CN110600209A - 一种串接式压缩灭弧绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串接式压缩灭弧绝缘子，属于输配电架空线路防雷技术领域，包括若干个绝缘子和连接杆，若干个绝缘子通过连接杆串接构成绝缘子串，绝缘子串两端均设置有压缩灭弧装置，压缩灭弧装置包括导弧电极、导线和端位绝缘子，所述导弧电极设置在外部的连接件上，且通过导线连接到端位绝缘子上。本发明绝缘子灭弧时间提前，由传统的贯穿闪络绝缘配合提前到局部闪络绝缘配合，局部闪络后绝大多数绝缘没有击穿，仅仅出现沿面放电，此时灭弧对象只是极弱冲击电弧的流注，脆弱性高、灭弧难度低。

Description

一种串接式压缩灭弧绝缘子

技术领域

本发明涉及输配电架空线路防雷技术领域，尤其涉及一种串接式压缩灭弧绝缘子。

背景技术

在雷云聚集形成雷云与大地电位差时，总是在绝缘子处感应出极不均匀电场。研究表明，发生雷击时各绝缘子不同片数间的电场强度分布也很不均匀，表现为绝缘子串的两端绝缘子片的电场强度高、中间部位的电场强度低。由于首末两端绝缘子电场强度大，绝缘子中间部位电场强度低，雷击闪络电弧首先出现在绝缘子串的两端，然后从绝缘子串两端向中间部位发展。

如今电力线路中广泛采用的避雷器与并联间隙主要是在雷击发生时进行干预，传统避雷器存在诸多缺点，例如：维护困难、防雷效果低下、无法防护叠加雷击等。并联间隙也存在诸多缺点，例如：(1)并联间隙安装需附加金具，安装具有一定难度；(2)并联间隙的绝缘配合按绝缘子串首尾两片绝缘子最高击穿电压设计，由于局部放电首先出现在首末端，导致并联间隙的绝缘配合比需要很低才行，这样会降低线路的绝缘水平，导致雷击跳闸率升高；(3)并联间隙电极多次被工频续流电弧灼烧，会导致金属电极被烧蚀，降低并联间隙与绝缘子的绝缘配合能力。

针对避雷器和并联间隙存在的不足，现提出一种应用于输电线路防雷的串接式压缩灭弧绝缘子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串接式压缩灭弧绝缘子，以解决背景技术中存在的技术问题。

一种串接式压缩灭弧绝缘子，包括若干个绝缘子和连接杆，若干个绝缘子通过连接杆串接构成绝缘子串，绝缘子串两端均设置有压缩灭弧装置，压缩灭弧装置包括导弧电极、导线和端位绝缘子，所述导弧电极设置在外部的连接件上，且通过导线连接到端位绝缘子上。

进一步地，所述端位绝缘子内设置有若干个灭弧通道，灭弧通道包括若干加速灭弧通道和若干个反冲灭弧通道，加速灭弧通道和反冲灭弧通道相间设置，并设置连接线实现电气连接。

进一步地，加速灭弧通道和反冲灭弧通道均是设置为一端密封，另一端开口设置，中间设置有接闪件，加速灭弧通道的开口端设置为加速喷口，反冲灭弧通道的开口端设置为反冲喷口。

进一步地，加速灭弧通道包括压缩传导段和加速喷出段，压缩传导段和加速喷出段一体设置，所述接闪件设置在压缩传导段和加速喷出段连接处，压缩传导段两端密封设置，加速喷出段一端开口，另一端密封设置。

进一步地，反冲灭弧通道包括反冲段和挤压传导段，所述接闪件设置反冲段和挤压传导段的连接处，挤压传导段两端密封设置，反冲段一端密封设置，另一端开口。

进一步地，加速灭弧通道和反冲灭弧通道的密封端均设置有引弧电极，引弧电极设置为金属环，金属环外侧壁紧贴在加速灭弧通道和反冲灭弧通道的内侧壁上。

进一步地，所述导线与其中一个加速灭弧通道的引弧电极连接，设置为电弧入口，且加速灭弧通道和反冲灭弧通道不平行设置，加速灭弧通道的加速喷口与反冲灭弧通道的反冲喷口通过连接线连接，挤压传导段与压缩传导段通过连接线连接传导电弧。

