CN111009868A - 一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置。为了克服现有技术架空地线避雷融冰的线路维护工作量大，且雷击时能量过大，产生过电压威胁变压器安全的问题；本发明采用包括铁塔、线缆、架空地线和绝缘子，线缆的一端连接地线的外层；线缆的另一端连接引雷消能装置，引雷消能装置包括：先导变压器，原边绕组与线缆连接，先导引雷，副边传递能量给消能模块；消能模块，将雷电的能量以电磁转换的形式耗散；避雷器，与先导变压器并联。既能在夏季雷击时先导引雷，又能在冬季时，满足地线在处于绝缘状态下的融冰要求，线路维护工作量小；消能模块通过电磁转换对雷电的能量进行消耗，防止先导变压器原边过电压，保护先导变压器的安全。

Description

一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置

技术领域

本发明涉及一种电力安全领域，尤其涉及一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置。

背景技术

架空地线是高压输电线路的重要组成部分，具有防雷、通信及维护线路及三相平衡的作用。由于输电线路跨越广阔的地域，在雷雨季节容易遭受雷击而引起送电中断，成为电力系统中发生停电事故的主要原因之一。安装架空地线可以减少雷害事故，提高线路运行的安全性。然而雷电能量过大，在雷击时会产生过电压，对变压器装置造成危害。且架空线路在冬季时又会受到覆冰的灾害，覆冰问题一直困挠着电力系统的安全。

地线在夏季时防雷和冬季防覆冰是一个矛盾体，按防雷击的要求，地线要求逐塔接地才能有效防雷；而在冬季的融冰要求时，又要求架空地线与塔身绝缘，以便融冰的形成独立的回路贯通电流。而现有技术中，往往是在冬季将导线进行悬空绝缘操作，而在夏季时又将与塔身的接地点进行恢复接地，这个过程的线路维护工作量十分巨大。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种对输电线路架空地线进行直流融冰的装置”，其公告号“CN 106384989B”，包括N个分段塔、架空地线、交流三相电源、直流融冰装置、第一导线、第二导线、分段地线、接地刀闸KG、自动接线装置KN；所述的架空地线对地绝缘并分段通过多个接地刀闸KG接地，每个所述的分段塔通过自动接线装置KN将第一导线或第二导线与架空地线短接，每个短接处并联最少一段分段地线或串联最少一段分段地线，所述的自动接线装置KN通过信号控制开闭。该装置的线路维护的工作量大，且雷电能量过大，在雷击时会产生过电压而威胁变压器的安全。

发明内容

本发明主要解决现有技术架空地线避雷融冰的线路维护工作量大，且雷击时能量过大，产生过电压威胁变压器安全的问题；提供一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，方便架空地线的避雷融冰，且能通过电磁消能，减少雷击时的能量，保护变压器的安全。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括铁塔、线缆、架设于铁塔上的地线和设置在线缆与铁塔之间的绝缘子，线缆的一端连接地线的外层；所述的线缆的另一端连接引雷消能装置，所述的引雷消能装置包括：

先导变压器，原边绕组与线缆连接，先导引雷，副边传递能量给消能模块；

消能模块，将雷电的能量以电磁转换的形式耗散；

避雷器，与先导变压器并联。

正常运行时，地线的外层与大地呈绝缘状态，地线通过线缆在A点引雷消能装置中的先导变压器的原边绕组首端连接后，再由原边绕组的末端接地，由地面的电荷可从先导变压器原边的导体在架空的地线上形成先导的作用。在冬季融冰时，利用交流融冰的方式，先导变压器的原边绕组呈现定的阻抗，能够阻止融冰电流的分流作用。既能在夏季雷击时先导引雷，又能在冬季时，满足地线在处于绝缘状态下的融冰要求。减轻架空地线维护的工作量。雷击时，能量通过先导变压器的原边导入大地，副边感应出感应电压，经过消能模块，消能模块通过电磁转换，将能量耗散，减少雷击时先导变压器原边的过电压，保护变压器的安全。

