本发明涉及一种电力设备技术领域，特别是一种多级间隙串联的防雷装置。
背景技术：
在交流电力系统中，防雷保护主要采用避雷器进行防雷保护。随着输电线路的增加，因雷击引起的线路跳闸事故日益增多，因此为减少线路跳闸率，在保证保护性能的前提下，对避雷器本身的长期运行可靠性提出了更高的要求。
目前主要用于线路防雷的避雷器有无间隙金属氧化物避雷器和单一空气间隙串联金属氧化物避雷器两种结构。对于无间隙金属氧化物避雷器，其长期在较高工频过电压下工作，易因通流容量有限而容易发生损坏或爆炸；而对于单一空气间隙串联金属氧化物避雷器，虽然有单间隙的隔离，避雷器本体只有在雷击时作用，延长了避雷器的使用寿命，但是单一空气间隙的放电分散性较大，无法保证避雷器工作的可靠性。且对于上述目前两种防雷保护方式，它们在雷电冲击电压下的击穿电压值都要大于其在工频电压下的击穿电压值，即在防雷装置动作前，交流系统需要耐受更高的雷电冲击电压峰值，这对交流系统正常工作是不利的，为了更好地保护交流系统正常工作，防雷装置应能在较低的雷电压下就能动作保护交流系统。因此，亟需设计一种新型防雷装置，不仅要具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性还要具有工作可靠性高、无工频续流及使用寿命较长的特点。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种多级间隙串联的防雷装置，该防雷装置能耐受较高的工频电压，不仅具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性还具有工作可靠性高、无工频续流及使用寿命较长的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种多级间隙串联的防雷装置包括高压进线端、接地端、金属氧化物避雷器和n级放电间隙回路，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第n级放电间隙回路，其中，第一级放电间隙回路包括：
第一串联分压电感，其一端连接在所述接地端与金属氧化物避雷器之间，其另一端连接第一分压电容的一端，
第一分压电容，其另一端连接第一回路分压电感的一端，
第一回路分压电感，其另一端连接第一放电间隙的一端，
第一放电间隙，其另一端连接金属氧化物避雷器，
第i级放电间隙回路包括：
第i串联分压电感，其一端连接第i分压电容的一端，其另一端连接第i-1分压电容的一端，
第i分压电容，其另一端连接第i回路分压电感的一端，
第i回路分压电感，其另一端连接第i放电间隙的一端，
第i放电间隙，其另一端连接第i-1放电间隙和第i-1回路分压电感之间，其中，2≤i≤n-1，
第n级放电间隙回路包括：
第n串联分压电感，其一端连接第n分压电容的一端，其另一端连接第n-1分压电容的一端，
第n分压电容，其另一端连接高压进线端，
第n放电间隙，其一端连接高压进线端和第n分压电容之间，另一端连接第n-1放电间隙和第n-1回路分压电感之间，
第n-1回路分压电感，其一端连接第n放电间隙，另一端连接第n串联分压电感。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第n级串联分压电感为mh量级，其余n-1个串联分压电感为uh量级，第n级串联分压电感的电感值大于第i个串联分压电感的电感值，其中，1≤i≤n-1。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第i个串联分压电感相同且电感值均为uh量级，其中，1≤i≤n-1。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第i个回路分压电感的值为mh量级，其中，1≤i≤n-1。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第n级串联分压电感和第i个回路分压电感的值相同且均为mh量级，其中，1≤i≤n-1。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，n个分压电容的值相同且为nf量级。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第i放电间隙均为等间距放电间隙。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第三级放电间隙回路。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，第一分压电容c1、第二分压电容c2、第三分压电容c3均相同，第三级串联分压电感l3和第一回路分压电感l1′及第二回路分压电感l2′的电感值相同，第一串联分压电感l1及第二串联分压电感l2的电感值相同。
