一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置的制作方法

本实用新型涉及过电压保护装置技术领域，具体涉及一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置，运用于配网线路雷电过电压的防护工作。

背景技术：

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。

已有学者提出，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有待提高。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，基于多级半密闭自能式灭弧腔室结构和配网线路具体运行情况，提出了一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置。相比已有结构，其结构更加紧凑，遮断电流更大，同时提高线路运行的可靠性和安全性。

本实用新型是通过如下技术方案实现的。

一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置，是由上臂和下臂以及所述上臂和下臂之间形成的空气间隙组成；所述的上臂是由一横向臂的一端与一纵向臂的一端相连接构成，所述的横向臂远离纵向臂的一端与绝缘子串的上端相连接，所述下臂的一端与绝缘子串的下端相连接，所述下臂的另一端和纵向臂远离横向臂的一端之间形成所述的空气间隙；所述下臂为金属棒；所述的横向臂和纵向臂是由多个串接相连的灭弧腔室单元和封装在所述灭弧腔室单元内的球形电极组成，所述的灭弧腔室单元为一圆柱形绝缘外壳，所述外壳内嵌有两个半球形腔室，所述的两个半球形腔室之间形成连通的间隙，所述间隙的一端与所述外壳的外壁连通，并从间隙到外壳外壁的方向逐渐缩小形成一锥体通道；所述多个灭弧腔室单元相连接形成多个用于放置所述球形电极的球形腔室。

作为一种优选的方案，所述的下臂为镀锌钢棒。

作为一种优选的方案，所述的空气间隙的长度为30-100mm。

作为一种优选的方案，所述圆柱形绝缘外壳为聚乳酸材质，其底面半径为9-13mm。

作为一种优选的方案，所述上臂内的球形腔室共为80-150个，其疏密按照正态分布规律设置。

作为一种优选的方案，所述间隙的最窄处距离d1=0.5-1.5mm，最宽处距离d2=3-5mm。

作为一种优选的方案，所述锥体通道与外壳外壁形成喷口，所述喷口的开口直径d3=1-2mm，所述锥体通道的高d4=5-7mm。

作为一种优选的方案，所述球形电极的半径r=4-6mm。

一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置的制备方法，所述的灭弧腔室单元采用3d打印机加工制造，具体包括以下步骤：

a）使用软件建立灭弧腔室单元串联结构的几何模型。

b）以聚乳酸为原料，采用3d打印机根据所述的几何模型打印，当打印完一个灭弧腔室单元时，暂定打印，将球形电极嵌入所述的半球形腔室内，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，重复之前的步骤，形成所述的横向臂或纵向壁。

c）将横向臂与纵向臂的端部通过螺栓相连接，形成“7”字形上臂。

进一步优选的方案，所述的横向臂和下臂分别通过菱形卡扣和绝缘子串相连接。

本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为。

1）本实用新型的通过3d打印技术制备出的具有多级半密闭自能式灭弧腔室串联结构，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。

2）本实用新型对多腔室灭弧串联结构采用了缩口型喷口结构，相比已有结构，结构更加紧凑，遮断电流更大。

3）本实用新型中在球形电极之间形成的自能式灭弧型间隙，相比已有间隙，装置体积较小，易于安装，且灭弧性能更加稳定，可实现“免维护”，提高线路运行可靠性和安全性。

4）从工程设计、经济方便及线路安全的角度来看，采用本实用新型中的紧凑自能式间隙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。

附图说明

图1是本实用新型所述的紧凑自能式间隙灭弧防雷装置结构示意图。

图2是本实用新型所述的灭弧腔室单元侧视图。

图3是本发明所述的灭弧腔室单元加工步骤图，其中a是3d打印的具有底部支撑柱的半个灭弧腔室单元的示意图；b是在半球形腔室内放置球形电极的示意图；c是在球形电极上继续使用3d打印机打印灭弧腔室单元的示意图。

图4是本实用新型所述上臂的横向臂和纵向臂的连接示意图。

图5是本实用新型所述的上臂与下臂连接绝缘子串的联接金具示意图。

图6是实验例所述两种结构腔室内气流速度随时间变化曲线。

图中，1为下臂，2为空气间隙，3为横向臂，4为纵向臂，5为绝缘子串，6为螺栓，7为菱形卡扣，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为外壁，804为锥体通道，805为喷口。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

如图1所示，是一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置，是由上臂和下臂1以及所述上臂和下臂1之间形成的空气间隙2组成；如图4所示，所述的上臂是由一横向臂3的一端与一纵向臂4的一端通过螺栓6连接构成，如图5所示，横向臂3的另一端与绝缘子串5的上端通过菱形卡扣7相连接，下臂1的一端与绝缘子串的下端通过菱形卡扣7相连接，下臂1的另一端和纵向臂4的另一端之间形成空气间隙2；空气间隙2的长度为60mm；下臂1由镀锌钢棒构成，其长度为700mm。

横向臂3和纵向臂4是由多个串接相连的灭弧腔室单元8和封装在所述灭弧腔室单元8内的球形电极9组成，如图2所示，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1mm，最宽处距离d2为4mm。所述间隙802的一端与所述外壳的外壁803连通，并从间隙802到外壁803的方向逐渐缩小形成一锥体通道804；锥体通道804与外壁803形成喷口805，喷口805的开口直径d3为1.5mm，锥体通道804的高d4为6mm。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120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5mm。

如图3所示，一种紧凑自能式间隙灭弧防雷装置的制备方法，是采用3d打印机加工制造出横向臂3和纵向臂4，再将二者连接后组成上臂，将上臂用螺栓连接在绝缘子串5的上端，再将下臂1连接在绝缘子串5的下端，其中，使用采用3d打印机加工制造出横向臂3和纵向臂4具体包括以下步骤：

a）使用模型编辑软件建立灭弧腔室单元串联形成的横向臂3和纵向臂4的几何模型。

b）以聚乳酸为原料，采用3d打印机根据所述的几何模型打印，如图3中a所示，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，如图3中b所示，将球形电极9嵌入半球形腔室801内，如图3中c所示，之后在嵌有球形电极9的灭弧腔室单元8上继续打印下一个灭弧腔室单元，重复之前的步骤，打印出的横向臂3具有45个球形腔室，打印出的纵向臂4具有75个球形腔室，且球形腔室内已经封装了球形电极9，在打印的过程中，同时形成了球形电极9之间的间隙802和喷口805。

c）将横向臂3与纵向臂4的端部通过螺栓6相连接，形成“7”字形上臂。

实验例1

通过仿真实验和多腔室灭弧结构淬灭冲击电弧试验进一步说明本实用新型的紧凑自能式间隙灭弧防雷装置的实施效果。

1、仿真实验

利用comsolmutiphsics软件搭建半密闭自能式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，验证本实用新型实施例1所制备的紧凑自能式间隙灭弧防雷装置的气吹灭弧的效果，以实施例1为实验例a，并以无缩口结构的常规间隙灭弧防雷装置作为对照例b。

如图6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，本实用新型采用的有缩口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。

2、多腔室灭弧结构淬灭冲击电弧试验

利用重庆大学高压试验室现有试验设备搭建半密闭自能式灭弧腔室的冲击电弧测试平台，针对半密闭自能式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密闭自能式灭弧腔室喷出后的运动和熄灭过程。结果表明，本实用新型实施例1采用的半密闭自能式灭弧腔结构能在184.8μs将腔室内电弧吹出熄灭。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。