一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构

摘要

本发明公开一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构整体呈圆柱形，其内部设有串联的若干层盘式结构单元，若干层盘式结构单元整体呈螺旋上升；每层盘式结构单元由若干个金属球形电极，以及金属球形电极间的半密闭灭弧腔室构成；各层盘式结构单元间通过相邻层间盘式结构的末端电极和邻层首端电极，以及电极间半密闭灭弧腔室连接。本发明相比竖直串联基本结构，可在单位高度上增加灭弧腔室的数量，提高结构整体的灭弧能力，同时缩小整体多腔室结构的体积。便于在多腔室型防雷装置中使用。将此结构运用线路防雷领域，可及时将雷害切除，大幅度降低雷击跳闸率，保证输电线路的安全可靠运行。

说明书

技术领域

本发明涉及过电压保护装置技术领域，特别涉及一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对电的需求量越来越大，对各种电压等级电网运行的技术经济指标的要求日益提高。雷电一种具有庞大能量的放电现象，一旦雷电击中线路或者雷电能量进入电力系统，就会对电力系统造成线路跳闸、设备损坏等严重危害，严重威胁着供电可靠性和安全性，与人民的日常需求相矛盾，亟需治理。而传统的堵塞型防雷措施并不能根本的将雷击危害切除，且安装线路金属避雷器等措施经济性低。疏导型防雷措施虽能将雷击能量泄放入地，但因不具有灭弧能力往往造成线路雷击跳闸率升高。不难看出，现有防雷措施在线路实际运行均存在明显局限性。

近年来，国内外学者提出具有灭弧性能的多腔室结构。但目前已有结构其灭弧腔室单元结构简单，腔室单元间采用竖直串联方式，未能实现紧凑型设计，导致腔室单元数量过大，结构高度过高难以在实际线路安装。

发明内容

针对已有多腔室结构的不足，本发明提供一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构，有效缩小多腔室型防雷装置的体积并提高装置的灭弧性能。

本发明采用的技术方案为：

一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构整体呈圆柱形，其内部设有串联的若干层盘式结构单元，若干层盘式结构单元整体呈螺旋上升；每层盘式结构单元由若干个金属球形电极，以及金属球形电极间的半密闭灭弧腔室构成；各层盘式结构单元间通过相邻层间盘式结构的末端电极和邻层首端电极，以及电极间半密闭灭弧腔室连接；首层盘式结构的首端电极连接有高压电极，末层盘式结构的末端电极连接有接地电极。

优选的，所述半密闭灭弧腔室分为放电段腔室和加速段腔室；放电段腔室为金属球形电极之间的圆柱管形间隙空间，金属球形电极部分嵌入圆柱管型间隙空间内；加速段腔室设于放电段腔室的一侧与放电段腔室连通，另一侧延伸至该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构整体圆柱形外壁，加速段腔室采用同轴设置的若干个圆锥缩口空间连通构成，若干个圆锥缩口空间的缩口径向朝外延伸。

优选的，所述圆锥缩口空间与放电段腔室连通处的首端最大直径与放电段腔室的圆柱管形间隙空间的直径相等，其末端直径为0.5～1mm。

优选的，所述相邻盘式结构单元间的高度等于金属球形电极的直径与金属球形电极的间距之和。

优选的，所述盘式结构单元为圆盘状，若干个金属球形电极将圆盘均分为n份，则金属球形电极位于360°/n对应的盘式结构单元的半径上。

优选的，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构内部设有串联的m层盘式结构单元，每层盘式结构单元由n个金属球形电极，以及n-1个半密闭灭弧腔室构成，则该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构整体所含的半密闭灭弧腔室数量为mn-1个。

1、优选的，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构还固定套装有绝缘伞裙，绝缘伞裙位于该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构的顶部、中部或底部。

优选的，所述金属球形电极的外表面覆盖有绝缘层。

本发明的有益效果是：

1.该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构相比竖直串联基本结构，在相同高度下，所含灭弧腔室数量可大幅增加，能有效提升整体灭弧结构的灭弧能力，使结构更加紧凑。

2.本该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构的灭弧腔室的加速段采用了多级圆锥缩口结构，相比在竖直串联基本结构的基础上灭弧腔室采用一级圆锥缩口结构，本发明的加速电弧等离子体运动的效果更佳。

因此，从结构性能、安装应用角度来看，采用该种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构可以有效增强多腔室结构的灭弧性能并使其结构更加紧凑，对多腔室型防雷装置的发展和工程应用有重大意义。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明半密闭灭弧腔室的结构示意图；

图3为本发明放电路径的示意图；

图4为淬灭电弧实验曲线图；

图1—3中，1—螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构、2—盘式结构单元、3—金属球形电极、4—灭弧腔室、5—高压电极、6—接地电极、7—放电段腔室、8—加速段腔室、9—绝缘伞裙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图、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付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。

