CN219086447U - 一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置、系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置、系统，属于防雷灭弧技术领域，包括电极、反冲管、内裙边、外裙边、液体介质和绝缘壳体，绝缘壳体内部设置为空心结构，反冲管设置在绝缘壳体的内部，外裙边设置在绝缘壳体的外侧，内裙边设置在反冲管的外侧与绝缘壳体内壁之间，电极设置在绝缘壳体的两端并伸入绝缘壳体的内部，液体介质设置在绝缘壳体内，并浸泡反冲管。本实用新型把长细管用管内电极分割成多个短间隙腔室，利用电极对电弧温度具有冷却作用的“冷阴极”效应，降低电弧温度，通过多间隙分割，化长电弧为短电弧，衰减每个短电弧对应的间隙腔室的电弧能量，避免在强雷击条件下，由于电流过大产生过强的液电效应压强把灭弧结构损坏。

Description

一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置、系统

技术领域

本实用新型涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置、系统。

背景技术

雷电是自然界中最常见的地球物理现象之一，具有时空分布范围广、随机性强等特点，放电物理过程机制复杂，研究难度大。近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增加，雷害故障频繁发生，目前电网雷害风险主要集中于输电线路。雷电对输电线路安全运行危害极大，输电线路发生雷击时引起的冲击闪络，导致线路绝缘子闪络，继而产生很大的工频续流，损坏绝缘子串及金具，严重时可能导致绝缘子串烧毁和架空导线断线事故。

传统的压缩反冲管是通过空气进行灭弧，但是由于空气造成的压强不够大，往对于一些特高压的输电线的灭弧效果不是非常的好，为了能更好的进行灭弧，需要设计灭弧效果更好的灭弧装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置、系统，解决背景技术中提到的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，包括电极、反冲管、内裙边、外裙边、液体介质和绝缘壳体，绝缘壳体内部设置为空心结构，反冲管设置在绝缘壳体的内部，外裙边设置在绝缘壳体的外侧，内裙边设置在反冲管的外侧与绝缘壳体内壁之间，电极设置在绝缘壳体的两端并伸入绝缘壳体的内部，液体介质设置在绝缘壳体内，并浸泡反冲管。

进一步地，反冲管设置为内部空心，两端开口结构，电极正对设置在反冲管的内部空心两端。

进一步地，反冲管的内部设置有若干个接闪电极，接闪电极间隔设置在反冲管的内部，接闪电极设置为平板结构或者球体结构。

进一步地，内裙边设置为内部空心的绝缘圆板结构，绝缘圆板结构密封设置反冲管与绝缘壳体的内侧壁。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型把长细管用管内电极分割成多个短间隙腔室，利用电极对电弧温度具有冷却作用的“冷阴极”效应，降低电弧温度，通过多间隙分割，化长电弧为短电弧，衰减每个短电弧对应的间隙腔室的电弧能量，避免在强雷击条件下，由于电流过大产生过强的液电效应压强把灭弧结构损坏。在大幅值雷电流条件下，长细管和多间隙两组液电效应结构都能同步同时产生建弧过程的双抑制作用；对于小幅值雷电流，只有长细管结构产生建弧抑制作用。

附图说明

图1是本实用新型第一种装置结构示意图；

图2是本实用新型第二种装置结构示意图；

图3是本实用新型系统结构示意图。

附图中，1-电极，2-反冲管，3-内裙边，4-外裙边，5-液体介质，6-绝缘壳体，7-接闪电极。

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1-2所示，一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，包括电极1、反冲管2、内裙边3、外裙边4、液体介质5和绝缘壳体6，绝缘壳体6内部设置为空心结构，反冲管2设置在绝缘壳体6的内部，外裙边4设置在绝缘壳体6的外侧，内裙边3设置在反冲管2的外侧与绝缘壳体6内壁之间，电极1设置在绝缘壳体6的两端并伸入绝缘壳体6的内部，液体介质5设置在绝缘壳体6内，并浸泡反冲管2。绝缘壳体6为弹性壳体，可以使用橡胶材料或者环氧树脂等材料制成。

反冲管2设置有弹性层，弹性层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。

本实用新型实施例中，反冲管2设置为内部空心，两端开口结构，电极1正对设置在反冲管2的内部空心两端。反冲管2的内部空心设置为非常细小的结构，使得更好的压缩电弧，把电弧变小。

本实用新型实施例中，反冲管2的内部设置有若干个接闪电极7，接闪电极7间隔设置在反冲管2的内部，接闪电极7设置为平板结构或者球体结构。接闪电极7主要是把电弧分割成若干个短电弧进行熄灭。

