CN215870206U - 一种变压器反击过电压防护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变压器反击过电压防护装置，属于防雷灭弧技术领域，包括若干个引雷针、电线杆和变压器，引雷针设置在电线杆的顶部，且竖直高度比设置在电线杆上的输电线高，变压器设置在电线杆上，引雷针底部接地。本实用新型减小泄流裕量，降低感应雷击过电压。反冲避雷针可将流经避雷针的电弧量减小，反冲管将大部分电弧反冲喷射，消减雷电流，降低了杆塔、变压器和避雷器遭受雷击影响的程度。延长了放电时间，减小了放电强度。将强电流通过该装置转化成弱电流，减小了反击电压的数值，提升了变压器和避雷器的安全能力。

Description

一种变压器反击过电压防护装置

技术领域

本实用新型涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种变压器反击过电压防护装置。

背景技术

放置变压器的杆塔的高度基本在3米以上，在山坡等地势高的地方，杆塔极易遭受雷击。由于杆塔的接地电阻较大，当雷电流经杆塔接地装置泄放入地时，地电位会升高，产生很高的反击电压。变压器的外壳与杆塔横担相连，变压器外壳会产生一个很高的电位，巨大的雷电能量可能造成变压器爆炸。

目前变压器的绝缘通常采用将变压器金属外壳、避雷器接地线和变压器低压侧中性点连接后共同接地，然而该方法只能加强变压器的纵绝缘，对变压器的匝间绝缘没有防护作用，当变压器高压侧或低压侧线路遭受雷击时，雷电通过波的形式作用于变压器绕组，雷电过电压使绕组绝缘失效，发生闪络。当低压侧线路遭受雷击时，雷电流侵入低压绕组经中性点接地装置入地，接地电流在接地电阻上产生压降。这个压降使得低压侧中性点电位急剧升高。它叠加在低压绕组出现过电压，危及低压绕组。同时，这个电压通过高低压绕组的电磁感应按变比升高至高压侧，与高压绕组的相电压叠加，致使高压绕组出现危险的过电压。当高压侧线路遭受雷击时，雷电流通过高压侧避雷器放电入地，接地电流在接地电阻上产生压降。这个压降作用在低压侧中性点上，而低压侧出线此时相当于经电阻接地，因此，电压绝大部分加在低压绕组上。又经电磁感应，这个压降以变比升高至高压侧，并叠加于高压绕组的相电压上，致使高压绕组出现过电压而导致击穿事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种变压器反击过电压防护装置，解决现有变压器接地电阻大，雷电流大，变压器绝缘弱，避雷器动作频繁易坏的技术问题。在杆塔顶部安装反冲避雷针，反冲避雷针能够迅速截断电弧，减小雷电流幅值和陡度，使得入地电流非常小，避免泄放雷电流造成的反击电压和线路中感应雷过电压对变压器造成损坏，减少变压器雷害事故。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种变压器反击过电压防护装置，包括若干个引雷针、电线杆和变压器，引雷针设置在电线杆的顶部，且竖直高度比设置在电线杆上的输电线高，变压器设置在电线杆上，引雷针底部接地。

引雷针包括引弧尖端、灭弧装置和底部螺杆，引弧尖端设置在灭弧装置的顶端，底部螺杆设置在灭弧装置的底端并接地设置，灭弧装置包括一个及以上的密封灭弧单元，或者反冲灭弧单元和一个及以上的密封灭弧单元，密封灭弧单元与密封灭弧单元首尾相接固定连接，最底端的防雷装置的底端接地，反冲灭弧单元设置在密封灭弧单元的顶端。

进一步地，密封灭弧单元设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极和下电极密封设置，密封管内设置有绝缘油，密封管的侧边设置有裙边。

进一步地，密封管还包括陶瓷管和保护外壳，保护外壳设置在陶瓷管的外侧，裙边设置在保护外壳的外侧。

进一步地，上电极包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在陶瓷管和保护外壳的一端，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在陶瓷管内，下电极包括上端石墨电极和底部金属电极，底部金属电极固定在陶瓷管和保护外壳的另一端，上端石墨电极设置在陶瓷管内，且与底部金属电极连接。

进一步地，密封灭弧单元设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极和下电极密封设置，密封管内设置有绝缘油，密封管的侧边设置有裙边，密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅，灭弧栅横向长度大于密封管的二分之一内径。

