CN109818259A - 一种多间隙空气灭弧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多间隙空气灭弧装置，包括绝缘子、用于与绝缘子安装的绝缘柱、设置在绝缘柱外侧壁上的类螺旋细管；绝缘柱的轴心开设有连接孔，绝缘柱通过连接孔与绝缘子安装，类螺旋细管上设置有多个空气间隙；类螺旋细管被空气间隙间隔成多个类圆弧细管，多个类圆弧细管首尾相对应构成类螺旋状。本发明能够避免使用炸药灭弧，进而避免产生安全问题；同时能够避免更换炸药时产生的资金开销。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体为一种多间隙空气灭弧装置。
背景技术
根据过去几十年线路运行情况来看，输电线路依靠线路避雷器、加装绝缘子与避雷线、降低冲击接地电阻等相对被动的传统防雷手段并没能从根本上解决雷击事故。近年来，国内外学者对新型防雷措施进行了积极研究：“疏导型”防雷并联间隙是一种依靠绝缘配合疏散短路电流的防雷措施，该技术在很大概率上能防止绝缘子被烧灼损坏，同时也避免了永久性故障。但是，这种间隙只能被动地等待电弧自熄灭，导致间隙电极越烧越短并失去原有的保护性能，对电网造成安全隐患；而且依赖变电所内部的自动重合闸，才能够在跳闸后迅速重合闸。
国内有学者发明了一种爆炸灭弧装置，这是一种改进的灭弧间隙，通过雷电脉冲触发弹丸产生高速气流迅速吹弧，从而加速电弧等离子体去游离而熄灭。然而，该装置存在着弹药的有限损耗问题，装药的更新需要将装置全线拆装，有损经济效应。并且，炸药是一种极其危险的物品，用易爆物熄弧需采取十分谨慎的工程防雷保护决策。
针对现有防雷保护技术中安全问题以及经济问题，需要一种效果更好的防雷保护方案。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多间隙空气灭弧装置，能够避免使用炸药灭弧，进而避免产生安全问题；同时能够避免更换炸药时产生的资金开销。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种多间隙空气灭弧装置，包括绝缘子、用于与绝缘子安装的绝缘柱、设置在绝缘柱外侧壁上的类螺旋细管；所述绝缘柱的轴心开设有连接孔，所述绝缘柱通过连接孔与绝缘子安装，所述类螺旋细管上设置有多个空气间隙；所述类螺旋细管被空气间隙间隔成多个类圆弧细管，多个类圆弧细管首尾相对应构成类螺旋状。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘柱的外侧壁上设置有多个连接柱，所述连接柱与绝缘柱的轴向相同；所述连接柱的侧壁与绝缘柱的外侧壁固定连接；多个类圆弧细管均固定连接在连接柱上，并且首尾相对应构成类螺旋状。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘柱的顶端固定连接有装配片，所述绝缘柱的底端固定有底板；所述绝缘柱的一端与装配片固定连接，另一端与底板固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘子的上端可拆卸的连接有第一导电连接条，所述第一导电连接条的一端安装在绝缘子的上端，另一端与连接孔可拆卸的连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一导电连接条相对绝缘子的一端向下弯折，与地面垂直。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘子的下端可拆卸的连接有第二导电连接条，所述第二导电连接条的一端安装在绝缘子的下端，另一端向上弯折与绝缘柱对齐，且与地面垂直。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘柱为刚性抗高温材料。
作为本发明的进一步改进，所述类圆弧细管直径为11～13mm。
本发明的有益效果，类圆弧细管首尾相对应构成类螺旋状，能够精确定位电弧发展轨迹，产生压缩效应并激发自膨胀气流作用于电弧。灭弧装置能有效制约电弧的空间几何形态，自膨胀气流使完整的电弧破碎为多间隙分段弧柱，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度回复速度加快，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧的能力。多间隙空气灭弧装置能主动熄灭电弧，大幅降低雷击跳闸率，并且装置没有耗材，可实现长周期免维护。相比起传统的线路避雷器而言，没有耗材，运行免维护，可以节省大量成本。
