CN114629007B - 一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置及方法，属于防雷灭弧技术领域，装置包括风机叶片，风机叶片的侧边上设置有若干个雷电强度衰减器，若干个雷电强度衰减器相间设置，若干个雷电强度衰减器的末端通过设置接地线连接。本发明灭弧整体性强，不会重燃，与传统断路器相比，雷电强度衰减器能够瞬间地、整体地、截断电弧，同时介质恢复速度趋于无穷，达到了自身极限冲击电弧在刚形成之时就被截断，具有极快的灭弧速度。雷电强度衰减器结构简单，体积较小，适合应用于风机风叶上，能够熄灭全部或绝大部分的闪络电弧，有强大的灭弧能力，流经风机接地导线的雷电流幅值已非常小，能够有效避免因土壤电阻率过高而造成的风机雷电反击事故。
Description
技术领域
本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置及方法。
背景技术
雷电是自然界中一种常见的放电现象，雷击释放出的巨大能量对建筑物和高空物体都有着严重的危害。现代风电机组类似于高大建筑物，具有遭受雷击的相关特性，其高度超过150m，且常布置在旷野、山地及海边等非常容易受到雷击的场地。风电机组的许多暴露部件(如叶片和机舱盖)往往由不能承受雷击的材料或不能传导雷电流的复合材料制成，叶片和机舱是旋转的，不利导流，雷电流必须通过风力发电机组传导至地面，雷电流的有效部分会直接通过几乎所有风力发电机的组件。因此，即使做了防雷保护，还可能会使风电机组遭受雷击损坏。此外，风电机组是风场的贵重设备，价格占风电工程投资的60％以上。若风电机组特别是叶片和发电机遭受雷击时，除了损失维修期间发电所得之外，还要负担受损部件拆装和更新的巨大费用。
目前叶片主要采用的防雷方法是在叶片上安装接闪器。随着叶片长度的不断增加，仅靠一个接闪器很难实现完全保护覆盖，会有部分雷电先导在叶片表面的非接闪器部位发生闪击，引起叶片材料的损伤。为此，大型风机叶片常见做法是安装多个接闪器，各组接闪器均与内嵌引下线进行电气连接，引下线最终通过接地电阻与大地相连。由于风电场大多位于沿海山区等高土壤电阻率地区，雷击风机叶尖时流过的雷电流很大，容易造成雷电反击事故。
针对上述所述问题，提出了一种保护风机叶片的雷击强度衰减方法，目的在于减小雷击风机风叶时流经的雷电流幅值，防止或避免雷电反击。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置及方法，解决目前接闪器不能完全保护覆盖风机叶片，容易发生反击的技术问题。目的在于解决现有风机容易造成雷电反击事故的问题，避免瞬时雷电流幅值过大对风叶及风电机组造成损坏。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置，包括风机叶片，风机叶片的侧边上设置有若干个雷电强度衰减器，若干个雷电强度衰减器相间设置，若干个雷电强度衰减器的末端通过设置接地线连接，并接地设置。衰减器还串接在风机叶片接闪器和接地线之间，
进一步地，若干个雷电强度衰减器等间距嵌入在风机叶片的侧边。
进一步地，雷电强度衰减器包括管体、密封层、上端金属板、下端金属板、液体介质、上端电极和下端电极，上端金属板和下端金属板设置在管体的两端，密封层设置在上端金属板和下端金属板的内侧，液体介质设置在管体内，上端电极穿过上端金属板和密封层设置，下端电极穿过下端金属板和密封层设置。
进一步地，管体的内壁设置有弹性层，弹性层为绝缘弹性层，管体的一端设置有液体介质注入口。
该装置包括风机风叶，雷电强度衰减器。所述风机风叶上设置有若干个雷电强度衰减器；所述风机风叶内设置有接地线，并接地，叶面雷电强度衰减器与接地线连接。雷电强度衰减器包括引弧电极、接闪电极，绝缘管、液体介质、伞裙、液体注入口、密封层、钢板。所述接闪电极设置在装置的底部，且接闪电极与接地线连接。所述引弧电极设置在装置的顶部；所述液体灭弧装置设置在风机风叶的页面上向内凹陷；所述雷电强度衰减器之间设置有接闪线，所述接闪线一端设置在一个雷电强度衰减器的引弧电极，另一端设置在相邻一个雷电强度衰减器的引弧电极上。所述绝缘管呈圆柱状，设置在内外表面，且管内通过液体注入口注满液体；绝缘管上下均采用金属板和密封层密封，上下两个导电极插入绝缘管部分长度一同密封。
一种保护风机叶片的雷电强度衰减方法，当雷击闪络电弧接近风机风叶时，引弧电极通过对闪络电弧的物理碰撞、库仑力作用或者尖端放电形成上行，将电弧牵引至装满液体介质的雷电强度衰减器内，产生液电效应和电弧占位产生压强峰值效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧，同时，在雷击金属电极的时候，给绝缘管内的液体介质施加固定的压强，产生帕斯卡效应，封闭雷电强度衰减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，在雷电强度衰减器的内壁上产生作用力，作用力作用在雷电强度衰减器内壁后发生反弹，形成方向指向管中心的作用力，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。
