CN207426401U - 库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置及球式招弧角 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置及球式招弧角，其中：灭弧装置主要由上下两个半球组成，其中上半球为库仑力引弧金属半球，下半球为绝缘压缩灭弧半球；所述的绝缘压缩灭弧半球内设有若干层沿圆周排布的灭弧通道；在绝缘压缩灭弧半球外表面的底部设有一个引弧电极。本实用新型结构简单可靠，吸引雷电先导，减少因雷电拦截失败而引发的输金属线路绕击事故；将雷电流压缩拉长拉细并喷出，将电弧熄灭，降低因雷击避雷线造成的反击概率。

Description

库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置及球式招弧角

技术领域

本实用新型涉及一种避雷灭弧装置，具体涉及了一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置及球式招弧角。

背景技术

当前为了保护输金属线路的导线少受雷击，普遍采用的是架设避雷线，我国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第6.1.2条规定：110kV沿全线架设避雷线，在山区和雷电活动特殊强烈地区，宜沿全线架设避雷线。该避雷线的结构为在三相输电导线上方的左右输电杆塔的顶端安装一个裸露的钢绞线，该钢绞线既为避雷线，该避雷线通过两侧的输电杆塔和大地导通。但由于现有避雷线的引雷能力不足，在输金属线路采用各项常规防雷措施后，输金属线路的雷害跳闸还是很多，国外和我国福建、广东、湖北、东北、华北等地输金属线路跳闸次数统计结果，在各种原因引起的跳闸次数中，雷害跳闸次数均占总跳闸次数之首位。例如：《高电压技术》2008年第1期，易辉‘我国输金属线路运行现状及防雷保护’一文给出的2002-2004年全国电网故障统计表，在9种原因造成的线路跳闸总次数231次中，雷害跳闸129次，占总次数的55.8%，居首位；又如2005-2007年北京电力公司35kV以上架空输金属线路共发生跳闸442次，其中雷击跳闸198次，占总次数的44.8%，也居首位。输金属线路运行统计结果表明：在平原地区的线路雷电绕击造成的跳闸率与反击造成的跳闸率基本相当；而在山区线路因地形复杂、坡度角的影响、挡距跨度大、风吹使避雷线和导线的摆度加大，甚至导线和避雷线出现方向相反的摆动，使避雷线与导线水平距离加大，即避雷线对导线的保护角变大，导致绕击率比反击率要大得多。上述发生雷击跳闸事故的线路均已架设了避雷线和采用了常规的各种防雷技术措施，可见已有的各种防雷技术措施不能够保证输金属线路的安全运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的一些不足，提出了一种避雷效果更好、安装在避雷线或者招弧角上的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，主要由上下两个半球组成，其中上半球为库仑力引弧金属半球，下半球为绝缘压缩灭弧半球；所述的绝缘压缩灭弧半球内设有若干层沿圆周排布的灭弧通道，每一层灭弧通道内均放置有若干个灭弧管，并且上一层灭弧通道内的最后一个灭弧管与下一层灭弧通道内的第一个灭弧管电气连接，在同一层灭弧通道内的两两相邻的灭弧管的端部直接触碰连接或者通过连接件相连接；在靠近绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的灭弧管相接处设有气流喷出通道，气流喷出通道延伸至绝缘压缩灭弧半球的外表面，即绝缘压缩灭弧半球的外表面设有气流喷出口；在绝缘压缩灭弧半球外表面的底部设有一个引弧电极；第一层灭弧通道的第一个灭弧管与库仑力引弧金属半球电气连接，最后一层灭弧通道的最后一个灭弧管与绝缘压缩灭弧半球底部的引弧电极电气连接。

在本实用新型中，上半部分的库仑力引弧金属半球具有吸引电弧的作用，当雷电冲击电流通过时在金属半球上感应聚集大量的异性电荷，产生很强的库仑力，对电弧牵引作用，确保电弧形成过程的闪络通道控制，避免电弧形成后飘向绝缘子，对绝缘子造成损坏；下半部分的绝缘压缩灭弧半球设置了若干层由灭弧管组成的灭弧通道，通过引导并限定电弧的路径，有多个电弧拐点，在电弧拐点产生强气流进行灭弧，起到了很好的防雷灭弧效果，保证输金属线路的安全稳定运行。

