一种多级式反冲放电灭弧管的制作方法

本发明属于输配电架空线路用的电力金具技术领域，涉及一种多级式反冲放电灭弧管。

背景技术：

在我国的电力能源和负荷中心分布很不均衡，主要以煤炭发电为主。煤炭资源大部分集中在西北地区，可开发的水力资源主要集中在西部以及中部地区，而我国的负荷中心集中在东部沿海、京津唐和中部发达地区。这决定了我国要解决负荷中心的电力问题，必然在大力开发水力和火力发电的同时建设跨区域、大容量和远距离的能源输送通道。

随着输电线路电压等级的不断升高，国家累计建成了“八交十直”的特高压工程，形成了110多万千米的输电线路，拥有近5000多万基杆塔，据统计，电网雷害风险主要集中于输电线路，雷害依然是影响输电网络安全、稳定和可靠的重要因素。现有的雷电防护体系主要是“阻塞型”防雷模式，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，由于其有效性、安全性以及经济性存在局限，仅仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白。现有的“疏导型”防雷模式，主要是在绝缘子串两端安装并联保护间隙，虽然其结构简单、安装方便，但由于其没有灭弧功能模块，使系统中持续流入短路电流，只能依靠断路器切断短路电流，以“跳闸率换取事故率”，易造成线路巨大安全事故。同时因为短路电流的烧蚀作用，使得并联保护间隙绝缘配合失效，失去应用的功能。

如专利号为2015100691235公开了一种可计数截弧防雷器，该专利虽然对防雷起到了很好的作用，但是仍然一些不足，只有纵吹灭弧方式，当电弧较强时，电弧不易吹灭。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种可以使电弧形成多断点，大幅度削减电弧能量，有利于截断和熄灭电弧的多级式反冲放电灭弧管。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种多级式反冲放电灭弧管，包括直筒状的装置主体；所述的装置主体内部为中空结构；在所述的装置主体底部设有开口，装置主体的底部开口构成底部反冲管口；在所述的装置主体内自上而下间隔地镶嵌有若干个导弧球；在两相邻的导弧球之间的装置主体外表面上还设有反冲气流喷射管口，反冲气流喷射管口与装置主体的内部空腔相连通；在两相邻的导弧球之间的装置主体内安装有金属环和小平台；所述的小平台设置在反冲喷射口的上方，反冲气流喷射口包括反冲喷射管口和底部反冲管口；所述的金属环安装在小平台上，并且金属环的外表面紧贴着装置主体的内侧壁面。

作为进一步的技术改进，所述的反冲喷射管口为倾斜设置，并且反冲喷射管口呈喇叭状结构。喇叭开口朝外，喇叭状的反冲喷射管口可以增加装置主体管内与管外的密度差、温度差和压力差，使反冲喷射作用更为强烈，灭弧效果更为明显。

作为进一步的技术改进，所述的导弧球为球体结构。

作为进一步的技术改进，所述的导弧球等间距地设置在装置主体内；并且反冲喷射管口设置在两导弧球中间位置处的装置主体上。

作为进一步的技术改进，两相邻的反冲喷射管口分别排布在装置本体的两侧。

本发明中的反冲放电灭弧管是一个狭管灌注通道，这是电弧进入装置的唯一通道。灌注过程中产生多样的物理变化。

1.电弧等离子体发生弹性形变。电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2.电弧温升效应加剧。电弧变细后，电弧横截面积减小，根据公式，电弧电阻会大幅度上升。由于雷电弧在实际经验工作中常作为恒流源，根据公式可知，尽管冲击时时间仅有几微秒，但整体能量会增强，反冲管内敛性温度会升高。

电弧辐射、对流、传导为能量流失的三种方式，由于封闭管道即外源性封堵环境下，热量不能得到释放，对电弧起到了阻断的作用，只会产热，不会散热，因此会产生阻断性的温升，使得管内温度持续升高。

3.压爆效应急剧增加。当温度的逐步升高使得电弧积累性的增加，又进一步加剧了压爆效应，使电弧喷射力度更大。

装置主体为采用高强度、耐高温和耐高压的合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃做成；导弧球采用导电材料做成；

位于最底端的导弧球与装置主体的下部分空腔形成一级纵向反冲管，一级纵向反冲管为半封闭空间；两相邻导弧球之间的装置主体节段形成侧方反冲管，由于装置主体内设有多个导弧球，在装置主体内便形成多个侧方反冲管，侧方反冲管为半封闭空间；

