CN208299437U - 一种自耗能型线路综合防雷装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自耗能型线路综合防雷装置，该装置前端装有接闪器用来接收直接雷击，接闪器后端连接有若干个自耗能回路用来进行多次雷电能量的消纳。若干个自耗能回路以串联方式连接，单个自耗能回路包括电感线圈、线圈电阻和电容间隙，电感线圈与线圈电阻串联后与电容间隙并联形成自耗能回路。当雷电流通过自耗能回路时，电感线圈产生反感应电动势使该支路电流初始值为零并在所述电容间隙两端形成高电压使其击穿放电释放出等同于雷电流的大电流进而达到消耗雷电能量的目的。该装置从源头上解决了传统防雷装置的反击问题，在雷电流接地之前将其消纳，有效保障了人员及设备的安全。
Description
技术领域
本实用新型属于输电线路防雷技术领域，具体涉及一种自耗能型线路综合防雷装置。
背景技术
传统防雷装置包括避雷针和避雷器。其中避雷针即接闪器，当线路或电站设置避雷针后，会把周边的雷引导到此处入地，这样就可以对周边线路及设备起到保护作用，接地引下线和接地装置将雷电流引入地下的每一个环节都不能出现问题，才能实现避雷效果。
由于遭受直击雷的金属体(包括接闪器、接地引下线和接地体)，在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，该电压对与大地连接的其他金属物品发生放电，此为雷电反击现象，该现象将导致线路发生对地短接和设备损坏。
避雷器(即非线性电阻)就是为了防止反击现象发生而产生的。当雷电流通过避雷针流入线路杆塔时，避雷器由于大电流作用其电阻很小使雷电流通过，防止雷电流将线路绝缘子击穿后该条线路对地短接，当线路电流要从避雷器通过时由于电流极小其电阻很大而使线路电流不能通过。因此，避雷器能有效防止雷电反击。然而避雷器安装复杂且需要防雷电反击的位置较多，并且当避雷器被一次击穿后需停电更换，因此这大大提高了安装难度和安装成本，且即使避雷针和避雷器的组合既能够保护周边线路及设备，但入地后的大电流会产生较大跨步电压，威胁着人身安全。
传统方法通过改造接地电阻、安装吸水模块、安装避雷器等手段来达到防雷泄流的目的。然而在短时内，大地对雷电流的吸收能力是有限的；当雷电流较大时，接地电阻较好的情况下，因雷电流波型在上升波段斜率极大并且传统方法并不能有效改变此现状，输电线路常常发生反击(雷击主要发生在雷电波上升的阶段)。因此仅采用传统方法防雷效果不佳，这就是改造接地电阻、安装避雷器在一些重雷区，防雷效果不明显的主要原因。
据防雷检测机构的不完全统计，2017年全国雷电灾害典型案例高达188条，其中由于防雷装置不完善导致的案例占其中的1/3，因此实现一套有效的防雷装置和防雷方法迫在眉睫。
发明内容
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种自耗能型线路综合防雷装置由若干个自耗能回路串联而成，所述第1 个自耗能回路的任一节点与接闪器相连接，所述接闪器的尖端竖直朝上，用来接收直接雷击将雷电流引入第1个自耗能回路，所述最后一个自耗能回路后端连接需要防雷的线路杆塔塔顶。
所述串联的自耗能回路的个数范围在1个—10个区间内，每个自耗能回路对应一种类型的雷电能量消纳。
所述的单个自耗能回路包括电感线圈和电容间隙；所述电感线圈与电容间隙并联形成自耗能回路。
所述每个自耗能回路中的电感线圈的电感大小L需满足单位时间所需消纳的雷电流施加在电感线圈上的电流变化量所产生的感应电动势大于电容间隙的击穿电压以此保证所述电容间隙被击穿，雷电能量通过自耗能回路被消耗。
所述单个自耗能回路当且仅当所述电容间隙被击穿时消纳雷电能量；若所述电容间隙未被击穿时等同于单个电感线圈，不构成自耗能回路，未消纳雷电能量，雷电流通过所述单个电感线圈流入下一个自耗能回路。
所述若干个自耗能回路中的电容间隙的结构、参数完全相同，所述若干个自耗能回路中的电感线圈的电感大小L不全相等，每种类型的雷电流对应于一个自耗能回路进行雷电能量的消纳，所述单个自耗能回路中的电感线圈的电感大小 L由该自耗能回路所决定消纳的雷电流类型的雷电流变化率决定。
一种自耗能型线路综合防雷装置的电流流动情况包括如下步骤：
S1.所述接闪器将雷电流引流至自耗能回路；
S2.雷电流通过若干所述自耗能回路所串联成的电路并在其中某个能够使电容间隙发生击穿放电的自耗能回路中被消纳；
S3.雷电流在进入该自耗能回路后，所述电感线圈产生反感应电动势后雷电流使电容间隙两端形成高电压；
S4.所述电容间隙被雷电流所产生的高电压所击穿后有与雷电流大小基本相同方向相同的电流在该电容支路中通过，在电感线圈处形成与雷电流大小基本相同方向相反的电流；
S5.当雷电流输入后，此时电感可视为瞬时储存雷电能量的电源，电容可视为承载并消耗雷电能量的电阻，所述自耗能回路中的电容和电感之间形成电流大小相等方向相反的震荡大电流后电流在该回路中被消纳并输出较小电流流入线路杆塔塔顶。
本实用新型的有益效果：
(1)电气性能好，降低了雷电流流入接地体的幅值，入地电流大小减小。在 110kV线路上，100kA的雷电流击到杆塔上不会发生反击(在安装避雷器的情况下，雷电流达到70kA就会发生三相反击)；
(2)安装方便，在带电、停电情况下都可以安装，适合安装在高山、丘陵地区；
(3)维护方便，如果有运行缺陷很容易被发现，避雷器则不容易被发现；
