CN105938978A - 用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，多间隙避雷绝缘子由多间隙灭弧室系统与绝缘材料组成的吹弧结构和具有一定长度的复合绝缘子串组合而成，电力系统正常运行时，多间隙避雷绝缘子与棒形悬式绝缘子功能相同，起机械支撑和电位隔离作用；当输电线路中产生的过电压达到一定值时，串联的多重间隙被击穿，建立电弧通道，同时应用电弧产生的高温高压拉长电弧，直至最后电弧熄灭，这一过程持续时间极短，在泄放雷电流的同时不会引起继电保护装置动作跳闸，供电的可靠性得到很大的提高；本发明将绝缘子功能和避雷器功能结合为一体，大大减少了安装在输电线路杆塔上的装置。
Description
技术领域
本发明涉及防雷保护装置中的绝缘子，具体涉及一种用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子。
背景技术
随着我国经济建设的发展，电力系统覆盖区域越来越广，系统容量与日俱增，输电线路的安全可靠运行越来越影响社会经济的发展。雷电对电网影响极大，我国每年因雷击造成的财产损失和人身伤亡不计其数，在电力系统中，输电线路的雷害较为严重，给电网的安全运行带来较大的影响。为了保证线路运行的可靠性，需要更多的线路避雷器投入到输电线路中，甚至全线安装避雷器，耗资巨大。
近年来一种新型的避雷器—多重短间隙避雷器，由于其材料成本低、耐用性强且性价比高等原因进入了人们的视野，并且引起了行业内的广泛关注。多重短间隙避雷器综合了“堵塞型”防雷和“疏导型”防雷的思想，允许绝缘被击穿建立电弧，串联的间隙为避雷器提供了泄放雷电流的通道；同时，应用电弧产生的高温高压拉长电弧，直至最后电弧熄灭，这一过程持续时间极短，在泄放雷电流的同时不会引起继电保护装置动作跳闸，供电的可靠性得到很大的提高。
另外，输电线路中需要安装大量的绝缘子，因此，为保证线路正常安全的运行，线路中不得不安装大量的装置。而安装大量的装置一方面增加了输电线路的投资成本，另一方面也增加了线路维护的难度及成本。因此，寻找一种经济、有效并且能够尽量减少线路安装装置的防雷方式也成为了一个新的研究方向。
发明内容
本发明的目的就是在于克服现有防雷措施存在的缺点和不足，提供一种由多间隙灭弧室系统与复合绝缘子串组合构成的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子。
为实现上述目的，本发明所设计的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，包括芯棒、连接在芯棒低压端的球窝、连接在芯棒高压端的球头及穿套在芯棒高压侧的复合绝缘子串，还包括套置在所述芯棒低压侧的绝缘筒及以螺旋方式缠绕在绝缘筒表面的多间隙灭弧室系统，所述多间隙灭弧室系统包括沿所述绝缘筒表面布置的螺旋状硅橡胶层及沿螺旋方向均匀镶嵌在所述螺旋状硅橡胶层内的多个电极，每相邻两个电极之间有间隙，所述螺旋状硅橡胶层且正对着每个间隙位置处开有与外界连通的通孔，所述通孔与所述间隙连通。
进一步地，所述每相邻两个电极之间的间隙底部向内凹陷有气腔。
进一步地，所述多间隙灭弧室系统的螺旋状硅橡胶层顶端和低端均布置有圆柱电极；所述绝缘筒的顶端固定连接有第一均压环，所述第一均压环与所述多间隙灭弧室系统顶端的圆柱电极留有空气间隙；所述绝缘筒的底端固定连接有第二均压环，所述第二均压环与所述多间隙灭弧室系统底端的圆柱电极留有空气间隙，且所述第二均压环位于所述复合绝缘子串的上方；套置在所述芯棒高压侧的第三均压环，且所述第三均压环位于所述复合绝缘子串的下方。
进一步地，所述每相邻两个电极之间的间隙距离为0.5～10mm，所述通孔孔径大于间隙距离且小于电极直径。
进一步地，所述螺旋状硅橡胶层的每个通孔端部边沿设置有凸起，所述凸起向所述通孔的出口内倾形成出口保护孔。
进一步地，所述电极为球形钢珠或圆柱形钢珠。
进一步地，所述绝缘筒为环氧树脂绝缘筒。
进一步地，所述气腔为桃形气腔。
本发明的有益效果在于：本发明的多间隙避雷绝缘子由多间隙灭弧室系统与绝缘材料组成的吹弧结构和具有一定长度的复合绝缘子串组合而成，当电力系统正常运行时，多间隙避雷绝缘子与棒形悬式绝缘子功能相同，起机械支撑和电位隔离作用；当输电线路中产生的过电压达到一定值时，串联的多重间隙被击穿，建立电弧通道，同时应用电弧产生的高温高压拉长电弧，直至最后电弧熄灭，这一过程持续时间极短，在泄放雷电流的同时不会引起继电保护装置动作跳闸，供电的可靠性得到很大的提高；