进一步地，加速灭弧通道和反冲灭弧通道的侧壁均采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，非导电材料制为合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃或者有机玻璃，加速灭弧通道和反冲灭弧通道的内径大小随输电线路电压等级升高而增大。

进一步地，所述端位绝缘子的直径比绝缘子的直径大，加速喷口和反冲喷口设置在端位绝缘子的上端，加速灭弧通道和反冲灭弧通道均是嵌设在端位绝缘子的内部。

进一步地，导弧电极设置为金属套环结构，套设在外部金属连接件上。

绝缘子串的首末两片绝缘子的局部场强高，容易优先闪络，故在绝缘子串的首末两端设计两片面积较大的绝缘子，在首末两片绝缘子中安装有灭弧模块，用于保护绝缘子串首末两端。在雷电放电的先导阶段，针对不均匀电场局部放电特征部位，在绝缘子串的首末两端设计两片面积较大的绝缘子，在首末两片绝缘子中安装有灭弧模块，将传统的贯穿闪络绝缘配合提前到局部闪络绝缘，实现对局部放电电弧的有效熄灭，从而消除从局部放电发展成主放电的基础条件，极大降低灭弧难度，消除雷击闪络和建弧危害，确保雷击不跳闸。

在绝缘子串的首末端分别设有引弧电极，引弧电极分别套在绝缘子串的首末端并与绝缘子首末端金属外壁接触。引弧电极由金属材料制成，并通过导线分别与首末两端绝缘子中的灭弧模块相连，对局部闪络电弧进行灭弧，防止发生贯穿闪络。引弧电极的作用：当雷击闪络电弧发生在绝缘子附近时，引弧电极能将附近电弧牵引至两端绝缘子片的灭弧模块内。灭弧模块设置在两端绝缘子片内部，灭弧模块由多段“Z”型锯齿结构的灭弧通道路径组成。每一段灭弧通道路径内均设有一根灭弧管，灭弧管可设计为压缩结构，灭弧管材料为高强度绝缘材料，可为陶瓷管等。不同段电弧通道路径内的灭弧管之间用导弧线相连，使电弧在指定的电弧通道内转换。在首末端绝缘子片外表面设有电弧喷口，外部喷口与内部电弧通道互相连通。

进一步说明，压缩管为两端开放的中空结构，压缩管中间部位有一金属导弧件封堵，形成两个半封闭空间。

本发明的基本原理：

压缩原理：冲击电弧进入压缩灭弧管，被压缩灭弧管强烈压缩、折弯，在灭弧管中产生极高的轴压力梯度，电弧由压缩灭弧管内向外界喷出，对电弧的拐点进行吹拉，再次拉伸细化了电弧，使电弧更加容易被吹灭且不复燃。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明绝缘子灭弧时间提前，由传统的贯穿闪络绝缘配合提前到局部闪络绝缘配合，局部闪络后绝大多数绝缘没有击穿，仅仅出现沿面放电，此时灭弧对象只是极弱冲击电弧的流注，脆弱性高、灭弧难度低。

(2)灭弧更易，建弧通道属于未贯穿通道，阻尼巨大。

(3)重燃更难，弱建弧一旦被中断，介质恢复更快，电弧通道脆弱性更大，去游离区域更大。

(4)灭弧模块安全性优势，对于工频过电压引发的闪络也被熄灭在局放阶段。这就完全消除工频大电弧的出现，有效确保灭弧模块不会受到大能量的破坏，提高了灭弧模块抑制过电压的范围和自身耐用性，完全承受单纯工频过电压灭弧能力的需。

(5)将灭弧模块与绝缘子串做成一体化，安装简单，经济性高。

附图说明

图1为本发明绝缘子结构示意图。

图2为本发明端位绝缘子结构示意图。

图3为本发明端位绝缘子横截剖面图。

图4为本发明端位绝缘子内部反冲结构示意图。

图5为本发明灭弧通道结构示意图。

图6为本发明端位绝缘子内部连接示意图。

图7为本发明压缩灭弧通道原理图。

图8为本发明绝缘子串的感应电场强度分布规律图。

图中：1-连接杆；2-绝缘子；3-导弧电极；4-导线；5-端位绝缘子；6-灭弧通道；7-反冲喷口；8-加速喷口；9-加速灭弧通道；9.1-压缩传导段；9.2-加速喷出段；10-反冲灭弧通道；10.1-反冲段；10.2-挤压传导段；11-连接线；12-接闪件；13-引弧电极。

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。

根据上述的原理说明和参阅图1对本发明实施例进一步说明：

如图8所示，绝缘子串的首末两片绝缘子，即端位绝缘子5，如图1中的第1片和第7片，首末两片绝缘子的局部场强高，容易优先闪络，故在绝缘子串的首末两端设计两片面积较大的绝缘子，在首末两片绝缘子中安装有压缩灭弧装置，用于保护绝缘子串首末两端。压缩灭弧装置可以是在制造端位绝缘子5进行内部留空或者通过后期转孔生成等。在雷电放电的先导阶段，针对不均匀电场局部放电特征部位，在绝缘子串的首末两端设计两片面积较大的绝缘子(第1片、第7片)，在首末两片绝缘子中安装有压缩灭弧装置，将传统的贯穿闪络绝缘配合提前到局部闪络绝缘，实现对局部放电电弧的有效熄灭，从而消除从局部放电发展成主放电的基础条件，极大降低灭弧难度，消除雷击闪络和建弧危害，确保雷击不跳闸。

首先，打雷后，雷电通过外部的金属连接件传给导弧电极3，导弧电极3再通过导线4把电弧传到端位绝缘子5内进行反冲灭弧。

如图1所示，在绝缘子串的首末端分别设有导弧电极3，导弧电极3分别套在绝缘子串的首末端并与绝缘子首末端金属外壁接触。导弧电极3由金属材料制成，并通过导线4分别与首末两端绝缘子中的压缩灭弧装置相连。导弧电极3的作用：当雷击闪络电弧发生在绝缘子附近时，导弧电极3能将附近电弧牵引至两端绝缘子片的压缩灭弧装置内。

端位绝缘子5的的直径都会比中间的其他的绝缘子的直径大，通过两端的直径覆盖，从而使得可以进行两端灭弧的效果。

如图2-6所示，所述端位绝缘子5内设置有若干个灭弧通道6，灭弧通道6包括若干加速灭弧通道9和若干个反冲灭弧通道10，加速灭弧通道9和反冲灭弧通道10相间设置，并设置连接线11相互连接。加速灭弧通道9对电弧进行传导，然后通过一端加速段，使得电弧加速往外喷，同时通过连接线8传给下一个反冲灭弧通道10，反冲灭弧通道10通过反冲，使得对电弧进行反冲截断，更好的灭弧。

加速灭弧通道9和反冲灭弧通道10均是设置为一端密封，另一端开口设置，中间设置有接闪件12，加速灭弧通道9的开口端设置为加速喷口8，反冲灭弧通道10的开口端设置为反冲喷口7。加速灭弧通道9包括压缩传导段9.1和加速喷出段9.2，压缩传导段9.1和加速喷出段9.2一体设置，所述接闪件12设置在压缩传导段9.1和加速喷出段9.2连接处，压缩传导段9.1两端密封设置，加速喷出段9.2一端开口，另一端密封设置。反冲灭弧通道10包括反冲段10.1和挤压传导段10.2，所述接闪件12设置反冲段10.1和挤压传导段10.2的连接处，挤压传导段10.2两端密封设置，反冲段10.1一端密封设置，另一端开口。加速灭弧通道9和反冲灭弧通道10的密封端均设置有引弧电极13，引弧电极13设置为金属环，金属环外侧壁紧贴在加速灭弧通道9和反冲灭弧通道10的内侧壁上。所述导线4与其中一个加速灭弧通道9的引弧电极10连接，设置为电弧入口，且加速灭弧通道9和反冲灭弧通道10不平行设置，加速灭弧通道9的加速喷口8与反冲灭弧通道10的反冲喷口7通过连接线8连接，挤压传导段10.2与压缩传导段9.1通过连接线8连接传导电弧。

如图6所示，雷电冲击电弧依次通过绝缘子串首末端引弧电极与导线进入首末绝缘子片内的电弧通道，电弧进入第一段压缩灭弧管，对冲击电弧进行压缩灭弧作用，电弧从喷口A喷出。剩余未熄灭电弧在导弧线6的作用下进入第二、三段压缩灭弧管，同样对电弧进行压缩灭弧作用，电弧从喷口B喷出。之后过程同上，直至电弧被熄灭。

