CN116191206A - 一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构及内外间隙灭弧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构及内外间隙灭弧方法，液电灭弧结构包括绝缘外壳和竖直设置于绝缘外壳内的长柱状的灭弧室保护壳，在灭弧室保护壳的两端之间内竖直密封包裹有两端开口的球电极卡位管，在球电极卡位管内由上至下呈间隙设置有若干球电极，在相邻干球电极之间的间隙内设置有灭弧介质，在绝缘外壳的下端、上端分别连接有下螺杆电极和上螺杆电极，所述下螺杆电极的下端和上螺杆电极的上端分别裸露于绝缘外壳外部，在绝缘外壳的下端、上端分别连接有下螺杆电极和上螺杆电极。本发明能够解决冲击击穿电压和工频击穿电压之间的反向调控难题，使冲击击穿电压等于工频击穿电压，达到降低冲击击穿电压的目的。

Description

一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构及内外间隙灭弧方法

技术领域

本发明属于防雷灭弧技术领域，特别涉及一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构及内外间隙灭弧方法。

背景技术

电力产业是我国国民经济中重要的基础性产业，随着社会经济的不断发展，社会的用电需求显著增加，在增加电力系统供电量的同时，也需要采取必要防护措施，保障社会供电的稳定性和可靠性，以满足现代电力系统的运行需求。雷电对电力系统的稳定运行造成极大的影响，是造成架空输电线路故障最常见的自然因素，这是因为我们难以控制雷电，且难以预测它的发生时间和发生强度。我国夏季高温多雨，在地势海拔较高的区域容易发生雷击现象，架空输电线路会受到不同程度的干扰，即使在架空输电线路中采取降低地网电阻、提高线路绝缘水平、加装线路避雷器等措施，还是无法从根本上避免雷电危害，而且防雷成本高。液电效应灭弧技术作为一种新型防雷灭弧技术，能有效抑制雷击电流幅值和最大陡度。而且能通过源头治理来大幅度降低全方位防护成本，提高防雷水平和降低跳闸率。但是现有的液电效应灭弧装置仍然难以解决冲击击穿电压和工频击穿电压之间的反向调控难题，从而达到能够降低冲击击穿电压的目的题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构及内外间隙灭弧方法，本发明能够解决冲击击穿电压和工频击穿电压之间的反向调控难题。通过内部为均匀电场的短间隙灭弧室结构，使冲击击穿电压等于工频击穿电压，达到降低冲击击穿电压的目的。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，所述液电灭弧结构包括绝缘外壳和竖直设置于绝缘外壳内的长柱状的灭弧室保护壳，在绝缘外壳的外侧壁设置有裙边，在灭弧室保护壳的两端之间内竖直密封包裹有两端开口的球电极卡位管，在球电极卡位管内由上至下呈间隙设置有若干球电极，在相邻干球电极之间的间隙内设置有灭弧介质，在绝缘外壳的下端、上端分别连接有下螺杆电极和上螺杆电极，所述下螺杆电极的下端和上螺杆电极的上端分别裸露于绝缘外壳外部，所述下螺杆电极的上端从绝缘外壳的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳的下端内部与所述球电极卡位管内最下端的球电极表面紧密接触，所述上螺杆电极的下端从绝缘外壳的顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳的上端内部与所述球电极卡位管内最上端的球电极表面紧密接触。

上述方案进一步优选的，所述灭弧介质包括空气和灭弧液，在球电极卡位管内最上端的两个球电极之间的间隙呈均匀注满空气的内电场空气间隙，其余相邻球电极之间的间隙内均注满灭弧液。

上述方案进一步优选的，在绝缘外壳内间隔设置多段长柱状的灭弧室保护壳，在每段灭弧室保护壳内分别设置有一段球电极卡位管，在每段球电极卡位管内分别呈间隙设置有若干球电极，在相邻灭弧室保护壳之间由填充通过绝缘材质进行分隔而成封闭的灭弧腔室，在相邻灭弧室保护壳之间的绝缘材质内分别设置有第一导流电极；相邻灭弧室保护壳之间通过贯穿于绝缘材质内的第一导流电极相互连接。

