一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构及制备方法与流程

1.本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构及制备方法。


背景技术：

2.当雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在附近架空到线上产生感应过电压。雷云甚至可能直接击中配电架空线路，产生极高的雷电过电压。当雷电过电压超过一定数值时，就会导致配电线路的闪络甚至断线，造成供电网络的破坏，这将直接影响配电系统供电的可靠性。因此，需要对中压配电网系统的雷电过电压采取防护措施。目前，中压配电网系统的雷电过电压采取防护措施主要有两类：堵塞型防护措施可分为改善配电线路的雷电耐受绝缘特性，采用架空地线来拦截直击雷，降低导线上的感应过电压，以及安装线路避雷器来钳位被保护绝缘子两端的过电压；疏导型防护措施基本原理是疏导电弧，不让电弧灼烧导线。包括延长闪络路径、局部剥离绝缘导线、采用并联保护间隙等。
3.现有技术多级半密闭自能式灭弧腔室串联结构具有优异的灭弧性能，将该结构运用在配电线路上可以有效解决目前配网防雷存在的问题。但目前已有的该类设备其灭弧腔室结构简单，电流遮断能力有限，导致其装置体积大，难以安装；而且在不同线路安装运用时还存在匹配问题，且其可靠性和安全性不高。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构及制备方法，以解决现有技术多级半密闭自能式灭弧腔室串联结构运用在配电线路上解决目前配网防雷存在的灭弧腔室结构简单，电流遮断能力有限，导致其装置体积大，难以安装；而且在不同线路安装运用时还存在匹配问题，且其可靠性和安全性不高等技术问题。
5.本发明的技术方案是：一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，包括灭弧腔室单元，各个灭弧腔室单元相串联，并在串联处内嵌球形电极形成多腔室灭弧防雷本体；灭弧腔室单元为一圆柱形绝缘外壳，外壳内嵌有两个半球形腔室，两个半球形腔室之间形成连通的间隙，所述间隙的一端与外壳的外壁连通，并从间隙到另一端外壁方向形成收敛-扩张通道；一个以上的灭弧腔室单元相连接形成多个用于放置球形电极的球形腔室。
6.所述圆柱形绝缘外壳为聚乳酸材质。
7.圆柱形绝缘外壳的底面半径为9-13mm。
8.球形腔室共为80-150个。
9.球形腔室的疏密程度按照正态分布规律设置。
10.间隙的最窄处距离d1=1-3mm，宽处距离d2=2-4mm。
11.所述收敛-扩张通道与外壳外壁形成喷口，所述喷口的开口直径d3=3-5mm。
12.所述收敛-扩张通道的高d4=4-6mm。
13.球形电极的半径r=3-5mm。
14.一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构的制备方法，所述方法包括：步骤1、建立灭弧腔室单元串联结构的几何模型；步骤2、以聚乳酸为原料，采用3d打印机根据几何模型打印，当打印完一个灭弧腔室单元时，暂停打印，将球形电极嵌入半球形腔室内，之后在嵌有球形电极的灭弧腔室单元上继续打印下一个灭弧腔室单元，重复步骤2最终形成多腔室灭弧防雷本体。
15.本发明有益效果：本发明的通过3d打印技术制备出的具有偏心式拉瓦尔管灭弧腔室串联结构，具有优异的熄灭工频续流电弧的能力，能够有效减少绝缘子灼伤问题。
16.本发明对偏心式拉瓦尔管灭弧腔室串联结构采用了扩张型喷口结构，相比已有结构，遮断电流更大。
17.本发明中在球形电极之间形成的偏心式拉瓦尔管灭弧腔室，相比已有同类装置，具有装置体积小，易于安装，且灭弧性能更加稳定的优点，可实现“免维护”，提高线路运行可靠性和安全性。
18.本发明从工程设计、经济方便及线路安全的角度来看，采用本发明中的偏心式拉瓦尔管结构灭弧防雷装置可以有效减少配网线路的雷击跳闸事故，提高线路运行的可靠性和安全性，有着广阔的应用前景。
19.解决了现有技术多级半密闭自能式灭弧腔室串联结构运用在配电线路上解决目前配网防雷存在的灭弧腔室结构简单，电流遮断能力有限，导致其装置体积大，难以安装；而且在不同线路安装运用时还存在匹配问题，且其可靠性和安全性不高等技术问题。
附图说明
20.图1是本发明灭弧腔室单元侧视图；图2是本发明灭弧腔室单元加工图；图3是具体实施方式两种结构腔室内气流速度随时间变化曲线；图中，8为灭弧腔室单元，9为球形电极，801为半球形腔室，802为间隙，803为收敛-扩张通道，804为喷口，805为外壁。
具体实施方式
21.下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
22.实施例1灭弧腔室单元8为一圆柱形绝缘外壳，绝缘外壳的材质为聚乳酸，圆柱形外壳的底面半径为12mm，所述外壳内嵌有两个半球形腔室801，所述的两个半球形腔室801之间形成连通的间隙802，间隙802的最窄处距离d1为2mm，最宽处距离d2=3mm；所述间隙802的一端与所述外壳的外壁805连通，并从间隙的另一端到外壁805的方向形成一收敛-扩张式通道803；收敛-扩张通道803与外壁805形成喷口804，喷口804的开口直径d3为4mm，收敛-扩张通道803的高d4为 5mm。多个灭弧腔室单元8相连接形成多个用于放置所述球形电极9的球形腔室，上臂内的球形腔室为80个，其疏密按照正态分布规律设置。其中，球形电极9的半径r
为4mm。如图3所示，一种偏心式拉瓦尔管灭弧腔室的制备方法，是采用3d打印机制备灭弧腔室具体包括以下步骤：以聚乳酸为原料，采用3d打印机根据所述的几何模型打印，从最底层开始，先打印底部带有支撑柱的半个灭弧腔室单元8，之后暂定打印，将球形电极9嵌入半球形腔室801内，如图2所示。之后在嵌有球形电极的灭弧腔室单元上继续打印下一个灭弧腔室单元，重复之前的步骤，形成所述的多腔室灭弧防雷本体。在打印的过程中，球形腔室内已经封装了球形电极9同时形成了球形电极9之间的间隙802和喷口804。
23.实验例1通过仿真实验和偏心式拉瓦尔管防雷灭弧结构淬灭冲击电弧试验进一步说明本发明的偏心式拉瓦尔管防雷灭弧装置的实施效果。
24.1、仿真实验利用comsolmutiphsics软件搭建偏心式拉瓦尔管灭弧腔室结构的仿真模型，仿真分析腔室内电弧的运动特性，验证本发明实施例1所制备的偏心式拉瓦尔管灭弧防雷装置的气吹灭弧的效果，以实施例1为实验例a，并以无扩张结构的多腔室灭弧防雷装置作为对照例b。
25.图3所示，是仿真实验所得的a、b两种结构内腔室内气流速度随时间变化曲线，不难看出，本发明采用的有扩张结构的腔室内气流速度明显大于原有结构腔室内气流速度，具有良好的气吹灭弧能力。
[0026] 2、偏心式拉瓦尔管灭弧防雷装置淬灭冲击电弧试验利用高压试验室现有试验设备搭建偏心式拉瓦尔管灭弧防雷装置的冲击电弧测试平台，针对偏心式拉瓦尔管灭弧腔结构进行冲击电弧淬灭试验测试。利用高速摄像机拍摄冲击电弧从半偏心式拉瓦尔管灭弧腔室喷出后的运动和熄灭过程。结果表明，本发明实施例1采用的偏心式拉瓦尔管灭弧腔结构能在184.8μs将腔室内电弧吹出熄灭。