进一步地，上电极的底部设置有上尖端电极，下电极的上端设置有下尖端电极，上尖端电极和下尖端电极相对竖直设置，上尖端电极和下尖端电极均为石墨电极。

进一步地，灭弧栅由绝缘材料制成，灭弧栅设置为半圆结构，密封管内两半圆内侧壁设置的灭弧栅相间设置，同一半圆上的灭弧栅之间设置有凸墩，一个半圆内侧壁的凸墩与另一个半圆内侧壁的灭弧栅相对设置。

进一步地，反冲灭弧单元包括接闪电极、反冲管体、反冲管裙边和底部接闪电极，接闪电极设置在反冲管体的顶端，反冲管裙边设置在反冲管体的侧边，反冲管体内部设置为反冲空孔，反冲空孔的低端设置有底部接闪电极，所述接闪电极和底部接闪电极均为石墨电极，反冲管体内设置有绝缘液体，所述底部接闪电极密封设置在反冲空孔的底部。

防护装置的具体工作过程为:

步骤1：雷电形成前，雷云与大地之间形成一个雷电场，由于静电感应，绝缘管内感应出与雷云极性相反的电荷，并在密封的绝缘管中积聚，由于液体是不可压流体，所以电荷无法自由移动，最终会在绝缘管内形成电弧链；极性相同的电荷间产生互相排斥的库仑力，由于绝缘管密封，库仑力作用在管壁上形成反作用力，截断感应电荷链；

步骤2：在充满绝缘油的密封管内引发电弧放电时，液电效应产生冲向侧边的击波；

步骤3：帕斯卡效应增强液电效应，电弧作用在绝缘油上时，静止的绝缘油某一部分发生压强变化时，将大小不变地向密封管内侧各个方向传递；

步骤4：由于密封管内设置有灭弧栅，电弧在密封管的长度变长，同时设置凸墩增加密封管的表面积，液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击，集中对电弧通道进行冲击灭弧，进行过电压防护。

进一步地，步骤2的具体过程为:在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电，放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、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，对外界表现出功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力，由于力的相互性，陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波；

步骤3的具体过程为：当冲击电弧作用在金属电极上，给陶瓷管内的绝缘油施加压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从陶瓷管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质，该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹；

步骤4的具体过程为，液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，电弧朝向灭弧栅的尖端移动，尖端拉长电弧的长度，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，进行截断电弧、减小电流幅值和陡度、避免产生反击电压和降低感应雷过电压。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)本实用新型减小泄流裕量，降低感应雷击过电压。反冲避雷针可将流经避雷针的电弧量减小，反冲管将大部分电弧反冲喷射，消减雷电流，降低了杆塔、变压器和避雷器遭受雷击影响的程度。

(2)延长了放电时间，减小了放电强度。将强电流通过该装置转化成弱电流，减小了反击电压的数值，提升了变压器和避雷器的安全能力，安装在杆塔上的反冲避雷针更加有效地保护变压器的安全，使得雷电流对变压器和避雷器的破坏能力减弱，起到保护装置安全的作用。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型引雷针结构示意图；

图3是本实用新型第一种密封灭弧单元结构示意图；

图4是本实用新型第二种密封灭弧单元结构示意图。

附图中，1-上电极，2-绝缘油，3-陶瓷管，4-裙边，5-保护外壳，6-下电极，7-电弧，8-上尖端电极，9-灭弧栅，10-凸墩，11-下尖端电极，12-引弧尖端，13-底部螺杆，A-密封灭弧单元，B-引雷针，C-电线杆，D-变压器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。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实用新型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实用新型的这些方面。

如图1所示，一种变压器反击过电压防护装置，包括若干个引雷针B、电线杆C和变压器D，引雷针B设置在电线杆C的顶部，且竖直高度比设置在电线杆C上的输电线高，变压器D设置在电线杆C上，引雷针B底部接地。

如图2所示，引雷针包括引弧尖端12、灭弧装置和底部螺杆13，引弧尖端12设置在灭弧装置的顶端，底部螺杆13设置在灭弧装置的底端并接地设置，灭弧装置包括一个及以上的密封灭弧单元A，密封灭弧单元A与密封灭弧单元A首尾相接固定连接，最底端的防雷装置的底端接地。

电弧进入绝缘管的时候，给绝缘管内的液体施加了一定的压强，根据帕斯卡原理，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，必将在绝缘管的内壁上产生更大的作用力。该作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，达到截断电弧、减小电流幅值、避免产生巨大残压的目的。