进一步地，液电效应的具体过程为：电弧进入密封的管道以后，在充满液体介质的管内放电，放电通道中的部分液体瞬间被汽化、分解、电离成高温的离子体而膨胀，膨胀后体积为原来的若干千倍，形成一个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，加上电弧本身对液体的占位压力作用，在放电通道进行液相放电时，对外界表现出力学效应，在雷击含有液体的绝缘管管内部，发生陡度预击穿的瞬间，液体在电弧的“锤击”作用下会同步产生100Mpa以上的压力，由于力的相互作用，绝缘管管壁在液体介质中产生冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，电弧被整体压断熄灭，电弧被熄灭瞬间通过压力释放作用到管内的电弧并使其截断，切断建弧通道。
进一步地，电弧占位产生压强峰值效应的具体过程为：
当电弧进入含有液体的绝缘管内时，放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，绝缘管内产生的热量和压力无法向外泄露，电弧必然要对液体产生占位，无论是冲击电弧还是工频闪络电弧，变化率最大时间都在预击穿时间，变化率最大必然产生电弧占位体积变化率最大，同时液体具有不可压缩性产生的不允许电弧占位的特性，由此产生压强峰值，此时电弧和电流相对弱，电弧抗遮断压强小，形成灭弧压强不对称优势，灭弧产生间歇放电模式，电流由原来的窄高脉冲变为了矮宽脉冲，衰减雷电流强度，频繁灭弧和频繁重燃机制，抑制电弧强度拉长电弧持续时间，使放电强度和陡度同时大幅度衰减，通过降低破坏能量释放强度保证防雷装置的安全性、耐用性和可靠性，同时避免接闪过程中的雷电弧的二次破坏效应。
进一步地，帕斯卡效应的具体过程为：
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，进一步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，液体介质内放置有固定量的电解质和/或粘合剂，液体介质内加入电解质时，液体介质内的离子流能提供更强的上行先导，并形成流注，把电弧引入灭弧通道中，在液体介质中加入电解质材料，使液体介质中离子浓度增大，雷云放电前，在雷云与地之间形成极大的电场，在强电场作用下，液体内更容易形成离子流，由于气体的绝缘强度低于液体且电解质溶液浓度越高，气泡表面吸附的电解质离子数量也越多，气泡在电极凸起处形成的强电场作用下发生首先发生电离，电离形成的带电粒子继续发展使液体发生气化，气化后的分子在电子的作用下进一步发生电离，最终形成流注，并将电弧引入预设的灭弧路径中；
添加粘合剂提高液体介质介质的粘度，在液体中加入粘合剂，增强液体分子间的吸引力，即增大流动阻力，流动阻力是由于相对运动的流体质点或流层产生粘性内摩擦而导致的，液体流动的能力损失的根本原因就是流动阻力，当电弧进入液体后，以光和热的形式释放能量，使管内温度和压强上升，同时还有部分电弧能量转化为液体的动能，但流动阻力的增加消耗电弧能量，使得电弧的直径被限制住，让电弧不易形成强电弧，在电弧出现早期就能灭弧。
进一步地，管体内设置有弹性层，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，在管体内增加弹性层后，管体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：
(1)本发明灭弧整体性强，不会重燃，与传统断路器相比，雷电强度衰减器能够瞬间地、整体地、截断电弧，同时介质恢复速度趋于无穷，达到了自身极限冲击电弧在刚形成之时就被截断，具有极快的灭弧速度；
(2)截断电弧迅速，电弧通过引弧电极进入绝缘管内，传到液体介质里的热量非常低，从而极大缩减了液体介质温升速率，致使大幅降低介质被热击穿的概率。在多脉冲雷击条件下，此种特性不会在介质中注入大的电弧能量，故而保护了装置结构不会被破坏，极大提高了装置的可靠性，阻断了多脉冲雷击热累积效应导致的损坏结构的可能性。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；
(3)雷电强度衰减器结构简单，体积较小，适合应用于风机风叶上，能够熄灭全部或绝大部分的闪络电弧，具有强大的灭弧能力，此时流经风机接地导线的雷电流幅值已非常小，能够有效避免因土壤电阻率过高而造成的风机雷电反击事故；
(4)雷电强度衰减器充分利用液电效应的机理，对雷电流的强度和陡度进行衰减，很好地阻止了电弧高温等离子体的破坏效应，能极大提高接闪过程的安全性，降低雷电对风机叶片环氧树脂板的冲击力，保护叶片不受损伤，工频条件下雷电强度衰减器中液体介质的开路，消除了工频泄漏电流造成的永久性故障。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是本发明雷电强度衰减器。
附图中，1-管体，2-密封层，3-上端金属板，4-下端金属板，5-弹性层，6-液体介质，7-上端电极，8-下端电极，9-液体介质注入口，10-裙边，11-风机叶片，12-接地线，13-雷电强度衰减器。