本实用新型进一步说明，所述的库仑力引弧金属半球和绝缘压缩灭弧半球通过非导电材质的螺栓组件固定安装在一起。两个半球的安装方式可以根据实际生产需要进行选择，只要能固定安装在一起即可，例如可以采用在半球的外周沿延伸设置安装片，然后用不导电的螺栓组件将它们固定在一起；也可以在半球内设置螺栓、螺栓孔等，然后采用镶嵌或者卡扣的方式进行固定安装等等。

本实用新型进一步说明，所述的灭弧管采用U型灭弧管或者一字型灭弧管。

本实用新型进一步说明，所述的U型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在U型灭弧管的两个端口处还分别设有导弧环。所述的压缩冷壁管采用陶瓷管；所述的导弧球采用石墨球或者金属球；所述的导弧环采用石墨环或者金属环。

空间排布了若干U型灭弧管，U型灭弧管内包含压缩冷壁管和金属电极。压缩冷壁管用于压缩电弧，由于冷壁管道吸收热量，在管道内形成热量积累。金属电极放置于U型灭弧管中央，使U型灭弧管两头形成半封闭空间。压缩冷壁管压缩电弧，形成管内和管外压力梯度，压缩冷壁管吸收热量形成管内管外热量梯度，压力梯度和热量梯度促使半封闭空间内气流急剧膨胀并喷射，形成纵吹喷射口，截断电弧的连续性，有效灭弧。两U型灭弧管间由连接金属部件（连接金属环和连接金属条，也可是金属块或嵌套式金属部件）连接，确保电弧经过时，一部分电弧被喷射气流截断，剩下的电弧则通过连接金属部件，形成电流流入下一个U型灭弧管，再次重复“压缩—喷射—灭弧”的过程。

本实用新型进一步说明，当所述的灭弧管采用一字型灭弧管时，远离绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的一字型灭弧管的端部通过导弧连接电极连接在一起；所述的导弧连接电极的两端分别嵌入一字型灭弧管内。所述的一字型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在一字型灭弧管的端口处还设有导弧环。所述的压缩冷壁管采用陶瓷管；所述的导弧球采用石墨球或者金属球；所述的导弧环采用石墨环或者金属环。

空间排布了若干一字型灭弧管，一字型灭弧管内包含压缩冷壁管道和金属电极。压缩冷壁管道用于压缩电弧，由于冷壁管道吸收热量，在管道内形成热量积累。金属电极放置于压缩单管中央，使压缩单管两头形成半封闭空间。压缩冷壁管压缩电弧，形成管内和管外压力梯度，压缩冷壁管吸收热量形成管内管外热量梯度，压力梯度和热量梯度促使半封闭空间内气流急剧膨胀并喷射，形成纵吹喷射口，截断电弧的连续性，有效灭弧。两两单管内部由导弧连接金属连接，目的是使电弧转化为电流顺利进入下一个压缩单管。压缩单管中的金属电极，使压缩单管形成半封闭空间，也起到了导弧的作用。两单管外喷口处间由连接金属部件（连接金属环和连接金属条，也可是金属块或嵌套式金属部件）连接，确保电弧经过时，一部分电弧被喷射气流截断，剩下的电弧则通过连接金属部分，形成电流流入下一个压缩单管，再次重复“压缩—喷射—灭弧”的过程。

本实用新型进一步说明，所述的连接件采用金属片或者金属线或者三通管，或者金属片、金属线、三通管中两两结合使用，或者金属片、金属线、三通管均有使用。

当连接件采用三通管时，三通管的两端分别设有一个导弧连接块；所述的导弧连接块的一端为圆柱，伸入三通管中，另一端为圆环状，直接与灭弧管的端部接触连接或嵌套连接；在三通管的内部，两个导弧连接块之间设有空气间隙，并且空气间隙长度恰好是三通管的径向管的直径。

本实用新型进一步说明，所述的绝缘压缩灭弧半球的外表面还设有裙边，并且裙边的沿气流喷出口排列方向设置。设置裙边不仅可以防水，还可以增加电弧爬距，有效避免电弧直接在灭弧装置的外表面直接闪络。

