CN114640026B - 一种三态组合灭弧装置及灭弧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三态组合灭弧装置及灭弧方法，属于防雷灭弧技术领域，包括绝缘管套、裙边、引弧盖体、液体阀片、氧化锌阀片、反冲管和螺杆，裙边设置在绝缘管套的外侧，反冲管设置在在液体阀片的上端，氧化锌阀片设置在液体阀片的底端，绝缘管套包裹设置在液体阀片、氧化锌阀片和反冲管的外端，螺杆设置在绝缘管套的底端，反冲管的顶端露出绝缘管套的顶端，引弧盖体盖合在反冲管和绝缘管套的顶端。本发明形成对冲击电流衰减的三道防线，成对电压分压的三道防线，降低每一级的重燃电压，体和气体介质提升了截断电弧的能力，平缓了电流陡度，提高阀片通流面积和通流极限容量，介质和气体介质替代了原有的导电金属，更加安全清洁，能有效减少碳排放。

Description

一种三态组合灭弧装置及灭弧方法

技术领域

本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种三态组合灭弧装置及灭弧方法。

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三态组合灭弧装置及灭弧方法，解决背景技术中提到的技术问题。

通过开放气体介质、密封液体介质及固体阀片的组合取代了氧化锌阀片。该方法降低了电流的集肤性，提高了阀片的导电面积；同时，气体反冲灭弧产生电弧高频断点降低了电流的幅值和陡度，液体介质增强了灭弧区域内的压强，能够迅速截断电弧；避免了阀片在冲击电压作用下，发生老化现象，造成热击穿。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种三态组合灭弧装置，包括绝缘管套、裙边、引弧盖体、液体阀片、氧化锌阀片、反冲管和螺杆，裙边设置在绝缘管套的外侧，反冲管设置在在液体阀片的上端，氧化锌阀片设置在液体阀片的底端，绝缘管套包裹设置在液体阀片、氧化锌阀片和反冲管的外端，螺杆设置在绝缘管套的底端，反冲管的顶端露出绝缘管套的顶端，引弧盖体盖合在反冲管和绝缘管套的顶端。

进一步地，液体阀片、氧化锌阀片和反冲管的外侧与绝缘管套之间设置有绝缘油，绝缘油被密封设置在绝缘管套内。

进一步地，液体阀片包括绝缘管、液体介质、绝缘壳体和金属板，金属板密封设置在绝缘管的两端，液体介质设置在绝缘管内，绝缘壳体包裹在绝缘管的外侧。

进一步地，绝缘管的内侧壁上设置有弹性层，弹性层设置在绝缘管的内侧壁与液体介质之间。

进一步地，绝缘管的外壳设置有若干个凸边，凸边之间间隔设置，凸边与绝缘管一体设置。

一种三态组合灭弧灭弧方法，当发生雷击时，引弧盖体通过库仑力作用将电弧牵引至反冲管入口处，然后电弧导通反冲管、液体阀片和氧化锌阀片，在反冲管内发生反冲对电弧一级灭弧，电弧导通液体阀片的内部液体介质时，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，截断电弧，同时氧化锌阀片的电压幅值超过固定值，阀片会呈现低阻值将剩余电流泄入大地，遏制过电压幅值，截断工频续流，阀片在电压恢复正常后恢复到高阻值状态，保持对地绝缘。

进一步地，液电效应的具体过程为：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，液体阀片中液体的比热容高，能够吸收电弧热量，降低阀片氧化锌阀片发热量，避免氧化锌阀片发生热击穿，减小间歇放电降低电流强度和上升速率，延迟重燃时间，实现灭弧，减小间歇放电降低电流强度的具体过程为：氧化锌阀片串接液体阀片后，液电效应在冲击电弧的起始阶段就开始作用，对局部冲击放电的电弧进行灭弧抑制，氧化锌阀片抑制液电效应的强度，避免压力超标，降低电流强度可以避免液电效应阀片压力太大而损坏；

