CN114628995B - 一种多间隙液电效应灭弧装置及灭弧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多间隙液电效应灭弧装置及灭弧方法，属于防雷灭弧技术领域，装置包括塑胶套、金属垫结构、金属套、绝缘管、间隙电极、液体介质、导电极和硅胶，金属垫结构设置在绝缘管的两端，导电极的一端与金属垫结构连接，导电极伸入绝缘管内，金属套套设在绝缘管的两端。本发明每个间隙层都是均匀电场，击穿场强高，可以减少灭弧绝缘管长度，每个间隙层都有液电效应，灭弧能力强，工频电压重燃的条件是要击穿上述全部间隙的每个均匀电场进行，击穿电压高很难重燃，板之间均匀电场伏秒特性平缓，容易和电气设备实现绝缘配合，短电弧收到冷阴极影响，电弧温度低和直径小，电弧脆弱容易遮断，短电弧携带的能量少。
Description
技术领域
本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种多间隙液电效应灭弧装置及灭弧方法。
背景技术
现有的灭弧防雷装置当受到雷击时，由于灭弧过程会产生瞬态高能量冲击，灭弧产生的数百兆帕的高强度压力作用于灭弧筒，发生机械变形，导致整个灭弧装置炸裂，达到的灭弧防雷效果不理想。因此，需要设计一种装置，既能够灭弧，又能够防止灭弧装置出现炸裂的情况，提高寿命，实现可以重复利用的灭弧装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多间隙液电效应灭弧装置及灭弧方法，解决背景技术中提到的技术问题。目的是实现长电弧的快速熄灭的同时，提高装置的安全性，防止灭弧防雷装置被破坏，提高灭弧的稳定性和可靠性，实现有效灭弧。通过镶嵌在反冲管内的金属间隙电极将长电弧分割成多个短电弧，控制液电效应强度，可靠灭弧的同时避免装置结构受损。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多间隙液电效应灭弧装置，包括塑胶套、金属垫结构、金属套、绝缘管、间隙电极、液体介质、导电极和硅胶，金属垫结构设置在绝缘管的两端，导电极的一端与金属垫结构连接，导电极伸入绝缘管内，金属套套设在绝缘管的两端，并与金属垫结构接触设置，金属套内填充有硅胶密封绝缘管的两端，若干个间隙电极间隔设置在绝缘管内，绝缘管内填充有液体介质，塑胶套包裹在绝缘管和金属套的外侧。
进一步地，金属垫结构设置为圆板电极或者球形电极，圆板电极上设置有通孔，金属垫结构与绝缘管的内壁内嵌设置。
进一步地，绝缘管的两端外侧设置有卡扣凸墩，金属套卡套在卡扣凸墩的外侧。
进一步地，硅胶与绝缘管接触处设置有O型环，套在绝缘管内部的硅胶设置为向内弧形结构。
进一步地，绝缘管的内侧壁上设置有弹性层，弹性层为橡胶层。
一种多间隙液电效应灭弧方法，当雷击时，电弧从一端的金属套经导电极导通绝缘管内的液体介质，产生液电效应，反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，在绝缘管内壁发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，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，间隙电极将将导通电弧分割成若干个间隙电弧，间隙电极与间隙电极之间利用液电效应灭弧，控制液电效应强度，在实现长电弧的快速熄灭的同时，防止装置被破坏。
进一步地，液体介质采用油和水的乳化混合液或者绝缘油，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性。
绝缘油条件下的液电效应冲击电弧击穿绝缘油过程中，电弧的在极短时间内对绝缘油提出体积占位要求，由于绝缘油的粘度大，在极短时间内来不及位移让出电弧占位空间，形成电弧占位与绝缘油来不及位移让出空间位置的强烈对抗，由此产生百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，提高液电效应激波压强峰值和同时减小液电效应压强峰值时间的因素包括：绝缘强度会提高击穿场强的同时，形成高场强极快电子崩过程，由此提高电弧击穿速度，增加电弧空间占位的突发性,绝缘油高粘度减缓空间让位速度,高比热容会吸收大量电弧热量，降低电弧温度。
进一步地，反射冲击波叠加效应的具体过程为：冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大；
若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常熟和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧。
进一步地，产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构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，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃。
进一步地，绝缘管内设置有弹性层，弹性层增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的绝缘管内增加弹性层后，密封管结构的绝缘管内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况；
