一种集电线路绝缘子并联间隙防雷装置

1.本发明涉及电气工程技术领域，特别是涉及一种集电线路绝缘子并联间隙防雷装置。


背景技术：

2.随着我国不断完善基础设施建设、大力发展国家经济，各行业用电量与日俱增。因此输电线路的电压等级不断提高，直流、交流超高压建设工程也在逐渐增多。然而，电网规模的扩大，使雷击事故成为了影响电网稳定性的一大隐患。据统计，在中国跳闸率较高的地区，由雷击引起的跳闸次数占总跳闸次数的40％-70％左右。
3.目前电力行业主要采取的防雷措施是降低杆塔接地电阻、架设避雷线、安装线路避雷器、增加绝缘子片数等加强绝缘措施。这些方法虽然一定程度上能减小雷击事故的概率，但却存在局限性。比如：降低杆塔接地电阻的办法可能会受到土壤电阻率很高的阻碍；架设避雷线只能对直击雷有防护效果，不能防止感应雷雷击放电；线路避雷器成本较高，一般无法全线安装；增加绝缘子片数会受到横担与输电线路距离的限制等。
4.基于以上“堵塞式”防雷手段的不足，近年来提出一种新式“泄漏式”防雷手段：采用并联间隙。它通过并联在绝缘子两端，当雷击于输电线路时，由于并联间隙的击穿电压小于绝缘子的耐受电压，所以并联间隙处先发生放电，这样不仅可以泄雷，还可以避免绝缘子的损害。但是，当并联保护间隙发生稳定的燃弧时，只能被动地等待电弧电动力使电弧往外侧移动直至熄灭，这时工频电流会以电弧为短路通路，由于电弧的熄灭时间具有不确定性，故工频短路电流的持续时间可能超出继电保护装置的最大整定时限从而引发断路器跳闸。因此研发一种具有高效熄弧能力的防雷装置很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种集电线路绝缘子并联间隙防雷装置，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种集电线路绝缘子并联间隙防雷装置，包括绝缘子组件，所述绝缘子组件上固接有间隙组件；
7.所述间隙组件包括与所述绝缘子组件固接的多腔室，所述多腔室远离所述绝缘子组件的一端固接有招弧角；
8.所述多腔室内设置有若干串联连接的灭弧组件。
9.优选的，所述多腔室的数量为两个，两所述多腔室分别通过第一紧固金具与所述绝缘子组件的顶端和底端固接；所述招弧角的数量与所述多腔室对应设置，所述招弧角通过第二紧固金具与所述多腔室远离所述绝缘子组件的一端固接，两所述招弧角上下对应设置。
10.优选的，两个所述多腔室平行设置，所述多腔室水平放置，所述多腔室与所述绝缘子组件垂直；所述多腔室、所述招弧角和所述绝缘子组件位于同一平面。
11.优选的，所述灭弧组件的放电路径为半圆形，按照由上部的所述多腔室-所述招弧角的间隙-下部的所述多腔室的方向传递，传递方向为顺时针。
12.优选的，所述多腔室包括由绝缘材料制作的外壳，所述外壳的两端分别与所述绝缘子组件和所述招弧角固接，所述灭弧组件嵌设固接在所述外壳内；所述外壳的一侧固接有若干与所述灭弧组件对应设置的凸起。
13.优选的，所述灭弧组件包括嵌设固接在所述外壳内的金属电极，相邻的所述金属电极之间开设有灭弧室，所述灭弧室与所述凸起对应设置，所述灭弧室的顶端贯穿所述凸起并与外界连通；所述金属电极的侧壁伸入所述灭弧室的侧壁内腔。
14.优选的，所述金属电极为球形，所述金属电极的半径为22mm-28mm。
15.优选的，所述灭弧室的上端为圆柱形，所述灭弧室的下端为半椭球形；所述灭弧室的半径为4mm-7mm，所述灭弧室的高度为42mm-50mm。