一级纵向反冲管直径要比电弧直径小，当电弧从下方进入一级纵吹反冲管中时，电弧越往里走，由于反冲管管壁的限制，当电弧进入一级纵向反冲管时密度、速度、温度阶跃式增加，导致管内压力的阶跃式增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到反向弹力，大部分电弧的前进方向发生180°的改变，少部分电弧由于库仑力作用进入侧方反冲管，再次进行反冲消弱电弧能量。反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，形成空腔效应在入口处作用于外电弧，导致端口处的电弧产生截断；由于一级纵向反冲管的半封闭特性，管内温度瞬间上升，形成内部与外度的密度差和温度差，一级纵向反冲管内极少量空气膨胀形成反向喷射气流并作用于电弧，在电弧轴中心形成纵吹气流的空腔效应削弱电弧能量；进入反冲管的电弧能量越大，受到反冲管的狭管灌注效应越大，形成的密度差和温度差越大，甚至熄灭电弧；

并且由于多级导弧球的导电性，电弧将会顺势进入多级侧方反冲管中，重复多级反冲作用，形成的侧方反冲作用于电弧，实现横向多级截断；电弧能量越大，形成的密度差和温度差就越大，使得反冲能力就越强；电弧在一级纵吹反冲管内受到的反冲作用，削弱电弧的能量，使其进入多级侧方反冲管的能量减少，又由于多级侧方反冲管的横向截断作用，使电弧形成多个断点，加速电弧的熄灭；

金属环与装置主体的内壁贴合，通过小平台固定其位置，避免反冲过程中的移位；通过利用金属环的金属导电性确保电弧能够顺利进入装置主体，实现上述反冲功能；同时由于装置主体出口处受力大，金属环也可以起到保护装置主体出口的作用；在侧方反冲管中设计金属环，可以确保电弧在指定的反冲管通道内实现反冲作用。

本专利的原理结构与现有技术“角形避雷装置（专利申请号为cn200810178607.3）”所述结构及原理相比有以下不同：

1）灭弧不存在时滞效应。由于角形避雷装置是通过雷击闪络喷出电弧喷气，该过程需要熔融、汽化而产生的金属成分或者等离子化的气体中的离子成分等的导电性成分，该成分在空气中呈现浮游状态，从而降低空气中绝缘能力并容易产生电弧位移，并在电弧位移处喷出电弧喷气，由此来阻断电弧。显然，在电弧闪络—导电材料熔融、汽化—喷出电弧喷气这一过程，存在时滞效应，即角形避雷装置存在喷出电弧喷气能量小于雷击闪络电弧能量。而本专利提出的狭管灌注效应，充分利用电弧等离子体发生弹性形变，电弧等离子体在进入反冲管入口时，首先物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，由于狭管反冲效应，在电弧反冲时喷出速度会加快。

2）灭弧阈值高。由于角形避雷装置的灭弧筒以及产气装置是由聚酰胺树脂（又名尼龙），所能承受温度在500℃左右，其值远小于电弧灼烧温度（最高达到3726.85℃）。故此灭弧筒以及产气装置极易受高温影响，最后导致爆裂。而本专利提出采用高强度耐高温耐高压的非导电材料制成，例如合金陶瓷、稀土陶瓷、石墨烯-陶瓷复合材料、有机陶瓷、合成硅橡胶、有机绝缘材料、合金玻璃、稀土玻璃、石墨烯玻璃、有机玻璃，结合新型材料

3）不存在高温烘烤产气方式。由于角形避雷装置是通过喷出电弧喷气作用于电弧，并在间隙内吹断电弧。其中喷出电弧喷气是需要高温烘烤产气，这严重导致产气材料的损失，明显降低了装置的使用寿命。而本专利提出等离子狭管灌注效应：利用电弧等离子体流动性，在进入反冲管内电弧的径向位移变为轴向膨胀；在接触到反冲管底部受到几何弹性变形，来流电弧和去流电弧形成的压强叠加、温度叠加和密度叠加效应，使反冲模块内的压强极速倍增，破坏电弧后续能量，阻断电弧连续性。故此不存在高温烘烤产气方式，保证本专利材料损失，并且使用寿命长。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