附图说明
图1为本发明的绝缘柱主视结构示意图；
图2为本发明的绝缘柱立体结构示意图；
图3为本发明的类圆弧细管工作示意图；
图4为本发明的绝缘柱与绝缘子连接结构示意图；
图5为本发明的类圆弧细管结构示意图。
附图标号：1、绝缘子；2、绝缘柱；3、类螺旋细管；4、连接孔；5、类圆弧细管；6、连接柱；7、装配片；8、底板；9、第一导电连接条；10、第二导电连接条。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1-5所示，本实施例的一种多间隙空气灭弧装置，包括绝缘子1、用于与绝缘子1安装的绝缘柱2、设置在绝缘柱2外侧壁上的类螺旋细管3；所述绝缘柱2的轴心开设有连接孔4，所述绝缘柱2通过连接孔4与绝缘子1安装，所述类螺旋细管3上设置有多个空气间隙；所述类螺旋细管3被空气间隙间隔成多个类圆弧细管5，多个类圆弧细管5首尾相对应构成类螺旋状。
通过上述技术方案，当雷击输电线路放电时，依靠绝缘子1配合与电动力牵引，闪络后的高温电弧轨迹将被约束在螺旋状细管内，瞬间产生由细管结构限定的机械压缩效应。随即电弧与冷管壁紧密贴合，产生巨大温差并触发冷却压缩效应，即从与管壁紧邻的最外层弧柱开始逐层冷却，冷却区带电粒子去游离而介电，从而弧柱导电横截面缩小。
同时，电弧还将受到电磁压缩，对细管内电弧运动状态利用有限元方法分析，将电弧柱体微分为多股线性微元电流，忽略外导线的感应磁场，则任一微电流元处于其他所有微电流元的磁场当中，对微元进行受力分析：
式中：P为电弧微元径向压力；r为弧柱半径；j为电弧轴向电流密度；B 为电弧微元处的磁场强度。
对微元使用安培环路定理：
式中：为真空磁导率；I为电弧电流；l为环弧柱周长，在这里，l是此刻弧柱半径r的圆周，式(式6.2-2)中磁感应强度B与dl同向，对式(2)积分得到：
联立式6.1.4-1和式6.1.4-3得到：
电弧轴向电流密度j＝I/，将式(6.2-4)沿弧柱径向从边缘向内部积分，得到：
式中：Δ即电磁压缩效应在弧柱半径ri处产生的压力差；由前文分析可知为紧邻弧柱的周围环境压力，即电弧所受的机械压缩力。
由式(6.2-5)可知，在弧柱任意半径ri处，电磁压缩产生的压力与电弧电流的平方成正比，与弧柱半径反相关。因此，在冷却压缩使电弧半径减小的同时，电磁压缩也“愈箍愈紧”，最终在冷却压缩与电磁压缩的叠加性作用下，电弧弧柱在习惯内半径被压缩到管子的半径12mm，如式6.2-1所示。同时，电弧与固体介质相接触，成功降低了电弧温度，亦使得电弧形态将变得细长，将更易于改变与更有利于后续灭弧。
电弧在上述由自由态向压缩态发展的过程中，细管内部弧柱将发展成为一个高温高密热源，而相邻细管断口处弧柱将变得膨胀而能量发散。因此，从一根细管中心到其出口处，电弧导电截面半径沿轴向逐渐扩大，弧柱沿电弧长度方向将出现压力梯度。在压力梯度驱动下，细管内的弧柱等离子流体将向外喷射，这有利于促进等离子体的复合、湮灭。与此同时，细管口附近的气体将被大量抽吸到细管内，并在此积聚，由此补充细管电弧因外射而流失的等离子介质。
类圆弧细管5首尾相对应构成类螺旋状，能够精确定位电弧发展轨迹，产生压缩效应并激发自膨胀气流作用于电弧。灭弧装置能有效制约电弧的空间几何形态，自膨胀气流使完整的电弧破碎为多间隙分段弧柱，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度回复速度加快，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧的能力。多间隙空气灭弧装置能主动熄灭电弧，大幅降低雷击跳闸率，并且装置没有耗材，可实现长周期免维护。相比起传统的线路避雷器而言，没有耗材，运行免维护，可以节省大量成本。
作为改进的一具体实施方式，所述绝缘柱2的外侧壁上设置有多个连接柱6，所述连接柱6与绝缘柱2的轴向相同；所述连接柱6的侧壁与绝缘柱2的外侧壁固定连接；多个类圆弧细管5均固定连接在连接柱6上，并且首尾相对应构成类螺旋状。
通过上述技术方案，通过连接柱6将类圆弧细管5与绝缘柱2的外侧壁进行剥离，通过连接柱6进行连接，此时可以增加类圆弧细管5的散热效果，改善灭弧效果。
作为改进的一具体实施方式，所述绝缘柱2的顶端固定连接有装配片7，所述绝缘柱2的底端固定有底板8；所述绝缘柱2的一端与装配片7固定连接，另一端与底板8固定连接。
