防雷装置

摘要

本发明涉及一种防雷装置，包括：外壳，其内有灭弧室和至少两个电极室，灭弧室内壁表面圆滑，灭弧室和电极室交错排列，灭弧室有两个开口分别与相邻两个电极室连通，有吹弧通道将灭弧室与外界连通；电极，两端各有一个接闪面，电极安放于电极室内，电极两端的接闪面同时暴露于电极室两侧的灭弧室中、将两侧灭弧室电连通，灭弧室中的两个接闪面之间留有闪络间隙。没有电荷累积效应，相同间隙电压下，不容易被击穿，可以提高线路绝缘等级，特别是在高压配电线网上，可以避免防雷装置频繁误操作放电，引起高压配电网电压严重下降，导致配电网电压波动影响配电质量。

权利要求

1.一种防雷装置，其特征在于，包括：

外壳，其内有灭弧室和至少两个电极室；

其中，灭弧室和电极室依次交错排列，灭弧室有两个开口分别与相邻两个电极室连通，灭弧室内壁表面圆滑，有吹弧通道将灭弧室与外界连通；

灭弧室的容积V由雷击的雷电流特性、外界大气的气压、密度和比热容确定，满足一次雷击过程中，在指定的外界大气的气压、密度和比热容下，雷电流将灭弧室的气体加热获得最大膨胀功。

2.一种防雷装置，其特征在于，包括：

外壳，其内有灭弧室和至少两个电极室，灭弧室内壁表面圆滑，灭弧室和电极室交错排列，灭弧室有两个开口分别与相邻两个电极室连通，有吹弧通道将灭弧室与外界连通；灭弧室的容积V由雷击的雷电流特性、外界大气的气压、密度和比热容确定，满足一次雷击过程中，在指定的外界大气的气压、密度和比热容下，雷电流将灭弧室的气体加热获得最大膨胀功；

电极，两端各有一个接闪面，电极安放于电极室内，电极两端的接闪面同时暴露于电极室两侧的灭弧室中、将两侧灭弧室电连通，灭弧室中的两个接闪面之间留有闪络间隙。

3.根据权利要求2所述的防雷装置，其特征在于，所述灭弧室为球形。

4.根据权利要求2所述的防雷装置，其特征在于，所述灭弧室内壁有增加爬电距离的增爬槽，所述增爬槽环绕闪络间隙。

5.根据权利要求4所述的防雷装置，其特征在于，所述增爬槽延伸至所述吹弧通道并在所述吹弧通道内延伸。

6.根据权利要求2所述的防雷装置，其特征在于，所述接闪面为半球形。

7.根据权利要求6所述的防雷装置，其特征在于，所述接闪面半球形的直径D与闪络间隙d满足：D大于或等于d/2。

8.根据权利要求1至7的所述任一防雷装置，其特征在于，所述吹弧通道的宽度大于所述闪络间隙的最小距离、小于所述灭弧室横截面的最大宽度。

说明书

防雷装置

技术领域

[0001] 本发明专利涉及电力系统高压输电线路防雷技术领域，具体涉及一种防雷装置。

背景技术

[0002] 随着电力系统线路防雷装置的不断深入研究，各种新型的防雷装置的应用日新月异。多重串联间隙防雷装置，利用高压技术中间隙电弧的特性进行防雷设计，但是现有间隙防雷装置中，灭弧时间长，易引起系统继电保护动作而跳闸；采用了电弧灼烧产气材料产生气体推动力来完成电弧的拉长、冷却和熄灭。在经过多次雷击闪络后装置的防雷性能会随着材料的消耗的降低，影响使用寿命。

发明内容

[0003] 基于此，本发明公开一种防雷装置及防雷装置灭弧室容积计算方法，该防雷装置动作有效、确保防雷功能正常发挥作用，使用该计算方法设计灭弧室容积，使防雷装置灭弧动作时间短、熄弧能力强，防雷装置连续多次工作的间断时间短。

[0004] 一种防雷装置，包括：外壳，其内有灭弧室和至少两个电极室；其中，灭弧室和电极室依次交错排列，灭弧室有两个开口分别与相邻两个电极室连通，灭弧室内壁表面圆滑，有吹弧通道将灭弧室与外界连通。

[0005] 一种防雷装置，包括：外壳，其内有灭弧室和至少两个电极室，灭弧室内壁表面圆滑，灭弧室和电极室交错排列，灭弧室有两个开口分别与相邻两个电极室连通，有吹弧通道将灭弧室与外界连通；电极，两端各有一个接闪面，电极安放于电极室内，电极两端的接闪面同时暴露于电极室两侧的灭弧室中、将两侧灭弧室电连通，灭弧室中的两个接闪面之间留有闪络间隙。