上升速率和延迟重燃时间的具体过程为：击穿点火电压由伏秒特性决定，残压由负阻伏安特性决定，当发生雷击，但液体阀片尚未击穿前，由液体阀片形成的电容链具有大电容，能起到导流高频雷电脉冲的作用，雷电能量通过液体阀片的灭弧路径释放入地，使得雷电流更容易通过，降低雷电脉冲下的点火电压，压低伏秒特性及击穿电压，有利于绝缘配合，液体阀片在预击穿阶段的灭弧能力和氧化锌阀片延迟重燃时间能力相互配合，在提高灭弧能力的同时降低了发热量提高灭弧电压阈值，当雷电击穿液体阀片后，片击穿后处于短路状态，残压被弧压降拉到低水平，残压降低有利于保护电力电子设备，使设备的耐雷水平与残压衰减后的液体阀片避雷器形成合理的绝缘配合。

进一步地，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。

进一步地，的绝缘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，在密封管结构的绝缘管体内增加弹性层后，密封管结构的绝缘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。

电弧在开放气体介质内发生反冲：雷击线路造成的过电压波接近金属罩时，装置上方空气间隙优先被击穿，金属罩通过库仑力作用将电弧牵引至装置入口处，外电弧在金属电极1的作用下进入反冲管；由于反冲管的内径远小于电弧直径，电弧受到反冲管壁的限制，弧柱直径强制减小，导致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。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，压爆效应造成电弧排放。气体反冲灭弧产生电弧高频断点降低了电流的幅值和陡度。

电弧在第二级引起液电效应和帕斯卡效应：当电弧经过第一级反冲作用进入第二级后，电弧灌注到绝缘管第二级内部，电弧在含有液体的管内放电，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。

电流通过第三级阀片入地：装置正常运行时，阀片呈现高阻值并保持対地绝缘。在电弧通过第二级液体作用进入第三级后，电压幅值超过一定值，阀片会呈现低阻值将剩余电流泄入大地，遏制了过电压幅值，截断了工频续流。阀片在电压恢复正常后恢复到高阻值状态，保持对地绝缘。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明形成对冲击电流衰减的三道防线，成对电压分压的三道防线，降低每一级的重燃电压，体和气体介质提升了截断电弧的能力，平缓了电流陡度，提高阀片通流面积和通流极限容量，介质和气体介质替代了原有的导电金属，更加安全清洁，能有效减少碳排放。

(2)液体绝缘介质的采用，被击穿后处于短路状态，能够有效释放电荷，降低雷电冲击电流残压，减少安全隐患。同时，纯氧化锌阀片长期受到高电压外加形成的泄漏电流，而液体绝缘介质能够减少阀片两端等效压降，使得阀片不会有泄漏电流经过，从而消除泄漏电流形成的热老化，确保阀片安全性，大大延长了装置使用寿命。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明液体阀片结构示意图。

附图中，1-绝缘管，2-液体介质，3-弹性层，4-绝缘壳体，5-金属板，6-注液口，7-密封螺栓，8-注液口密封圈，9-密封垫，10-凸边，11-绝缘管套，12-裙边，13-引弧盖体，14-绝缘油，15-液体阀片，16-氧化锌阀片，17-反冲管，18-螺杆。

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，一种三态组合灭弧装置，包括绝缘管套11、裙边12、引弧盖体13、液体阀片15、氧化锌阀片16、反冲管17和螺杆18，裙边12设置在绝缘管套11的外侧，反冲管17设置在在液体阀片15的上端，氧化锌阀片16设置在液体阀片15的底端，绝缘管套11包裹设置在液体阀片15、氧化锌阀片16和反冲管17的外端，螺杆18设置在绝缘管套11的底端，反冲管17的顶端露出绝缘管套11的顶端，引弧盖体13盖合在反冲管17和绝缘管套11的顶端。

雷击线路造成的过电压波接近灭弧装置时，装置上方空气间隙优先被击穿，金属罩通过库仑力作用将电弧牵引至装置入口处，外电弧在金属电极1的作用下进入绝缘管；电弧受到绝缘管管壁的限制，导致电弧导电横截面积变小，电弧功率增大，使得管内热量、温度均升高，产生由内向外的定向电弧压爆效应，压爆效应造成电弧向管外排放。

当电弧经过金属电极灌注到第二级液体灭弧结构内部，会产生液电效应，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。

当电弧经过金属电极进入到第三级固体阀片，电压幅值超过一定值，阀片会呈现低阻值将剩余电流泄入大地，遏制了过电压幅值，截断了工频续流。阀片在电压恢复正常后恢复到高阻值状态，保持对地绝缘。三级灭弧单元均浸在绝缘油中，起到吸热及灭弧的作用。阀片能够提高通流极限容量，能够迅速泄流，回复到正常运行状态。