一种球式招弧角，球式招弧角的上端为绝缘子串接地端，并且安装一个如上所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；球式招弧角下端为绝缘子串高压端，并且安装一个高压电极或者一个如上所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；所述的球式招弧角上下端之间的空气间隙小于绝缘子串的高度。

由于招弧角的上下端之间的空气间隙距离总是小于绝缘子的距离，招弧角总是优先于绝缘子被击穿，而相比于传统的招弧角没有灭弧功能，电弧不易熄灭且烧蚀招弧角的触头，新型的球式招弧角具有灭弧功能，招弧角之间建立起电弧时，电弧流过灭弧半球中的灭弧管道，通过对电弧的压缩产生巨大的电弧物理压缩性定向爆炸力使使电弧粉碎性断裂，利用相邻段电弧高速喷射和路径突变结合的机制，实现对工频电弧的连续性撕裂；通过近百个灭弧点和撕裂点，形成电弧通道全段同步粉碎性湮灭态势，摧毁建弧通道，将电弧熄灭。

本实用新型的工作原理：

本实用新型由库仑力引弧金属半球和绝缘压缩灭弧半球组成，雷电先导在内层的库仑力引弧金属半球上感应聚集大量的异性电荷，产生很强的库仑力，对雷电先导有牵引作用，由于导线感应的异性电荷远不如引雷球，因此雷电更容易被库仑力引弧金属半球所吸引，电弧进入装置主体后，由于绝缘灭弧半球内排列着螺旋形的压缩管道结构，两两压缩管道间形成角度拐点，电弧被强制性物理压缩，在管内形成半封闭空间，以致管内和管外形成温度梯度、压力梯度和速度梯度，在喷口处产生喷射气流从而截断电弧，又由于拐点处的惯性作用加速了电弧的喷射。由于本实用新型在冲击电弧形成一开始就动作，此时工频电弧处于发展脆弱早期，从而抑制了工频电弧的发展。熄灭电弧的时间快于继电保护动作时间，故运用此实用新型之后可大幅度降低雷击跳闸率。

根据压缩温升效应：

（1）压缩段产热量增加导致温升——压缩致使电弧严重变细，电阻和压降变大。在电流源作用下压缩电弧段吸收功率变大，产热量和温度增加。

（2）压缩段散热量减小导致温升——压缩电弧采用隔热材料，压缩致使电弧变细导致散热面减小和阻断能量流失通道，温升严重。

再根据温升定向爆炸灭弧效应：

（1）压缩段电弧温升定向爆炸灭弧效应——压缩温升严重致使电弧温度高于非压缩段，产生从压缩段向非压缩段爆炸性膨胀喷射气流，形成压缩断裂效应。

（2）定向爆炸气流在拐点连接处形成T形横向压缩断裂点——整体多个锯齿状压缩通道布局，形成了单元压缩通道之间的突变拐点有T形再次压缩通道，电弧定向爆炸点方向与电弧垂直，确保电弧被有效的熄灭。

本实用新型的优点：

1.本实用新型结构简单可靠，吸引雷电先导，减少因雷电拦截失败而引发的输金属线路绕击事故。本实用新型动作迅速，在雷电冲击电弧阶段则开始动作，将电弧压缩拉长拉细并通过气流膨胀喷出，截断电弧，抑制了工频电弧的发展，降低了雷击跳闸率。

2.与烘烤产气装置不同，本实用新型采用刚性硬材料，使用寿命长，通过灭弧的快速性将电弧熄灭在最脆弱的时期，而烘烤产气延迟性容易致使灭弧的失败。

3.安装有库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置的招弧角，可以将雷电流压缩拉长拉细并喷出，将电弧熄灭，减少电弧对招弧角触头的燃烧，使得招弧角的使用寿命更长，更加安全。

附图说明

图1是本实用新型一实施例（不带裙边）的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例中采用U型灭弧管的横截面结构示意图。

