CN112117643A - 一种增压型反冲灭弧装置及避雷针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压型反冲灭弧装置及避雷针，属于灭弧防雷技术领域，包括增压引弧组件、反冲管和接闪电极，所述反冲管设置为中空的管状结构，所述增压引弧组件盖合设置在反冲管的顶端，所述接闪电极密封设置在反冲管的内部底端，所述接闪电极与外部的接地线接触设置，增压引弧组件包括引雷尖端和封盖，所述引雷尖端设置在反冲管的顶端，所述封盖可掀合设置在引雷尖端上，并盖合在反冲管的顶部。封盖的设置能够增大反冲气流喷射时的压力，同时通过引雷尖端作为支撑掀合的支柱，可以有效的防止第一次反冲后，封盖无法再盖合的情况，具有防护的作用，产生压强更高、速度更快的气流对电弧实现截断，提高灭弧的有效性。

Description

一种增压型反冲灭弧装置及避雷针

技术领域

本发明涉及灭弧防雷技术领域，尤其涉及一种增压型反冲灭弧装置及避雷针。

背景技术

雷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，分为直接雷击过电压和感应雷击过电压。雷击过电压可能对绝缘子、输电线造成损伤；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；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。

现有的主动式反冲灭弧方法利用电弧自身能量对电弧实现截断，电弧进入半封闭反冲管后，高温电弧使管内空气温度迅速上升，管内空气受热膨胀后气压倍增，高速强气流最后从反冲管管口喷出，在管口产生空腔效应，同时将后续电弧吹断，电弧的连续性被破坏后逐渐熄灭。

经过多年研究发现，对于一些特殊场合和更高的电压等级，需要更大的灭弧气体压力，因此提出了一种增压型反冲灭弧装置及避雷针。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增压型反冲灭弧装置及避雷针，解决现有反冲装置空腔效应不能熄灭更高电压等级高压线路电弧的技术问题，更高的电压等级一般为几千kV的高压线路领域。

一种增压型反冲灭弧装置及避雷针，包括增压引弧组件、反冲管和接闪电极，所述反冲管设置为中空的管状结构，所述增压引弧组件盖合设置在反冲管的顶端，所述接闪电极密封设置在反冲管的内部底端，所述接闪电极与外部的接地线接触设置，增压引弧组件包括引雷尖端和封盖，所述引雷尖端设置在反冲管的顶端，所述封盖可掀合设置在引雷尖端上，并盖合在反冲管的顶部。

进一步地，本发明还包括若干个次级反冲装置，若干个次级反冲装置首尾相连接，并设置在反冲管的底部。

进一步地，次级反冲装置包括次级反冲管和次级接闪电极，所述次级反冲管设置为中空的管状结构，所述次级接闪电极密封设置在次级反冲管的内部底端，所述次级反冲管的侧壁上设置有反冲喷口。

进一步地，所述反冲喷口上设置有反冲喷口封盖，反冲喷口封盖盖合在反冲喷口上，且可掀转设置，反冲喷口封盖通过设置旋转点可活动设置在反冲喷口的顶端。

进一步地，所述增压引弧组件还包括旋转点和磁铁，所述磁铁设置在引雷尖端相对的一侧，且设置在反冲管顶部，所述旋转点设置在引雷尖端的上，所述封盖可旋转设置在旋转点上，且与吸合在磁铁上。

进一步地，所述反冲管顶端设置为切口结构，所述增压引弧组件倾斜盖合在反冲管顶部的切口上，且增压引弧组件一侧可掀开地设置在切口上。

进一步地，所述增压引弧组件还包括旋转点，引雷尖端设置在反冲管顶端切口结构的较高侧，所述旋转点设置在引雷尖端上，所述封盖可翻转设置在旋转点上，封盖设置为金属盖，盖合在切口结构上。

进一步地，所述封盖设置为椭圆形盖结构，椭圆形盖结构的大小与反冲管顶端的切口结构的外径相同。

进一步地，所述封盖通过引雷尖端和旋转点可旋转设置在反冲管的顶端，所述旋转点固定在引雷尖端上，所述封盖另一边的底部设置有弹簧，弹簧一端固定在反冲管的顶端，另一端固定在封盖的底部。

进一步地，所述接闪电极设置为金属体结构，形状与反冲管内部的空管结构相同，反冲管的侧壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成。

一种增压型反冲灭弧避雷针，包括引雷杆，还包括权利要求1-8任意一项的反冲灭弧装置，反冲灭弧装置的外侧设置有裙边，所述引雷杆与反冲灭弧装置的底端连接，所述引雷杆底端接地。

