CN203826144U - 多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置 - Google Patents

Abstract

一种多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，包括通过接地侧连接金具安装在绝缘子串接地端上的纵吹灭弧装置、安装在纵吹灭弧装置上的接地侧电极和安装在架空导线上的导线侧电极；所述的接地侧电极与导线侧电极形成的保护间隙与绝缘子串相并列；纵吹灭弧装置包括灭弧装置主体和灭弧管，灭弧装置主体设有若干个安放灭弧管的通孔，并且安放在灭弧装置主体内的端部相互接触的灭弧管两两之间形成的角度为90°；灭弧管呈螺旋回形状；接地侧电极通过导线与第一个灭弧管相连接，接地侧连接金具通过导线与最后一个灭弧管相连接。该装置结构简单，制作成本低、安全可靠，有效降低电力系统输电线路雷击跳闸率及事故率、提高电力系统稳定性。

Description

多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置

技术领域

本实用新型涉及了输电线路防雷保护间隙装置，具体涉及了一种可拉长电弧路径、弱化电弧、采用多点纵吹灭弧方式的多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置。

背景技术

输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击，导致线路绝缘子闪络，随之而起的工频续流损坏绝缘子串及金具，导致绝缘子串烧毁及烧断导线事故。传统的“堵塞型”防雷保护方式，改造杆塔接地电阻、架设耦合地线及避雷线、安装线路避雷器等，由于其局限性，只能解决50%的雷击事故。近年，为了进一步提高输电线路供电的可靠性，电力部门采用在输电线路加装并联保护间隙来防止雷击事故。然而实际运行中，并联保护间隙具有明显的缺陷如下：

首先，并联保护间隙安装在绝缘子串两端，是通过缩短绝缘子串爬电距离的方法起到雷击时优先绝缘子串击穿的作用。绝缘子串爬电距离被短接，不仅导致电力系统输电线路整体耐雷水平下降使雷击跳闸率增加，同时导致电力系统正常运行时的工频绝缘水平下降，无形之间提高了并联保护间隙在暂时过电压及操作过电压下误击穿概率。

其次，当输电线路发生雷击时，并联保护间隙优先因雷击引起的过电压而击穿，将雷电流泄入大地，从而起到保护输电线路及电气设备的作用。然而由于并联保护间隙没有灭弧能力，不能熄灭绝缘子串闪络后引起的工频续流，电弧在保护间隙间长时间灼烧，将造成绝缘子串损坏，严重时，可能造成输电线路断线，同时电弧会对电极造成烧蚀而降低其保护性能。最终依靠断路器来熄灭电弧来实现保护输电线路及设备，是牺牲“跳闸率”和“供电可靠性”换取“低事故率”的做法。