作为优选，所述的先导变压器的原边绕组一端与线缆相连接，先导变压器的原边绕组的另一端接地；先导变压器的副边绕组的一端连接消能模块，先导变压器的副边绕组的另一端接地。在雷击时，先导变压器的原边通过线缆将雷电导入地底，先导变压器的副边感应出感应电压，通过消能模块电磁转换，将雷电的能量大幅耗散，减少雷击时先导变压器原边的过电压，保护变压器的安全。此外，安装本装置后，相当于将架空绝缘的地线变成了一个具有高电位的电源线，若在线路沿线上任何一处加装一个电源变压器，每隔25~50km线路长度上就可以获取3~10km左右的工频电源，这个电源可理解对输电线路电能的尾电加以利用。

作为优选，所述的消能模块包括衔铁式电抗器，衔铁式电抗器包括活动铁芯和带绕组的固定铁芯，固定铁芯上的绕组的一端连接先导变压器的副边，固定铁芯上的绕组的另一端连接避雷器；活动铁芯与固定铁芯之间存在间隙。先导变压器的副边感应出来的电压经过电抗器的固定铁芯，固定铁芯感应出磁性，从而固定铁芯吸引活动铁芯，将能量转化为活动铁芯的机械能，经过能量转换后，先导变压器副边感应出来的电压大幅减少，从而避免先导变压器的原边过电压，保护变压器的安全。

作为优选，所述的消能模块还包括弹簧，弹簧的一端与活动铁芯固定连接，弹簧的另一端固定设置在地面。弹簧设置在地与活动铁芯之间，装置简单，便于活动铁芯机械运动后的复位，同时，弹簧的弹力在固定铁芯吸引活动铁芯时也做功消耗能量，增加了能量的消耗，进一步保证了变压器的安全。

作为优选，所述的消能模块还包括扭簧；固定铁芯的一端和活动铁芯的一端分别设置有安装孔，扭簧设置在安装孔中，连接固定铁芯和活动铁芯；扭簧的一端与活动铁芯固定连接，扭簧的另一端与固定铁芯固定连接。扭簧作为活动铁芯和固定铁芯之间的转轴，当雷击时，固定铁芯感应出磁性，吸引活动铁芯的另一端，活动铁芯绕扭簧旋转，同时压缩扭簧；当雷击结束后，活动铁芯依靠扭簧复位，结构简单，进一步保证了变压器的安全。

作为优选，所述的消能模块还包括定滑轮；固定铁芯的一端和活动铁芯的一端通过转轴连接，活动铁芯的另一端上设置有小孔，小孔上系有拉绳，拉绳的另一端固定连接有重物，拉绳从定滑轮上方通过，与定滑轮接触。当雷击时，固定铁芯感应的磁性吸引活动铁芯，活动铁芯绕转轴旋转，同时带动拉绳，拉绳从定滑轮的上方穿过，拉起重物；将雷电的能量转换为活动铁芯的机械能和重物的势能，加强了能量的耗散，进一步保护了装置的安全。

作为优选，所述的消能装置所述的消能模块中的固定铁芯的一端与活动铁芯通过转轴连接，固定铁芯的另一端与活动铁芯的一端存在空隙，活动铁芯的长度长于固定铁芯两端之间的宽度，活动铁芯的另一端上设置有重物，转轴设置在活动铁芯的靠近固定铁芯的一侧。活动铁芯作为杠杆，根据杠杆原理，转轴作为支点，支点在靠近固定铁芯的一端，对于电抗器来说是费力杠杆。在雷击时，固定铁芯感应出磁性，吸引活动铁芯的另一端，活动铁芯绕转轴转动，抬起重物的一端，雷电的能量通过电磁转换，再转换为杠杆的机械能和重物的势能，完成了能量的耗损。雷击结束时，重物将杠杆复位。通过能量的损耗，进一步保护了装置的安全。

作为优选，所述的先导变压器为铁氧体芯的双绕组变压器，磁芯为镍锌铁氧体材料，工作频率为100kHz~1000kHz，绕组与铁芯的绝缘耐压为100kv的工频电压水平。通过雷电波频谱分析可知：雷电的能量约有90%分布在频率为1~100kHz以下，先导变压器的工作频率为100kHz~1000kHz，将大部分的雷电能量引入地底，达到了防雷的目的；将少部分的能量进行电磁转化而耗损和尾电的利用，提高了能量的利用高效率，又能保护设备的安全。