同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免硬度较小的绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明每个间隙层都是均匀电场，击穿场强高，可以减少灭弧绝缘管长度，每个间隙层都有液电效应，灭弧能力强，工频电压重燃的条件是要击穿上述全部间隙的每个均匀电场进行，击穿电压高很难重燃，板之间均匀电场伏秒特性平缓，容易和电气设备实现绝缘配合，短电弧收到冷阴极影响，电弧温度低和直径小，电弧脆弱容易遮断，短电弧携带的能量少，液电效应在满足遮断弱电弧的前提下，降低了液电效应压强，确保结构的完整性。
附图说明
图1是本发明装置第一种结构示意图；
图2是本发明装置第二种结构示意图；
图3是本发明装置第三种结构示意图。
附图中，1-塑胶套；2-金属垫结构；3-O型环；4-金属套；5-绝缘管；6-间隙电极；7-液体介质；8-导电极；9-硅胶；10-螺丝；11-凸边；12-卡扣凸墩。
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所示，一种多间隙液电效应灭弧装置，包括塑胶套1、金属垫结构2、金属套4、绝缘管5、间隙电极6、液体介质7、导电极8和硅胶9，金属垫结构2设置在绝缘管5的两端，导电极8的一端与金属垫结构2连接，导电极8伸入绝缘管5内，金属套4套设在绝缘管5的两端，并与金属垫结构2接触设置，金属套4内填充有硅胶9密封绝缘管5的两端，若干个间隙电极6间隔设置在绝缘管5内，绝缘管5内填充有液体介质7，塑胶套1包裹在绝缘管5和金属套4的外侧。绝缘管由环氧树脂、尼龙玻纤或者PC材料制成，也可以为绝缘管。
装有灭弧液体的绝缘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；外壳以塑胶绝缘材料制成，目的是起到固定绝缘管的作用；钢套安装在绝缘管的两端，固定绝缘管的端部，防止产生的高强度压力将绝缘管机械变形；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的组合体产生推力，使其与O型环、绝缘管紧密配合，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。在绝缘管内多个平行的金属电极板将其分割成多个间隙层，每个间隙层充满了灭弧液体。金属电极板通过注塑和绝缘管成为一体，电极板上留有小孔，一方面平衡间隙层的压强，另一方面灌注灭弧液体的通道。
灭弧时间早，在冲击雷电弧预击穿阶段就能产生灭弧气体压强峰值，并作用与建弧起始阶段的工频电弧，形成不对称灭弧压强优势。灭弧气体压强高，伴随液体中电弧放电的“液电”和“帕斯卡”效应，可以产生灭弧压强，压强值与电弧直径和温度有关。通过减小间隙距离形成“冷阴极”效应降低电弧热电离度来控制电弧直径，适当降低“液电”和“帕斯卡”效应产生的压强值，实现即能灭弧又能防止压强过大对灭弧结构的破坏。
重燃抑制能力强，短间隙构建的均匀电场，提高了介质重燃强度6倍左右，同时“液电”“帕斯卡”效应产生的巨大压强缩短介质自由行程，也提高了介质重燃击穿场强。
当装置遭到雷击后，生成液电效应，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，给绝缘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，必将在绝缘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，形成方向指向绝缘管中心的作用力，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。该多间隙液电效应灭弧方法，通过镶嵌在反冲管内的多个金属电极板减小电弧长度，将长电弧分割成多个短电弧，在每个间隙层利用液电效应灭弧，控制液电效应强度，在实现长电弧的快速熄灭的同时，防止装置被破坏，稳定可靠灭弧。
本发明实施例中，金属垫结构2设置为圆板电极或者球形电极，圆板电极上设置有通孔，金属垫结构2与绝缘管5的内壁内嵌设置。如图1所示，内部设置为圆板电极，中间没有设置圆孔，此时，需要在制作绝缘管5时就灌入液体介质7，如图3所示，金属垫结构2设置为球形电极，同样也是需要一开始灌入液体介质7，但是如果设置为图2所示的结构，即为在球形电极上开设一个通孔，然后可以使得后期灌入液体介质7达到各个间隙液体平衡，同时在工作完后每个间隙的压强达到平衡。
该装置使用在间隙灭弧方面时，液体介质可以为处于弱导电性的状态，如果是使用在避雷器或者避雷针方面，液体介质的接近绝缘的状态，电阻必须达到几十兆欧。其中液体介质使用绝缘油是最好的。比如为变压器油、断路器油、电容器油、电缆油等。
本发明实施例中，如图1所示，绝缘管5的两端外侧设置有卡扣凸墩12，金属套4卡套在卡扣凸墩12的外侧。卡扣凸墩12是为了使得金属套4卡得更加的紧，在发生液电效应时不会出现松动的情况。
本发明实施例中，硅胶9与绝缘管5接触处设置有O型环3，套在绝缘管5内部的硅胶9设置为向内弧形结构。设置O型环3为了使密封效果更好，然后设置向内弧形结构，从使得液电效应冲向两端的压力分散到整个硅胶9上，实现压强的分散射向外表面。
本发明实施例中，绝缘管5的内侧壁上设置有弹性层，弹性层为橡胶层。弹性层可以为橡胶层，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比。
一种多间隙液电效应灭弧方法，当雷击时，电弧从一端的金属套4经导电极8导通绝缘管5内的液体介质7，产生液电效应，反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，在绝缘管5内壁发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，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，间隙电极6将将导通电弧分割成若干个间隙电弧，间隙电极6与间隙电极6之间利用液电效应灭弧，控制液电效应强度，在实现长电弧的快速熄灭的同时，防止装置被破坏。