针对普通并联间隙不具备灭弧能力的缺陷，发明人在之前申请的专利，中国专利号为2011201046273就公开了一种适用于10～35kV架空输电线路的10～35kV架空输电线路约束空间喷射气体灭弧防雷间隙装置，该装置并联安装于线路绝缘子串两端，保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串，从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿，击穿放电时，信号采集装置自动感应雷电流信号并触发高速喷射气体发生装置，瞬间产生高速喷射气流对约束空间内续流电弧沿纵向强烈冲击、冷却至熄灭。又如中国专利号为2011200053246公开了用于各电压等级输电线路的约束空间喷射气流灭弧防雷间隙装置，该装置并联安装于线路绝缘子串两端，保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串，从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿，击穿放电时，约束空间内部的产气材料被高温电弧急剧加热产生高压气体的同时，信号采集装置自动采集信号并启动喷射气体发生装置，瞬间产生高速气流沿纵向对电弧造成冲击、冷却至熄灭。中国专利号为2010105694082公开了一种用于各电压等级输电线路的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置。该装置并联安装于线路绝缘子串一侧，主放电保护间隙和辅助放电间隙的绝缘强度小于被保护的绝缘子串，从而在线路发生雷击时产生的过电压优先击穿保护间隙。保护间隙击穿放电时，在辅助放电间隙内部产生高温电弧，空气在辅助放电间隙半封闭的空间急剧加热膨胀，拉长电弧并将电弧沿导气孔喷出；同时信号采集装置自动采集信号并启动气体发生装置，瞬间产生高速气流熄灭电弧。发明人之前申请的专利对于熄灭工频电弧起到了很好的作用，但是仍然存在电弧路径短、重燃几率比较大等等一些不足。因此，上述的装置还需要进行进一步的改进，从而达到更好的效果，提高电力系统的稳定性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种适用于各种电压等级的架空输电线路，既能成功熄灭雷击放电引起的工频续流电弧又不减小电力系统工频绝缘水平的多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置。该装置可以拉长电弧路径、弱化电弧、采用多点纵吹灭弧方式使电弧断点长度大幅度快速提高，使电弧重燃率大幅度降低。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，包括通过接地侧连接金具固定安装在绝缘子串接地端上的纵吹灭弧装置、接地侧电极和导线侧电极；所述的接地侧电极安装在纵吹灭弧装置上；所述的导线侧电极的一端通过夹具安装在架空导线上，另一端指向接地侧电极；所述的接地侧电极与导线侧电极形成的保护间隙与绝缘子串相并列；其中，所述的纵吹灭弧装置包括灭弧装置主体和灭弧管；所述的灭弧装置主体设有若干个通孔；所述的灭弧管放置在灭弧装置主体的通孔内，并且端部相互接触的灭弧管两两之间形成的角度为90°；所述在灭弧装置主体上下端部的灭弧管互相错开放置，使灭弧装置主体内的灭弧管呈螺旋回形状排列；所述的接地侧电极通过导线与第一个灭弧管相连接，所述的接地侧连接金具通过导线与最后一个灭弧管相连接。

在本实用新型中，利用灭弧装置主体的体积，将灭弧管的摆放形状设置为螺旋回形状，使电弧路径由直线转变为螺旋立体环状，将电弧拉长了数倍，并有突变拐弯，使电弧脆弱性提高，易于被熄灭且不易重燃。采用的多点纵吹灭弧方式，利用电弧烘烤多产气材料产生强气流在多处同时在纵向切断电弧。多点纵吹使电弧断点长度大幅度快速提高，使电弧重燃率大幅度降低；比多点横吹有效灭弧性能大幅度提高。

本实用新型利用雷电流高频的“集肤”效应特点，把雷电流导入处于灭弧装置主体表面的螺旋灭弧管，串联的N个灭弧管内电极与相邻管内电极间的形成N个四方型电弧段，通过加热管内空气产生强烈的纵向气流进行灭弧。螺旋排布的灭弧管间隔用绝缘裙边封隔。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的灭弧管主要由设置在两端的小铜管、设置在中间位置的金属球和外壁陶瓷管组成；所述的接地侧电极通过导线与灭弧装置主体内的第一个灭弧管首端的小铜管连接，末端的小铜管与第二个灭弧管首端的小铜管垂直错位连接，以此螺旋连接下去，形成电弧路径。电弧以此路径通过每个灭弧管，电弧通过灭弧管时，击穿小铜管和金属球，加热管内的空气，空气膨胀后将拉长的脆弱电弧从每个灭弧管两端的小铜管孔纵向高速吹出熄灭。在灭弧管内设置金属球，可以起到中心电极的作用，更好的引导电弧从灭弧管穿过。

在本实用新型中，灭弧管的结构设置符合雷电流高频集肤特点，雷电流极易钻入灭弧管中。利用电弧细线效应抑制电弧强度，使电弧容易被熄灭；利用约束空间迫使电弧细线化，使电弧的截面积极小化，由此降低电弧输送能量能力而使电弧在开放空间通过辐射、传导、对流消耗的能量不能等量补充，电弧处于极易熄灭状态；同时约束通道狭小，小电弧时热膨胀既产生高气压使电弧熄灭于暂态电弧的及早期，使灭弧阈值大幅降低。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的灭弧装置主体的形状为圆柱状，或呈L形。