16.优选的，所述绝缘子组件包括芯棒，所述芯棒的一端设置有球窝，所述芯棒的另一端设置有球头；所述芯棒外套设固接有绝缘外套；所述多腔室与所述芯棒固接；所述外壳通过所述第一紧固金具与所述芯棒固接。
17.本发明公开了以下技术效果：
18.1，本发明所提供的采用上下两部分多腔室与招弧角配合使用，使整个装置的腔室单元数量较多，使得在电弧内部增加了反向电场，发生燃弧时，弧的长度变长，进而将电弧熄灭，能有效防止工频续弧。
19.2，本发明的组装结构简单、实用性强，适用于高低压输电线路，能实现自发灭弧，可有效解决安装并联间隙带来输电线路误跳闸的副作用。
20.3，本发明不仅可以防止直击雷对绝缘子造成的伤害，还可以有效防止感应雷造成的绝缘子闪络。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
22.图1为本发明集电线路绝缘子并联间隙防雷装置结构示意图；
23.图2为本发明多腔室结构示意图；
24.图3为金属电极间近阴极效应原理示意图；
25.图4为金属电极间电弧长度变化示意图；
26.其中，1、绝缘子组件；2、间隙组件；3、多腔室；4、招弧角；5、第一紧固金具；6、第二紧固金具；7、外壳；8、凸起；9、金属电极；10、灭弧室；11、芯棒；12、绝缘外套；13、球窝；14、球头；15、板状盖板；16、棒状本体；17、金属半球。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.参照图1-4，本发明提供一种集电线路绝缘子并联间隙防雷装置，包括绝缘子组件1，绝缘子组件1上固接有间隙组件2；
30.间隙组件2包括与绝缘子组件1固接的多腔室3，多腔室3远离绝缘子组件1的一端固接有招弧角4；
31.多腔室3内设置有若干串联连接的灭弧组件。
32.本发明公开的集电线路绝缘子并联间隙防雷装置采用上下两部分多腔室3与招弧角4配合使用，使整个装置的腔室单元数量较多，使得在电弧内部增加了反向电场，发生燃弧时，弧的长度变长，进而将电弧熄灭，能有效防止工频续弧；组装结构简单、实用性强，适合使用于高低压输电线路，能实现自发灭弧，可有效解决安装并联间隙带来输电线路误跳闸的副作用；不仅可以防止直击雷对绝缘子造成的伤害，还可以有效防止感应雷造成的绝缘子闪络。
33.进一步优化方案，多腔室3的数量为两个，两多腔室3分别通过第一紧固金具5与绝缘子组件1的顶端和底端固接；招弧角4的数量与多腔室3对应设置，招弧角4通过第二紧固金具6与多腔室3远离绝缘子组件1的一端固接，两招弧角4上下对应设置。
34.进一步优化方案，两个多腔室3平行设置，多腔室3水平放置，多腔室3与绝缘子组件1垂直；多腔室3、招弧角4和绝缘子组件1位于同一平面；多腔室3与绝缘子组件1垂直固接，当绝缘子组件1长度较短时，依然可采用本装置，不占用垂直距离，可同时为高低压输电线路提供更好的防雷措施。
35.进一步优化方案，灭弧组件的放电路径为半圆形，按照由多腔室3-招弧角4的间隙-多腔室3的方向传递，传递方向为顺时针。
36.进一步优化方案，多腔室3包括由绝缘材料制作的外壳7，外壳7的两端分别与绝缘子组件1和招弧角4固接，灭弧组件嵌设固接在外壳7内；外壳7的一侧固接有若干与灭弧组件对应设置的凸起8。一个凸起8对应一组灭弧组件。