避雷针还包括锁紧螺母和金属球座，所述引雷杆通过锁紧螺母固定在金属球座。

在反冲管的电弧入口处增设了一个金属封盖，封盖为圆形板且有一定厚度。反冲管结构包括反冲管管壁与接闪电极，其中管壁由耐高温耐高压绝缘材料组成，例如陶瓷等；接闪电极可以为金属导弧球，封堵在反冲管一端，使其构成一个半封闭空间结构。

在反冲管管口顶端设置一个固定点，连接封盖与反冲管。并且在固定点上端设有转动连接点，例如转轴或球形活动装置，使封盖能够上下开合。当反冲管内气压高于管外气压时，封盖被强气流冲开；气流强度减弱后，封盖又在弹簧作用下合上。弹簧两端连接着反冲管管口处的固定点与封盖，弹簧可与转动连接点一体设置，或者分开设置连接弹簧设于转动连接点附近或两侧)。

在反冲管管口顶端、固定点对面设有一个磁铁，磁铁固定在反冲管管口顶端。当封盖处于闭合状态时，封盖被磁铁吸附于反冲管管口，对增大管内气流压力起到促进作用。当封盖由打开至闭合过程中，磁铁对金属封盖的磁力作用使其能正常封住反冲管管口。

进一步说明，在反冲管管口、封盖周围增设一个环状斜面引弧罩，引弧罩材质为金属材质，并且固定在反冲管管口上端。在引弧罩下端设置若干个圆孔，可将引弧罩内的雨水排放到反冲灭弧装置外，避免雨水堆积在反冲管内。金属材质的引弧罩对反冲装置附近的闪络电弧具有牵引效果，能实现电弧闪络路径的严格管控。

进一步说明，当反冲管口、封盖周围增设一个环状斜面引弧罩时，该情况下所用的封盖材质可以为金属或绝缘材质。当采用绝缘材质的封盖时，引弧作用主要通过引弧罩实现；若采用金属材质的封盖，引弧作用由引弧罩与封盖共同实现。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本申请中封盖的设置能够增大反冲气流喷射时的压力，同时通过引雷尖端作为支撑掀合的支柱，可以有效的防止第一次反冲后，封盖无法再盖合的情况，具有防护的作用，产生压强更高、速度更快的气流对电弧实现截断，提高灭弧的有效性；在反冲管管口设置金属材质的封盖，对闪络电弧具有牵引作用，更好地控制电弧路径，使闪络电弧顺利进入反冲装置内；在反冲管管口、封盖周围增设引弧罩，既能保证闪络电弧顺利进入反冲装置，又能避免雨水在管中积累，该结构简单，设计合理，具有可靠性与可行性。

附图说明

图1是本发明第一种增压反冲结构示意图。

图2是本发明封盖结构示意图。

图3是本发明反冲结构的工作示意图。

图4是本发明反冲灭弧的工作流程图。

图5是本发明第二种增压反冲结构示意图。

图6是本发明避雷针结构示意图。

附图说明：1-反冲管；2-接闪电极；3-引雷尖端；4-旋转点；5-封盖；6- 磁铁；7-引弧罩；8-漏水孔；9-次级反冲管；10-次级接闪电极；11-反冲喷口； 12-反冲喷口封盖；13-旋转点；14-裙边；15-引雷杆；16-锁紧螺母；17-金属球座。

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，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。

实施例1：

如图1-2所示，本发明一种增压型反冲灭弧装置及避雷针，包括增压引弧组件、反冲管1和接闪电极2，所述反冲管1设置为中空的管状结构，所述增压引弧组件盖合设置在反冲管1的顶端，所述接闪电极2密封设置在反冲管1 的内部底端，所述接闪电极2与外部的接地线接触设置。所述增压引弧组件设置为金属封盖，盖合在反冲管的顶部，并可翻动设置。所述增压引弧组件包括引雷尖端3、旋转点4、封盖5和磁铁6，所述引雷尖端3设置在反冲管1顶部，所述磁铁6设置在引雷尖端3相对的一侧，且设置在反冲管1顶部，所述旋转点4设置在引雷尖端3的顶端，所述封盖5可旋转设置在旋转点4 上，且与吸合在磁铁6上。

