一种延时耦合的混合气流灭弧防雷装置

1.本发明涉及输电线路的防雷装置技术领域，特别涉及一种延时耦合的混合气流灭弧防雷装置。


背景技术：

2.输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。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，导致线路事故。对此电力部门一般采用在输电线路加装线路防雷器来实现保护。
3.电弧是高温高导电率的游离气体,将电弧进行消灭，简称灭弧。灭弧有多种方法，大多是使用某种气体或者液体来承担主要灭弧工作。
4.防雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，避免引起系统接地短路的电器装置。
5.目前，现有的防雷器一般是由绝缘串子和灭弧单元并联而成，其中，绝缘串子仅具有绝缘作用，并未不具备灭弧功能，而仅靠灭弧单元进行灭弧，灭弧效果不够理想。


技术实现要素：

6.鉴于以上内容，有必要提供一种延时耦合的混合气流灭弧防雷装置，其通过将绝缘串子与灭弧单元相结合的方式提高并联而成的防雷装置的灭弧效果和绝缘效果，同时，利用灭弧室中横纵吹的灭弧方式拉长灭弧路径，缩短灭弧时长，从而提升灭弧效果，有效抑制电弧重燃。
7.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
8.一种延时耦合的混合气流灭弧防雷装置，包括两防雷绝缘子主体、均压环、裙边、低压接地电极和高压电极；
9.两防雷绝缘子主体长度方向上的一端通过低压接地电极相连，另一端通过所述高压电极相连；每一防雷绝缘子主体长度方向上的两端均设置有均压环，每一防雷绝缘子主体沿其长度方向上间隔设置有若干裙边，所述裙边位于防雷绝缘子主体两端的均压环之间；
10.每一防雷绝缘子主体的内部设置有灭弧路径，所述灭弧路径从防雷绝缘子主体长度方向上的一端延伸至另一端；所述灭弧路径主要由若干纵吹气流灭弧主体和若干横吹气流灭弧管道构成；所述灭弧路径的两端均为纵吹气流灭弧主体，相邻两纵吹气流灭弧主体之间设置一横吹气流灭弧管道；每一纵吹气流灭弧主体主要由若干纵吹气流灭弧管道相接成正六边形结构，其中，该六边形所在平面平行于所述防雷绝缘子主体的长度方向；每一纵吹气流灭弧管道的管壁采用绝缘材料制作，其长度方向上的一端端部设置有阳极，另一端设置有阴极和电磁阀结构，所述纵吹气流灭弧管道的内部通过电磁阀结构与外界相连通，所述纵吹气流灭弧管道内设置有触发电极和若干tnt灭弧能量团，所述触发电极位于阳极
和阴极之间，所有的tnt灭弧能量团位于阳极和触发电极之间，并沿着所述纵吹气流灭弧管道的管长方向依次间隔设置；每一横吹气流灭弧管道的管长方向平行于所述防雷绝缘子主体的长度方向，所述横吹气流灭弧管道内设置有若干球电极，所有的球电极沿着横吹气流灭弧管道的管长方向依次间隔，所述横吹气流灭弧管道在相邻两球电极之间的管壁上开设有横吹断口；
11.所述纵吹气流灭弧主体中，两两纵吹气流灭弧管道构成一对纵吹气流灭弧管对，每一对纵吹气流灭弧管对中的两纵吹气流灭弧管道的阳极通过连接电极密封相连，相邻两对纵吹气流灭弧管对中相互靠近的两纵吹气流灭弧管道的电磁阀结构相对，两者的连接不为密封连接；
12.相邻两纵吹气流灭弧主体之间的横吹气流灭弧管道首尾两端的球电极分别与该两纵吹气流灭弧主体上的一个纵吹气流灭弧管道的阴极相连；靠近所述低压接地电极的纵吹气流灭弧主体与低压接地电极电气连接，靠近高压电极的纵吹气流灭弧主体与高压电极电气连接。
13.优选地，所述裙边分为第一裙边和第二裙边，所述第一裙边的外轮廓尺寸大于第二裙边的外轮廓尺寸，相邻两第一裙边之间设置一第二裙边。
14.优选地，相邻两裙边之间设置一纵吹气流灭弧主体，处于所述防雷绝缘子主体首端的裙边与该端的低压接地电极之间设置一纵吹气流灭弧主体，处于所述防雷绝缘子主体尾端的裙边与该端的高压电极之间设置一纵吹气流灭弧主体。