上述方案进一步优选的，在球电极卡位管的上下两端设置有用于限制所述球电极卡位管的上氧化锌阀片和下氧化锌阀片，在上氧化锌阀片与下氧化锌阀片之间的球电极卡位管内由上至下呈间隙设置若干所述球电极，其中，下螺杆电极的上端从绝缘外壳的顶端竖直向上伸入灭弧室保护壳的下端内部与所述下氧化锌阀片的表面紧密接触，上螺杆电极的下端从绝缘外壳的顶端竖直向下伸入灭弧室保护壳的上端内部与所述下氧化锌阀片的表面紧密接触，所述上氧化锌阀片的下表面与最上端的球电极接触。

上述方案进一步优选的，在每段球电极卡位管内最上端的两个球电极之间呈均匀的内电场空气间隙，每段球电极卡位管内其余的相邻球电极之间的间隙内均注满灭弧液。

上述方案进一步优选的，在靠近第一导流电极的上下两端的绝缘外壳外壁两侧上分别设置有固定长杆，在绝缘外壳上下两端的两侧分别设置有固定短杆，在绝缘外壳外部同一侧的固定长杆与固定短杆之间倾斜设置有绝缘子。

上述方案进一步优选的，在绝缘外壳内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳，在每段灭弧室保护壳内分别设置有球电极卡位管，在每段球电极卡位管内分别呈间隙设置有若干球电极，在上下两个灭弧室保护壳之间分别设置有相互竖直对称的上导流电极和下导流电极，每段灭弧室保护壳内的球电极卡位管的上下两端分别设置有用于限制所述球电极卡位管的上氧化锌阀片和下氧化锌阀片，其中，上导流电极的上端与对应上方的上氧化锌阀片连接，下导流电极的下端与对应下方的下氧化锌阀片连接；每段球电极卡位管内的相邻球电极之间的间隙内均注满灭弧液，上导流电极的下端与下导流电极上端之间在绝缘外壳的外部形成相互导流的外空气间隙。

上述方案进一步优选的，在两个灭弧室保护壳之间通过绝缘材质间隔封闭设置上导流电极和下导流电极，其中，上导流电极的下端和下导流电极的上端分别固定于绝缘材质内。

上述方案进一步优选的，在绝缘外壳外部一侧分别水平设置有第一上导流横杆和第一下导流横杆，第一上导流横杆的一端依次穿入绝缘外壳、绝缘材质与上导流电极的下端连接，第一下导流横杆的一端依次穿入绝缘外壳、绝缘材质与下导流电极的上端连接，在第一上导流横杆的另一端且位于端绝缘外壳的外部设置有上放电电极，在第一下导流横杆的另一端且位于端绝缘外壳的外部设置有下放电电极。

上述方案进一步优选的，所述上放电电极与下放电电极的中心轴线在同一竖直线上，在上放电电极与下放电电极之间形成均匀的外空气间隙。

上述方案进一步优选的，所述上放电电极和下放电电极分别为水平设置的圆盘结构、圆环结构或球体结构。

上述方案进一步优选的，在相对于上导流电极的下端另一侧连接有与第一上导流横杆对称的第二上导流横杆，在相对于下导流电极的上端另一侧连接有与第一下导流横杆对称的第二下导流横杆；在绝缘外壳上端两侧、下端两侧分别连接有上固定短导流杆和下固定短导流杆，在第一上导流横杆与对应一侧的上固定短导流杆之间以及在第二上导流横杆与对应一侧的上固定短导流杆之间分别对称设置有绝缘子；以及在第一下导流横杆与对应一侧的下固定短导流杆之间、以及在第二下导流横杆与对应一侧的下固定短导流杆之间分别对称设置有绝缘子。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种内空气多均电场间隙的液电灭弧方法，所述内空气多均电场间隙的液电灭弧方法包括如下步骤：在绝缘外壳的下端、上端分别连接下螺杆电极和上螺杆电极，在绝缘外壳内设置一段或两段长柱状的灭弧室保护壳，在灭弧室保护壳内竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管，在球电极卡位管内由上至下呈间隙设置有若干球电极；