37.进一步优化方案，灭弧组件包括嵌设固接在外壳7内的金属电极9，相邻的金属电极9之间开设有灭弧室10，灭弧室10与凸起8对应设置，灭弧室10的顶端贯穿凸起8并与外界连通；金属电极9的侧壁伸入灭弧室10的内腔。灭弧室10的底部位于相邻的金属电极9之间，其底端于金属电极9的圆心下部，且不超过球形金属电极9的最底部，上端贯穿凸起8与外部空气连接；多腔室3被击穿时在相邻两个金属电极9之间产生电弧。安装时，两组多腔室3与招弧角4的固定结构并联在被保护绝缘子组件1的两端，招弧角4之间空气间隙距离要小于绝缘芯棒11的长度，使招弧角4之间的击穿电压小于绝缘子组件1的击穿电压，电弧击穿两个招弧角4之间的空间，保护绝缘子组件1不被损坏；同时电弧在多腔室3的灭弧组件中被熄灭，防止损坏电路。
38.进一步的，招弧角4包括板状盖板15与棒状本体16，板状盖板15上有六角螺纹孔，以便通过第二紧固金具6和多腔室3连接固定。上方板状盖板15与多腔室3夹角为钝角，方向向下，下方板状盖板15与多腔室3夹角为钝角，方向向上。棒状本体16与多腔室3平行设置，
棒状本体16最右边固接有一个金属半球17，两个金属半球17相对设置，配合形成放电通道；板状盖板15与棒状本体16一起制作，属于整体结构。
39.进一步的，上方招弧角4的板状盖板15与多腔室3夹角135
°
，下方招弧角4的板状盖板15与多腔室3夹角135
°
，使两个金属半球17之间的距离小于两个多腔室3之间的距离，进而使放电通道的击穿电压小于绝缘子组件1的击穿电压。
40.进一步的，上，下两侧的多腔室3以及招弧角4大小材质完全相同、安装方法相同；上、下方招弧角4端部的金属半球17连线与绝缘子平行。
41.进一步的，针对不同的输电线路电压等级和预防的雷电流幅值大小，多腔室3内球形金属电极9的个数是不同的，而且招弧角4球头14与球头14之间的距离也不相同。
42.输电线路上安装本发明时，两个招弧角4之间的实际耐压要小于绝缘子组件1的耐压，故当雷击杆塔或雷击线路或由于感应雷作用时，两个招弧角4之间的放电通道首先被击穿，保护了绝缘子组件1不被伤害。由于雷电流的波长很短，故雷电电流很快通过该放电通道被泄漏。但是在泄漏过程中，相当于输电线路与地直接通过该放电通道的电弧构成通路，输电线路上的工频电流会沿通路入地，成为短路故障，如果电弧不及时消除，则线路断路器会自动跳闸。
43.本发明通过增加多腔室3这样的特殊装置，可在很短时间内将电弧熄灭，熄灭的工作原理有二，解决了传统并联间隙的不足。
44.熄灭电弧原理一：多腔室3内设置有多个金属电极9，在相邻两个金属电极9中，假设续弧电流前半个周期为正相位，则其中一金属电极9可视为阳极，另一金属电极9可视为阴极。当续弧电流经过零点后的微秒级时间内，原来的阳极会变为阴极，阴极会变为阳极，则在新的阴极区会形成之前积累的正电荷与新阴极区的附加场强e2，该附加场强e2与金属电极9外部场强e1相反，从而使间隙间的击穿电压变高，增加了电弧重燃时的恢复电压；多腔室3有许多这样的结构串联起来，附加场强e2彼此叠加，大大增加了电弧重燃的恢复电压，从而减小了电弧重燃的可能性。
45.熄灭电弧原理二：当并联间隙被击穿时，在两个金属电极9之间的灭弧室10中会产生长度很短的电弧，且持续燃烧；在较短时间里，由于电弧燃烧使灭弧室10中产生高温，气体急剧膨胀，灭弧室10上端与外部空气连接，气压驱使电弧朝着开口方向移动，电弧的始末两端连接于相邻的金属电极9上，电弧中间部分向外界弯曲而被拉长，随着电弧长度变长，所需要的维持电压也越高，当间隙两端电压维持不了持续变长的电弧时，电弧就会断裂，从而达到熄弧目的；由于灭弧组件为一个连一个排列的串联结构，故维持电弧燃烧的电压将增加的更为明显，防止电弧重燃。