本实用新型实施例中，内裙边3设置为内部空心的绝缘圆板结构，绝缘圆板结构密封设置反冲管2与绝缘壳体6的内侧壁。内裙边3主要是防止电弧从反冲管2的外围爬行。

一种电弧细管灌注液电效应灭弧系统，包括两个上述的灭弧装置，若干个灭弧装置首尾相接，相连接处设置连接电极连接。如图3所示，实现将电弧进行分割熄灭，灭弧效果更好，更容易熄灭。

电弧在灭弧装置内闪络后，唯一的电弧通道就是电弧通过反冲管2灌注进反冲管2内，反冲管2先抑制雷击强度建弧，反冲管2内电弧与液体介质5被击穿后，通过液电效应产生的灭弧冲击波并同步遮断电弧，冲击波压强的特点是压强峰值达到百兆帕级，压强峰值时间在电弧预击穿时刻，作用到尚处于建弧起始点附近的极弱工频电弧，形成灭弧压强进行灭弧。

抑制雷击强度建弧的具体过程为：电弧越长利用的电弧能量越大，可以提高液电效应的灵敏度，在预击穿阶段能产生灭弧气体压强，有效抑制建弧过程，浸泡在液体中的开放式反冲管结构，在电弧通过反冲管内的液体时形成电弧细管灌注，电弧占位挤压液体后压力传导到细管内壁并产生阻挡压力回波和波正反射，使压力被放大，由于反冲管内径小，压力回波距离可以看作为零，被放大的回波压力直接作用到电弧整体是反冲管内电弧被整体同步压断，形成与反冲管长度等长的电弧断口且不会重燃。

反冲管2内的接闪电极7将反冲管2分割成若干个短间隙腔室，利用电极对电弧温度具有冷却作用的冷阴极效应，降低电弧温度，通过间隙分割，将电弧分割为若干段，衰减分割后的电弧对应的间隙腔室的电弧能量，避免由于电流过大产生过强的液电效应压强把灭弧结构损坏。

液电效应的具体过程为：电弧击穿后发生对液体介质5的空间占位挤压和电弧高温膨胀挤压液体，液体介质5的不可压缩性，使得液体介质5对电弧的空间占位挤压和电弧高温膨胀挤压具有抗拒性，在电弧表面和液体介质5的交接面产生百兆帕级的压强，液体产生抗占位压强作用到电弧本体，使电弧被快速遮断而结束电弧的空间占位和热膨胀占位，实现灭弧。

液体介质5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。

电弧在液体内闪络后，唯一的电弧通道就是电弧通过细管灌注进入细管通道内。细管内电弧与液体通过液电效应产生极强的灭弧冲击波并同步遮断电弧，冲击波压强的特点是压强峰值达到几百兆帕，压强峰值时间在电弧预击穿时刻，作用到尚处于建弧起始点附近的极弱工频电弧，形成灭弧压强巨大，工频电弧极弱的不对称灭弧态势和又早、又强和又快的灭弧特性。优异灭弧冲击波特性的形成机理是：

能量关系：优异的灭弧冲击波压强来源于冲击雷电弧在反冲结构内与液体耦合产生液电效应并形成灭弧冲击波。灭弧冲击波的能量来源于冲击电弧携带的能量，灭弧能量通过反冲结构转化为压强巨大的机械压力遮断电弧。

内在机理：液体具有不可压缩性，电弧在液体中击穿放电的条件是电弧要先排开液体方能形成电弧通道，在电弧排开液体的过程中，就会对液体进行压缩，根据液体不可压缩原理，液体必然产生巨大的抗拒被压缩的反作用力，反作用力直接对抗电弧压缩液体的压力并从根本上消除电弧的空间占位的根源----熄灭电弧。与上述机理相关的灭弧特性指标是：

压强峰值，极短时间内的电弧击穿通道空间占位形成对液体的压缩力，违背了液体不可压缩性的基本规律构成不允许电弧通道继续存在的基本目标，通过产生几百兆帕级水平的巨大液电效应压强遮断电弧是实现这一目标的必然结果。

压强峰值时间，电弧占位的起始点是电弧预击穿阶段的极弱电弧，对应于冲击电弧和工频电弧的起始点附近。预击穿阶段的电弧占位是从无到有的0→1巨变，空间占位变化率达到峰值，液体被压缩的变化率为峰值，液体不可压缩性原理产生的抵抗压缩反作用力变化率也为峰值，形成压强增量和绝对值峰值。