如图1所示，本发明提供一种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1整体呈圆柱形，其内部设有串联的6层盘式结构单元2，6层盘式结构单元2整体呈螺旋上升。每层盘式结构单元2由4个金属球形电极3，以及金属球形电极3间的半密闭灭弧腔室4构成。各层盘式结构单元2间通过相邻层间盘式结构的末端电极和邻层首端电极，以及电极间半密闭灭弧腔室4连接；首层盘式结构的首端电极连接有高压电极5，末层盘式结构的末端电极连接有接地电极6。该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1还固定套装有绝缘伞裙9，绝缘伞裙9位于该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1的顶部、中部或底部。

半密闭灭弧腔室4的具体结构：

如图2所示，本发明的半密闭灭弧腔室4分为放电段腔室7和加速段腔室8；放电段腔室7为金属球形电极3之间的圆柱管形间隙空间，金属球形电极3部分嵌入圆柱管型间隙空间内，金属球形电极3的外表面覆盖有绝缘层。加速段腔室8设于放电段腔室7的一侧与放电段腔室7连通，另一侧延伸至该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1整体圆柱形外壁，加速段腔室8采用同轴设置的3个圆锥缩口空间连通构成，3个圆锥缩口空间的缩口径向朝外延伸。圆锥缩口空间与放电段腔室7连通处的首端最大直径d2与放电段腔室7的圆柱管形间隙空间的直径相等，其末端直径为d3=0.5～1mm。

该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1的放电路径：

如图3所示，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1的放电路径如图中箭头所示，此图中：A-F为对应盘式结构单元2的层号，A1-A4为盘式结构单元2上的金属球形电极3序号，其中金属球形电极F3连接高压端的高压电极5，金属球形电极A1连接接地端的接地电极6。以F层为例，从高压端到金属球形电极F3，经过金属球形电极F3→经过金属球形电极F2→经过金属球形电极F1→经过金属球形电极F4为单层的放电路径，放电路径呈顺时针旋转，F层与E层之间是通过金属球形电极F4→金属球形电极E4将电流传导至下一层盘式结构单元2，经过金属球形电极E4→经过金属球形电极E3→经过金属球形电极E2→经过金属球形电极E1继续单层顺时针旋转放电，以此类推放电路径约束于多腔室结构内并从高压端→金属球形电极F3→…→金属球形电极A1→接地端。

该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1与竖直串联基本结构在结构上进行对比：

若该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1与竖直串联基本结构均采用等高度、等直径的圆柱体，以及球形金属电极的直径相同的前提下。该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1的相邻盘式结构单元2间的高度等于金属球形电极3的直径与金属球形电极3的间距之和；盘式结构单元为圆盘状，若干个金属球形电极3将圆盘均分为n份，则金属球形电极3位于360°/n对应的盘式结构单元2的半径上。该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1内部若设有串联的m层盘式结构单元2，每层盘式结构单元2由n个金属球形电极3，以及n-1个半密闭灭弧腔室4构成，则该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1整体所含的半密闭灭弧腔室4数量为mn-1个。而竖直串联基本结构在整体尺寸不变的前提下，其结构单元间的高度等于(12*m)mm，从而至多能够设置m个灭弧腔室。

由此可见，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1相比竖直串联基本结构，在相同高度下，所含灭弧腔室4数量可大幅增加，能有效提升整体灭弧结构的灭弧能力，使结构更加紧凑。

为了进一步验证增加灭弧腔室4数量以及加速段采用了多级圆锥缩口结构能够加速淬灭电弧，本发明进行了如下试验：

试验设备：利用高压试验室中的冲击电流发生器、罗氏线圈、超高速照相机、分压器、示波器等设备搭建试验平台。冲击电流发生器在工作时先由整流电源向电容器组充电到所需电压，然后送一触发脉冲使球球电极击穿，于是电容器组经电阻、电感及被试品放电。罗氏线圈是一种非接触式的电流传感器，基于电磁感应原理实现，在实验中测量冲击电流的大小。超高速照相机拥有很小的曝光时间，可以捕捉实验中冲击电弧的运动情况。分压器采用电容分压器，用来测量冲击电压，并在分压器顶部加装了均压罩。示波器则用来记录被试品两端电压、电流波形。

试验过程：竖直串联基本结构如图4曲线A，在竖直串联基本结构的基础上灭弧腔室采用一级圆锥缩口结构如图4曲线B，本发明所公开的螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1如图4曲线C，对试品施加2kA的8/20μs的冲击电流，观测多腔室结构冲击淬灭阶段电弧的运动特性及熄灭特性。

形成试验结果：该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1的放电路径呈螺旋状传递，竖直串联基本结构呈直线传递。如图4所示，该螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1，通过分析实验照片可知该结构可在990μs时淬灭冲击电弧；竖直串联基本结构，通过分析实验照片可知该结构可在4000us内淬灭冲击电弧；在竖直串联基本结构的基础上灭弧腔室采用一级圆锥缩口结构,通过分析实验照片可知该结构可在1155μs内淬灭冲击电弧。

综上所述，本发明所提供的螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1从结构性能、安装应用角度来看，采用该种螺旋串联的紧凑型多腔室灭弧结构1可以有效增强多腔室结构的灭弧性能并使其结构更加紧凑，对多腔室型防雷装置的发展和工程应用有重大意义。