CN113594867A - 一种全密封型液体避雷器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全密封型液体避雷器，属于防雷灭弧技术领域，避雷器设置为一密封的绝缘管，绝缘管内设置为空心结构，空心结构内充满绝缘液体，绝缘管的两端设置有电极，电极伸入空心结构内，并与绝缘液体接触设置。本发明截断电弧迅速，电弧在液体中放电产生液电效应，迅速形成冲击压力波，冲击电弧在刚刚形成之时就立即被截断，冲击电弧重燃被延迟，陶瓷管内的高压破坏了持续放电条件和重燃条件。

Description

一种全密封型液体避雷器

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种全密封型液体避雷器。

背景技术

氧化锌避雷器与线路绝缘子(串)并联安装使用，可有效降低雷击闪络跳闸事故率，提高交流架空输电线路的耐雷水平。但现有的氧化锌避雷器存在以下问题：

1.氧化锌避雷器受到冲击电压的作用，阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化。

2.由于氧化锌避雷器取消了串联间隙，在电网运行电压的作用下，其本体要流通电流，电流中的有功分量将使氧化锌阀片发热，继而引起伏安特性的变化，这是一个正反馈过程、长期作用的结果将导致氧化锌阀片老化，甚至出现热击穿。

3.氧化锌避雷器内部受潮或绝缘支架绝缘性能不良，会使工频电流增加，功耗加剧，严重时可导致内部放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全密封型液体避雷器，解决背景技术中提到的技术问题。通过液体介质取代了氧化锌阀片，避免阀片在冲击电压作用下，发生老化现象，造成热击穿。液体介质增强了避雷器在灭弧过程中产生的压强，能够迅速截断电弧，避免瞬时雷电流幅值过大对输电线路造成损坏。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种全密封型液体避雷器，避雷器设置为一密封的绝缘管，绝缘管内设置为空心结构，空心结构内充满绝缘液体，绝缘管的两端设置有电极，电极伸入空心结构内，并与绝缘液体接触设置。

进一步地，绝缘管包括绝缘管和保护套管，保护套管设置在绝缘管的外侧，绝缘管的内侧设置为空心结构。

进一步地，保护套管的外侧设置有裙边，裙边与保护套管一体设置。

进一步地，绝缘管的两端设置有固定座，固定座密封设置，电极穿过固定座并密封设置。

进一步地，固定座上设置有接线端子，接线端子与电极电性连接，一端的接线端子接地，另一端的接线端子接引雷线。

进一步地，电极包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在固定座上，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在绝缘管内。

进一步地，避雷器的具体工作过程为，

步骤1：雷电形成前，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场，感应电荷在密封绝缘管内产生库仑力，在避雷针的引雷针上产生感应电荷；

步骤2：当雷击引雷针上时，在充满绝缘液体的绝缘管内引发电弧放电时，液电效应产生冲向侧边的击波；

步骤3：帕斯卡效应增强液电效应，电弧作用在绝缘液体上时，静止的绝缘液体某一部分发生压强变化时，将大小不变地向绝缘液体内侧各个方向传递；

步骤4：液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击，集中对电弧通道进行冲击灭弧。

进一步地，步骤1的具体过程为，由于静电感应，绝缘管内感应出与雷云极性相反的电荷，并在密封的绝缘管中积聚，由于液体是不可压流体，所以电荷无法自由移动，最终会在绝缘管内形成电弧链，极性相同的电荷间产生互相排斥的库仑力，由于绝缘管密封，库仑力作用在管壁上形成反作用力，截断感应电荷链。

进一步地，步骤2的具体过程为，在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电，放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀，形成一个迅速向外传播的机械压力波，但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质，所以在放电通道进行液相放电时，对外界表现出功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力，由于力的相互性，陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波；

步骤3的具体工作过程为，当冲击电弧作用在金属电极上，给陶瓷管内的绝缘油施加压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从陶瓷管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质，该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

进一步地，步骤4的具体工作过程为，液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，介质在冲击预击穿阶段产生极化电流，使得击穿电压降低，降低短时间段对应的击穿电压值，使介质对应击穿伏秒特性变得平缓。

雷击条件下，避雷器优先于绝缘子放电：在线路正常运行电压下全密封型液体避雷器无泄漏电流流过；当遭受过电压时，全密封型液体避雷器先于绝缘子串放电，泄放雷电流，防止绝缘子串闪络，避免线路跳闸。全密封型液体避雷器与绝缘子串的有严格的绝缘配合设计。

电弧灌注阶段引起帕斯卡效应：当雷击杆塔或输电线路，全密封型液体避雷器先于绝缘子串放电，雷电弧灌注到避雷器内部的陶瓷管中，电弧直径变细同时产生轴向压力；根据帕斯卡原理：“不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬时间传至静止流体各点”。则在电弧灌注阶段，陶瓷管内某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，导致陶瓷管内的压力进一步增大，陶瓷管内壁各点同时以更大的作用力冲击电弧，达到截断电弧的目的。