本发明将绝缘子功能和避雷器功能结合为一体，大大减少了安装在输电线路杆塔上的装置。同时该多间隙避雷绝缘子结构简单，采用的硅橡胶及环氧树脂材料比较常见，造价低廉，大大降低了输电线路的投资和运行维护成本。
附图说明
图1为本发明用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子的结构示意图；
图2为图1中灭弧室单元的结构示意图。
图中：芯棒1、球窝2、球头3、复合绝缘子串4、环氧树脂绝缘筒5、多间隙灭弧室系统6、螺旋状硅橡胶层7、电极8、间隙9、通孔10、气腔11、圆柱电极12、第一均压环13、第二均压环14、第三均压环15、凸起16、保护孔17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所设计的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，由多间隙灭弧室系统与绝缘材料组成的吹弧结构和具有一定长度的复合绝缘子串组合而成，即低压端为多间隙灭弧室系统与绝缘材料组成的吹弧结构，该吹弧结构是本发明多间隙避雷绝缘子的主要组成部分，高压端为一定长度的复合绝缘子串构成的主间隙。
如图1所示包括芯棒1、连接在芯棒1低压端的球窝2及连接在芯棒1高压端的球头3，以及从高压端到低压端依次套置在芯棒1上的第三均压环15、复合绝缘子串4、第二均压环14、环氧树脂绝缘筒5及第一均压环13；其中：球窝2固定于交流输电线路杆塔的横担上，球头3连接高压导线，芯棒1起支撑和悬垂作用；另外，环氧树脂绝缘筒5表面以螺旋方式缠绕有多间隙灭弧室系统6；同时，第一均压环13与环氧树脂绝缘筒5的顶端固定，第二均压环14与环氧树脂绝缘筒5的底端固定，且第二均压环14位于复合绝缘子串4的上方，第三均压环15位于复合绝缘子串6的下方。
结合图2所示，本实施例中多间隙灭弧室系统6包括沿环氧树脂绝缘筒5表面布置的螺旋状硅橡胶层7、沿螺旋方向均匀镶嵌在螺旋状硅橡胶层7内的多个电极8及布置在螺旋状硅橡胶层7顶端和低端的圆柱电极12，每相邻两个电极8之间有间隙9，且每相邻两个电极8之间的间隙9距离为0.5～10mm；螺旋状硅橡胶层7且正对着每个间隙9位置处开有与外界连通的通孔10，通孔10与间隙9连通，且通孔10孔径大于间隙9距离且小于电极8直径，防止电极8滑落出螺旋状硅橡胶层7；即相邻两个电极8、相邻两个电极8之间的间隙9、相邻两个电极8周围的螺旋状硅橡胶层7及与间隙9对应的通孔10形成一端开口的灭弧室单元，即灭弧室单元的个数比电极的个数少一个，螺旋状硅橡胶层及镶嵌在螺旋状硅橡胶层内的多个电极形成多重短(0.5～10mm)间隙。
多间隙灭弧室系统6两端的圆柱电极12与其两端的均压环(即第一均压环13和第二均压环14)接近，并留有一定的空气间隙，环氧树脂绝缘筒5与多间隙灭弧室系统6构成吹弧结构，复合绝缘子串4与其两端的均压环(即第二均压环14和第三均压环15)构成主间隙以提高装置的耐受电压。
另外，本实施例中电极8为球形钢珠或圆柱形钢珠，由于电极8之间距离较小(0.5～10mm)，电极8间的电场分布较为均匀，气隙放电不存在极性效应和电晕现象，放电的分散性很小，同时在灭弧腔内部，气隙击穿引发的气体热量增加，短时间内高压气体只能沿通孔方向将电弧向外吹出，具有良好的熄弧性能。
同时，每相邻两个电极8之间间隙9底部向内凹陷有气腔11，且气腔为桃形气腔11，电弧燃烧产生的高温使气腔11内的气体急剧膨胀，由此产生的高压驱使电弧向通孔处移动；螺旋状硅橡胶层7的每个通孔10端部边沿设置有凸起16，凸起16向通孔10的出口内倾形成出口保护孔17，用来保护通孔10及间隙9不落入污秽。
当电力系统正常运行时，输电线路对地电压加在多间隙避雷绝缘子两端，多间隙避雷绝缘子与棒形悬式绝缘子功能相同，起机械支撑和电位隔离作用，具有强度高、湿闪污闪电压高、不易破碎、运行维护方便等特点；当输电线路中产生的过电压达到一定值时，多间隙避雷绝缘子中串联的多重间隙被击穿，形成电弧通道，雷电流通过多间隙灭弧室系统得到泄放，且能够快速有效熄灭电弧，与避雷器功能相同。
当输电线路中产生过电压时，多间隙避雷绝缘子首端与末端形成的电位差加在多间隙灭弧室系统和主间隙两端，过电压达到一定值时，电极之间的小间隙被击穿，其内部产生小电弧，电弧在灭弧室内燃烧产生的高温使得灭弧室内的气体迅速膨胀，产生巨大的气压，而灭弧室单元为单侧开口结构，在高温高压气体作用下电弧沿单开口侧喷出，电弧被拉长，弧道电阻增加，电弧电流减小，由于电弧伏安特性为负，电弧电压增加，电流持续减小，弧压增大直至两端电压维持不了电弧燃烧，电弧熄灭；同时这一过程中，电弧被拉长至灭弧室之外，空气的吹弧作用加速了电弧的冷却，更有利于电弧的熄灭，加速了避雷器的灭弧过程。这样既泄放了雷电流，又能在继电保护装置发出动作信号之前熄灭工频续流，线路不会跳闸，达到了不停电的目的。