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。

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。

本发明实施例中，液体阀片15包括绝缘管1、液体介质2、绝缘壳体4和金属板5，金属板5密封设置在绝缘管1的两端，液体介质2设置在绝缘管1内，绝缘壳体4包裹在绝缘管1的外侧。如图1或者图2所示，液体阀片15为一个时，氧化锌阀片16为两个，液体阀片15设置在氧化锌阀片16的中间，当氧化锌阀片16为一个，液体阀片15为两个时，氧化锌阀片16放中间位置。

绝缘管1和绝缘管套11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，绝缘管1的内侧壁上设置有弹性层3，弹性层3设置在绝缘管1的内侧壁与液体介质2之间。弹性层3可以为橡胶层，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层2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。

弹性层2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。

本发明实施例中，绝缘管1的外壳设置有若干个凸边10，凸边10之间间隔设置，凸边10与绝缘管1一体设置。凸边10是主要为了防止电弧从层间闪络的情况，需要设置为一体结构校友是最好的。如果没有凸边10，则金属板需要做小一些，比绝缘管1的外径小。

一种三态组合灭弧灭弧方法，当发生雷击时，引弧盖体13通过库仑力作用将电弧牵引至反冲管17入口处，然后电弧导通反冲管17、液体阀片15和氧化锌阀片16，在反冲管17内发生反冲对电弧一级灭弧，电弧导通液体阀片15的内部液体介质2时，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，截断电弧，同时氧化锌阀片16的电压幅值超过固定值，阀片会呈现低阻值将剩余电流泄入大地，遏制过电压幅值，截断工频续流，阀片在电压恢复正常后恢复到高阻值状态，保持对地绝缘。

液电效应的具体过程为：液体介质2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。

液体阀片15中液体的比热容高，能够吸收电弧热量，降低阀片氧化锌阀片发热量，避免氧化锌阀片发生热击穿，减小间歇放电降低电流强度和上升速率，延迟重燃时间，实现灭弧，减小间歇放电降低电流强度的具体过程为：氧化锌阀片串接液体阀片后，液电效应在冲击电弧的起始阶段就开始作用，对局部冲击放电的电弧进行灭弧抑制，氧化锌阀片抑制液电效应的强度，避免压力超标，降低电流强度可以避免液电效应阀片压力太大而损坏。

上升速率和延迟重燃时间的具体过程为：击穿点火电压由伏秒特性决定，残压由负阻伏安特性决定，当发生雷击，但液体阀片尚未击穿前，由液体阀片形成的电容链具有大电容，能起到导流高频雷电脉冲的作用，雷电能量通过液体阀片的灭弧路径释放入地，使得雷电流更容易通过，降低雷电脉冲下的点火电压，压低伏秒特性及击穿电压，有利于绝缘配合，液体阀片在预击穿阶段的灭弧能力和氧化锌阀片延迟重燃时间能力相互配合，在提高灭弧能力的同时降低了发热量提高灭弧电压阈值，当雷电击穿液体阀片后，片击穿后处于短路状态，残压被弧压降拉到低水平，残压降低有利于保护电力电子设备，使设备的耐雷水平与残压衰减后的液体阀片避雷器形成合理的绝缘配合。

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。

密封管结构的绝缘管体1内设置有弹性层2，弹性层2增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层2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体1内增加弹性层2后，密封管结构的绝缘管体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。

通过液-电效应灭弧和氧化锌非线性电弧阻尼共同作用下，减小液体阀片重燃恢复电压和延长电弧重燃时间，使雷电流进入间歇放电模式，电流值的增加受到抑制，雷电流的增加速率受到抑制，雷电流的波头时间增加，雷电流幅值受到衰减，液体阀片的介入同时衰减了雷电流强度和陡度，通过延长超低强度电流(几十安培级)放电时间大幅度降低了流过避雷器的雷电流幅值。由于电流流过氧化锌阀片时产生的热量与电流的平方成正比，与通流时间的一次方成正比，综合而言，电流幅值的降低和通流时间的延长的效果叠加，氧化锌阀片的热量呈线性衰减，由此提高了阀片的通流容量和电流耐受阈值，解决了氧化锌阀片热击穿硬短路的安全问题。当雷电流通过避雷器瞬间，流过液体阀片的电弧在预击穿阶段发生液体电弧放电并产生液-电效应，通过帕斯卡压力放大原理、电弧体积占位和液体介质不可压缩对抗和电弧高温导致的液体汽化膨胀原理产生几百兆帕的压强作用到电弧全段，使电弧整体同时遮断。由于雷击电压很高，液体会重燃击穿，在氧化锌避雷器阀片的分压作用下，液体阀片承受的电压有所降低，同时液体在前次击穿产生的液体热膨胀压强十分巨大，高压强使液体介质的分子间的自由行程减小，击穿场强增加和击穿电压提高，考虑到氧化锌阀片非线性电阻的分压和时间常数阻尼作用，液体阀片重燃的时间被延迟。间隙放电的周期的延长既有利于衰减雷电流幅值并降低发热量，又有利于阀片散热。