图3是本实用新型一实施例中的U型灭弧管连接部分结构放大示意图。

图4是本实用新型一实施例中的灭弧通道布置结构示意图。

图5是本实用新型一实施例安装到招弧角上的结构示意图。

图6是本实用新型另一实施例（带裙边）的结构示意图。

图7是本实用新型另一实施例中采用一字型灭弧管的横截面结构示意图。

图8是本实用新型另一实施例中的一字型灭弧管连接部分结构放大示意图。

图9是本实用新型又一实施例中连接件采用三通管的结构示意图。

图10是图9中灭弧管采用U型灭弧管的横截面结构示意图。

附图标记：1-库仑力引弧金属半球，2-绝缘压缩灭弧半球， 3-气流喷出口，4-引弧电极，5-U型灭弧管，6-连接件，7-导弧环，8-压缩冷壁管，9-导弧球，10-裙边。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，主要由上下两个半球组成，其中上半球为库仑力引弧金属半球1，下半球为绝缘压缩灭弧半球2；所述的绝缘压缩灭弧半球2内设有若干层沿圆周排布的灭弧通道，每一层灭弧通道内均放置有若干个灭弧管，并且上一层灭弧通道内的最后一个灭弧管与下一层灭弧通道内的第一个灭弧管电气连接，在同一层灭弧通道内的两两相邻的灭弧管的端部通过连接件6相连接；在靠近绝缘压缩灭弧半球2外表面的两两相邻的灭弧管相接处设有气流喷出通道，气流喷出通道延伸至绝缘压缩灭弧半球的外表面，即绝缘压缩灭弧半球的外表面设有气流喷出口3；在绝缘压缩灭弧半球外表面的底部设有一个引弧电极4；第一层灭弧通道的第一个灭弧管与库仑力引弧金属半球1电气连接，最后一层灭弧通道的最后一个灭弧管与绝缘压缩灭弧半球2底部的引弧电极4电气连接。

所述的库仑力引弧金属半球1和绝缘压缩灭弧半球2通过非导电材质的螺栓组件固定安装在一起。

所述的灭弧管采用U型灭弧管5；所述的U型灭弧管内部设有一个导弧球9和两个压缩冷壁管8；所述的导弧球9安放在两个压缩冷壁管8之间，并且在U型灭弧管5的两个端口处还分别设有导弧环7。所述的连接件6采用金属线。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：如图7、图8所示，所述的灭弧管采用一字型灭弧管；并且远离绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的一字型灭弧管的端部通过导弧连接电极连接在一起；所述的导弧连接电极的两端分别嵌入一字型灭弧管内。所述的一字型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在一字型灭弧管的端口处还设有导弧环。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：如图6所示，所述的绝缘压缩灭弧半球2的外表面还设有裙边10，并且裙边10的沿气流喷出口3排列方向设置。

实施例4：

一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，主要由上下两个半球组成，其中上半球为库仑力引弧金属半球，下半球为绝缘压缩灭弧半球；所述的绝缘压缩灭弧半球内设有若干层沿圆周排布的灭弧通道，每一层灭弧通道内均放置有若干个灭弧管，并且上一层灭弧通道内的最后一个灭弧管与下一层灭弧通道内的第一个灭弧管电气连接，在同一层灭弧通道内的两两相邻的灭弧管的端部直接触碰连接；在靠近绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的灭弧管相接处设有气流喷出通道，气流喷出通道延伸至绝缘压缩灭弧半球的外表面，即绝缘压缩灭弧半球的外表面设有气流喷出口；在绝缘压缩灭弧半球外表面的底部设有一个引弧电极；第一层灭弧通道的第一个灭弧管与库仑力引弧金属半球电气连接，最后一层灭弧通道的最后一个灭弧管与绝缘压缩灭弧半球底部的引弧电极电气连接。

所述的库仑力引弧金属半球和绝缘压缩灭弧半球通过非导电材质的螺栓组件固定安装在一起。所述的灭弧管采用一字型灭弧管时，远离绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的一字型灭弧管的端部通过导弧连接电极连接在一起；所述的导弧连接电极的两端分别嵌入一字型灭弧管内。所述的一字型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在一字型灭弧管的端口处还设有导弧环。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于：如图9、图10所示，所述的连接件三通管，并且三通管的两端分别设有一个导弧连接块；所述的导弧连接块的一端为圆柱，伸入三通管中，另一端为圆环状，直接与灭弧管的端部接触连接或嵌套连接；在三通管的内部，两个导弧连接块之间设有空气间隙，并且空气间隙长度恰好是三通管的径向管的直径。