此外，多间隙避雷绝缘子低压端吹弧结构的主体采用环氧树脂绝缘筒，多间隙灭弧室系统以螺旋的方式缠绕在环氧树脂绝缘筒表面，该布置方式充分且合理地利用了空间和高度，尽可能多地分布短间隙灭弧室单元。经试验验证，更多数量的短间隙灭弧室单元串联而成的多间隙灭弧室系统对多间隙避雷绝缘子性能的优化更有利。
与吹弧结构串联的主间隙为具有一定长度的复合绝缘子串，多间隙避雷绝缘子整体的耐受电压主要取决于主间隙，能够有效提高多间隙避雷绝缘子整体的耐受电压水平。吹弧结构与主间隙用同一根芯棒固定成一个整体，形成具有避雷器功能的多间隙避雷绝缘子。其强度高、湿闪污闪电压高、不易破碎、运行维护方便，电力系统正常运行时，该多间隙避雷绝缘子起机械支撑和电位隔离作用；且主间隙的伞盘结构可增大装置的爬距，使其适用于重污秽区。其中，多间隙避雷绝缘子的绝缘材料选用常见的硅橡胶及环氧树脂材料，性能优异且造价低廉。
将绝缘子和避雷器功能合为一体，减少了安装在输电线路杆塔上的多间隙避雷绝缘子，且该多间隙避雷绝缘子结构简单、造价低廉、维护方便，大大降低了投资成本和维护费用。
Claims (8)
1.一种用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，包括芯棒(1)、连接在芯棒(1)低压端的球窝(2)、连接在芯棒(1)高压端的球头(3)及穿套在芯棒(1)高压侧的复合绝缘子串(4)，其特征在于：还包括套置在所述芯棒(1)低压侧的绝缘筒(5)及以螺旋方式缠绕在绝缘筒(5)表面的多间隙灭弧室系统(6)，所述多间隙灭弧室系统(6)包括沿所述绝缘筒(5)表面布置的螺旋状硅橡胶层(7)及沿螺旋方向均匀镶嵌在所述螺旋状硅橡胶层(7)内的多个电极(8)，每相邻两个电极(8)之间有间隙(9)，所述螺旋状硅橡胶层(7)且正对着每个间隙(9)位置处开有与外界连通的通孔(10)，所述通孔(10)与所述间隙(9)连通。
2.根据权利要求1所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述每相邻两个电极(8)之间的间隙(9)底部向内凹陷有气腔(11)。
3.根据权利要求1所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述多间隙灭弧室系统(6)的螺旋状硅橡胶层(7)顶端和低端均布置有圆柱电极(12)；所述绝缘筒(5)的顶端固定连接有第一均压环(13)，所述第一均压环(13)与所述多间隙灭弧室系统(6)顶端的圆柱电极(12)留有空气间隙；所述绝缘筒(5)的底端固定连接有第二均压环(14)，所述第二均压环(14)与所述多间隙灭弧室系统(6)底端的圆柱电极(12)留有空气间隙，且所述第二均压环(14)位于所述复合绝缘子串(4)的上方；套置在所述芯棒(1)高压侧的第三均压环(15)，且所述第三均压环(15)位于所述复合绝缘子串(4)的下方。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述每相邻两个电极(8)之间的间隙(9)距离为0.5～10mm，所述通孔(10)孔径大于间隙(9)距离且小于电极(8)直径。
5.根据权利要求1或2或3所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述螺旋状硅橡胶层(7)的每个通孔(10)端部边沿设置有凸起(16)，所述凸起(16)向所述通孔(10)的出口内倾形成出口保护孔(17)。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述电极(8)为球形钢珠(8)或圆柱形钢珠(8)。
7.根据权利要求1或2或3所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述绝缘筒(5)为环氧树脂绝缘筒(5)。
8.根据权利要求2所述的用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子，其特征在于：所述气腔(11)为桃形气腔(11)。
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |