CN110808135B - 一种串接式灭弧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串接式灭弧方法，属于输配电架空线路防雷技术领域，所述方法包括如下步骤：在绝缘子一端或者两端设置导弧电极、导线和端位绝缘子，导弧电极经导线与端位绝缘子，端位绝缘子上设置若干个灭弧通道。雷电电弧在绝缘子两端开始起弧，导弧电极将电弧引向端位绝缘子。电弧通过导线传导进入端位绝缘子内的灭弧通道。电弧在灭弧通道内受到压缩和反冲作用，电弧能量减弱，一部分电弧进入下一级灭弧通道，另一部分剩余电弧从灭弧通道的喷口喷出，局部闪络电弧被熄灭，避免了电弧在绝缘子表面形成贯穿性通道。该方法建弧通道属于未贯穿通道，阻尼巨大；从源头上消灭局部放电电弧更容易，此时未形成贯穿性闪络。

Description

一种串接式灭弧方法

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灭弧方法。

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首末两端，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灭弧方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串接式灭弧方法，以解决背景技术中存在的技术问题。

一种串接式灭弧方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在绝缘子一端或者两端设置导弧电极、导线和端位绝缘子，导弧电极经导线与端位绝缘子，端位绝缘子上设置若干个灭弧通道；

步骤2：雷电电弧在绝缘子两端开始起弧，导弧电极将电弧引向端位绝缘子；

步骤3：电弧通过导线传导进入端位绝缘子内的灭弧通道；

步骤4：电弧在灭弧通道内受到压缩和反冲作用，电弧能量减弱，一部分电弧进入下一级灭弧通道，另一部分剩余电弧从灭弧通道的喷口喷出，局部闪络电弧被熄灭，避免了电弧在绝缘子表面形成贯穿性通道。

所述步骤1中，每个灭弧通道上均设置有喷口，每个灭弧通道均通过喷口与外部连通，灭弧通道与灭弧通道之间通过连接线连接，导线的一端与其中一个灭弧通道连接。

每个灭弧通道包括接闪组件、引弧电极和反冲管，所述引弧电极设置在反冲管的一端，接闪组件密封设置在反冲管的另一端。

所述导线与其中一个灭弧通道的接闪组件连接，设置为电弧入口，且灭弧通道与灭弧通道不平行设置，相邻两个灭弧通道的喷口通过连接线连接。

所述反冲管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，反冲管的内径大小随输电线路电压等级升高而增大。

所述步骤4中电弧在灭弧通道内受到压缩的过程为，电弧进入灭弧通道，灭弧通道的空间有限，电弧不停的堆积进入灭弧通道，电弧被灭弧通道的侧壁压缩，在灭弧通道中产生轴压力梯度，电弧由灭弧通道内向外界喷出，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。

所述步骤4中电弧在灭弧通道内反冲的过程为：

电弧从灭弧通道的入口快速进入灭弧通道内，冲向灭弧通道末端的引弧电极并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧，离开灭弧通道，从灭弧通道的喷口喷出；出口电弧受到反冲作用离开灭弧通道，削弱灭弧通道内的能量，同时阻碍灭弧通道的入口电弧的进入，在灭弧通道入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭，反冲出来的出口电弧作用于灭弧通道入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断。

所述步骤1中的端位绝缘子的直径比中间部位绝缘子的直径大，喷口设置在端位绝缘子的上端，若干个灭弧通道设置为多段“Z”型锯齿结构的灭弧通道路径，且嵌设在端位绝缘子的内部。

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，在首末两片绝缘子内安装有灭弧通道路径，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通道路径，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，引弧电极套在绝缘子串首末端，并与绝缘子首末端金属部分相接触。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。灭弧模块设置在绝缘子内部，灭弧模块(即灭弧通道路径)由多段灭弧通道组成。每一段灭弧通道内设有一根灭弧管，灭弧管可设计为压缩或反冲结构，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电极封堵，形成两个半封闭空间。

进一步说明，反冲管为半封闭结构，一端与空气想通，另一端用金属导弧电极封堵后构成半封闭空间。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明方法灭弧时间提前，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，满足单纯工频过电压灭弧能力的需求。

(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为本发明方法流程图。

图2为本发明绝缘子结构示意图。

图3为本发明端位绝缘子结构示意图。

图4为本发明端位绝缘子横截剖面图。

图5为本发明端位绝缘子内部反冲结构示意图。

图6为本发明灭弧通道剖面图。

图7为本发明端位绝缘子内部连接示意图。

图8为本发明灭弧通道原理图。

图9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-喷口；8-连接线；9-接闪组件；10-引弧电极；11-反冲管。

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：

一种串接式灭弧方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在绝缘子一端或者两端设置导弧电极3、导线4和端位绝缘子5，导弧电极3经导线4与端位绝缘子5，端位绝缘子5上设置若干个灭弧通道6。

端位绝缘子5的直径比中间部位绝缘子2的直径大，喷口7设置在端位绝缘子5的上端，若干个灭弧通道6设置为多段“Z”型锯齿结构的灭弧通道路径，且嵌设在端位绝缘子5的内部。

如图9所示，绝缘子串的首末两片绝缘子，即端位绝缘子5，如图2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反冲灭弧装置，用于保护绝缘子串首末两端。反冲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反冲灭弧装置，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。