技术特征：
1.一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：包括灭弧腔室单元，各个灭弧腔室单元（8）相串联，并在串联处内嵌球形电极（9）形成多腔室灭弧防雷本体；灭弧腔室单元（8）为一圆柱形绝缘外壳，外壳内嵌有两个半球形腔室（801），两个半球形腔室（801）之间形成连通的间隙（802），所述间隙的一端与外壳的外壁连通，并从间隙到另一端外壁方向形成收敛-扩张通道（803）；一个以上的灭弧腔室单元相连接形成多个用于放置球形电极的球形腔室。2.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：所述圆柱形绝缘外壳为聚乳酸材质。3.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：圆柱形绝缘外壳的底面半径为9-13mm。4.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：球形腔室共为80-150个。5.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：球形腔室的疏密程度按照正态分布规律设置。6.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：间隙的最窄处距离d1=1-3mm，宽处距离d2=2-4mm。7.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：所述收敛-扩张通道与外壳外壁形成喷口，所述喷口的开口直径d3=3-5mm。8.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：所述收敛-扩张通道的高d4=4-6mm。9.根据权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构，其特征在于：球形电极的半径r=3-5mm。10.如权利要求1所述的一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构的制备方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1、建立灭弧腔室单元串联结构的几何模型；步骤2、以聚乳酸为原料，采用3d打印机根据几何模型打印，当打印完一个灭弧腔室单元时，暂停打印，将球形电极嵌入半球形腔室内，之后在嵌有球形电极的灭弧腔室单元上继续打印下一个灭弧腔室单元，重复步骤2最终形成多腔室灭弧防雷本体。

技术总结
本发明公开了一种偏心式拉瓦尔管防雷灭弧腔室结构及制备方法，包括灭弧腔室单元，各个灭弧腔室单元（8）相串联，并在串联处内嵌球形电极（9）形成多腔室灭弧防雷本体；灭弧腔室单元（8）为一圆柱形绝缘外壳，外壳内嵌有两个半球形腔室（801），两个半球形腔室（801）之间形成连通的间隙（802），所述间隙的一端与外壳的外壁连通，并从间隙到另一端外壁方向形成收敛-扩张通道（803）；一个以上的灭弧腔室单元相连接形成多个用于放置球形电极的球形腔室；本发明具有优异的熄灭工频续流电弧的能力，体积小，遮断电流更大，灭弧性能更加稳定，提高线路运行可靠性和安全性。运行可靠性和安全性。运行可靠性和安全性。


技术研发人员：肖小兵 蔡永翔 付宇 李跃 文屹 吕黔苏 刘安茳 张洋 李华鹏 吴鹏 何肖蒙 赵霜霜 郝树青 杨安黔 张锐锋 毛先胤 袁涛 郑友卓 苗宇 王扬 龙秋风 熊楠 窦陈 唐学用 陈宇 何洪流 李前敏 王卓月 刘兵 丁宇洁 张恒荣 黄如云 班诗雪 黄伟
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2022/6/28