液电效应产生冲击波：在充满灭弧液体的绝缘管内引发电弧放电，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。在绝缘管中形成冲击绝缘管壁的作用力，由于力的相互性，绝缘管管壁在介质中产生强大的冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，冲击电弧并使其截断。
帕斯卡效应进一步增强液电效应，当冲击电弧作用在金属电极上，给绝缘管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。则从绝缘管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，进一步增强了液电效应中产生冲击压力，达到截断电弧的目的。
当灭弧防雷装置接闪后，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，给绝缘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，必将在绝缘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，形成方向指向绝缘管中心的作用力，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。
该多间隙液电效应灭弧方法，通过镶嵌在反冲管内的金属电极板减小电弧长度，将长电弧分割成多个短电弧，在每个间隙层液电效应灭弧，控制液电效应强度，在实现长电弧的快速熄灭的同时，防止装置被炸裂破坏，稳定可靠有效灭弧。
液体介质7采用油和水的乳化混合液或者绝缘油，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性。
绝缘油条件下的液电效应冲击电弧击穿绝缘油过程中，电弧的在极短时间内对绝缘油提出体积占位要求，由于绝缘油的粘度大，在极短时间内来不及位移让出电弧占位空间，形成电弧占位与绝缘油来不及位移让出空间位置的强烈对抗，由此产生百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，提高液电效应激波压强峰值和同时减小液电效应压强峰值时间的因素包括：绝缘强度会提高击穿场强的同时，形成高场强极快电子崩过程，由此提高电弧击穿速度，增加电弧空间占位的突发性,绝缘油高粘度减缓空间让位速度,高比热容会吸收大量电弧热量，降低电弧温度。
弹性层还反射液电效应的基波，使得基波作用在电弧通道上，电弧更容易熄灭，减少了管壁承受的瞬间压力，避免绝缘管炸裂。
反射冲击波叠加效应的具体过程为：冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大。
若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常熟和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧。
产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构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，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃。
绝缘管5内设置有弹性层，弹性层增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的绝缘管5内增加弹性层后，密封管结构的绝缘管5内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况。
同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免硬度较小的绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。
绝缘油条件下的液电效应绝缘油液电效应灭弧过程包括：绝缘油击穿过程、液电效应过程、灭弧过程和抑制重燃过程。绝缘油高粘度，高比热容和高介质强度对液电效应压强峰值和峰值时间的影响；压强峰值和峰值时间对灭弧阈值和灭弧时间的影响；密封结构对压强峰值及峰值时间的影响。
1、液电效应压强峰值时间的减小，减小了灭弧效应时间，形成灭弧的早期干预，有利于形成以快制强灭弧态势。
2、液电效应压强峰值的提高，可以提高灭弧阈值。形成灭弧压强远大于电弧抗遮断压强的不对称态势，由此提高灭弧阈值。
3、与水相比绝缘油击穿场强高，有利于提高液电效应压强峰值和减小压强峰值时间：绝缘油具有比空气和水高得多的绝缘强度和击穿场强，在相同间隙距离下，击穿电压和击穿过程的突发性都会随之提高，提高击穿电压可以增加电流出现的突发性。击穿后电流稳态值随着击穿电压的提高而提高，导致电流变化率增大，与电流变化率呈比例的液电效应压强峰值也随之提高。电流变化率的提高，也相应提高了液电效应压强爬升速度，由此减小液电效应压强峰值时间。
4、与水相比绝缘油的大粘度有利于提高液电效应压强峰值和建雄压强峰值时间。绝缘油粘度大，必然导致分子之间的结合力增大，伴随电弧击穿过程出现的电弧空间占位难度增加，电弧挤压绝缘油过程实现空间占位需要的压强随之增大，电弧施加到绝缘油的压强也随之增大，绝缘油反作用到电弧的灭弧压强也随之增大。由于绝缘油大粘度特性抗拒击穿电弧体积占位的灵敏度增大，在极小击穿电流条件下，为了反抗小电弧体积占位，就能产生极高的液电效应压强，由此减小压液电效应压强峰值时间和提高压强峰值。