反冲管1的电弧入口处增设了一个金属的封盖5，封盖5为圆形板且有一定厚度，一般为1-3cm，具体根据需要可及西宁调整厚度。在反冲管管口顶端设置一个固定点，连接封盖5与反冲管1。并且在固定点上端设有转动连接点，例如转轴或球形活动装置，使封盖能够上下开合。在反冲管管口顶端、固定点对面设有一个磁铁6，磁铁6固定在反冲管管口顶端。当封盖处于闭合状态时，封盖被磁铁吸附于反冲管管口，对增大管内气流压力起到促进作用。

其中，磁铁6也可以换成弹簧，即为弹性不是非常强的弹簧，使得封盖5 进一步增大了反冲管1内部的压强，使得空腔效应和压爆效应更加的明显，能够反冲熄灭更高登记电压的电弧，灭弧的效果更好。在出现压爆效应时，反冲管1内的气压会把封盖5掀起，然后高压气体从反冲管1的顶端喷出，使得更好的反冲作用，熄灭后进来的电弧，灭弧效果非常的好。

实施例2：

该实施例与实施例1中不同的是，如图5所示，所述反冲管1顶端设置为切口结构，所述增压引弧组件倾斜盖合在反冲管1顶部的切口上，且增压引弧组件一侧可掀开地设置在切口上。所述增压引弧组件包括引雷尖端3、旋转点4和封盖5，引雷尖端3设置在反冲管1顶端切口结构的较高侧，所述旋转点4设置在引雷尖端3上，所述封盖5可翻转设置在旋转点4上，封盖5 设置为金属盖，盖合在切口结构上。所述封盖5设置为椭圆形金属盖结构，椭圆形金属盖结构的大小与反冲管1顶端的切口结构的外径相同。通过把封盖5设置为一个倾斜结构，使得直接把封盖5的重力作用作为盖合反冲管1，使得反冲管1内部的气体压强得到增大，即为反冲管1内部的气体压强要与外部相比要大于封盖5的重力后，才把封盖5掀开，发生空腔效应和压爆效应，使得反冲出来的气体压强更大，能够熄灭更大或者更强的电弧。

该结构与实施例1相比，少了约束部件，不会造成损耗，特别是在电弧领域，可以大大的提高了使用寿命，更加符合客户的需求。

所述接闪电极2设置为金属体结构，形状与反冲管1内部的空管结构相同，反冲管1的侧壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成。增压引弧组件设置为导电金属环，并且导电金属环的外侧壁紧贴于反冲管的内壁，接闪组件由导电材料制成。高强度耐高温耐高压的非导电材料使用合金陶瓷、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、有机玻璃中的任意一种。

如图3所示，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。经过增压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。

考虑到反冲组件中原有存在着空气，当电弧进入反冲组件后，形成的一系列效应和机制，使得反冲组件中的空气被压缩，造成反冲组件内气压升高，减小了电子的自由行程长度，削弱和抑制了电离过程，使电气绝缘强度显著提高，有利于电弧截断和熄灭。根据实验数据可知，当空气从0.1Mpa(1atm) 被压缩至2.8Mpa时，被压缩空气击穿电压可上升至标准空气击穿电压 (30kV/cm)的9～12倍，极大地提高了电气绝缘强度。反冲组件中原有的空气，受到反冲组件中温升效应和压升效应的影响，产生的喷射气流从反冲组件喷射并作用于外电弧，利用气流对外电弧的空腔效应，加速外电弧的对流、辐射和传导，使电弧由导电性转化为介质性，形成电弧自熄灭。

如图4所示，当雷击闪络电弧接近本申请结构时，引弧电极通过对闪络电弧的物理触碰、库仑力作用或者尖端放电形成上行，将电弧牵引至第一个反冲管入口附近，外电弧在第一个反冲管的增压引弧组件牵引下进入极细的反冲管，其中，反冲管内径远小于电弧直径，电弧弧柱在反冲管内受到狭管灌注作用，电弧因受到反冲单元中管壁限制，弧柱直径强制减小，整个电弧导电横截面积变小，电弧电阻增大，由功率计算公式：P＝I²·R可知，电弧功率也增大，使得管内热量、温度均升高，此为功率性温升，同时，入口电弧与出口电弧在管内发生180°对冲碰撞，切断了电弧辐射、对流、传导、流失的通道，散热被阻断，温度进一步上升，此为阻断性温升，电弧等离子体在管内密度急剧增大，粒子之间的摩擦、碰撞加快，热量、温度再次升高，此为摩擦性温升，三大温升效应使得管内外温度差变大，压力差也变大，当反冲管管内压力大于管外压力时，产生由内向外的定向电弧压爆效应，管内电弧被迅速排空，外电弧空腔效应，阻断了外电弧能量的注入，剩余电弧依次经接闪线接闪、下一个增压引弧组件1导弧后进入下一反冲管2，之后的反冲灭弧过程同上，最终，电弧在多个断点同时断裂，其连续性被破坏，加速冲击电弧的熄灭，消除了工频建弧通道的形成。