1.本发明通过在一级纵向反冲管和多级侧方反冲管中对电弧进行反冲以及纵横向截断结合，可以使电弧形成多断点，大幅度削减电弧能量，有利于截断和熄灭电弧。

2.本发明通过喇叭状的反冲喷射管口能更好地产生密度差、温度差和压力差，形成的反冲作用更为强烈。

3.本发明中装置本体利用雷电自身能量进行灭弧，不依赖于工频能量的大小。

4.本发明利用电流热效应改变装置本体内外的温度差，从而产生空气压力差对电弧进行吹灭，避免使用外在产气材料，有利于长期重复使用。

附图说明

图1为本发明中实施例1的结构示意图。

图2为本发明中实施例2的结构示意图。

附图标记：1-装置主体，2-导弧球，3-反冲喷射管口，4-金属环，5-小平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1：

一种多级式反冲放电灭弧管，包括直筒状的装置主体1；所述的装置主体1内部为中空结构；在所述的装置主体1底部设有开口，装置主体的底部开口构成底部反冲管口；在所述的装置主体1内自上而下间隔地镶嵌有若干个导弧球2；在两相邻的导弧球之间的装置主体外表面上还设有反冲喷射管口3，反冲喷射管口3与装置主体1的内部空腔相连通；在两相邻的导弧球之间的装置主体内安装有金属环4和小平台5；所述的小平台5设置在反冲喷射口的上方，反冲喷射口包括反冲喷射管口3和底部反冲管口；所述的金属环4安装在小平台5上，并且金属环4的外表面紧贴着装置主体1的内侧壁面。

所述的反冲喷射管口3为倾斜设置。所述的导弧球2为球体结构。所述的导弧球2等间距地设置在装置主体1内；并且反冲喷射管口3设置在两导弧球2中间位置处的装置主体1上。两相邻的反冲喷射管口分别排布在装置本体的两侧。

该实施例的工作原理：

装置主体1为采用高强度、耐高温和耐高压的陶瓷材料做成；导弧球2采用导电材料做成；位于最底端的导弧球2与装置主体1的下部分空腔形成一级纵向反冲管，一级纵向反冲管为半封闭空间；两相邻的导弧球2在装置主体1中形成侧方反冲管，由于装置主体1内设有多个导弧球2，在装置主体1内便形成多个侧方反冲管，侧方反冲管为半封闭空间；一级纵向反冲管直径要比电弧直径小，当电弧从下方进入一级纵向反冲管中时，电弧越往里走，由于反冲管壁的限制，电弧受到反冲管狭管灌注作用也越大，电弧进入反冲管始端时密度、速度、温度阶跃式增加，导致管内压力的阶跃式增加，最终产生压爆效应，使电弧在堵塞的反冲管底部受到反向弹力，电弧方向发生180°的改变。反弹回的电弧由于速度、密度、压力更大，形成空腔效应在入口处作用于外电弧，导致端口处的电弧产生截断；此时，一级纵向反冲管的电弧密度增加，由于一级纵向反冲管的半封闭特性，管内温度瞬间上升，形成内部与外部的密度差和温度差；进入反冲管的电弧能量越大，受到反冲管的狭管灌注效应越大，形成的密度差和温度差越大，甚至熄灭电弧；并且由于多级导弧球2的导电性，电弧将会顺势进入多级侧方反冲管中，电弧受到弹力，电弧运动方向改变，重复多级反冲作用，形成的侧方反冲作用于电弧，实现横向多级截断；电弧能量越大，形成的密度差和温度差就越大，使得反冲能力就越强；电弧在一级纵吹反冲管内受到的空腔效应作用，削弱电弧的能量，使其进入多级侧方反冲管的能量减少，又由于多级侧方反冲管的横向截断作用，使电弧形成多个断点，加速电弧的熄灭；金属环4与装置主体1的内壁贴合，通过小平台5固定其位置，避免反冲过程中的移位；通过利用金属环4的金属导电性确保电弧能够顺利进入装置主体1，实现上述反冲功能；同时由于装置主体1出口处受力大，金属环4也可以起到保护装置主体1出口的作用；在侧方反冲管中设计金属环4，可以确保电弧在指定的反冲管通道内实现反冲作用。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于：反冲喷射管口3呈喇叭状结构。

喇叭开口朝外，喇叭状的反冲喷射管口3可以增加装置主体1管内与管外的密度差、温度差和压力差，使反冲喷射作用更为强烈，灭弧效果更为明显。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。