本发明的有益效果是：

1. 架空地线连接引雷消能装置，既能在夏季雷击时先导引雷，又能在冬季时，满足地线在处于绝缘状态下的融冰要求。

2．消能模块通过电磁转换对雷电的能量进行消耗，防止先导变压器原边过电压，保护先导变压器的安全。

3.先导变压器对尾电的利用，提高了能量利用的效率。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的实施例一的引雷消能装置结构示意图。

图3是本发明的实施例二的消能装置模块示意图。

图4是本发明的实施例三的消能装置模块示意图。

图5是本发明的实施例四的消能装置模块示意图。

图中1.铁塔，2.地线，3.线缆，4.绝缘子，5.引雷消能装置，6.先导变压器，7.消能模块，71.固定铁芯，72.活动铁芯，73.弹簧，74.扭簧，75.定滑轮，76，重物，77，转轴，8.避雷器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：

一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，如图1所示，包括铁塔1、线缆3、架设于铁塔1上的地线2和设置在线缆3与铁塔1之间的绝缘子4。线缆3的一端连接地线2的外层，线缆3的另一端连接引雷消能装置5。

地线2的内层连接铁塔1，包含通信线路；地线2的外层导电，连接线缆3；在地线2的内层与外层之间设置绝缘层，隔断的内外两层，防止互相干扰。地线2的外层在冬季时通交流电，发热，起到融冰的作用。

架空地线2能起到防雷的作用，当雷击于塔顶或地线2上时，塔身电位很高，加在绝缘子4上的电压等于塔身电位与导线电位之差，这个电压一般远比雷电直接击中导线时绝缘子4上的电压低，不会导致闪络放电。

架空地线2既能在夏季雷击时起到避雷作用，又能在冬季时，满足地线在处于绝缘状态下的融冰要求。减少了线路的维护工作。

如图2所示，引雷消能装置5包括先导变压器6、消能模块7和避雷器8。

先导变压器6为铁氧体芯的双绕组变压器，磁芯为镍锌铁氧体材料，工作频率为100kHz~1000kHz，绕组与铁芯的绝缘耐压为100kv的工频电压水平。从绝缘角度考虑，铁氧体首选用镍铁铁氧体材料的陶瓷体作为变压器铁芯。这样在雷电流通过时，铁芯不易饱和，而两组绕组分别使绝缘强度较高的漆包线绕制，要求线圈架的绝缘水平在50~100kV。

消能模块7包括衔铁式电抗器和弹簧73，衔铁式电抗器包括活动铁芯72和带绕组的固定铁芯71。铁芯材料的硅铜片，线圈绕组耐压水平为100kV。平时正常运行时，电抗器呈现低阻抗值，当线圈绕组上出现雷击高电压时，衔铁闭合吸收雷电波的能量于磁回路中。

避雷器8为户外型15~35kV耐压等级的氧化锌避雷器。

先导变压器6的原边绕组一端与线缆3相连接，先导变压器6的原边绕组的另一端接地。先导变压器6的副边绕组的一端连接固定铁芯71绕组的一端，先导变压器6的副边绕组的另一端接地，固定铁芯71绕组的另一端连接避雷器8，避雷器8接地。

正常运行时，地线2的外层与大地呈绝缘状态，地线2通过线缆3在A点引雷消能装置5中的先导变压器6的原边绕组首端连接后，再由原边绕组的末端接地，由地面的电荷可从先导变压器6原边的导体在架空的地线上形成先导的作用。在冬季融冰时，利用交流融冰的方式，先导变压器6的原边绕组呈现定的阻抗，能够阻止融冰电流的分流作用。

在雷击时，先导变压器6的原边通过线缆3将雷电导入地底，先导变压器6的副边感应出感应电压，通过电抗器的固定铁芯71进行电磁转换，将雷电的能量大幅耗散，减少雷击时先导变压器原边的过电压，保护变压器的安全。此外，安装本装置后，相当于将架空绝缘的地线变成了一个具有高电位的电源线，若在线路沿线上任何一处加装一个电源变压器，每隔25~50km线路长度上就可以获取3~10km左右的工频电源，这个电源可理解对输电线路电能的尾电加以利用。