在所述的多级间隙串联的防雷装置中，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第四级放电间隙回路，第一分压电容c1、第二分压电容c2、第三分压电容c3和第四分压电容c4均相同，第四级串联分压电感l4、第一回路分压电感l1′、第二回路分压电感l2′及第三回路分压电感l3′的电感值均相同，第一串联分压电感l1、第二串联分压电感l2及第三串联分压电感l3的电感值相同。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置在具体操作时，该多级间隙串联的防雷装置在工频交流高电压下不作用，由于电压频率低，各级间隙电压由等值分压电容均匀分配，各级间隙不击穿；当工频电力系统发生雷击时，雷电压作用于高压进线端，雷电压属于高频电压，此时各级间隙电压分配由相应各级的分压电感决定，由于第n级串联分压电感值远大于其余n-1个串联分压电感值，雷电压绝大部分加在第n级放电间隙上，第n级放电间隙优先击穿；在第n级放电间隙击穿之后，第n-1级回路分压电感开始起作用，串入整个放电间隙回路中，雷电压又重新分配，此时雷电压绝大部分加在第n-1级放电间隙上，第n-1级放电间隙击穿，并以此类推，在第n级放电间隙击穿后，其余各级放电间隙依次击穿，多级串联间隙击穿后，避雷器开始起作用，避免了避雷器长时间工作于工频电压下，延长了避雷器的使用寿命。由上述多级串联间隙的击穿过程知，雷电压从第n级回路间隙依次传递到第一级回路间隙，相当于把多级间隙从第n级至第一级间隙依次击穿，这里多级间隙串联防雷装置的雷电冲击下的击穿电压值与回路级数n无关，只要雷电冲击电压能分别保证单一回路间隙全部击穿，就能保证防雷装置中的多级串联间隙在该雷电压下全部击穿。而多级间隙串联防雷装置在工频电压下的击穿电压值与回路级数n有关，约为单个间隙在工频电压下击穿电压值的n倍，则合理设置回路级数和选择间隙与避雷器的参数，就可以使该防雷装置具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性。由于该特性的作用，可使防雷装置获得良好的防雷保护特性，即在雷电冲击电压略高于交流工作电压峰值时就能使多级串联间隙全部击穿，多级串联间隙击穿后避雷器才开始起作用，并将雷电冲击电压限制在交流系统能耐受的安全电压范围内。综合上述结构特性，该防雷装置能耐受较高的工频电压，不仅具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性还具有工作可靠性高、无工频续流及使用寿命较长的特点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的多级间隙串联的防雷装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的多级间隙串联的防雷装置的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的多级间隙串联的防雷装置的结构示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的多级间隙串联的防雷装置的结构示意图，如图1所示，一种多级间隙串联的防雷装置包括高压进线端hv、接地端gnd、金属氧化物避雷器moa和n级放电间隙回路，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第n级放电间隙回路，其中，第一级放电间隙回路包括：
第一串联分压电感l1，其一端连接在所述接地端gnd与金属氧化物避雷器moa之间，其另一端连接第一分压电容c1的一端，
第一分压电容c1，其另一端连接第一回路分压电感l1′的一端，
第一回路分压电感l1′，其另一端连接第一放电间隙g1的一端，
第一放电间隙g1，其另一端连接金属氧化物避雷器moa，
第i级放电间隙回路包括：
第i串联分压电感li，其一端连接第i分压电容ci的一端，其另一端连接第i-1分压电容ci-1的一端，
第i分压电容ci，其另一端连接第i回路分压电感li′的一端，