电弧预击穿后引起液电效应：预击穿发生后，电弧在含有液体的陶瓷管内放电，放电通道中的部分液体瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀，形成一个迅速向外传播的机械压力波。但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质，所以在放电通道进行液相放电时，对外界表现出超高功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击作用力，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，冲击电弧并使其截断。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明截断电弧迅速，电弧在液体中放电产生液电效应，迅速形成冲击压力波，冲击电弧在刚刚形成之时就立即被截断，冲击电弧重燃被延迟，陶瓷管内的高压破坏了持续放电条件和重燃条件，截断冲击电弧后，重燃击穿时间被大幅度延迟十几到几十微秒以上，雷电流的陡度显著降低90％，电流幅值衰减50％以上，有效防护直击雷过电压，当雷电放电的先导通道击中输电线路的导线、杆塔或其他建筑物时，基于帕斯卡原理的灭弧方法能够减小过电压幅值，并延长放电时间。避免了直击雷过电压对设备、装置造成的损坏。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明装置立体外观结构示意图；

图3是本发明绝缘管高压密封结构示意图；

图4是本发明绝缘管外部加固结构示意图。

附图中，1-绝缘管，2-保护套管，3-绝缘液体，4-接线端子，5-电极，6-固定座。

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，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。

如图1-2所示，一种全密封型液体避雷器，避雷器设置为一密封的绝缘管，绝缘管内设置为空心结构，空心结构内充满绝缘液体3，绝缘管的两端设置有电极5，电极5伸入空心结构内，并与绝缘液体3接触设置。绝缘管包括绝缘管1和保护套管2，保护套管2设置在绝缘管1的外侧，绝缘管1的内侧设置为空心结构。保护套管2的外侧设置有裙边，裙边与保护套管2一体设置。

绝缘管的两端设置有固定座6，固定座6密封设置，电极5穿过固定座6并密封设置。固定座6上设置有接线端子4，接线端子4与电极5电性连接，一端的接线端子4接地，另一端的接线端子4接引雷线。电极5包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在固定座6上，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在绝缘管1内。

所述陶瓷管呈圆柱状，设置在复合材料外壳内，且陶瓷管内部充满液体(可以是绝缘油、纯水等)；陶瓷管的上下端均采用底座密封；接线端子和接地端子分别设置在上下底座上。

装有液体的陶瓷管以高硬度耐高温耐高压的无机非金属材料构成，呈圆柱状；陶瓷管与复合绝缘紧密连接，起到固定陶瓷管和伞裙的作用；陶瓷管内部的封闭空间，装有液体(绝缘油、纯水、纯水绝缘油油混合等)，是电弧弹性碰撞的区域；圆柱形陶瓷管上下端均采用底座密封。接线端子连接至输电线路；接地端子连接至接地端。

当雷击杆塔或输电线路，全密封型液体避雷器先于绝缘子串放电，雷电弧灌注到避雷器内部的陶瓷管中，产生液电效应，形成强大的冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧。同时，电弧进入陶瓷管的时候，给陶瓷管内的液体施加了一定的压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，必将在陶瓷管的内壁上产生更大的作用力。该作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向陶瓷管中心的作用力，达到截断电弧的目的。

避雷器的具体工作过程为，

步骤1：雷电形成前，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场，感应电荷在密封绝缘管1内产生库仑力，在避雷针的引雷针上产生感应电荷。由于静电感应，绝缘管内感应出与雷云极性相反的电荷，并在密封的绝缘管中积聚，由于液体是不可压流体，所以电荷无法自由移动，最终会在绝缘管内形成电弧链，极性相同的电荷间产生互相排斥的库仑力，由于绝缘管密封，库仑力作用在管壁上形成反作用力，截断感应电荷链。

步骤2：当雷击引雷针上时，在充满绝缘液体3的绝缘管1内引发电弧放电时，液电效应产生冲向侧边的击波。在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电，放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀，形成一个迅速向外传播的机械压力波，但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质，所以在放电通道进行液相放电时，对外界表现出功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力，由于力的相互性，陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波。

步骤3：帕斯卡效应增强液电效应，电弧作用在绝缘液体3上时，静止的绝缘液体3某一部分发生压强变化时，将大小不变地向绝缘液体3内侧各个方向传递。当冲击电弧作用在金属电极上，给陶瓷管内的绝缘油施加压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从陶瓷管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质，该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

步骤4：液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击，集中对电弧通道进行冲击灭弧。液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，介质在冲击预击穿阶段产生极化电流，使得击穿电压降低，降低短时间段对应的击穿电压值，使介质对应击穿伏秒特性变得平缓。