所述下螺杆电极的上端从绝缘外壳的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳的下端内部与所述球电极卡位管内最下端的球电极表面紧密接触；所述上螺杆电极的下端从绝缘外壳顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳的上端内部与所述球电极卡位管内最上端的球电极表面紧密接触；

在球电极卡位管内最上端的两个球电极之间呈均匀的内电场空气间隙，其余相邻球电极之间的间隙均注满灭弧液；

电弧沿上螺杆电极引入灭弧室保护壳内，再沿上螺杆电极穿过球电极卡位管内最上端的球电极，电弧经球电极击穿球电极卡位管内最上的内电场空气间隙的空气，冲击电弧击穿电场空气间隙到达由球电极连续间隔密封且注满有灭弧液的间隙，使冲击电弧在灭弧液发生液电效应完成灭弧；

在球电极卡位管内最上端的两个球电极之间呈均匀的内电场空气间隙，其余相邻球电极之间的间隙均注满灭弧液。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种外空气多均电场间隙的液电灭弧方法，所述外空气多均电场间隙的液电灭弧方法包括如下步骤：

在绝缘外壳的下端、上端分别连接下螺杆电极和上螺杆电极，在绝缘外壳内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳，在每段灭弧室保护壳内分别竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管，在每段球电极卡位管内分别呈间隙设置若干球电极，在上下两个灭弧室保护壳之间分别设置相互竖直对称的上导流电极和下导流电极；

每段灭弧室保护壳)内的球电极卡位管的上下两端分别设置有用于限制球电极卡位管的上氧化锌阀片和下氧化锌阀片，其中，上导流电极的上端与对应上方的上氧化锌阀片连接，下导流电极的下端与对应下方的下氧化锌阀片连接；

每段球电极卡位管内的相邻球电极之间的间隙内均注满灭弧液，上导流电极的下端与下导流电极上端之间在绝缘外壳的外部分别设置上导流电极和下导流电极形成相互导流的外空气间隙；

电弧沿上螺杆电极引入第一段灭弧室保护壳内，再沿上螺杆电极穿过上氧化锌阀片进入球电极卡位管内，电弧逐渐击穿球电极卡位管内由球电极连续间隔密封且注满有灭弧液的间隙，使冲击电弧在灭弧液发生液电效应完成初级灭弧；

完成初级灭弧后，电弧流经上导流电极、第一上导流横杆和上放电电极，然后击穿上导流电极和下导流电极形成的外空气间隙到达下放电电极，然后顺着第一下导流横杆和下导流电极流入下一段灭弧室保护壳中进行再次灭弧，直至灭弧结束。

综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明的均匀电场条件下的液电效应灭弧结构能够降低冲击击穿电压，解决冲击击穿电压和工频击穿电压之间的反向调控难题。此外，本发明的长液电效应灭弧室将长冲击电弧分割成多个短电弧，通过短间隙极板的“冷阴极”效应，将短电弧限制在冷电弧区间，降低电弧温度，避免灭弧室压强升高从而导致击穿电压升高。