如图7所示，本申请中，可定义外电弧在入口处速度为v0，压强为p0，密度为ρ0，温度为T0。外电弧进入反冲组件后，形成的入口电弧速度v1，压强为p1，密度为ρ1，温度为T1。经过引弧组件后出口电弧速度v2，压强为p2，密度为ρ2，温度为T2。外电弧通过入口进入反冲组件形成了内电弧，内电弧受到反冲组件壁的限制，直径被大尺度机械压缩，使得内电弧温度、密度、压强和速度均上升。不考虑电弧能量流失和摩擦作用，当入口电弧经过压缩电极实现弹性碰撞瞬间，认为v1＝-v2，即入口电弧速度大小与出口速度大小相等，方向相反。考虑电弧能量流失和摩擦作用，入口电弧经过压缩电极碰撞后，认为∣v2∣＜∣v1∣，即出口速度大小比入口速度小，方向相反。出口电弧受到入口电弧的阻碍作用，出口电弧直径比入口电弧直径小，使出口电弧的密度、温度和压强均比入口电弧的大，即ρ2＞ρ1，T2＞T1，p2＞p1，这些共同作用，使v2增速大于v1增速，即a2＞a1。随着出口电弧直径不断被压缩，使得出口电弧密度、温度和压强不断增大，最终形成v2＞v1，促使出口电弧从入口处冲出反冲组件。出口电弧以冲出反冲组件后，对外电弧形成空腔效应，破坏电弧连续性，削弱电弧能量，加速其截断和熄灭。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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。

Claims (10)

1.一种串接式压缩灭弧绝缘子，包括若干个绝缘子(2)和连接杆(1)，若干个绝缘子(2)通过连接杆(1)串接构成绝缘子串，其特征在于，绝缘子串两端均设置有压缩灭弧装置，压缩灭弧装置包括导弧电极(3)、导线(4)和端位绝缘子(5)，所述导弧电极(3)设置在外部的连接件上，且通过导线(4)连接到端位绝缘子(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：所述端位绝缘子(5)内设置有若干个灭弧通道(6)，灭弧通道(6)包括若干加速灭弧通道(9)和若干个反冲灭弧通道(10)，加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)相间设置，并设置连接线(11)电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)均是设置为一端密封，另一端开口设置，中间设置有接闪件(12)，加速灭弧通道(9)的开口端设置为加速喷口(8)，反冲灭弧通道(10)的开口端设置为反冲喷口(7)。

4.根据权利要求3所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：加速灭弧通道(9)包括压缩传导段(9.1)和加速喷出段(9.2)，压缩传导段(9.1)和加速喷出段(9.2)一体设置，所述接闪件(12)设置在压缩传导段(9.1)和加速喷出段(9.2)连接处，压缩传导段(9.1)两端密封设置，加速喷出段(9.2)一端开口，另一端密封设置。

5.根据权利要求4所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：反冲灭弧通道(10)包括反冲段(10.1)和挤压传导段(10.2)，所述接闪件(12)设置反冲段(10.1)和挤压传导段(10.2)的连接处，挤压传导段(10.2)两端密封设置，反冲段(10.1)一端密封设置，另一端开口。

6.根据权利要求3所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)的密封端均设置有引弧电极(13)，引弧电极(13)设置为金属环，金属环外侧壁紧贴在加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)的内侧壁上。

7.根据权利要求5所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：所述导线(4)与其中一个加速灭弧通道(9)的引弧电极(10)连接，设置为电弧入口，且加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)不平行设置，加速灭弧通道(9)的加速喷口(8)与反冲灭弧通道(10)的反冲喷口(7)通过连接线(8)连接，挤压传导段(10.2)与压缩传导段(9.1)通过连接线(8)连接传导电弧。

8.根据权利要求7所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)的侧壁均采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，非导电材料制为合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃或者有机玻璃，加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)的内径大小随输电线路电压等级升高而增大。

9.根据权利要求8所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：所述端位绝缘子(5)的直径比绝缘子(2)的直径大，加速喷口(8)和反冲喷口(7)设置在端位绝缘子(5)的上端，加速灭弧通道(9)和反冲灭弧通道(10)均是嵌设在端位绝缘子(5)的内部。

10.根据权利要求9所述的一种串接式压缩灭弧绝缘子，其特征在于：导弧电极(3)设置为金属套环结构，套设在外部金属连接件上。