该实施例中，密封灭弧单元A设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极1和下电极6密封设置，密封管内设置有绝缘油2，密封管的侧边设置有裙边4。密封管还包括陶瓷管3和保护外壳5，保护外壳5设置在陶瓷管3 的外侧，裙边4设置在保护外壳5的外侧。

上电极1包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在陶瓷管3和保护外壳5的一端，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在陶瓷管3内，下电极6包括上端石墨电极和底部金属电极，底部金属电极固定在陶瓷管3 和保护外壳5的另一端，上端石墨电极设置在陶瓷管3内，且与底部金属电极连接。

实施例2：

如图3所示，该实施例与实施例1不同的是，密封灭弧单元A设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极1和下电极6密封设置，密封管内设置有绝缘油2，密封管的侧边设置有裙边4，密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅9，灭弧栅9横向长度大于密封管的二分之一内径。上电极1的底部设置有上尖端电极8，下电极6的上端设置有下尖端电极11，上尖端电极8和下尖端电极11相对竖直设置，上尖端电极8和下尖端电极11均为石墨电极。

该实施例中，灭弧栅9由绝缘材料制成，灭弧栅9设置为半圆结构，密封管内两半圆内侧壁设置的灭弧栅9相间设置，同一半圆上的灭弧栅9之间设置有凸墩10，一个半圆内侧壁的凸墩10与另一个半圆内侧壁的灭弧栅9相对设置。

液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，电弧朝向灭弧栅的尖端移动，尖端拉长电弧的长度，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，完成灭弧。

实施例3：

该实施例与实施例1和2的区别是，还包括反冲灭弧单元，反冲灭弧单元设置在密封灭弧单元A的顶端，反冲灭弧单元包括接闪电极、反冲管体、反冲管裙边和底部接闪电极，接闪电极设置在反冲管体的顶端，反冲管裙边设置在反冲管体的侧边，反冲管体内部设置为反冲空孔，反冲空孔的低端设置有底部接闪电极，所述接闪电极和底部接闪电极均为石墨电极，反冲管体内设置有绝缘液体，所述底部接闪电极密封设置在反冲空孔的底部。经过设置反冲单元可以对雷电弧先进行反冲削弱，然后再经密封灭弧单元A进行灭弧，可以很好限流的作用。

通过在接闪的地方设置为石墨电极，可以有效的提高使用寿命。

石墨电极导电性好，易将电弧引入反冲管中：石墨是一种非金属材料，石墨的导电性比一般非金属矿高100倍。石墨中每个碳原子的周边联结着另外三个碳原子，排列成蜂巢式的多个六边形，由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。一般来说，石墨电极的放电加工速度要比铜电极整体快1.5～2倍。在雷击输电线路的时候，石墨电极能够起到引弧的作用，使电弧能够顺利进入到灭弧管。

石墨电极熔点极高，能承受更大的电流，不易变形：石墨电极具有能承受大电流条件的特性。铜的软化点在1000度左右，容易因受热而产生变形；而石墨升华温度在3650度左右。强度在5000安培到5万安培之间的雷击电流，产生的雷击温度最高超过3000度。所以金属电极在雷击大电流作用下极易变形，产生金属粉末，发生飞溅，损坏灭弧室的结构，影响反冲灭弧的效果，而采用石墨电极可以有效解决上述问题。

石墨电极的损耗小：石墨电极具有能承受大电流条件的特性，在雷电弧作用下，产生极性效应，部分蚀除物、碳颗粒会粘附在电极表面形成一层保护层，保证了石墨电极在反冲灭弧作用过程中的损耗极小，甚至是“零损耗”。

防护装置的具体工作过程为:

步骤1：雷电形成前，雷云与大地之间形成一个雷电场，由于静电感应，绝缘管内感应出与雷云极性相反的电荷，并在密封的绝缘管中积聚，由于液体是不可压流体，所以电荷无法自由移动，最终会在绝缘管内形成电弧链；极性相同的电荷间产生互相排斥的库仑力，由于绝缘管密封，库仑力作用在管壁上形成反作用力，截断感应电荷链；

步骤2：在充满绝缘油的密封管内引发电弧放电时，液电效应产生冲向侧边的击波。在充满绝缘油的陶瓷管内引发电弧放电，放电通道中的部分绝缘油瞬间被汽化、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，对外界表现出功率的力学效应，在陶瓷管中形成冲击陶瓷管壁的作用力，由于力的相互性，陶瓷管管壁在绝缘油介质中产生冲击波；