如图6所示，一种增压型反冲灭弧避雷针，包括引雷杆，还包括上述任意一项的反冲灭弧装置，反冲灭弧装置的外侧设置有裙边，所述引雷杆与反冲灭弧装置的底端连接，所述引雷杆底端接地。还包括锁紧螺母和金属球座，所述引雷杆通过锁紧螺母固定在金属球座。

还可以包括若干个实施例1-2任意一项的多级反冲灭弧装置，若干个多级反冲灭弧装置均通过锁紧螺母9固定在金属球座10上。图6为球状避雷针上端接带有螺丝纹的反冲段的上部分结构，多针型避雷针上端接带有螺丝纹的反冲段的上部分结构。上述不同的引弧组件、不同的组合方式均可安装在避雷针上，同样适用于球形避雷针和多针型避雷针。

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 (12)

1.一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：包括增压引弧组件、反冲管(1)和接闪电极(2)，所述反冲管(1)设置为中空的管状结构，所述增压引弧组件盖合设置在反冲管(1)的顶端，所述接闪电极(2)密封设置在反冲管(1)的内部底端，所述接闪电极(2)与外部的接地线接触设置，增压引弧组件包括引雷尖端(3)和封盖(5)，所述引雷尖端(3)设置在反冲管(1)的顶端，所述封盖(5)可掀合设置在引雷尖端(3)上，并盖合在反冲管(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：还包括若干个次级反冲装置，若干个次级反冲装置首尾相连接，并设置在反冲管(1)的底部。

3.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：次级反冲装置包括次级反冲管(9)和次级接闪电极(10)，所述次级反冲管(9)设置为中空的管状结构，所述次级接闪电极(10)密封设置在次级反冲管(9)的内部底端，所述次级反冲管(9)的侧壁上设置有反冲喷口(11)。

4.根据权利要求3所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述反冲喷口(11)上设置有反冲喷口封盖(12)，反冲喷口封盖(12)盖合在反冲喷口(11)上，且可掀转设置，反冲喷口封盖(12)通过设置旋转点(13)可活动设置在反冲喷口(11)的顶端。

5.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述增压引弧组件还包括旋转点(4)和磁铁(6)，所述磁铁(6)设置在引雷尖端(3)相对的一侧，且设置在反冲管(1)顶部，所述旋转点(4)设置在引雷尖端(3)的上，所述封盖(5)可旋转设置在旋转点(4)上，且与吸合在磁铁(6)上。

6.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述反冲管(1)顶端设置为切口结构，所述增压引弧组件倾斜盖合在反冲管(1)顶部的切口上，且增压引弧组件一侧可掀开地设置在切口上。

7.根据权利要求4所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述增压引弧组件还包括旋转点(4)，引雷尖端(3)设置在反冲管(1)顶端切口结构的较高侧，所述旋转点(4)设置在引雷尖端(3)上，所述封盖(5)可翻转设置在旋转点(4)上，封盖(5)设置为金属盖，盖合在切口结构上。

8.根据权利要求5所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述封盖(5)设置为椭圆形盖结构，椭圆形盖结构的大小与反冲管(1)顶端的切口结构的外径相同。

9.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述封盖(5)通过引雷尖端(3)和旋转点(4)可旋转设置在反冲管(1)的顶端，所述旋转点(4)固定在引雷尖端(3)上，所述封盖(5)另一边的底部设置有弹簧，弹簧一端固定在反冲管(1)的顶端，另一端固定在封盖(5)的底部。

10.根据权利要求1所述的一种增压型反冲灭弧装置，其特征在于：所述接闪电极(2)设置为金属体结构，形状与反冲管(1)内部的空管结构相同，反冲管(1)的侧壁由高强度耐高温耐高压的非导电材料制成。

11.一种增压型反冲灭弧避雷针，包括引雷杆(15)，其特征在于：还包括权利要求1-10任意一项的反冲灭弧装置，反冲灭弧装置的外侧设置有裙边(14)，所述引雷杆(15)与反冲灭弧装置的底端连接，所述引雷杆(15)底端接地。

12.根据权利要求11所述的一种增压型反冲灭弧避雷针，其特征在于：还包括锁紧螺母(16)和金属球座(17)，所述引雷杆(15)通过锁紧螺母(16)固定在金属球座(17)。

Images