一种变压器反击过电压防护装置的制作方法

1.本发明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：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.本发明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。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.防护装置的具体工作过程为:
16.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；
17.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；
18.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；
19.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。
20.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；
21.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；
22.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。
23.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
24.(1)本发明减小泄流裕量，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。
25.(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
26.图1是本发明结构示意图；
27.图2是本发明引雷针结构示意图；
28.图3是本发明第一种密封灭弧单元结构示意图；
29.图4是本发明第二种密封灭弧单元结构示意图；
30.图5是本发明密封灭弧单元高压密封结构示意图；
31.图6是本发明密封灭弧单元外部加固结构示意图。
32.附图中，1
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上电极，2
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绝缘油，3
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陶瓷管，4
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裙边，5
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保护外壳，6
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下电极，7
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电弧，8
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上尖端电极，9
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灭弧栅，10
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凸墩，11
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下尖端电极，12
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引弧尖端，13
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底部螺杆，a
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密封灭弧单元，b
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引雷针，c
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电线杆，d
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变压器。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。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发明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发明的这些方面。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.实施例2：
40.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。
41.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9，一个半圆内侧壁的凸墩9与另一个半圆内侧壁的灭弧栅9相对设置。
42.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。
43.实施例3：
44.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。
45.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。
46.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。
47.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。
48.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”。
49.防护装置的具体工作过程为:
50.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；
51.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；
52.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。
53.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9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。
54.密封管12内设置有高压密封结构和外部加固结构，如图5
‑
6所示。
55.高压密封结构包括塑胶套21、不锈钢垫圈22、o型环23、钢套24、密封硅胶25和挤压固定块26，电极嵌套在密封硅胶25内，密封硅胶25密封设置在陶瓷管的两端，钢套24紧固在密封硅胶25与陶瓷管的连接处的外侧，塑胶套21套设在钢套24和陶瓷管的外侧。不锈钢垫圈22垫设在电极的前端，o型环23设置在密封硅胶25与陶瓷管接触处之间。挤压固定块26设置在密封硅胶25的外侧，挤压固定块26上设置有螺栓孔27，螺栓孔27与不锈钢垫圈22接触设置。密封硅胶25设置为“t”型结构硅胶，“t”型结构硅胶的底部设置为球面凹型结构。
56.外壳以塑胶绝缘材料制成，目的是起到固定陶瓷管的作用；钢套安装在陶瓷管的两端，固定陶瓷管的端部，防止产生的高强度压力将陶瓷管机械变形；呈半弧形的硅胶包裹着上下电极，在上下电极灭弧时狭小空间，面积小，产生压力分散现象，用半弧形的硅胶包裹电极可以将压力波聚焦，灭弧通道的压力提高数倍，有效遮断电弧。由螺丝向不锈钢垫圈和硅胶组合体产生推力，使其与o型环、陶瓷管紧密配合，达到高压密封的目的，很好地防止了高强度压力外泄，能够保证产生的高强度压力最大化作用在电弧上。
57.当装置遭到雷击后，产生液电效应，形成强大的冲击压力波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，截断电弧。同时，给陶瓷管内的灭弧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，必将在陶瓷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，形成方向指向陶瓷管中心的作用力，达到截断电弧，减小电流的幅值大小，降低雷电波的陡度，延长电弧的放电时间的目的，有效灭弧，结构简单，密封性能好。
58.外部加固结构包括顶部套盖板31、绝缘螺杆33、底部套盖板34和绝缘覆盖层35，顶部套盖板33设置在高压密封装置的顶部，底
59.部套盖板34设置在高压密封装置的底部，绝缘螺杆33穿过顶部套盖板31和底部套盖板34，并固定设置，绝缘覆盖层35设置在高压密封装置的外侧，顶部套盖板31和底部套盖板34分别顶住挤压固定块26，同时顶部套盖板31和底部套盖板34设置有螺孔。固定效果更好，是的整个灭弧装置能后承受更大的压力。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。