绝缘和保护套管设置有高压密封结构和外部加固结构，如图3-4所示。

高压密封结构包括塑胶套21、不锈钢垫圈22、O型环23、钢套24、密封硅胶25和挤压固定块26，电极嵌套在密封硅胶25内，密封硅胶25密封设置在陶瓷管的两端，钢套24紧固在密封硅胶25与陶瓷管的连接处的外侧，塑胶套21套设在钢套24和陶瓷管的外侧。不锈钢垫圈22垫设在电极的前端，O型环23设置在密封硅胶25与陶瓷管接触处之间。挤压固定块26设置在密封硅胶25的外侧，挤压固定块26上设置有螺栓孔27，螺栓孔27与不锈钢垫圈22接触设置。密封硅胶25设置为“T”型结构硅胶，“T”型结构硅胶的底部设置为球面凹型结构。

外壳以塑胶绝缘材料制成，目的是起到固定陶瓷管的作用；钢套安装在陶瓷管的两端，固定陶瓷管的端部，防止产生的高强度压力将陶瓷管机械变形；呈半弧形的硅胶包裹着上下电极，在上下电极灭弧时狭小空间，面积小，产生压力分散现象，用半弧形的硅胶包裹电极可以将压力波聚焦，灭弧通道的压力提高数倍，有效遮断电弧。由螺丝向不锈钢垫圈和硅胶组合体产生推力，使其与O型环、陶瓷管紧密配合，达到高压密封的目的，很好地防止了高强度压力外泄，能够保证产生的高强度压力最大化作用在电弧上。

当装置遭到雷击后，产生液电效应，形成强大的冲击压力波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧。同时，给陶瓷管内的灭弧液体施加了一定的压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，必将在陶瓷管的内壁上产生更大的作用力。该作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向陶瓷管中心的作用力，达到截断电弧，减小电流的幅值大小，降低雷电波的陡度，延长电弧的放电时间的目的，有效灭弧，结构简单，密封性能好。

外部加固结构包括顶部套盖板31、绝缘螺杆33、底部套盖板34和绝缘覆盖层35，顶部套盖板33设置在高压密封装置的顶部，底部套盖板34设置在高压密封装置的底部，绝缘螺杆33穿过顶部套盖板31和底部套盖板34，并固定设置，绝缘覆盖层35设置在高压密封装置的外侧，顶部套盖板31和底部套盖板34分别顶住挤压固定块26，同时顶部套盖板31和底部套盖板34设置有螺孔。固定效果更好，是的整个灭弧装置能后承受更大的压力。

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)

1.一种全密封型液体避雷器，其特征在于：避雷器设置为一密封的绝缘管，绝缘管内设置为空心结构，空心结构内充满绝缘液体(3)，绝缘管的两端设置有电极(5)，电极(5)伸入空心结构内，并与绝缘液体(3)接触设置。

2.根据权利要求1所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：绝缘管包括绝缘管(1)和保护套管(2)，保护套管(2)设置在绝缘管(1)的外侧，绝缘管(1)的内侧设置为空心结构。

3.根据权利要求2所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：保护套管(2)的外侧设置有裙边，裙边与保护套管(2)一体设置。

4.根据权利要求1所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：绝缘管的两端设置有固定座(6)，固定座(6)密封设置，电极(5)穿过固定座(6)并密封设置。

5.根据权利要求4所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：固定座(6)上设置有接线端子(4)，接线端子(4)与电极(5)电性连接，一端的接线端子(4)接地，另一端的接线端子(4)接引雷线。

6.根据权利要求5所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：电极(5)包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在固定座(6)上，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在绝缘管(1)内。

7.根据权利要求1所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：避雷器的具体工作过程为，

步骤1：雷电形成前，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场，感应电荷在密封绝缘管(1)内产生库仑力，在避雷针的引雷针上产生感应电荷；

步骤2：当雷击引雷针上时，在充满绝缘液体(3)的绝缘管(1)内引发电弧放电时，液电效应产生冲向侧边的击波；

步骤3：帕斯卡效应增强液电效应，电弧作用在绝缘液体(3)上时，静止的绝缘液体(3)某一部分发生压强变化时，将大小不变地向绝缘液体(3)内侧各个方向传递；

步骤4：液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击，集中对电弧通道进行冲击灭弧。

8.根据权利要求7所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：步骤1的具体过程为，由于静电感应，绝缘管内感应出与雷云极性相反的电荷，并在密封的绝缘管中积聚，由于液体是不可压流体，所以电荷无法自由移动，最终会在绝缘管内形成电弧链，极性相同的电荷间产生互相排斥的库仑力，由于绝缘管密封，库仑力作用在管壁上形成反作用力，截断感应电荷链。

9.根据权利要求8所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：步骤2的具体过程为，在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电，放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、分解、电离成高温等离子体而突然膨胀，形成一个迅速向外传播的机械压力波，但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质，所以在放电通道进行液相放电时，对外界表现出功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力，由于力的相互性，陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波；

步骤3的具体工作过程为，当冲击电弧作用在金属电极上，给陶瓷管内的绝缘油施加压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从陶瓷管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质，该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

10.根据权利要求9所述的一种全密封型液体避雷器，其特征在于：步骤4的具体工作过程为，液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，介质在冲击预击穿阶段产生极化电流，使得击穿电压降低，降低短时间段对应的击穿电压值，使介质对应击穿伏秒特性变得平缓。

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