实施例6：

一种球式招弧角，所述的球式招弧角的上端为绝缘子串接地端，并且安装一个如实施例1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；球式招弧角下端为绝缘子串高压端，并且安装一个如实施例1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；所述的球式招弧角上下端之间的空气间隙小于绝缘子串的高度。

实施例7：

一种球式招弧角，所述的球式招弧角的上端为绝缘子串接地端，并且安装一个如实施例1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；球式招弧角下端为绝缘子串高压端，并且安装一个高压电极；所述的球式招弧角上下端之间的空气间隙小于绝缘子串的高度。

实施例8：

一种球式招弧角，所述的球式招弧角的上端为绝缘子串接地端，并且安装一个如实施例3所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；球式招弧角下端为绝缘子串高压端，并且安装一个高压电极；所述的球式招弧角上下端之间的空气间隙小于绝缘子串的高度。

Claims (10)

1.一种库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：主要由上下两个半球组成，其中上半球为库仑力引弧金属半球，下半球为绝缘压缩灭弧半球；所述的绝缘压缩灭弧半球内设有若干层沿圆周排布的灭弧通道，每一层灭弧通道内均放置有若干个灭弧管，并且上一层灭弧通道内的最后一个灭弧管与下一层灭弧通道内的第一个灭弧管电气连接，在同一层灭弧通道内的两两相邻的灭弧管的端部直接触碰连接或者通过连接件相连接；在靠近绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的灭弧管相接处设有气流喷出通道，气流喷出通道延伸至绝缘压缩灭弧半球的外表面，即绝缘压缩灭弧半球的外表面设有气流喷出口；在绝缘压缩灭弧半球外表面的底部设有一个引弧电极；第一层灭弧通道的第一个灭弧管与库仑力引弧金属半球电气连接，最后一层灭弧通道的最后一个灭弧管与绝缘压缩灭弧半球底部的引弧电极电气连接。

2.根据权利要求1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的库仑力引弧金属半球和绝缘压缩灭弧半球通过非导电材质的螺栓组件固定安装在一起。

3.根据权利要求1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的灭弧管采用U型灭弧管或者一字型灭弧管。

4.根据权利要求3所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的U型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在U型灭弧管的两个端口处还分别设有导弧环。

5.根据权利要求3所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：当所述的灭弧管采用一字型灭弧管时，远离绝缘压缩灭弧半球外表面的两两相邻的一字型灭弧管的端部通过导弧连接电极连接在一起；所述的导弧连接电极的两端分别嵌入一字型灭弧管内。

6.根据权利要求5所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的一字型灭弧管内部设有一个导弧球和两个压缩冷壁管；所述的导弧球安放在两个压缩冷壁管之间，并且在一字型灭弧管的端口处还设有导弧环。

7.根据权利要求1所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的连接件采用金属片或者金属线或者三通管，或者金属片、金属线、三通管中两两结合使用，或者金属片、金属线、三通管均有使用。

8.根据权利要求7所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：当连接件采用三通管时，三通管的两端分别设有一个导弧连接块；所述的导弧连接块的一端为圆柱，伸入三通管中，另一端为圆环状，直接与灭弧管的端部接触连接或嵌套连接；在三通管的内部，两个导弧连接块之间设有空气间隙，并且空气间隙长度恰好是三通管的径向管的直径。

9.根据权利要求1-8任一所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置，其特征在于：所述的绝缘压缩灭弧半球的外表面还设有裙边，并且裙边的沿气流喷出口排列方向设置。

10.一种球式招弧角，其特征在于：所述的球式招弧角的上端为绝缘子串接地端，并且安装一个如权利要求1-9任一所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；球式招弧角下端为绝缘子串高压端，并且安装一个高压电极或者一个如权利要求1-9任一所述的库仑力牵引的球型压缩喷射气流灭弧装置；所述的球式招弧角上下端之间的空气间隙小于绝缘子串的高度。