活动铁芯72与固定铁芯71之间存在间隙。活动铁芯72的两端分别与两个弹簧73的一端固定连接，两个弹簧73的另一端分别固定连接在一个固定的物体上，如地面。

在雷击时，先导变压器6的副边感应出来的电压加载在电抗器的BC两端，感应电压经过电抗器的固定铁芯71的绕组，固定铁芯71上感应出磁性，从而固定铁芯71吸引活动铁芯72，将能量转化为活动铁芯72的机械能和弹簧73的弹性势能。

在雷击结束后，活动铁芯72通过弹簧73复位，经过能量转换，加载在电抗器BC两端的感应电压大幅减少。从而避免先导变压器6的原边过电压，保护变压器的安全。

实施例二：

一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，对消能模块7进行改进。

如图3所示，消能模块7包括衔铁式电抗器和扭簧74，衔铁式电抗器包括活动铁芯72和带绕组的固定铁芯71。铁芯材料的硅铜片，线圈耐压水平为100kV。

固定铁芯71的一端和活动铁芯72的一端分别设置有安装孔，扭簧74设置在安装孔中，连接固定铁芯71和活动铁芯72；扭簧74的一端与活动铁芯72固定连接，扭簧74的另一端与固定铁芯71固定连接。活动铁芯72的另一端倚靠在一个固定的物体上，如地面。在本实施例中，地面上设置有配合活动铁芯72倚靠的凹槽，在正常情况下，活动铁芯72的另一端倚靠在凹槽中。

扭簧74作为活动铁芯72和固定铁芯71之间的转轴。

在雷击时，先导变压器6的副边感应出来的电压加载在电抗器的BC两端，感应电压经过电抗器的固定铁芯71的绕组，固定铁芯71上感应出磁性，从而固定铁芯71吸引活动铁芯72的另一端，活动铁芯72绕扭簧旋转，压缩扭簧72，将能量转化为活动铁芯72的机械能和扭簧74的弹性势能。

当雷击结束后，活动铁芯72依靠扭簧74复位，经过能量转换，加载在电抗器BC两端的感应电压大幅减少，活动铁芯72的另一端倚靠在凹槽中。结构简单，进一步保证了变压器的安全。

实施例三：

一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，对消能模块7进行改进。

如图4所示，消能模块7包括衔铁式电抗器、定滑轮75和重物76，衔铁式电抗器包括活动铁芯72和带绕组的固定铁芯71。铁芯材料的硅铜片，线圈耐压水平为100kV。

固定铁芯71的一端和活动铁芯72的一端通过转轴77连接，活动铁芯72的另一端上设置有小孔，定滑轮75上方接触设置有拉绳，拉绳的一端系在活动铁芯72的小孔上，拉绳的另一端固定连接有重物76。

在雷击时，先导变压器6的副边感应出来的电压加载在电抗器的BC两端，感应电压经过电抗器的固定铁芯71的绕组，固定铁芯71上感应出磁性，从而固定铁芯71吸引活动铁芯72的另一端，即图中的右端，活动铁芯72绕转轴77旋转，同时带动拉绳的一端，即图中拉绳的左端，拉绳从定滑轮的上方穿过，改变方向，拉绳的另一端，即图中的右端拉起重物76，将能量转化为活动铁芯72的机械能和重物76的重力势能。

当雷击结束后，活动铁芯72依靠重物76复位，经过能量转换，加载在电抗器BC两端的感应电压大幅减少，进一步保证了变压器的安全。

实施例四：

一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，对消能模块7进行改进。

如图5所示，消能模块7包括衔铁式电抗器和重物76，衔铁式电抗器包括带绕组的固定铁芯71。铁芯材料的硅铜片，线圈耐压水平为100kV。

固定铁芯71的一端，即图中的固定铁芯71的右端，与活动铁芯72通过转轴77连接，固定铁芯71的另一端，即固定铁芯71的左端，与活动铁芯72的一端，即活动铁芯72的左端存在空隙；活动铁芯72的长度长于固定铁芯71两端之间的宽度，活动铁芯72的另一端，即活动铁芯72的右端上设置有重物76，转轴77设置在活动铁芯72的靠近固定铁芯71的一侧。