[0006] 在其中一个实施例中，所述灭弧室为球形。

[0007] 在其中一个实施例中，所述灭弧室的容积V由雷击的雷电流特性、外界大气的气压和比热容确定，满足一次雷击过程中，在指定的外界大气的气压和比热容下，雷电流将灭弧室的气体加热获得最大膨胀功。

[0008] 在其中一个实施例中，所述灭弧室内壁有增爬槽，所述增爬槽环绕闪络间隙。

[0009] 在其中一个实施例中，所述增爬槽延伸至所述吹弧通道并在所述吹弧通道内延伸。

[0010] 在其中一个实施例中，所述接闪面为半球形。

[0011] 在其中一个实施例中，所述接闪面半球形的直径D与闪络间隙d满足：D大于或等于d/2。

[0012] 在其中一个实施例中，所述吹弧通道的宽度大于所述闪络间隙的最小距离、小于所述灭弧室横截面的最大宽度。

[0013] 下面对上述防雷装置及防雷装置灭弧室容积计算方法的优点或原理进行说明：

[0014] 1、防雷装置在遭受雷击过电压冲击时，雷击过电压通过电极施加在灭弧室单元上，在灭弧室两端电极遭受冲击过电压时，两个电极之间的闪络间隙发生闪络，灭弧室中的空气得到急剧加热膨胀。灭弧室内电弧等离子体在电场、磁场、流场及空气动力的多重作用下产生吹弧效应，将电弧吹断，达到自动灭弧效果，灭弧室采用非产气材料制造，在整个过程材料消耗可忽略，对防雷装置的使用寿命无影响；

[0015] 灭弧室内壁表面圆滑，内壁圆滑，在遭受雷击时，灭弧室内壁电荷分布均匀，没有电荷累积效应，相同间隙电压下，不容易被击穿，可以提高线路绝缘等级，特别是在高压配电线网上，可以避免防雷装置频繁误操作放电，引起高压配电网电压严重下降，导致配电网电压波动影响配电质量。

[0016] 2、灭弧室为圆球形式，灭弧室相对于球形对称，使其上分布的电荷更加均匀，获得更好的绝缘效果。

[0017] 3、灭弧室的容积V由雷击的雷电流特性、外界大气的气压和比热容确定，满足一次雷击过程中，在指定的外界大气的气压和比热容下，雷电流将灭弧室的气体加热获得最大膨胀功。在需要保证灭弧室内壁圆滑的情况下，不方便修改灭弧室内壁形状优化吹弧效应，本发明从雷击特性参数和外界环境特性参数优化灭弧室容积设计，获得理想的吹弧效应，能够快速推动闪络电弧沿着吹弧通道喷射至外界大气环境中，使得当防雷装置遭受该种特性的雷电雷击时，灭弧时间短，灭弧效果最好。在闪络电弧延长，其动态阻抗增大的同时得到良好冷却效果，可快速、有效切断雷击闪络电弧并释放其能量。

[0018] 并且，可以根据防雷区域多年气象资料，选择该区域频率最高的雷电特性来设计灭弧室容积，是防雷获得最佳防雷性能。也可以选择多种防雷区域的常见雷电特性，在配电网上设计针对不同特性的雷电都有对应的防雷装置，获得全面、有效的防雷效果。

[0019] 4、增爬槽用于延长相邻电极之间的爬电距离，提高灭弧室内部沿面闪络电压，确保每次过电压闪络发生在相邻电极之间最短物理连线路径上，使得灭弧室每次雷电冲击动作电压数值离散性小。特别是当灭弧室为圆球形时，灭弧室体积相同时，球形面积最小，爬电距离最短，增设增爬槽可以有效提高线路的绝缘等级。

[0020] 5、接闪面半球形的直径D与闪络间隙d满足：D大于或等于d/2，使接闪面之间的电场分布更加均匀，避免雷电冲击上升沿陡度在导体传输中产生集肤效应的程度，降低闪络电压的分散性，提高绝缘强度。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例一防雷装置结构图；

[0022] 图2为本发明实施例一防雷装置局部放大图；

[0023] 图3为本发明实施例一防雷装置截面剖视图；

[0024] 图4为本发明实施例一中电极的结构图；

[0025] 图5为本发明实施例二中电极的结构图；

[0026] 图6为图5的A向剖视图；

[0027] 图7为图5的侧视图。

[0028] 附图标记说明：

[0029] 1、外壳，11、灭弧室，12、吹弧通道，111、增爬槽，2、电极，211、第一接闪面，212、第二接闪面，22、连接部，221、缓冲凹槽。

具体实施方式

[0030] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0031] 实施例一

[0032] 如图1至3所示，本实施例中，防雷装置包括绝缘硅氟胶体的外壳1和电极2，绝缘外壳1为杆状，有灭弧室11和电极2室，灭弧室11和电极2室在外壳1内部轴向直线交错分布，灭弧室11与相邻的两个电极2室连通，电极2室与相邻的两个灭弧室11连通。