附图说明

图1为本发明的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构的外部结构示意图；

图2为本发明的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构的内部结构示意图；

图3为本发明的液电灭弧结构的实施例二的结构示意图；

图4为本发明的液电灭弧结构的实施例三的结构示意图；

图5为本发明的液电灭弧结构的实施例五的外部结构示意图；

图6为本发明实施例五的内部结构示意图；

图7为本发明实施例六的结构示意图；

图8为本发明实施例八的结构示意图；

附图中，上氧化锌阀片101，内电场空气间隙102，球电极103，灭弧液104，上螺杆电极105，下氧化锌阀片106，下螺杆电极107，球电极卡位管108，灭弧室保护壳109，绝缘外壳110，固定长杆111，固定短杆112，绝缘子113，上连接卡壳114，下连接卡壳115，支撑放线槽116，裙边117，第一导流电极205，绝缘材质206，上导流电极207，下导流电极208，第一上导流横杆209，第一下导流横杆210，上放电电极211，下放电电极212，外空气间隙213，上固定短导流杆214，下固定短导流杆215，第二上导流横杆2090，第二下导流横杆2110。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，所述液电灭弧结构包括绝缘外壳110和竖直设置于绝缘外壳110内的长柱状的灭弧室保护壳109，在绝缘外壳110的外侧壁设置有裙边117，在灭弧室保护壳109的两端之间内竖直密封包裹有两端开口的球电极卡位管108，在球电极卡位管108内呈间隙设置有若干球电极103，在相邻干球电极103之间的间隙内设置有液电灭弧介质，在绝缘外壳110的下端、上端分别螺纹连接有下螺杆电极107和上螺杆电极105，所述下螺杆电极107的下端和上螺杆电极105的上端分别裸露于绝缘外壳110外部，所述下螺杆电极107的上端从绝缘外壳110的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳109的下端内部与所述球电极卡位管108内最下端的球电极103表面紧密接触，所述上螺杆电极105的下端从绝缘外壳110的顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳109的上端内部与所述球电极卡位管108内最上端的球电极103表面紧密接触；绝缘外壳110内部的灭弧室保护壳109中通过球电极卡位管108设置长液电效应灭弧室，球电极卡位管108内由多个均匀电场短间隙竖直排列组合而成，短间隙内密封设置有液电灭弧介质，电弧进入上螺杆电极105，进入长液电效应灭弧室中，并进入短间隙灭弧室中进行放电，发生液电效应，完成灭弧。

实施例一：如图1和图2所示，所述相邻干球电极103之间的间隙内设置的灭弧介质包括空气和灭弧液，灭弧液为绝缘油，在球电极卡位管108内最上端的两个球电极103之间呈均匀的内电场空气间隙102，内电场空气间隙102内注满空气介质，其余相邻球电极103之间的间隙均注满灭弧液104；绝缘外壳110内部的灭弧室保护壳109中通过球电极卡位管108设置长液电效应灭弧室，由多个均匀电场短间隙竖直排列组合而成，最上方间隙为均匀电场短空气间隙102，其余间隙都是注满灭弧液的均匀电场短灭弧间隙；球电极卡位管108将球电极限制在固定位置，使得球电极与球电极中间存在短间隙空间，球电极卡位管108外部被灭弧室保护壳109包裹，对长液电效应灭弧室起物理防护作用，防止灭弧室因内部压强过大导致灭弧室炸裂。

实施例二，如图3所示，在球电极卡位管108的上下两端设置有用于密封所述球电极卡位管108内部的上氧化锌阀片101和下氧化锌阀片106，在上氧化锌阀片101与下氧化锌阀片106之间的球电极卡位管108内由上至下呈间隙设置若干所述球电极103，其中，下螺杆电极107的上端从绝缘外壳110的顶端竖直向上伸入灭弧室保护壳109的下端内部与所述下氧化锌阀片106的表面紧密接触，上螺杆电极105的下端从绝缘外壳110的顶端竖直向下伸入灭弧室保护壳109的上端内部与所述下氧化锌阀片106的表面紧密接触，所述上氧化锌阀片101的下表面与最上端的球电极103接触，下氧化锌阀片106的上表面与最下端的球电极103接触。