15.优选地，所述纵吹气流灭弧管道内部的灭弧介质为c
4-pfn-co2或者cf3i/co2。
16.优选地，所述横吹气流灭弧管道上的所有横吹断口位于横吹气流灭弧管道上的同一侧。
17.优选地，所述连接电极为梯形电极。
18.优选地，所述电磁阀结构包括电流互感器、继电器和电磁阀，所述电流互感器的一次侧接头分别连接阳极和阴极，所述电流互感器的二次侧接头连接继电器，所述继电器连接电磁阀，所述电磁阀的开合由继电器控制。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1、本发明所设计的防雷装置采用并联式结构，其并联的是两个均具有灭弧路径的防雷绝缘子主体，相比传统的并联一个无灭弧结构的绝缘子和一个有灭弧结构的防雷件来说，本发明不仅提升了整体的绝缘强度，还可以使得绝缘子增加灭弧功能，从而提升整体的灭弧效果。
21.2、本发明在防雷绝缘子主体的内部设置呈阶梯式循环排布的灭弧路径，该灭弧路径具有纵吹气流灭弧主体和横吹气流灭弧管道，可将电弧进行分段，形成多个横、纵吹断点，有效抑制电弧重燃。
22.3、本发明的纵吹气流灭弧主体由六个纵吹气流灭弧管道形成正六边形结构，每一纵吹气流灭弧管道上设置有三电极
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阳极、阴极和触发电极，且在管道内部间隔设置多个tnt灭弧能量团，多个tnt灭弧能量团位于阳极和触发电极之间，当冲击电弧进入纵吹气流灭弧管道中时，冲击电弧优先在阳极和触发电极之间反应，而后在阳极和阴极之间反应，也就是，冲击电弧的路径由触发电极到阳极，再从阳极到阴极，该路径相较现有从阳极到阴极，多出了触发电极到阳极的路程，因此，本发明的纵吹气流灭弧管道能够拉长灭弧路径，
使得灭弧效果更好；其次，冲击电弧从触发电极一侧向阳极一侧依次触发tnt灭弧能量团，使得tnt灭弧能量团爆炸，从而形成爆轰气流，爆轰气流和灭弧管道中因瞬间高温而自膨胀的气流耦合形成混合灭弧气流，增强灭弧管道的超压值及超压持续时间，进而有效抑制电弧重燃，换句话说，本发明的灭弧方式采用的是延时耦合混合气流灭弧方式，其能更好的抑制大容量、高能量工频电弧。
23.4、本发明通过在纵吹气流灭弧管道阴极所在端设置电磁阀结构，该电磁阀结构在冲击电弧产生的瞬间，可打开，从而使灭弧管道从密闭式转变为半封闭室，有助于强气流喷出，而强气流的喷出，可以将防雷装置表面的污秽清除干净，保护绝缘子串的绝缘性能，有效防止电弧沿面闪络。
24.5、本发明所设计的防雷装置的结构简单、设计合理，灭弧能力强，工作稳定可靠。
附图说明
25.图1为本发明的整体结构示意图；
26.图2为本发明灭弧路径的结构示意图；
27.图3为本发明纵吹气流灭弧管道的结构示意图。
28.主要元件符号说明
29.图中：1-防雷绝缘子主体；2-均压环；3-纵吹气流灭弧管道；4-横吹气流灭弧管道；5-低压接地电极；6-高压电极；7-灭弧路径；8-横吹断口；9-球电极；10-连接电极；11-第一裙边；12-第二裙边；13-电磁阀结构；14-阳极；15-阴极；16-触发电极；17-tnt灭弧能量团。
30.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
31.请参阅图1至图3，在本发明的一种较佳实施方式中，一种延时耦合的混合气流灭弧防雷装置，包括两防雷绝缘子主体1、均压环2、裙边、低压接地电极5和高压电极6。
32.两防雷绝缘子主体1长度方向上的一端通过低压接地电极5相连，另一端通过所述高压电极6相连，通过低压接地电极5和高压电极6将电弧引导进入到防雷绝缘子主体1内部，即，在本发明中，引弧电极为低压接地电极5和高压电极6将。每一防雷绝缘子主体1长度方向上的两端均设置有均压环2，通过均压环2将本装置与电弧防雷器的上、下端安装金具相连，在本实施方式中，优选使均压环2整体形状均匀且耐受电弧。每一防雷绝缘子主体1沿其长度方向上间隔设置有若干裙边，所述裙边位于防雷绝缘子主体1两端的均压环2之间；在本实施方式中，所述裙边分为第一裙边11和第二裙边12，所述第一裙边11的外轮廓尺寸大于第二裙边12的外轮廓尺寸，相邻两第一裙边11之间设置一第二裙边12。