步骤3：帕斯卡效应增强液电效应，电弧作用在绝缘油2上时，静止的绝缘油2某一部分发生压强变化时，将大小不变地向密封管内侧各个方向传递。当冲击电弧作用在金属电极上，给陶瓷管内的绝缘油施加压强，根据帕斯卡原理，封闭容器中的静止流体的某一部分发生压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从陶瓷管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的绝缘油介质，该作用力在碰到陶瓷管壁后发生反弹。

步骤4：由于密封管内设置有灭弧栅9，电弧在密封管的长度变长，同时设置凸墩10增加密封管的表面积，液电效应和帕斯卡效应的冲击波冲击到侧边后返回冲击，集中对电弧通道进行冲击灭弧，进行过电压防护。液电效应和帕斯卡效应使得陶瓷管内的压强增大、温度上升，产生由陶瓷管壁指向中心的作用力，在该作用力下，电弧朝向灭弧栅的尖端移动，尖端拉长电弧的长度，并在绝缘油对电弧的吹动下，电弧温度降低，使电弧更迅速的熄灭，在陶瓷管中形成的电弧越长，对陶瓷管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击力也就越大，作用力作用在外壳后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，进行截断电弧、减小电流幅值和陡度、避免产生反击电压和降低感应雷过电压。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：包括若干个引雷针(B)、电线杆(C)和变压器(D)，引雷针(B)设置在电线杆(C)的顶部，且竖直高度比设置在电线杆(C)上的输电线高，变压器(D)设置在电线杆(C)上，引雷针(B)底部接地。

2.根据权利要求1所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：引雷针(B)包括引弧尖端(12)、灭弧装置和底部螺杆(13)，引弧尖端(12)设置在灭弧装置的顶端，底部螺杆(13)设置在灭弧装置的底端并接地设置，灭弧装置包括一个及以上的密封灭弧单元(A)，密封灭弧单元(A)与密封灭弧单元(A)首尾相接固定连接，最底端的防雷装置的底端接地。

3.根据权利要求2所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：密封灭弧单元(A)设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极(1)和下电极(6)密封设置，密封管内设置有绝缘油(2)，密封管的侧边设置有裙边(4)，密封管还包括陶瓷管(3)和保护外壳(5)，保护外壳(5)设置在陶瓷管(3)的外侧，裙边(4)设置在保护外壳(5)的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：上电极(1)包括上层石墨电极、中间金属电极和下层石墨电极，中间金属电极固定在陶瓷管(3)和保护外壳(5)的一端，上层石墨电极设置在中间金属电极的上层，下层石墨电极设置在中间金属电极的底部，且设置在陶瓷管(3)内，下电极(6)包括上端石墨电极和底部金属电极，底部金属电极固定在陶瓷管(3)和保护外壳(5)的另一端，上端石墨电极设置在陶瓷管(3)内，且与底部金属电极连接。

5.根据权利要求2所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：密封灭弧单元(A)设置为一个密封管，密封管两端分别设置上电极(1)和下电极(6)密封设置，密封管内设置有绝缘油(2)，密封管的侧边设置有裙边(4)，密封管的内侧边上间隔设置有灭弧栅(9)，灭弧栅(9)横向长度大于密封管的二分之一内径。

6.根据权利要求5所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：上电极(1)的底部设置有上尖端电极(8)，下电极(6)的上端设置有下尖端电极(11)，上尖端电极(8)和下尖端电极(11)相对竖直设置，上尖端电极(8)和下尖端电极(11)均为石墨电极。

7.根据权利要求5所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：灭弧栅(9)由绝缘材料制成，灭弧栅(9)设置为半圆结构，密封管内两半圆内侧壁设置的灭弧栅(9)相间设置，同一半圆上的灭弧栅(9)之间设置有凸墩(10)，一个半圆内侧壁的凸墩(10)与另一个半圆内侧壁的灭弧栅(9)相对设置。

8.根据权利要求5所述的一种变压器反击过电压防护装置，其特征在于：还包括反冲灭弧单元，反冲灭弧单元设置在密封灭弧单元(A)的顶端，反冲灭弧单元包括接闪电极、反冲管体、反冲管裙边和底部接闪电极，接闪电极设置在反冲管体的顶端，反冲管裙边设置在反冲管体的侧边，反冲管体内部设置为反冲空孔，反冲空孔的低端设置有底部接闪电极，所述接闪电极和底部接闪电极均为石墨电极，反冲管体内设置有绝缘液体，所述底部接闪电极密封设置在反冲空孔的底部。

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