第i回路分压电感li，其另一端连接第i放电间隙gi的一端，
第i放电间隙gi，其另一端连接第i-1放电间隙gi-1和第i-1回路分压电感li-1′之间，其中，2≤i≤n-1，
第n级放电间隙回路包括：
第n串联分压电感ln，其一端连接第n分压电容cn的一端，其另一端连接第n-1分压电容cn-1的一端，
第n分压电容cn，其另一端连接高压进线端hv，
第n放电间隙gn，其一端连接高压进线端hv和第n分压电容cn之间，另一端连接第n-1放电间隙gn-1和第n-1回路分压电感ln-1′之间，
第n-1回路分压电感ln-1′，其一端连接第n放电间隙gn，另一端连接第n串联分压电感ln。
为了进一步理解本发明，多级间隙串联的防雷装置包括高压进线端hv、接地端gnd、金属氧化物避雷器moa、n个分压电容ci，1≤i≤n、n个串联分压电感li，1≤i≤n、n-1个回路分压电感li′，1≤i≤n-1、n个等间距放电间隙gi，1≤i≤n；各级放电间隙回路均包括分压电容、串联分压电感、回路分压电感以及放电间隙。对于第一级放电间隙回路，接地端gnd与金属氧化物避雷器moa一端和串联分压电感l1一端相连接，金属氧化物避雷器moa的另一端与放电间隙g1的一端相连接，放电间隙g1的另一端与回路分压电感l1′的一端相连接，分压电容c1的一端与回路分压电感l1′的另一端和串联分压电感l1的另一端相连接。对于其它各级放电间隙回路，放电间隙gi的一端与回路分压电感li-1′的一端相连接，回路分压电感li′的一端与放电间隙gi的另一端相连接，分压电容ci的一端与回路分压电感li′的另一端相连接，串联分压电感li的一端与回路分压电感li-1′的另一端相连接，分压电容ci的另一端与串联分压电感li的另一端相连接，这里2≤i≤n-1。对于第n级放电间隙回路，高压进线端hv与分压电容cn的一端和放电间隙gn的一端相连接，串联分压电感ln的一端与分压电容cn的另一端相连接，回路分压电感ln-1′的一端与放电间隙gn的另一端相连接，串联分压电感ln的另一端与回路分压电感ln-1′的另一端相连接。
该多级间隙串联的防雷装置在工频交流高电压下不作用，由于电压频率低，各级间隙电压由等值分压电容均匀分配，各级间隙不击穿；当工频电力系统发生雷击时，雷电压作用于高压进线端，雷电压频率高，此时各级间隙电压分配由相应各级的分压电感决定，由于第n级串联分压电感值远大于其余n-1个串联分压电感值，雷电压绝大部分加在第n级放电间隙上，第n级放电间隙优先击穿；在第n级放电间隙击穿之后，第n-1级回路分压电感开始起作用，串入整个放电间隙回路中，雷电压又重新分配，此时雷电压绝大部分加在第n-1级放电间隙上，第n-1级放电间隙击穿，并以此类推，在第n级放电间隙击穿后，其余各级放电间隙依次击穿，多级串联间隙击穿后，避雷器开始作用。
这里令单个间隙的工频击穿电压为ug1，雷电冲击电压为ul1；金属氧化物避雷器在直流1ma下的参考电压为u1ma，工频耐受电压与u1ma相差较小，为下面方便比较，moa的工频耐受电压也用u1ma表示。由上述多级间隙串联结构在雷电压下的击穿过程可知，雷电压从第n级回路间隙依次传递到第一级回路间隙，相当于把多级间隙从第n级至第一级间隙依次击穿。由于第一级回路间隙中金属氧化物避雷器的存在，这里第一级回路间隙击穿所需的雷电冲击电压至少为u1＝ul1+u1ma，第二级回路间隙至第n级回路间隙击穿所需要的雷电冲击电压至少为ul1，显然，只要对防雷装置施加雷电压冲击电压峰值至少约为u1＝ul1+u1ma时，就能保证整个多级串联间隙全部击穿，间隙击穿后，金属氧化物避雷器(moa)开始作用，整个防雷装置的工频击穿电压至少约为u2＝n·ug1+u1ma。综上，对于确定参数的金属氧化物避雷器和间隙距离，防雷装置的雷电击穿电压约为u1＝ul1+u1ma，而防雷装置的工频击穿电压约为u2＝n·ug1+u1ma，且工频击穿电压u2的大小与级数n有关，则合理设置参数，电路级数n达到一定数值时，防雷装置的工频击穿电压u2＝n·ug1+u1ma就能远远大于其雷电冲击电压u1＝ul1+u1ma。则合理设置回路级数和选择间隙与避雷器的参数，就可以使该防雷装置具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性。由于该特性的作用，可使防雷装置获得良好的防雷保护特性，即在雷电冲击电压略高于交流工作电压峰值时就能使多级串联间隙全部击穿，多级串联间隙击穿后避雷器才开始起作用，并将雷电冲击电压限制在交流系统能耐受的安全电压范围内。