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)

1.一种三态组合灭弧装置的灭弧方法，其特征在于：所述三态组合灭弧装置包括绝缘管套(11)、裙边(12)、引弧盖体(13)、液体阀片(15)、氧化锌阀片(16)、反冲管(17)和螺杆(18)，裙边(12)设置在绝缘管套(11)的外侧，反冲管(17)设置在液体阀片(15)的上端，氧化锌阀片(16)设置在液体阀片(15)的底端，绝缘管套(11)包裹设置在液体阀片(15)、氧化锌阀片(16)和反冲管(17)的外端，螺杆(18)设置在绝缘管套(11)的底端，反冲管(17)的顶端露出绝缘管套(11)的顶端，引弧盖体(13)盖合在反冲管(17)和绝缘管套(11)的顶端；

液体阀片(15)、氧化锌阀片(16)和反冲管(17)的外侧与绝缘管套(11)之间设置有绝缘油(14)，绝缘油(14)被密封设置在绝缘管套(11)内；

液体阀片(15)包括绝缘管(1)、液体介质(2)、绝缘壳体(4)和金属板(5)，金属板(5)密封设置在绝缘管(1)的两端，液体介质(2)设置在绝缘管(1)内，绝缘壳体(4)包裹在绝缘管(1)的外侧；

绝缘管(1)的内侧壁上设置有弹性层(3)，弹性层(3)设置在绝缘管(1)的内侧壁与液体介质(2)之间；

绝缘管(1)的外壳设置有若干个凸边(10)，凸边(10)之间间隔设置，凸边(10)与绝缘管(1)一体设置；

当发生雷击时，引弧盖体(13)通过库仑力作用将电弧牵引至反冲管(17)入口处，然后电弧导通反冲管(17)、液体阀片(15)和氧化锌阀片(16)，在反冲管(17)内发生反冲对电弧一级灭弧，电弧导通液体阀片(15)的内部液体介质(2)时，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，截断电弧，同时氧化锌阀片(16)的电压幅值超过固定值，阀片会呈现低阻值将剩余电流泄入大地，遏制过电压幅值，截断工频续流，阀片在电压恢复正常后恢复到高阻值状态，保持对地绝缘；

液电效应的具体过程为：液体介质(2)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；

液体阀片(15)中液体能够吸收电弧热量，降低氧化锌阀片发热量，避免氧化锌阀片发生热击穿，减小间歇放电电流强度，延迟重燃时间，实现灭弧，减小间歇放电降低电流强度的具体过程为：氧化锌阀片串接液体阀片后，液电效应在冲击电弧的起始阶段就开始作用，对局部冲击放电的电弧进行灭弧抑制，氧化锌阀片抑制液电效应的强度，避免压力超标；

延迟重燃时间的具体过程为：击穿点火电压由伏秒特性决定，残压由负阻伏安特性决定，当发生雷击，但液体阀片尚未击穿前，由液体阀片形成的电容链具有大电容，能起到导流高频雷电脉冲的作用，雷电能量通过液体阀片的灭弧路径释放入地，使得雷电流更容易通过，降低雷电脉冲下的点火电压，压低伏秒特性及击穿电压，液体阀片在预击穿阶段的灭弧能力和氧化锌阀片延迟重燃时间能力相互配合，在提高灭弧能力的同时降低了发热量，提高灭弧电压阈值，当雷电击穿液体阀片后，片击穿后处于短路状态，残压被弧压降拉到低水平；

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；

密封管结构的绝缘管体(1)内设置有弹性层(3)，弹性层(3)增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层(3)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体(1)内增加弹性层(3)后，密封管结构的绝缘管体(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(3)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。