46.进一步优化方案，金属电极9为球形，金属电极9的半径为22mm-28mm。金属电极9的半径优选为为25mm，相邻金属电极9的球心距离为60mm，相邻金属电极9通过外壳7的绝缘材料固定，无法移动。
47.进一步优化方案，灭弧室10的上端为圆柱形，灭弧室10的下端为半椭球形；灭弧室10的半径为4mm-7mm，灭弧室10的高度为42mm-50mm。灭弧室10底部近似为半径为5mm，高为20mm的半椭球形，中上部近似为半径为5mm,高为45mm的圆柱形。进一步的，外壳7的高度为68mm，能容纳金属电极9和灭弧室10。
48.进一步优化方案，绝缘子组件1包括芯棒11，芯棒11的一端设置有球窝13，芯棒11
的另一端设置有球头14；芯棒11外套设固接有绝缘外套12；多腔室3与芯棒11固接；外壳7通过第一紧固金具5与芯棒11固接。绝缘外套12为多层裙形，固接在位于芯棒11的外表面，其材质可以采用硅橡胶或陶瓷，二者采用模压工艺紧固定在一起。芯棒11最上端连接球窝13，球窝13与铁塔横担连接，用来固定；芯棒11最下端连接球头14，球头14与线路附加金具连接，同样用来固定，使该装置固定悬挂；球窝13、球头14、芯棒11相连为一整体，固定在横担和线路中间，防止摇摆。上方多腔室3位于芯棒11顶部和球窝13中间，下方多腔室3位于芯棒11底部和球头14中间；通过第一紧固金具5使多腔室3左端处和芯棒11牢牢固定；上下两个多腔室3与招弧角4盖板通过第二紧固金具6连接；多腔室3与芯棒11垂直。
49.进一步的，第一紧固金具5和第二紧固金具6均采用标准的六角螺丝紧固金具，为电气领域常用的金具，此处不再赘述。
50.使用方法：
51.先将招弧角4按照设定的角度与多腔室3固接，再将上下两个多腔室3通过第一金具固定在绝缘子组件1两端，最后将绝缘子组件1的球窝13与铁塔横担上的连接件固接，另一端的球窝13与线路金具配合固定，完成本装置的安装。
52.当雷击杆塔或雷击线路或由于感应雷作用时，两个金属半球17之间的间隙首先被击穿，保护了绝缘子不被伤害。击穿间隙的续弧电流在相邻的两个金属电极9之间形成与外部场强e1相反的附加场强e2，使间隙之间的击穿电压变高，增加了电弧重燃时的恢复电压，多腔室3内多个金属电极9顺序排列，附加场强e2彼此叠加，从而减小了电弧重燃的可能性。
53.同时当间隙被击穿时，两个相邻的金属电极9之间的灭弧室10内产生长度很短的电弧，电弧在气压的驱使下向灭弧室10与外界连通的出口处移动，使电弧被拉长，最终由于间隙电压不足以维持持续变长的电弧导致电弧断裂，完成熄弧；金属电极9和灭弧室10的连接组成的灭弧组件串联连接，使维持电弧燃烧的电压将增加的更为明显，降低了电弧重燃的可能性。
54.本发明通过在常规招弧角4并联绝缘子组件1串的基础上增加多腔室3结构，不仅使得在电弧内部增加了反向电场，还利用气体的热胀冷缩效应使电弧不断拉长，从而使电弧的维持电压增高，能快速地将弧熄灭，可迅速地将工频续流切断，大幅度降低输电线路雷击跳闸率。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。