(4)重量轻(只有避雷器重量的四分之一)，造价低，不影响杆塔的受力平衡；
(5)如果装在同杆双回运行的线路上可以对输电线路进行等同防御，不存在差异化防雷的现象；
(6)不影响输电线路的安全稳定运行；
(7)适用于不同电压等级的防雷。
附图说明
图1是本实用新型的电路拓扑图；
图2是本实用新型的雷电流波形图；
图3是本实用新型的自耗能回路内电流波形图；
图4是本实用新型的自耗能回路输出电流波形图；
实施例涉及到的图1的标号含义：
1-接闪器；2-自耗能回路一的电容间隙；3-自耗能回路一的电感线圈；4- 自耗能回路一的线圈电阻；5-自耗能回路二的电容间隙；6-自耗能回路二的电感线圈；7-自耗能回路二的线圈电阻。
具体实施方式
该实施例为上述若干自耗能回路具体数量为两个时的情况，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
参见图1所示，一种自耗能型线路综合防雷装置前端装有接闪器1用来作雷电定向，接收直接雷击。所述接闪器1后端连接有两个自耗能回路(自耗能回路一、自耗能回路二)用来进行不同雷电流的多次雷电能量消纳，所述自耗能回路二后端连接需要防雷的线路或杆塔。
所述的两个自耗能回路以串联方式连接，自耗能回路一包括自耗能回路一的电感线圈3、自耗能回路一的线圈电阻4和自耗能回路一的电容间隙2；所述电感线圈3与所述线圈电阻4串联后与电容间隙2并联形成自耗能回路；自耗能回路二中的各元件连接方式同自耗能回路一，其中自耗能回路二的电感线圈6 的电感大小L与自耗能回路一的电感线圈3的电感大小L不相等。
当雷电流i0通过两个自耗能回路时，所述的电感线圈3和6产生反感应电动势使该支路电流i2初始值为零并在所述电容间隙两端形成高电压使其击穿放电释放出等同于雷电流i0的大电流i1进而达到消耗雷电能量的目的。
所述两个电感线圈的电感大小L需满足单位时间两个自耗能回路各自所负责消纳的不同种类型雷电流施加在电感线圈上的电流变化量所产生的感应电动势大于电容间隙的击穿电压以此保证自耗能回路一和自耗能回路二对各自所负责消纳的不同种雷电流起消纳作用。
所述自耗能回路一和自耗能回路二中的电感线圈的电感大小L不相等以针对不同类型的雷电进行雷电流的消纳；自耗能回路一的电感线圈3的电感大小L 由自耗能回路一所负责消纳的雷电流变化率决定，自耗能回路二的电感线圈6的电感大小L由自耗能回路二所负责消纳的雷电流变化率决定。
一种自耗能型线路综合防雷装置的电流流动情况包括如下步骤：
S1.所述接闪器1将雷电流i0引流至自耗能回路一；
S2.参见图2所示，雷电流i0通过自耗能回路一和自耗能回路二所串联成的电路并在自耗能回路一中被消纳；
S3.参见图3所示，雷电流在进入自耗能回路一后，所述电感线圈3产生反感应电动势使该支路电流i2初始值为零并在所述电容间隙2两端形成高电压；
S4.参见图3所示，所述电容间隙2被雷电流i0所产生的高电压击穿后有与雷电流大小基本相同方向相同的电流i1在该电容支路中通过，在电感线圈3处形成与电流i1大小相同方向相反的电流i2，因此雷电流在自耗能回路一中流动震荡并最终被放电消纳；
S5.参见图4所示，所述自耗能回路一中在所述电容2和电感3之间形成电流大小相等方向相反的震荡电流后雷电流在该回路中被消纳并输出较小电流i3流入线路或杆塔。
尽管上文对本实用新型的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述装置由若干个自耗能回路串联而成，所述第1个自耗能回路的任一节点与接闪器相连接，所述接闪器的尖端竖直朝上，用来接收直接雷击将雷电流引入第1个自耗能回路，所述最后一个自耗能回路后端连接需要防雷的线路杆塔塔顶。
2.根据权利要求1所述的自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述串联的自耗能回路的个数范围在1个—10个区间内，每个自耗能回路对应一种类型的雷电能量消纳。
3.根据权利要求1所述的自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述的单个自耗能回路包括电感线圈和电容间隙；所述电感线圈与电容间隙并联形成自耗能回路。
4.根据权利要求3所述的自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述每个自耗能回路中的电感线圈的电感大小L需满足单位时间所需消纳的雷电流施加在电感线圈上的电流变化量所产生的感应电动势大于电容间隙的击穿电压以此保证所述电容间隙被击穿，雷电能量通过自耗能回路被消耗。
5.根据权利要求3所述的自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述单个自耗能回路当且仅当所述电容间隙被击穿时消纳雷电能量；若所述电容间隙未被击穿时等同于单个电感线圈，不构成自耗能回路，未消纳雷电能量，雷电流通过所述单个电感线圈流入下一个自耗能回路。
6.根据权利要求4所述的自耗能型线路综合防雷装置，其特征在于：所述若干个自耗能回路中的电容间隙的结构、参数完全相同，所述若干个自耗能回路中的电感线圈的电感大小L不全相等，每种类型的雷电流对应于一个自耗能回路进行雷电能量的消纳，所述单个自耗能回路中的电感线圈的电感大小L由该自耗能回路所决定消纳的雷电流类型的雷电流变化率决定。
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