ⅱ13中央位置设有推动灭弧转盘Ⅱ13转动的平面涡卷弹簧Ⅱ，灭弧转盘Ⅱ13下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈基本接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅱ13的顶部还设有导电金属板Ⅱ11；所述的灭弧转盘Ⅱ13沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅱ，在每一个灭弧气丸Ⅱ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅱ和一个凹槽Ⅱ，并且L形触发电极Ⅱ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅱ的其中一个触发端相连接， L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅱ的边沿；所述的灭弧气丸Ⅱ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅱ11相连接；所述的引弧棒4的一端与连接金具相连接，另一端穿过感应线圈5延伸至灭弧筒3内；所述的感应线圈5的一端分别与卡位棒Ⅰ9、卡位棒Ⅱ10相连接，另一端分别与导电金属板Ⅰ7、导电金属板Ⅱ12滑动接触；所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅰ、处于气丸触发位Ⅰ的L形触发电极Ⅰ和灭弧气丸Ⅰ、导电金属板Ⅰ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅰ；所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅱ、处于气丸触发位Ⅱ的L形触发电极Ⅱ和灭弧气丸Ⅱ、导电金属板Ⅱ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅱ，并且在触发回路Ⅱ还设有触发延迟元件。

如图2所示，所述的触发延迟元件采用电容，所述的电容与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ并联，连接在触发回路Ⅱ中。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于：如图3所示，所述的触发延迟元件采用电感，所述的电感与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ串联，连接在触发回路Ⅱ中。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别仅在于：如图4所示，所述的触发延迟元件采用火花间隙，所述的火花间隙与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ串联，连接在触发回路Ⅱ中。所述的火花间隙是一个两端为金属电极的黄铜板冲压而成，金属电极之间由云母垫圈隔开形成空气间隙，该空气间隙电场近似于均匀电场。

Claims (4)

1.一种双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，其通过连接金具固定安装在横担上或绝缘子串的一端；该双重触发的喷射气流灭弧防雷装置主要由防雷器壳体、引弧棒、感应线圈、灭弧筒和上盖组成；其特征在于：在防雷器壳体内部左右两侧还分别设有灭弧转盘Ⅰ、灭弧转盘Ⅱ；在防雷器壳体内部的中央位置处设有气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ，并且在气丸触发位Ⅰ和气丸触发位Ⅱ的下方安装灭弧筒；所述的气丸触发位Ⅰ的边沿处设有卡位棒Ⅰ，气丸触发位Ⅱ的边沿处设有卡位棒Ⅱ；

所述的灭弧转盘Ⅰ的上部圆心位置通过转轴Ⅰ与防雷器壳体的上盖相连，灭弧转盘Ⅰ可绕转轴Ⅰ旋转，并且在灭弧转盘Ⅰ中央位置设有推动灭弧转盘Ⅰ转动的平面涡卷弹簧Ⅰ，灭弧转盘Ⅰ下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅰ的顶部还设有导电金属板Ⅰ；所述的灭弧转盘Ⅰ沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅰ，在每一个灭弧气丸Ⅰ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅰ和一个凹槽Ⅰ，并且L形触发电极Ⅰ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅰ的其中一个触发端相连接，L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅰ的边沿；所述的灭弧气丸Ⅰ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅰ相连接；

所述的灭弧转盘Ⅱ的上部圆心位置通过转轴Ⅱ与防雷器壳体的上盖相连，灭弧转盘Ⅱ可绕转轴Ⅱ旋转，并且在灭弧转盘Ⅱ中央位置设有推动灭弧转盘Ⅱ转动的平面涡卷弹簧Ⅱ，灭弧转盘Ⅱ下部与防雷器壳体内部灭弧筒处设置的突起垫圈接触，而与防雷器壳体内部非突起部分有缝隙；在灭弧转盘Ⅱ的顶部还设有导电金属板Ⅱ；所述的灭弧转盘Ⅱ沿圆周方向设有若干个灭弧气丸Ⅱ，在每一个灭弧气丸Ⅱ的一侧均设有一个L形触发电极Ⅱ和一个凹槽Ⅱ，并且L形触发电极Ⅱ的一端通过导线与灭弧气丸Ⅱ的其中一个触发端相连接，L形触发电极Ⅰ的尾部延伸出灭弧转盘Ⅱ的边沿；所述的灭弧气丸Ⅱ的另一个触发端通过导线与金属导电板Ⅱ相连接；

所述的引弧棒的一端与连接金具相连接，另一端穿过感应线圈延伸至灭弧筒内；所述的感应线圈的一端分别与卡位棒Ⅰ、卡位棒Ⅱ相连接，另一端分别与导电金属板Ⅰ、导电金属板Ⅱ滑动接触；

所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅰ、处于气丸触发位Ⅰ的L形触发电极Ⅰ和灭弧气丸Ⅰ、导电金属板Ⅰ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅰ；

所述的感应线圈的一端、卡位棒Ⅱ、处于气丸触发位Ⅱ的L形触发电极Ⅱ和灭弧气丸Ⅱ、导电金属板Ⅱ、感应线圈的另一端依次电性连接，形成触发回路Ⅱ，并且在触发回路Ⅱ还设有触发延迟元件。

2.根据权利要求1所述的双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，其特征在于：所述的触发延迟元件为电容、电感或者火花间隙。

3.根据权利要求2所述的双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，其特征在于：当触发延迟元件采用电容时，所述的电容与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ并联，连接在触发回路Ⅱ中；当触发延迟元件采用电感或者火花间隙时，所述的电感或者火花间隙与处于气丸触发位Ⅱ的灭弧气丸Ⅱ串联，连接在触发回路Ⅱ中。

4.根据权利要求2所述的双重触发的喷射气流灭弧防雷装置，其特征在于：所述的火花间隙是一个两端为金属电极的黄铜板冲压而成，金属电极之间由云母垫圈隔开形成空气间隙，该空气间隙电场近似于均匀电场。