实施例三，如图3和图4所示，在绝缘外壳110内间隔设置多段长柱状的灭弧室保护壳109，在每段灭弧室保护壳109内分别设置有一段球电极卡位管108，在每段球电极卡位管108内分别呈间隙设置有若干球电极103，在相邻灭弧室保护壳109之间由填充通过绝缘材质206进行分隔而成封闭的灭弧腔室，在相邻灭弧室保护壳109之间的绝缘材质206内分别设置有第一导流电极205，相邻灭弧室保护壳109之间通过贯穿于绝缘材质206内的第一导流电极205相互连接，导流电极205的上端与上一段球电极卡位管108内的下氧化锌阀片106连接，所述第一导流电极205的下端与下一段球电极卡位管108内的上氧化锌阀片101连接，长液电效应灭弧室两端分别设置有上氧化锌阀片101和下氧化锌阀片106，上氧化锌阀片101与上螺杆电极105接触，下氧化锌阀片106与下螺杆电极107接触，电弧进入上螺杆电极105后穿过上氧化锌阀片101，然后进入长液电效应灭弧室中，并进入短间隙灭弧室中进行放电，发生液电效应，完成灭弧，其中，导流电极205的上端与上一段球电极卡位管108内的下氧化锌阀片106连接，所述第一导流电极205的下端与下一段球电极卡位管108内的上氧化锌阀片101连接，在每段球电极卡位管108内最上端的两个球电极103之间呈均匀注满空气的内电场空气间隙102，每段球电极卡位管108内其余的相邻球电极103之间的间隙内均注满灭弧液104，在本发明中，在绝缘外壳110内间隔设置两段长柱状的灭弧室保护壳109，上下两个灭弧室通过第一导流电极205互相连通，上下两个灭弧室内部的间隙，最上方间隙为均匀电场短空气间隙，其余间隙为注满灭弧液的均匀电场短灭弧间隙，均匀电场必然伴随短间隙，短间隙极板存在“冷阴极”效应，由于两个放电球电极间的间隙很短，短电弧在完全转变为高能量电弧前就被引导进入下一灭弧室，电弧就被限制在“冷电弧”阶段，避免了因灭弧室高温导致的液体损耗，也避免了灭弧室压强升高导致击穿电压升高，降低了灭弧难度；短间隙的“冷阴极”效应降低了电弧温度和热电离度，降低了电弧的抗遮断压强，提高了电弧易断性，由此降低对灭弧压强的要求，将电弧起点时间大幅度提前，形成“以快制强”的灭弧态势。在“冷阴极”效应中，短电弧在液体中的沉积能量小，电弧短维持时间的温度低于灭弧液的沸点，降低了灭弧液的蒸发损耗量和灭弧液的电离量，也降低了对灭弧结构的破坏度，短电弧放电产生的压强为低强度液电效应激波压强，降低了对灭弧室的冲击强度，为多次灭弧和持久灭弧提供了保障，使灭弧过程避免了对灭弧液和灭弧结构的破坏。

当上下灭弧室被雷击击中后，冲击长电弧被短间隙灭弧室分割成多个短电弧，在灭弧液104中放电产生液电效应，由于每个短电弧都处在均匀电场中，故冲击长电弧也等效于处在均匀电场中，均匀电场中的冲击电压的伏秒特性为平整直线，电压不再随时间的增大而减小，起始放电电压等于冲击击穿电压，冲击击穿电压迅速形成冲击压力波，冲击电弧在灭弧液104逐渐被截断，实现稳定可靠持续有效灭弧；在放电过程中，长放电电弧被多个短间隙灭弧室分割成多个短放电电弧，将一个高难度的长电弧灭弧过程转变为多个低难度的短电弧灭弧过程，大大降低了整体灭弧难度，在短间隙灭弧室中，电弧对灭弧液产生空间上的占位挤压，由于液体具有不可压缩性和高粘度，所以占位电弧在挤压灭弧液时会受到很强的反占位抵抗力。此外，电弧在液体中放电会发生液电效应并产生激波压强，激波压强导致灭弧液在封闭空间中剧烈运动，对放电电弧形成巨大冲击力。在两种力的共同作用下，冲击电弧“雪崩式”放电过程被衰减为“间歇式”放电过程，经过不断冲击挤压，电弧最终熄灭归零，放电通道断开，完成灭弧。