5、与水相比绝缘油具有更高的稳定性：绝缘油为有机高分子材料，不易分解、气化和老化，物理化学性能更加稳定，满足多次重复灭弧和免维护灭弧要求。
6、与水比较绝缘油比热容更高：绝缘油的比热容大，可以吸收大量电弧温度，对电弧产生冷却作用，提高电弧的脆弱性和易灭性；
7、与水相比绝缘油具有更好的介质强度恢复性：液电效应遮断电弧后，电弧断口被绝缘油充斥，绝缘油击穿场强高于水，由此提高了抗重燃特性。
8、与水相比绝缘油液电效应灭弧阈值更到大：通过绝缘油液电效应压强具有更高灵敏度的特点，灭弧启动时间提前，能够在建弧起始段熄灭更高的预期电流电流，满足40kA全尺度工频短路电流灭弧要求。
9、与水相比绝缘油液电效应灭弧速度按快：绝缘油液电效应灭弧具有更高的灭弧灵敏度，导致灭弧时间提前。熄灭40kA全尺度短路电流的时间为几十到几百微秒，小于几十毫秒的继电保护出口响应时间，满足在继电保护响应时间之前熄灭40kA全尺度工频短路电流的要求。
10、使用范围广：绝缘油液电效应从减小灭弧激波压强峰值时间、提高灭弧激波压强峰值和介质恢复强度大三个维度，提高了灭弧阈值，减小了灭弧时间，为解决雷击跳闸提供了新方法。适用于10kV、35kV、110kV、220kV、500kV、800kV和1000kV电压等级的灭弧要求。
11、各电压等级的绝缘配合：通过控制液电效应灭弧段长度和空气间隙长度，可以实现任意电压等级下的绝缘配合要求。
12、与水和阀片相比，绝缘油液电效应灭弧更加迅速，没有阀片存在的“时滞”效应，没有水介质液电效应过程由于低粘度和低击穿场强导致的压强峰值较低、压强峰值时间滞后和介质恢复强度低，会导致灭弧时间长和易重燃而产生较大发热量，引发水气化和分解导致结构受损的后果，提高了绝缘油液电效应防雷的安全性和耐用性。
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 (1)
1.一种多间隙液电效应灭弧装置的灭弧方法，其特征在于：所述多间隙液电效应灭弧装置包括塑胶套(1)、金属垫结构(2)、金属套(4)、绝缘管(5)、间隙电极(6)、液体介质(7)、导电极(8)和硅胶(9)，金属垫结构(2)设置在绝缘管(5)的两端，导电极(8)的一端与金属垫结构(2)连接，导电极(8)伸入绝缘管(5)内，金属套(4)套设在绝缘管(5)的两端，并与金属垫结构(2)接触设置，金属套(4)内填充有硅胶(9)密封绝缘管(5)的两端，若干个间隙电极(6)间隔设置在绝缘管(5)内，绝缘管(5)内填充有液体介质(7)，塑胶套(1)包裹在绝缘管(5)和金属套(4)的外侧；
金属垫结构(2)设置为圆板电极或者球形电极，圆板电极上设置有通孔，金属垫结构(2)与绝缘管(5)的内壁内嵌设置；
绝缘管(5)的两端外侧设置有卡扣凸墩(12)，金属套(4)卡套在卡扣凸墩(12)的外侧；
硅胶(9)与绝缘管(5)接触处设置有O型环(3)，套在绝缘管(5)内部的硅胶(9)设置为向内弧形结构；
绝缘管(5)的内侧壁上设置有弹性层，弹性层为橡胶层；
当雷击时，电弧从一端的金属套(4)经导电极(8)导通绝缘管(5)内的液体介质(7)，产生液电效应，反射冲击波叠加效应和帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，在绝缘管(5)内壁发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，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，间隙电极(6)将导通电弧分割成若干个间隙电弧，间隙电极(6)与间隙电极(6)之间利用液电效应灭弧，控制液电效应强度，防止装置被破坏；
液体介质(7)采用油和水的乳化混合液，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性；
反射冲击波叠加效应的具体过程为：冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强，振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄漏，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大；
若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常数和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧；
产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构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，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃；
绝缘管(5)内设置有弹性层，弹性层增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层的弹性材料在其表面具有凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的绝缘管(5)内增加弹性层后，密封管结构的绝缘管(5)内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况；
弹性层还反射液电效应的激波，使得激波作用在电弧通道上，电弧更容易熄灭，减少了管壁承受的瞬间压力，避免绝缘管炸裂；
同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。
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