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，一种保护风机叶片的雷电强度衰减装置，包括风机叶片11，风机叶片11的侧边上设置有若干个雷电强度衰减器13，若干个雷电强度衰减器13相间设置，若干个雷电强度衰减器13的末端通过设置接地线12连接，并接地设置。雷电强度衰减器13的外侧设置有裙边10，可以有效的避免了从旁边形成闪络的情况。风机叶片11在制造的时候就新型预留有安装孔，同时接地线12提前安装好。在风叶的叶面上安装有多个雷电强度衰减器，装置之间通过接闪线连接一同接地，扩大了风机叶片的保护范围。雷电强度衰减器13串接在风机叶片接闪器和接地线12之间。
本发明实施例中，若干个雷电强度衰减器13等间距嵌入在风机叶片11的侧边。可以两边的都进行安装，也可以一边安装，但是尖端处必须安装有。
本发明实施例中，雷电强度衰减器13包括管体1、密封层2、上端金属板3、下端金属板4、液体介质6、上端电极7和下端电极9，上端金属板3和下端金属板4设置在管体1的两端，密封层2设置在上端金属板3和下端金属板4的内侧，液体介质6设置在管体1内，上端电极7穿过上端金属板3和密封层2设置，下端电极9穿过下端金属板4和密封层2设置。雷电强度衰减器13形成一个内部密封结构，同时内部设置有液体介质6，雷电强度衰减器13内的液体介质6放置有固定量的电解质和/或粘合剂，液体介质6内加入电解质时，液体介质6内的离子流能提供更强的上行先导，并形成流注，把电弧引入灭弧通道中，在液体介质6中加入电解质材料，使液体介质6中离子浓度增大。液体介质6的接近绝缘的状态，电阻必须达到几十兆欧。
管体1为绝缘壳体，使用橡胶材料、者环氧树脂、尼龙玻纤或者PC材料的有弹性的材料制成，使得具有一定的变形能力，在发生液电效应时不会出现破裂的情况。
本发明实施例中，管体1的内壁设置有弹性层5，弹性层5为绝缘弹性层，管体1的一端设置有液体介质注入口9。弹性层5为绝缘的弹性材料构成。
一种保护风机叶片的雷电强度衰减方法，当雷击闪络电弧接近风机风叶时，引弧电极通过对闪络电弧的物理碰撞、库仑力作用或者尖端放电形成上行，将电弧牵引至装满液体介质的雷电强度衰减器13内，产生液电效应和电弧占位产生压强峰值效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧，同时，在雷击金属电极的时候，给绝缘管内的液体介质施加固定的压强，产生帕斯卡效应，封闭雷电强度衰减器13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，在雷电强度衰减器13的内壁上产生作用力，作用力作用在雷电强度衰减器13内壁后发生反弹，形成方向指向管中心的作用力，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。
液电效应的具体过程为：电弧进入密封的管道以后，在充满液体介质的管内放电，放电通道中的部分液体瞬间被汽化、分解、电离成高温的离子体而膨胀，膨胀后体积为原来的若干千倍，形成一个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，加上电弧本身对液体的占位压力作用，在放电通道进行液相放电时，对外界表现出力学效应，在雷击含有液体的绝缘管管内部，发生陡度预击穿的瞬间，液体在电弧的“锤击”作用下会同步产生100Mpa以上的压力，由于力的相互作用，绝缘管管壁在液体介质中产生冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，电弧被整体压断熄灭，电弧被熄灭瞬间通过压力释放作用到管内的电弧并使其截断，切断建弧通道。
电弧占位产生压强峰值效应的具体过程为：
当电弧进入含有液体的绝缘管内时，放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，绝缘管内产生的热量和压力无法向外泄露，电弧必然要对液体产生占位，无论是冲击电弧还是工频闪络电弧，变化率最大时间都在预击穿时间，变化率最大必然产生电弧占位体积变化率最大，同时液体具有不可压缩性产生的不允许电弧占位的特性，由此产生压强峰值，此时电弧和电流相对弱，电弧抗遮断压强小，形成灭弧压强不对称优势，灭弧产生间歇放电模式，电流由原来的窄高脉冲变为了矮宽脉冲，衰减雷电流强度，频繁灭弧和频繁重燃机制，抑制电弧强度拉长电弧持续时间，使放电强度和陡度同时大幅度衰减，通过降低破坏能量释放强度保证防雷装置的安全性、耐用性和可靠性，同时避免接闪过程中的雷电弧的二次破坏效应。
帕斯卡效应的具体过程为：帕斯卡效应进一步增强液电效应与占位压强：帕斯卡原理是指：“不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬间传至静止流体各点”，即压强等于作用压力除以受力面积。
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，进一步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。