33.每一防雷绝缘子主体1的内部设置有灭弧路径7，所述灭弧路径7从防雷绝缘子主体1长度方向上的一端延伸至另一端；所述灭弧路径7主要由若干纵吹气流灭弧主体和若干横吹气流灭弧管道4构成。所述灭弧路径7的两端均为纵吹气流灭弧主体，相邻两纵吹气流灭弧主体之间设置一横吹气流灭弧管道4。每一纵吹气流灭弧主体主要由若干纵吹气流灭弧管道3相接成正六边形结构，其中，该六边形所在平面平行于所述防雷绝缘子主体1的长度方向。每一纵吹气流灭弧管道3的管壁采用绝缘材料制作，其长度方向上的一端端部设置有阳极14，另一端设置有阴极15和电磁阀结构13，所述纵吹气流灭弧管道3的内部通过电磁
阀结构13与外界相连通，所述纵吹气流灭弧管道3内设置有触发电极16和若干tnt灭弧能量团17，所述触发电极16位于阳极14和阴极15之间，所有的tnt灭弧能量团17位于阳极14和触发电极16之间，并沿着所述纵吹气流灭弧管道3的管长方向依次间隔设置；每一横吹气流灭弧管道4的管长方向平行于所述防雷绝缘子主体1的长度方向，所述横吹气流灭弧管道4内设置有若干球电极9，所有的球电极9沿着横吹气流灭弧管道4的管长方向依次间隔，所述横吹气流灭弧管道4在相邻两球电极9之间的管壁上开设有横吹断口8。
34.所述纵吹气流灭弧主体中，两两纵吹气流灭弧管道3构成一对纵吹气流灭弧管对，每一对纵吹气流灭弧管对中的两纵吹气流灭弧管道3的阳极14通过连接电极10密封相连，相邻两对纵吹气流灭弧管对中相互靠近的两纵吹气流灭弧管道3的电磁阀结构13相对，两者的连接不为密封连接；
35.相邻两纵吹气流灭弧主体之间的横吹气流灭弧管道4首尾两端的球电极9分别与该两纵吹气流灭弧主体上的一个纵吹气流灭弧管道3的阴极15相连；靠近所述低压接地电极5的纵吹气流灭弧主体与低压接地电极5电气连接，具体是低压接地电极5跟纵吹气流灭弧主体中的一个纵吹气流灭弧管道3上的阴极15连接，靠近高压电极6的纵吹气流灭弧主体与高压电极6电气连接，具体是高压电极6跟纵吹气流灭弧主体中的一个纵吹气流灭弧管道3上的阳极14连接。
36.由上可知，本发明的灭弧路径7为纵横吹相间的方式，该方式呈阶梯式循环排布，可将电弧进行分段，形成多个横、纵吹断点，从而有效抑制电弧重燃，提高本装置的灭弧效果，其中，纵吹是由六个纵吹气流灭弧管道3形成的正六边形的纵吹气流灭弧主体实现，横吹由横吹气流灭弧管道4实现。
37.在纵吹气流灭弧主体中，每一个纵吹气流灭弧管道3上设置多个tnt灭弧能量团17和三电极
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阳极14、阴极15和触发电极16，多个tnt灭弧能量团17位于阳极14和触发电极16之间，当冲击电弧通过引弧电极进入纵吹气流灭弧管道3时，冲击电弧优先产生于阳极14和触发电极16之间，而后在阳极14和阴极15之间，这样，冲击电弧的路径相较现有的灭弧路径7，多出了触发电极16到阳极14的路程，使得灭弧路径7延长，加之触发电极16到阳极14之间设置的多个tnt灭弧能量团17，使得冲击电弧从触发电极16一侧向阳极14一侧依次引爆tnt灭弧能量团17，多个tnt灭弧能量团17的引爆就使得灭弧时长增加，起到了延时的目的，从而使得灭弧路径7拉长的同时灭弧时长增加，进而使得灭弧效果更好。其次，冲击电弧引爆tnt灭弧能量团17形成的爆轰气流，可以与因灭弧管道内高温(因触发电极16和冲击电弧能量产生的)而使得灭弧管道内的气体自膨胀所形成的气流耦合形成混合灭弧气流，混合灭弧气流运动过程中产生高能压缩波和爆炸冲击波叠加效应，增强了耦合冲击波超压及延长超压作用持续时间，从而实现抑制工频电弧重燃目标。