实施例四，如图4所示，在靠近第一导流电极205的上下两端的绝缘外壳110外壁两侧上分别设置有固定长杆111，在绝缘外壳110上下两端的两侧分别设置有固定短杆112，在绝缘外壳110外部同一侧的固定长杆111与固定短杆112之间倾斜设置有绝缘子113，前一个灭弧室保护壳109内的间隙灭弧室被击穿后，电弧将顺着第一导流电极205流入下灭弧室中进行再次灭弧。当上下相邻灭弧室保护壳109被雷击击中后，固定短杆112、绝缘子113和固定长杆111能对整体结构进行支撑保护，避免悬式绝缘子掉落。

实施例五，结合图1、图5和图6所示，在绝缘外壳110内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳109，在每段灭弧室保护壳109内分别设置有球电极卡位管108，在每段球电极卡位管108内分别呈间隙设置有若干球电极103，在上下两个灭弧室保护壳109之间分别设置有在同一竖直线上相互竖直对称的上导流电极207和下导流电极208，每段灭弧室保护壳109内的球电极卡位管108的上下两端分别设置有用于密封所述球电极卡位管108内部的上氧化锌阀片101和下氧化锌阀片106，其中，上导流电极207的上端与对应上方的上氧化锌阀片101连接，下导流电极208的下端与对应下方的下氧化锌阀片106连接；所述相邻干球电极103之间的间隙内设置的灭弧介质为灭弧液，每段球电极卡位管108内的相邻球电极103之间的间隙内均注满灭弧液104，上导流电极207的下端与下导流电极208上端之间在绝缘外壳110的外部形成相互导流的外空气间隙213，外电场间隙213开放于绝缘外壳110外部的空气中，上导流电极207与下导流电极208之间形成开放的并通过空气进行导流，使电弧击穿间隙内的空气后，电弧通过下下导流电极208导流传递至下导流电极208；在本发明实施例中，绝缘外壳110内分为上灭弧室和下灭弧室两部分，其中，上灭弧室和下灭弧室内部的所有间隙都是注满灭弧液的均匀电场短灭弧间隙，两个灭弧室内的上导流电极207和下导流电极208分别在绝缘外壳110的外部形成外空气间隙结构，上导流电极207的上端与上一个灭弧室内的下氧化锌阀片106接触，下导流电极208的下端与下一个灭弧室内的上氧化锌阀片101接触，电弧从上灭弧室中完成初级灭弧后，会流经上导流电极207并导流至绝缘外壳110的外部，然后击穿外空气间隙213再导流至下导流电极208流入下灭弧室中，进行再次灭弧。