液电效应，液电效应是电弧与液体耦合的结果，液电效应压强峰值的大小肯定与电弧强度有关，雷电流幅值越大，代表雷电荷数量越多，雷击电位差也越大，在预击穿阶段的电流值也会越大，产生的液电效应压强也就越大。长细管结构的液电效应，利用高能长电弧产生液电效应，在预击穿时刻由于电流大，就会产生很强的液电效应压强并导致结构受损，因此只能用于对中等及弱电弧的建弧抑制。多间隙细管结构是基于低能短电弧产生液电效应，对于大幅值电弧通过短电弧能够衰减电弧强度和液电效应强度，为长细管结构极限压强不超标，实现安全灭弧提供必要条件。冲击电弧不超标。

长细管灌注液电效应灭弧方法--抑制弱雷击强度建弧过程：如图1所示。长细管灌注液电效应灭弧方法的主要目的是熄灭弱电弧，因为细管长度决定参与液电效应电弧的长度，电弧越长利用的电弧能量越大，可以提高液电效应的灵敏度，在弱雷击强度条件下在预击穿阶段也能产生足够大的灭弧气体压强，有效抑制建弧过程。浸泡在液体中的开放式反冲管结构，在电弧通过反冲管内的液体时形成电弧细管灌注，电弧占位挤压液体后压力传导到细管内壁并产生阻挡压力回波-波正反射，使压力被放大数倍，由于细管内径小，压力回波距离几乎为零，被放大数被的回波巨大压力直接作用作用到电弧整体是细管内电弧被整体同步压断，形成与细管长度等长的电弧断口且根本不会重燃。如果没有细管灌注，压力回波要经过较长距离才能反作用到电弧，压力时间滞后严重，导致电弧无法被遮断而导致灭弧失败。

多间隙细管灌注液电效应灭弧方法，抑制强雷击电弧的建弧过程：如图2所示。

把长细管用管内电极分割成多个短间隙腔室，利用电极对电弧温度具有冷却作用的“冷阴极”效应，降低电弧温度，通过多间隙分割，化长电弧为短电弧，衰减每个短电弧对应的间隙腔室的电弧能量，避免在强雷击条件下，由于电流过大产生过强的液电效应压强把灭弧结构损坏。

长细管和多间隙细管组合液电效应灭弧方法---同步抑制强弱电弧条件下的建弧过程。结构为图3所示，为图1和图2串联组合结构。在大幅值雷电流条件下，多间隙细管结构液电效应灭弧压强可以对大幅值雷电流进行大尺度衰减，降低了长细管结构液电效应的灭弧压强强度，避免长细管结构因为雷电流幅值过大液电效应过强而受损，起到保护长细管液电效应结构的作用，长细管灌注液电效应因为对弱电弧也有灭弧作用而起到抑制建弧过程的作用。在小幅值雷击条件下，多间隙细管灌注产生的液电效应压强因为电弧强度小而降低，而长细管液电效应结构产生的灭弧压强由于灵敏度高而产生极强的灭弧压强，起到抑制建弧率的作用。总而言之，在大幅值雷电流条件下，长细管和多间隙两组液电效应结构都能同步同时产生建弧过程的双抑制作用；对于小幅值雷电流，只有长细管结构产生建弧抑制作用。

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。

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 (4)

1.一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，其特征在于：包括电极(1)、反冲管(2)、内裙边(3)、外裙边(4)、液体介质(5)和绝缘壳体(6)，绝缘壳体(6)内部设置为空心结构，反冲管(2)设置在绝缘壳体(6)的内部，外裙边(4)设置在绝缘壳体(6)的外侧，内裙边(3)设置在反冲管(2)的外侧与绝缘壳体(6)内壁之间，电极(1)设置在绝缘壳体(6)的两端并伸入绝缘壳体(6)的内部，液体介质(5)设置在绝缘壳体(6)内，并浸泡反冲管(2)。

2.根据权利要求1所述的一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，其特征在于：反冲管(2)设置为内部空心，两端开口结构，电极(1)正对设置在反冲管(2)的内部空心两端。

3.根据权利要求1所述的一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，其特征在于：反冲管(2)的内部设置有若干个接闪电极(7)，接闪电极(7)间隔设置在反冲管(2)的内部，接闪电极(7)设置为平板结构或者球体结构。

4.根据权利要求1所述的一种电弧细管灌注液电效应灭弧装置，其特征在于：内裙边(3)设置为内部空心的绝缘圆板结构，绝缘圆板结构密封设置反冲管(2)与绝缘壳体(6)的内侧壁。

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