雷电强度衰减器13内的液体介质6放置有固定量的电解质和/或粘合剂，液体介质6内加入电解质时，液体介质6内的离子流能提供更强的上行先导，并形成流注，把电弧引入灭弧通道中，在液体介质6中加入电解质材料，使液体介质6中离子浓度增大，雷云放电前，在雷云与地之间形成极大的电场，在强电场作用下，液体内更容易形成离子流，由于气体的绝缘强度低于液体且电解质溶液浓度越高，气泡表面吸附的电解质离子数量也越多，气泡在电极凸起处形成的强电场作用下发生首先发生电离，电离形成的带电粒子继续发展使液体发生气化，气化后的分子在电子的作用下进一步发生电离，最终形成流注，并将电弧引入预设的灭弧路径中。
添加粘合剂提高液体介质6介质的粘度，在液体中加入粘合剂，增强液体分子间的吸引力，即增大流动阻力，流动阻力是由于相对运动的流体质点或流层产生粘性内摩擦而导致的，液体流动的能力损失的根本原因就是流动阻力，当电弧进入液体后，以光和热的形式释放能量，使管内温度和压强上升，同时还有部分电弧能量转化为液体的动能，但流动阻力的增加消耗电弧能量，使得电弧的直径被限制住，让电弧不易形成强电弧，在电弧出现早期就能灭弧。
液体介质为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。
雷电强度衰减器13的管体1内设置有弹性层5，弹性层5增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层5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，在管体1内增加弹性层5后，管体1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。
绝缘油液电效应灭弧方法
约束空间为存储绝缘油的灭弧空间，其结构包括间隙电极、绝缘油和包裹绝缘油和电极的绝缘约束空间。液电效应是在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，由此产生几百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，形成熄灭40kA全尺度工频电弧作用。
2、约束结构的作用
约束结构通过密封性，消除液电效应灭弧过程中绝缘油飞溅溢出损耗，同时，约束空间对液电效应激波测试波反射的“聚焦”，进一步提高激波压强峰值增益和压强增益率，起到加速灭弧作用。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击穿过程，由此提高电弧击穿速度和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。
二、绝缘油液电效应灭弧指标的提升点
1、液电效应压强峰值时间减小：液电效应压强峰值时间的减小，形成灭弧的早期干预，减小了灭弧响应时间和灭弧完成时间。通过早期干预建弧过程，在工频电弧尚处于极弱的暂态下，进行超强液电效应激波压强灭弧，有利于形成以快制强不对称灭弧态势。
2、液电效应压强峰值提高：液电效应压强峰值的提高，结合极小液电效应激波压强峰值时间决定的早期干预，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。
三、绝缘油液电效应灭弧优势的支撑点
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、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。
2、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。
3、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。
4、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；
5、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。
6、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。
7、与水相比绝缘油液电效应灭弧速度更快：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。
8、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。
9、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。
四、涉及应用场景
1、架空线绝缘油液电效应灭弧防雷装置：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。
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)
1.一种保护风机叶片的雷电强度衰减方法，其特征在于：实现方法的装置包括风机叶片(11)，其特征在于：雷电强度衰减器(13)串接在风机叶片接闪器和接地线(12)之间，风机叶片(11)的侧边上设置有若干个雷电强度衰减器(13)，若干个雷电强度衰减器(13)相间设置，若干个雷电强度衰减器(13)的末端通过设置接地线(12)连接，并接地设置；
若干个雷电强度衰减器(13)等间距嵌入在风机叶片(11)的侧边；