作为本实用新型的进一步改进，以上所述的纵吹灭弧装置还包括引弧盘，所述的接地侧电极穿过引弧盘安装在纵吹灭弧装置的灭弧装置主体上。引弧盘采用导电材料制作或是在其表面覆盖导电材料，如铜、铝等等。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的接地侧电极和/或导线侧电极采用冷阴极型电极，如石墨电极或是铜、铝等材料制成的电极。利用冷阴极效应灭弧：电极是低温体，电弧是高温体；在两者间接触的一定范围内电弧温度受冷阴极影响也是低温电弧，用多个电极把电弧分割成冷电弧，使电弧的热电离度降低易于熄灭。

本实用新型的优点：

1.通过灭弧装置的结构设计，实现了多点纵吹灭弧方式，比传统的横吹灭弧方式具有更好的灭弧效果：

（1）利用灭弧装置主体的体积，把电弧由直线转变为螺旋立体环状，电弧拉长10倍，电弧有突变拐弯，使电弧脆弱性提高，易于被熄灭；横吹利用灭弧装置长度拉长电弧，由此需要很长的灭弧装置，且电弧连续拉长，没有电弧突变拐弯，电弧被弱化度低。纵吹通过陶瓷管内径及长度控制灭弧响应时间，横吹无法控制响应时间。纵吹可以采用固定在灭弧棒表面的陶瓷管实现控制电弧形态，耐电弧性能优异，可以重复被电弧烧蚀几千次。

（2）横吹灭弧装置由于要固定在绝缘子串边沿，只能用硅胶，耐受电弧烧蚀性能差。一般仅能烧蚀5次。

（3）纵吹的电弧断口长度大且断口在电弧的突变点，不易重燃。同时，电弧拉长效率高在较短灭弧装置（灭弧棒）即把电弧拉长很多。横吹条件下电弧拉长路径及长度必须靠灭弧棒引导，因此灭弧棒很长，否则容易重燃。在工程上不可行。

（4）纵吹单元间隔长，冷阴极效应弱，较小电流时电弧温度高，出气量大，灭弧门槛电流小，灭弧灵敏度高。可以把电弧熄灭在很小值。横吹单元间隔小冷阴极效应强，电弧要在很大值时才产生灭弧气流，灭弧门槛电流大，灭弧难度大。纵吹间隔大，灭弧率高（电弧温度高，灭弧气流强）重燃率极低（电弧突变拐弯处双段同时灭弧）。纵吹由于单元灭弧间隔小为避免重燃必须要非常长的几何长度。陶瓷材料强度及耐电弧温度高于硅胶，纵吹灭弧阈值远大于横吹。

（5）横吹灭弧装置造价高，灭弧率低，而纵吹灭弧装置生产、安装更简便，造价低廉。

2. 灭弧管狭小在极小电流下(毫安级)即可产生强烈灭弧气流，灭弧动作门槛极低，利于暂态电弧的深度抑制。

3.采用冷阴极作为电极，可以降低电弧温度，对熄灭稳态电弧有利。

4.本实用新型的结构简单，生产成本低，工作稳定，安全可靠，灭弧效果好，有效降低电力系统输电线路雷击跳闸率及事故率、提高电力系统稳定性。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型中纵吹灭弧装置的结构示意图。

图3是本实用新型中灭弧管的结构示意图。

图4是本实用新型另一实施例的结构示意图。

附图标记：

1-绝缘子串，2-接地侧连接金具，3-灭弧装置主体，4-引弧盘，5-接地侧电极，6-导线侧电极，7-通孔，8-灭弧管，9-小铜管，10-金属球，11-外壁陶瓷管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，一种多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，包括通过接地侧连接金具2固定安装在绝缘子串1接地端上的纵吹灭弧装置、接地侧电极5和导线侧电极6；所述的接地侧电极5安装在纵吹灭弧装置上；所述的导线侧电极6的一端通过夹具安装在架空导线上，另一端指向接地侧电极5；所述的接地侧电极5与导线侧电极6形成的保护间隙与绝缘子串1相并列；其中，所述的纵吹灭弧装置包括灭弧装置主体3和灭弧管8；所述的灭弧装置主体3设有若干个通孔7；所述的灭弧管8放置在灭弧装置主体3的通孔7内，并且端部相互接触的灭弧管8两两之间形成的角度为90°；所述在灭弧装置主体3上下端部的灭弧管8互相错开放置，使灭弧装置主体3内的灭弧管8呈螺旋回形状排列；所述的接地侧电极5通过导线与第一个灭弧管相连接，所述的接地侧连接金具2通过导线与最后一个灭弧管相连接。