综合上述结构特性，该防雷装置能耐受较高的工频电压，不仅具有工频电压下的击穿电压值远大于雷电冲击电压下的击穿电压值的特性还具有工作可靠性高、无工频续流及使用寿命较长的特点。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第n级串联分压电感ln为mh量级，其余n-1个串联分压电感li，1≤i≤n-1为uh量级，第n级串联分压电感ln的电感值大于第i个串联分压电感的电感值，其中，1≤i≤n-1。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第i个串联分压电感li，1≤i≤n-1相同且电感值均为uh量级。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第i个回路分压电感li′，1≤i≤n-1的值为mh量级。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第n级串联分压电感ln和第i个回路分压电感li′，1≤i≤n-1的值相同且均为mh量级。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，n个分压电容ci，1≤i≤n的值相同且为nf量级。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第i放电间隙gi，1≤i≤n均为等间距放电间隙。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第三级放电间隙回路。图2为三级间隙串联的防雷装置示意图，图中分压电容c1＝c2＝c3，第三级串联分压电感l3和其余两级回路分压电感l1′及l2′的电感值相同，其余两级串联分压电感l1及l2的值相同，且有l1′＝l2′＝l3＞＞l1＝l2。当高频雷电压作用于三级串联间隙串联避雷器防雷装置时，在高频下由电感分压，则雷电压绝大部分作用在放电间隙g3上，g3击穿导通，g3击穿后l2′接入后续两级放电回路中，此时雷电压重新分配，绝大部分作用在放电间隙g2上，g2又击穿导通，同理，随后放电间隙g1导通，三级放电间隙导通后避雷器开始起作用。因此可以看出，相比于l1＝l2的电感值，l1′＝l2′＝l3的电感值越大，各级放电间隙在击穿前分得的雷电压就越高，从而使三级放电间隙可以在较低的雷电冲击电压下可靠导通，则三级间隙串联的防雷装置可靠性高，无工频续流，其中避雷器的使用寿命更长。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，第一分压电容c1、第二分压电容c2、第三分压电容c3均相同，第三级串联分压电感l3和第一回路分压电感l1′及第二回路分压电感l2′的电感值相同，第一串联分压电感l1及第二串联分压电感l2的电感值相同。
本发明所述的多级间隙串联的防雷装置的优选实施例中，所述n级放电间隙回路包括依次串联的第一级放电间隙回路至第四级放电间隙回路，第一分压电容c1、第二分压电容c2、第三分压电容c3和第四分压电容c4均相同，第四级串联分压电感l4、第一回路分压电感l1′、第二回路分压电感l2′及第三回路分压电感l3′的电感值均相同，第一串联分压电感l1、第二串联分压电感l2及第三串联分压电感l3的电感值相同。图3为四级间隙串联的防雷装置示意图，图中分压电容c1＝c2＝c3＝c4，第四级串联分压电感l4和其余三级回路分压电感l1′、l2′及l3′的电感值相同，其余三级串联分压电感l1、l2及l3的值相同，且有l1′＝l2′＝l3′＝l4＞＞l1＝l2＝l3。则当高频雷电压作用于四级串联间隙串联避雷器防雷装置时，由各级分压电感的不同，雷电压绝大部分作用在放电间隙g4上，g4击穿导通，g4击穿后l3′接入后续三级放电回路中，此时高频雷电压重新分配，绝大部分作用在放电间隙g3上，g3又击穿导通，同理，随后放电间隙g2和g1依次导通。因此可以看出，在前一级放电间隙击穿时，后一级回路的回路分压电感才起作用，高频雷电压又重新分配，该级放电间隙击穿后，下一级放电间隙击穿原理与前述相同。则合理选择各级分压电感的值可以使四级放电间隙可以在较低的雷电冲击电压下可靠导通。则四级间隙串联的防雷装置可靠性高，无工频续流，其中避雷器的使用寿命更长。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。