再者，纵吹气流灭弧主体中，相邻两纵吹气流灭弧管道3之间通过连接电极10连接，该连接电极10能够将纵吹气流灭弧管道3进行密封，便于管道内形成超压，优选的，所述连接电极10为梯形电极，以契合两纵吹气流灭弧管道3的结构。而纵吹气流灭弧管道3背离连接电极10的一端设置电磁阀结构13，该电磁阀结构13可使得纵吹灭弧管道从密封状态向半封闭状态转变，以使得纵吹气流灭弧管道3在密封状态所形成超压能够吹出，避免管道在超压和高温状态下爆炸，管道内强气流的喷出，课使得单个灭弧管道内电弧能量被削弱，加之无后续工频电弧能量补给通道，因此，该设置方式打破了电弧能量平衡结构，增大熄灭电弧概率，提高灭弧效果，在本发明中，电磁
阀结构13是在冲击电弧产生的瞬间打开，从而使得纵吹气流灭弧管道3从密封状态转变成半封闭状态，在本实施方式中，所述电磁阀结构13包括电流互感器、继电器和电磁阀，所述电流互感器的一次侧接头分别连接阳极14和阴极15，所述电流互感器的二次侧接头连接继电器，所述继电器连接电磁阀，所述电磁阀的开合由继电器控制，开合原理为，冲击电弧产生的瞬间，阳极14和阴极15之间形成大电流，大电流经电流互感器的作用转换成小电流，小电流流至继电器上，当小电流的电流值大于继电器的预设值时，继电器的执行件运作，促使电磁阀打开，从而实现电磁阀的自开启。
38.在本发明中，纵吹气流灭弧主体的电弧依次经过每一纵吹气流灭弧管道3后通过横吹气流灭弧管道4端部的球电极9进入到横吹气流灭弧管道4内进行横吹灭弧，而后通过另一端部的球电极9进入到下一层纵吹气流灭弧主体中进行纵吹灭弧。在横吹气流灭弧管道4中，电弧依次经过每一球电弧，当经过相邻两球电极9之间的横吹断口8时，强气流从横吹断口8中吹出，从而拉长电弧，提高灭弧效果。优选地，所述横吹气流灭弧管道4上的所有横吹断口8位于横吹气流灭弧管道4上的同一侧。在本实施方式中，与纵吹气流灭弧管道3连接的球电极9与该纵吹气流灭弧管道3的阴极15合成一体。
39.进一步地，在本实施方式中，相邻两裙边之间设置一纵吹气流灭弧主体，处于所述防雷绝缘子主体1首端的裙边与该端的低压接地电极5之间设置一纵吹气流灭弧主体，处于所述防雷绝缘子主体1尾端的裙边与该端的高压电极6之间设置一纵吹气流灭弧主体。
40.进一步地，所述纵吹气流灭弧管道3内部的灭弧介质为c
4-pfn-co2或者cf3i/co2，或者其他具有良好的绝缘性能及热开断能力co2混合气体，从而确保熄弧有效性。
41.本发明的工作原理：
42.当大容量、高能量后续工频电弧产生在防雷绝缘子主体1时，基于电弧能量转移原理，采用三电极(阳极14、阴极15、触发电极16)半封闭灭弧结构，冲击电弧通过导弧电极(低压接地电弧或者高压电弧)进入到纵吹气流灭弧主体和横吹灭弧管道中，在纵吹气流灭弧主体中，冲击电弧依次经过构成六边形的六个纵吹气流灭弧管道3，每一个纵吹气流灭弧管道3利用触发电极16及冲击电弧能量快速触发管道内的气体形成自膨胀气流，所形成的自膨胀气流将电弧电流强制分流，在纵吹气流灭弧管道3的前端(电磁阀结构13所在端)吹出，电弧形成断口，单个纵吹气流灭弧管道3内电弧能量被削弱，加之无后续工频电弧能量补给通道，因此打破了电弧能量平衡结构，增大熄灭电弧概率；同时，在纵吹气流灭弧管道3中利用冲击电弧从触发电极16一侧向阳极14一侧依次引燃多个tnt灭弧能量团17，纵吹气流灭弧管道3中产生爆炸气流，该爆炸气流与之前产生的自膨胀气流延时耦合形成混合灭弧气流，在混合灭弧气流运动过程中产生高能压缩波和爆炸冲击波叠加效应，增强耦合冲击波超压及延长超压作用持续时间，从而实现抑制工频电弧重燃目标。冲击电弧经纵吹气流灭弧主体的每一个纵吹气流灭弧管道3后通过球电极9进入横吹气流灭弧管道4，冲击电弧依次经过横吹气流灭弧管道4中的球电极9，而后进入道下一层纵吹气流灭弧主体中，这样，冲击电弧被逐级灭弧，有效抑制了电弧重燃，提高灭弧效果。
43.需要说明的是，本发明的tnt灭弧能量团17为微型弹药。
44.上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。