[0033] 有若干电极2，电极2两端为两接闪面，用于遭受雷击时接引电弧。电极2安放在电极2室内，接闪面分别暴露于与该电极2室相邻的灭弧室11中，使两相邻灭弧室11电连通。

[0034] 同一灭弧室11内暴露的两个接闪面之间留有闪络间隙，间隙距离0.3mm至1.5mm。

[0035] 灭弧室11有吹弧通道12与外界连接，吹弧通道12为圆柱孔，吹弧通道12直径小于灭弧室11直径，大于闪络间隙距离，优选的，吹弧通道12直径取值2mm至4mm。

[0036] 灭弧室11为球形，电极2的接闪面为半球形，接闪面设于灭弧室11内壁对称的位置，闪络间隙的最小距离在灭弧室11与吹弧通道12的连接处。

[0037] 接闪面半球形的直径D与闪络间隙d满足：D大于或等于d/2。

[0038] 灭弧室11内壁还有增爬槽111，用于延长两相邻电极2之间的爬电距离，增爬槽111环绕最小闪络间隙、延伸至吹弧通道12后在吹弧通道12内壁延伸，增爬槽111所在平面与电极2轴线垂直，宽度0.5mm至1mm，深度1mm至2mm。

[0039] 如图4所示，电极2包括连接部22、第一接闪头、第二接闪头，连接部22一端连接第一接闪头、另一端连接第二接闪头，第一接闪头有第一接闪面211，第二接闪头有第二接闪面212。

[0040] 第一接闪头、第二接闪头、连接部22组成的整体，整体表面有防松动的凸凹结构。第一接闪头、第二接闪头膨胀凸起，连接部22截面小于第一接闪头最大截面、小于所述第二接闪头最大截面，第一接闪头、第二接闪头和连接部22整体的截面呈两端凸起中间凹陷的结构。

[0041] 第一接闪头、第二接闪头为半球形，其上的半球面分别为第一接闪面211、第二接闪面212为半球面，第一接闪面211、所述第二接闪面212的表面光洁度达到或高于镜面14C级。

[0042] 连接部22为四面柱体，柱体两端面分别与第一接闪头、第二接闪头连接，四个侧面两两相对分为两组，其中一组与两端的半球体圆滑过渡为圆柱面，另一组为针对的平面。

[0043] 遵循在电弧灼烧释放等量能量下体积功最大原则，根据温升与能量关系方程：

[0044] Q＝c*m*△T；

[0045] 其中，Q为加热气体的能量，c为气体比热容，m为气体质量，△T为气体温升。

[0046] 由上式得出△T＝Q/cm；

[0047] 依据标准气体状态方程：

[0048] P*V＝n*R*T；

[0049] 其中T为温度；R为气体常数；P为压强；n为摩尔数；V为灭弧室容积。

[0050] 在气体吸收能量后膨胀过程中P*V的乘积恒定，并且由于吹弧通道与外界连通，即灭弧室压强始终趋向外界大气压，计算出T的最大变化量△T即可换算出相应的V值，使得容积变化△V最大。

[0051] 设计中以幅值5kA的标准8/20雷电流波形双指数函数i(t)＝I0k(e-αt-e-βt)2
进行计算，设负载为纯电阻R，通过积分得出雷电能量Q函数Q＝∫R|i(t)|dt,将Q代入公式△T＝Q/cm得到△T的函数，求出△T的最大值△Tmax，从而求得最佳容积设计参数。

[0052] 计算防雷装置灭弧室的容积时按以下步骤进行：

[0053] a.取防雷装置所需承受雷击的雷电流与时间的关系函数i(t)为幅值为5kA的标-αt -βt准8/20雷电流波形双指数函数i(t)＝I0k(e -e )，其中，I0为雷电流峰值，α、β分别为与雷电流上升沿、雷电流下降相关的常系数。

[0054] b.将i(t)积分获得雷电能量与时间t的关系函数Q；

[0055] c.将Q带入气体温升方程Q＝c*ρ*V*△T中获得关于△T的函数f(△T)，根据f(△T)求出△T的最大值△Tmax的表达式；其中，c为灭弧室所含气体的比热容，ρ为灭弧室所含气体密度质量，V为灭弧室容积；

[0056] d.将△Tmax的表达式与方程V＝c*T/P联立，求得灭弧室容积V的值；其中，P为避雷区域周围环境大气压。

[0057] 实施例二

[0058] 实施例二与实施例一的区别在于：

[0059] 如图5至7所示，在连接部22的圆柱面上缓冲凹槽221。

[0060] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0061] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。