通过上述技术方案，通过底板8和装配片7的设置可以让连接柱6连接的更加紧密，避免连接柱6从绝缘柱2上脱落导致类圆弧细管5固定不稳，使得其与周围的类圆弧细管5不能首尾对应而影响灭弧效果。
作为改进的一具体实施方式，所述绝缘子1的上端可拆卸的连接有第一导电连接条9，所述第一导电连接条9的一端安装在绝缘子1的上端，另一端与连接孔4可拆卸的连接。设置的第一导电连接条9方便将绝缘柱2和绝缘子1进行安装。也可以将绝缘柱2与绝缘子1具有间隔，避免类圆弧细管5在灭弧过程中的电火花对绝缘子1造成影响。
作为改进的一具体实施方式，所述第一导电连接条9相对绝缘子1的一端向下弯折，与地面垂直。所述绝缘子1的下端可拆卸的连接有第二导电连接条 10，所述第二导电连接条10的一端安装在绝缘子1的下端，另一端向上弯折与绝缘柱2对齐，且与地面垂直。
通过上述技术方案，第一导电连接条9和第二导电连接条10相互对应，并且分别有一端向下弯折和向上弯折，使得绝缘柱2和第二导电连接条10对其，通过第二导电连接条10的弯折部分更加方便高压放电，或者引入电弧，避免电弧闪到其他元器件而造成元器件损伤。
作为改进的一具体实施方式，所述绝缘柱2为刚性抗高温材料。
通过上述技术方案，刚性抗高温材料可以在灭弧产生的高温下损坏，刚性也可以避免在使用过程中，风吹日晒以及鸟类碰撞下损坏，延长使用寿命。
作为改进的一具体实施方式，所述类圆弧细管5直径为11～13mm。
通过上述技术方案，为研究细管尺寸对自膨胀气体产气量的影响，特意将细管直径进行改变，重复上述仿真过程，进过分析发现，只有当细管直径在4～12mm时，管内气压变化与上述过程基本一致。当细管直径小于4mm或者大于12mm时，管内气压呈无规律变化。这是因为当细管直径过小时，电弧进入细管较困难，导致其轨迹无法被精确定位在细管内；而细管直径过大时，压缩效应形成的产气条件已被打破，管内气压不足以形成高强度的冲击载荷。从而过小或过大的细管直径都将导致灭弧失败。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多间隙空气灭弧装置，其特征在于，包括绝缘子(1)、用于与绝缘子(1)安装的绝缘柱(2)、设置在绝缘柱(2)外侧壁上的类螺旋细管(3)；所述绝缘柱(2)的轴心开设有连接孔(4)，所述绝缘柱(2)通过连接孔(4)与绝缘子(1)安装，所述类螺旋细管(3)上设置有多个空气间隙；所述类螺旋细管(3)被空气间隙间隔成多个类圆弧细管(5)，多个类圆弧细管(5)首尾相对应构成类螺旋状。
2.根据权利要求1所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述绝缘柱(2)的外侧壁上设置有多个连接柱(6)，所述连接柱(6)与绝缘柱(2)的轴向相同；所述连接柱(6)的侧壁与绝缘柱(2)的外侧壁固定连接；多个类圆弧细管(5)均固定连接在连接柱(6)上，并且首尾相对应构成类螺旋状。
3.根据权利要求2所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述绝缘柱(2)的顶端固定连接有装配片(7)，所述绝缘柱(2)的底端固定有底板(8)；所述绝缘柱(2)的一端与装配片(7)固定连接，另一端与底板(8)固定连接。
4.根据权利要求1所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述绝缘子(1)的上端可拆卸的连接有第一导电连接条(9)，所述第一导电连接条(9)的一端安装在绝缘子(1)的上端，另一端与连接孔(4)可拆卸的连接。
5.根据权利要求4所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述第一导电连接条(9)相对绝缘子(1)的一端向下弯折，与地面垂直。
6.根据权利要求5所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述绝缘子(1)的下端可拆卸的连接有第二导电连接条(10)，所述第二导电连接条(10)的一端安装在绝缘子(1)的下端，另一端向上弯折与绝缘柱(2)对齐，且与地面垂直。
7.根据权利要求1所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述绝缘柱(2)为刚性抗高温材料。
8.根据权利要求1所述的多间隙空气灭弧装置，其特征在于，所述类圆弧细管(5)直径为11～13mm。
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