所述的灭弧管8主要由设置在两端的小铜管9、设置在中间位置的金属球10和外壁陶瓷管11组成；所述的接地侧电极5通过导线与灭弧装置主体内的第一个灭弧管首端的小铜管连接，末端的小铜管与第二个灭弧管首端的小铜管垂直错位连接，以此螺旋连接下去，形成电弧路径。电弧以此路径通过每个灭弧管，电弧通过灭弧管时，击穿小铜管和金属球，加热管内的空气，空气膨胀后将拉长的脆弱电弧从每个灭弧管两端的小铜管孔纵向高速吹出熄灭。

所述的纵吹灭弧装置还包括引弧盘4，所述的接地侧电极5穿过引弧盘4安装在纵吹灭弧装置的灭弧装置主体3上。

所述的灭弧装置主体3的形状为圆柱状，即为圆柱柱体。

实施例2：

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的灭弧装置主体3的形状呈L形，即为L形柱体。

上述实施例1和2，结构简单、工作稳定、安全可靠；利用灭弧装置主体的体积，将灭弧管的摆放形状设置为螺旋回形状，使电弧路径由直线转变为螺旋立体环状，将电弧拉长了数倍，并有突变拐弯，使电弧脆弱性提高，易于被熄灭且不易重燃。采用的多点纵吹灭弧方式，利用电弧烘烤多产气材料产生强气流在多处同时在纵向切断电弧。多点纵吹使电弧断点长度大幅度快速提高，使电弧重燃率大幅度降低；比多点横吹有效灭弧性能大幅度提高。

Claims (4)

1. 一种多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，包括通过接地侧连接金具（2）固定安装在绝缘子串（1）接地端上的纵吹灭弧装置、接地侧电极（5）和导线侧电极（6）；所述的接地侧电极（5）安装在纵吹灭弧装置上；所述的导线侧电极（6）的一端通过夹具安装在架空导线上，另一端指向接地侧电极（5）；所述的接地侧电极（5）与导线侧电极（6）形成的保护间隙与绝缘子串（1）相并列；其特征在于：所述的纵吹灭弧装置包括灭弧装置主体（3）和灭弧管（8）；所述的灭弧装置主体（3）设有若干个通孔（7）；所述的灭弧管（8）放置在灭弧装置主体（3）的通孔（7）内，并且端部相互接触的灭弧管（8）两两之间形成的角度为90°；所述在灭弧装置主体（3）上下端部的灭弧管（8）互相错开放置，使灭弧装置主体（3）内的灭弧管（8）呈螺旋回形状排列；所述的接地侧电极（5）通过导线与第一个灭弧管相连接，所述的接地侧连接金具（2）通过导线与最后一个灭弧管相连接。

2. 根据权利要求1所述的多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，其特征在于：所述的灭弧管（8）主要由设置在两端的小铜管（9）、设置在中间位置的金属球（10）和外壁陶瓷管（11）组成；所述的接地侧电极（5）通过导线与灭弧装置主体内的第一个灭弧管首端的小铜管连接，末端的小铜管与第二个灭弧管首端的小铜管垂直错位连接，以此螺旋连接下去，形成电弧路径。

3. 根据权利要求1或2所述的多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，其特征在于：所述的灭弧装置主体（3）的形状为圆柱状，或呈L形。

4. 根据权利要求1或2所述的多间隙自膨胀强气流纵吹灭弧防雷保护装置，其特征在于：所述的纵吹灭弧装置还包括引弧盘（4），所述的接地侧电极（5）穿过引弧盘（4）安装在纵吹灭弧装置的灭弧装置主体（3）上。