如图2-图8所示，每个灭弧通道6上均设置有喷口7，每个灭弧通道6均通过喷口7与外部连通，灭弧通道6与灭弧通道6之间通过连接线8连接，导线4的一端与其中一个灭弧通道6连接。每个灭弧通道6包括接闪组件9、引弧电极10和反冲管11，所述引弧电极10设置在反冲管11的一端，接闪组件9密封设置在反冲管11的另一端。

导线4与其中一个灭弧通道6的接闪组件9连接，设置为电弧入口，且灭弧通道6与灭弧通道6不平行设置，相邻两个灭弧通道6的喷口7通过连接线8连接。

反冲管11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，反冲管11的内径大小随输电线路电压等级升高而增大。

步骤2：雷电电弧在绝缘子两端开始起弧，导弧电极3将电弧引向端位绝缘子5。雷电闪络发生后，雷电闪络电弧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。

步骤3：电弧通过导线4传导进入端位绝缘子5内的灭弧通道6。引弧电极10设置为导电金属环，且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管11的内壁。所述导弧电极3设置为金属套环结构，套设在外部金属连接件上。

打雷后，先是以电的形式传输，从导弧电极3开始传导，由外部连接的金属连接件传给导弧电极3，然后导弧电极3把雷电的电从导线4传到如图7的第一个灭弧通道6，然后在第一个灭弧通道6后就以电弧形式传导。

步骤4：电弧在灭弧通道6内受到压缩和反冲作用，电弧能量减弱，一部分电弧进入下一级灭弧通道6，另一部分剩余电弧从灭弧通道6的喷口7喷出，局部闪络电弧被熄灭，避免了电弧在绝缘子表面形成贯穿性通道。

电弧在灭弧通道6内受到压缩的过程为，电弧进入灭弧通道6，灭弧通道6的空间有限，电弧不停的堆积进入灭弧通道6，电弧被灭弧通道6的侧壁压缩，在灭弧通道6中产生轴压力梯度，电弧由灭弧通道6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。

电弧在灭弧通道6内反冲的过程为：

电弧从灭弧通道6的入口快速进入灭弧通道6内，冲向灭弧通道6末端的引弧电极10并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧，离开灭弧通道6，从灭弧通道6的喷口7喷出；出口电弧受到反冲作用离开灭弧通道6，削弱灭弧通道6内的能量，同时阻碍灭弧通道6的入口电弧的进入，在灭弧通道6入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭，反冲出来的出口电弧作用于灭弧通道6入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断。

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，当入口电弧经过接闪组件实现弹性碰撞瞬间，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，入口电弧经过接闪组件碰撞后，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 (2)

1.一种串接式灭弧方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在绝缘子一端或者两端设置导弧电极（3）、导线（4）和端位绝缘子（5），导弧电极（3）经导线（4）与端位绝缘子（5）连接，端位绝缘子（5）上设置若干个灭弧通道（6）；

步骤2：雷电电弧在绝缘子两端开始起弧，导弧电极（3）将电弧引向端位绝缘子（5）；

步骤3：电弧通过导线（4）传导进入端位绝缘子（5）内的灭弧通道（6）；

步骤4：电弧在灭弧通道（6）内受到压缩和反冲作用，电弧能量减弱，一部分电弧进入下一级灭弧通道（6），另一部分剩余电弧从灭弧通道（6）的喷口（7）喷出，局部闪络电弧被熄灭，避免了电弧在绝缘子表面形成贯穿性通道；

所述步骤1中，每个灭弧通道（6）上均设置有喷口（7），每个灭弧通道（6）均通过喷口（7）与外部连通，灭弧通道（6）与灭弧通道（6）之间通过连接线（8）连接，导线（4）的一端与其中一个灭弧通道（6）连接；

每个灭弧通道（6）包括接闪组件（9）、引弧电极（10）和反冲管（11），所述引弧电极（10）设置在反冲管（11）的一端，接闪组件（9）密封设置在反冲管（11）的另一端；

所述导线（4）与其中一个灭弧通道（6）的接闪组件（9）连接，设置为电弧入口，且灭弧通道（6）与灭弧通道（6）不平行设置，相邻两个灭弧通道（6）的喷口（7）通过连接线（8）连接；

所述步骤4中电弧在灭弧通道（6）内受到压缩的过程为，电弧进入灭弧通道（6），灭弧通道（6）的空间有限，电弧不停的堆积进入灭弧通道（6），电弧被灭弧通道（6）的侧壁压缩，在灭弧通道（6）中产生轴压力梯度，电弧由灭弧通道（6）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；

所述步骤4中电弧在灭弧通道（6）内反冲的过程为：

电弧从灭弧通道（6）的入口快速进入灭弧通道（6）内，冲向灭弧通道（6）末端的引弧电极（10）并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧，离开灭弧通道（6），从灭弧通道（6）的喷口（7）喷出；出口电弧受到反冲作用离开灭弧通道（6），削弱灭弧通道（6）内的能量，同时阻碍灭弧通道（6）的入口电弧的进入，在灭弧通道（6）入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭，反冲出来的出口电弧作用于灭弧通道（6）入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断；

所述步骤1中的端位绝缘子（5）的直径比中间部位绝缘子（2）的直径大，喷口（7）设置在端位绝缘子（5）的上端，若干个灭弧通道（6）设置为多段“Z”型锯齿结构的灭弧通道路径，且嵌设在端位绝缘子（5）的内部。

2.根据权利要求1所述的一种串接式灭弧方法，其特征在于：所述反冲管（11）采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，非导电材料为合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃或者有机玻璃，反冲管（11）的内径大小随输电线路电压等级升高而增大。

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