雷电强度衰减器(13)包括管体(1)、密封层(2)、上端金属板(3)、下端金属板(4)、液体介质(6)、上端电极(7)和下端电极(9)，上端金属板(3)和下端金属板(4)设置在管体(1)的两端，密封层(2)设置在上端金属板(3)和下端金属板(4)的内侧，液体介质(6)设置在管体(1)内，上端电极(7)穿过上端金属板(3)和密封层(2)设置，下端电极(9)穿过下端金属板(4)和密封层(2)设置；
管体(1)的内壁设置有弹性层(5)，弹性层(5)为绝缘弹性层，管体(1)的一端设置有液体介质注入口(9)；
方法具体过程如下：
当雷击闪络电弧接近风机风叶时，引弧电极通过对闪络电弧的物理碰撞、库仑力作用或者尖端放电形成上行，将电弧牵引至装满液体介质的雷电强度衰减器(13)内，产生液电效应和电弧占位产生压强峰值效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧，同时，在雷击金属电极的时候，给绝缘管内的液体介质施加固定的压强，产生帕斯卡效应，封闭雷电强度衰减器(13)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，在雷电强度衰减器(13)的内壁上产生作用力，作用力作用在雷电强度衰减器(13)内壁后发生反弹，形成方向指向管中心的作用力，截断电弧，减小电流的幅值，降低雷电波的陡度，延长电弧的放电时间；
液电效应的具体过程为：电弧进入密封的管道以后，在充满液体介质的管内放电，放电通道中的部分液体瞬间被汽化、分解、电离成高温的离子体而膨胀，膨胀后体积为原来的若干千倍，形成一个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，加上电弧本身对液体的占位压力作用，在放电通道进行液相放电时，对外界表现出力学效应，在雷击含有液体的绝缘管管内部，发生陡度预击穿的瞬间，液体在电弧的“锤击”作用下会同步产生100Mpa以上的压力，由于力的相互作用，绝缘管管壁在液体介质中产生冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，电弧被整体压断熄灭，电弧被熄灭瞬间通过压力释放作用到管内的电弧并使其截断，切断建弧通道；
电弧占位产生压强峰值效应的具体过程为：
当电弧进入含有液体的绝缘管内时，放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，绝缘管内产生的热量和压力无法向外泄漏，电弧必然要对液体产生占位，无论是冲击电弧还是工频闪络电弧，变化率最大时间都在预击穿时间，变化率最大必然产生电弧占位体积变化率最大，同时液体具有不可压缩性产生的不允许电弧占位的特性，由此产生压强峰值，此时电弧和电流相对弱，电弧抗遮断压强小，形成灭弧压强不对称优势，灭弧产生间歇放电模式，电流由原来的窄高脉冲变为了矮宽脉冲，衰减雷电流强度；
帕斯卡效应的具体过程为：
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的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；
雷电强度衰减器(13)内的液体介质(6)为放置有固定量的电解质、粘合剂的绝缘油，液体介质(6)内加入电解质时，液体介质(6)内的离子流能提供更强的上行先导，并形成流注，把电弧引入灭弧通道中，在液体介质(6)中加入电解质材料，使液体介质(6)中离子浓度增大，雷云放电前，在雷云与地之间形成极大的电场，在强电场作用下，液体内更容易形成离子流，由于气体的绝缘强度低于液体且电解质溶液浓度越高，气泡表面吸附的电解质离子数量也越多，气泡在电极凸起处形成的强电场作用下首先发生电离，电离形成的带电粒子继续发展使液体发生气化，气化后的分子在电子的作用下进一步发生电离，最终形成流注，并将电弧引入预设的灭弧路径中；
添加粘合剂提高液体介质(6)的粘度，在液体中加入粘合剂，增强液体分子间的吸引力，即增大流动阻力，流动阻力是由于相对运动的流体质点或流层产生粘性内摩擦而导致的，液体流动的能力损失的根本原因就是流动阻力，当电弧进入液体后，以光和热的形式释放能量，使管内温度和压强上升，同时还有部分电弧能量转化为液体的动能，但流动阻力的增加消耗电弧能量，使得电弧的直径被限制住；
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，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；
雷电强度衰减器(13)的管体(1)内设置有弹性层(5)，弹性层(5)增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层(5)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，在管体(1)内增加弹性层(5)后，管体(1)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(5)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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