活动铁芯72作为杠杆，根据杠杆原理，转轴77作为支点，支点在靠近固定铁芯71的一端，对于电抗器来说是费力杠杆。

在雷击时，先导变压器6的副边感应出来的电压加载在电抗器的BC两端，感应电压经过电抗器的固定铁芯71的绕组，固定铁芯71上感应出磁性，从而固定铁芯71的一端，即固定铁芯71的左端，吸引活动铁芯72的另一端，即活动铁芯72的左端，活动铁芯72绕转轴77旋转，抬起设置有重物76的一端，将能量转化为活动铁芯72的机械能和重物76的重力势能。

当雷击结束后，活动铁芯72依靠重物76的重力复位，经过能量转换，加载在电抗器BC两端的感应电压大幅减少，进一步保证了变压器的安全。

本发明的架空地线连接引雷消能装置，既能在夏季雷击时先导引雷，又能在冬季时，满足地线在处于绝缘状态下的融冰要求。消能模块通过电磁转换对雷电的能量进行消耗，防止先导变压器原边过电压，保护先导变压器的安全。

Claims (8)

1.一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，包括铁塔（1）、线缆（3）、架设于铁塔（1）上的地线（2）和设置在线缆（3）与铁塔（1）之间的绝缘子（4），线缆（3）的一端连接地线（2）的外层；其特征在于，所述的线缆（3）的另一端连接引雷消能装置（5），所述的引雷消能装置（5）包括：

先导变压器（6），原边绕组与线缆（3）连接，先导引雷，副边传递能量给消能模块（7）；

消能模块（7），将雷电的能量以电磁转换的形式耗散；

避雷器（8），与先导变压器（6）并联。

2.根据权利要求1所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的先导变压器（6）的原边绕组一端与线缆（3）相连接，先导变压器（6）的原边绕组的另一端接地；先导变压器（6）的副边绕组的一端连接消能模块（7），先导变压器（6）的副边绕组的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的消能模块（7）包括衔铁式电抗器，衔铁式电抗器包括活动铁芯（72）和带绕组的固定铁芯（71），固定铁芯（71）上的绕组的一端连接先导变压器（6）的副边，固定铁芯（71）上的绕组的另一端连接避雷器（8）；活动铁芯（72）与固定铁芯（71）之间存在间隙。

4.根据权利要求3所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的消能模块（7）还包括弹簧（73），弹簧（73）的一端与活动铁芯（72）固定连接，弹簧（73）的另一端固定设置在地面。

5.根据权利要求3所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的消能模块（7）还包括扭簧（74）；固定铁芯（71）的一端和活动铁芯（72）的一端分别设置有安装孔，扭簧（74）设置在安装孔中，连接固定铁芯（71）和活动铁芯（72）；扭簧（74）的一端与活动铁芯（72）固定连接，扭簧（74）的另一端与固定铁芯（71）固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的消能模块（7）还包括定滑轮（75）；固定铁芯（71）的一端和活动铁芯（72）的一端通过转轴（77）连接，活动铁芯（72）的另一端上设置有小孔，小孔上系有拉绳，拉绳的另一端固定连接有重物（76），拉绳从定滑轮（75）上方通过，与定滑轮（75）接触。

7.根据权利要求3所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的消能模块（7）中的固定铁芯（71）的一端与活动铁芯（72）通过转轴（77）连接，固定铁芯（71）的另一端与活动铁芯（72）的一端存在空隙，活动铁芯（72）的长度长于固定铁芯（71）两端之间的宽度，活动铁芯（72）的另一端上设置有重物（76），转轴（77）设置在活动铁芯（72）的靠近固定铁芯（71）的一侧。

8.根据权利要求1或2所述的一种架空地线先导引雷与组合电磁消能装置，其特征在于，所述的先导变压器（6）为铁氧体芯的双绕组变压器，磁芯为镍锌铁氧体材料，工作频率为100kHz~1000kHz，绕组与铁芯的绝缘耐压为100kv的工频电压水平。

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