在两个灭弧室保护壳109之间通过绝缘材质206间隔封闭设置上导流电极207和下导流电极208，上导流电极207和下导流电极208间隔包覆与绝缘材质206内进行绝缘分隔，其中，上导流电极207的下端和下导流电极208的上端分别固定于绝缘材质206内；在绝缘外壳110外部一侧分别水平设置有第一上导流横杆209和第一下导流横杆210，第一上导流横杆209的一端依次穿入绝缘外壳110、绝缘材质206与上导流电极207的下端连接，第一下导流横杆210的一端依次穿入绝缘外壳110、绝缘材质206与下导流电极208的上端连接，在第一上导流横杆209的另一端且位于端绝缘外壳110的外部设置有上放电电极211，在第一下导流横杆210的另一端且位于端绝缘外壳110的外部设置有下放电电极212，所述上放电电极211与下放电电极212的中心轴线在同一竖直线上，在上放电电极211与下放电电极212之间形成均匀开放且相互导流的外空气间隙213，在互导流的外电场间隙213内均注满空气，所述上放电电极211和下放电电极212采用水平设置的金属圆盘结构、金属圆环结构或金属球体结构；在本发明实施例中，避雷器分为上灭弧室和下灭弧室两部分，其中，上灭弧室和下灭弧室内部的所有间隙都是注满灭弧液的均匀电场短灭弧间隙，其外部设置为外空气间隙结构，上导流电极207的上端与上一个灭弧室内的下氧化锌阀片106接触，下导流电极208的下端与下一个灭弧室内的上氧化锌阀片101接触，由于绝缘材质206的存在，电弧从上灭弧室中完成初级灭弧后，会流经上导流电极207、第一上导流横杆209和上放电电极211，然后击穿外空气间隙213到达下放电电极212，然后顺着第一下导流横杆210和下导流电极208流入下灭弧室中，进行再次灭弧；在本发明实施例中，所述上放电电极211和下放电电极212为两块相同且边缘平滑的金属圆盘结构，所以在电弧放电时，外空气间隙213可近似于均匀电场空气间隙。两块靠近的大小相等、互相正对且互相平行的金属板，分别带有等量异种电弧时，它们间的电场除边缘区域外，都是均匀电场。本发明中，短间隙两端为两个平滑的球电极，以保证电弧在放电时周围电场为短间隙均匀电场，由于短间隙均匀电场各处电场相同且间隙距离极短，不存在电子崩后续加速能量不足问题，一旦有初始电子放电，冲击电弧会立即贯穿全电场，形成冲击击穿，起始放电电压就等于冲击击穿电压，两者不再存在差异。利用均匀电场的特性消除冲击击穿电压和工频击穿电压的差异后，灭弧装置的冲击击穿电压就等于工频击穿电压，所以在绝缘配合时，只需调整空气间隙使工频击穿电压高于其下限阈值，那么冲击击穿电压自然也满足低于其上限阈值的要求；冲击长电弧在发展过程中，被短间隙灭弧室分割成多个短电弧。由于每个短电弧都处在均匀电场中，故冲击长电弧也等效于处在均匀电场中。均匀电场中的冲击电压的伏秒特性为平整直线，电压不再随时间的增大而减小，起始放电电压等于冲击击穿电压。

实施例六，如图7所示，在相对于上导流电极207的下端另一侧连接有与第一上导流横杆209对称的第二上导流横杆2090，在相对于下导流电极208的上端另一侧连接有与第一下导流横杆210对称的第二下导流横杆2110；在绝缘外壳110上端两侧、下端两侧分别连接有上固定短导流杆214和下固定短导流杆215，在第一上导流横杆209与对应一侧的上固定短导流杆214之间、以及在第二上导流横杆2090与对应一侧的上固定短导流杆214之间分别对称设置有绝缘子113；以及在第一下导流横杆210与对应一侧的下固定短导流杆215之间、以及在第二下导流横杆2110与对应一侧的下固定短导流杆215之间分别对称设置有绝缘子113；当上下相邻灭弧室保护壳109被雷击击中后，第一上导流横杆209、第二上导流横杆2090与上固定短导流杆214以及第一下导流横杆210、第二下导流横杆2110与下固定短导流杆215能对绝缘子和整体结构进行支撑保护，避免悬式绝缘子掉落。

在本发明实施例中，上灭弧室和下灭弧室内部的所有间隙都是注满灭弧液均匀电场短灭弧间隙，外空气间隙电极(上放电电极211和下放电电极212)为圆环电极。

在本发明实施例中，上灭弧室和下灭弧室内部的所有间隙都是注满灭弧液的均匀电场灭弧间隙，外空气间隙电极(上放电电极211和下放电电极212)为球电极。

在本发明中，针对高压、特高压雷击防护、直流架空线雷击防护、多脉冲雷击防护和工频电压升高路段防护中，工频电弧重燃率高；本发明通过在长灭弧室两端设置氧化锌阀片，氧化锌阀片具有非线性电阻性，用于对工频重燃电弧进行抑制；一般情况下工频电压无法使阀片导通，当雷击电压加在阀片上时，阀片就变为低阻状态，即阀片导通，此时，工频电流就跟着雷击电流流入灭弧室。当雷击电弧被灭弧室熄灭后，阀片两端的外加电压小于阀片的导通电压，阀片恢复高阻状态，相当于阀片关闭了，工频电流就无法穿过阀片，工频电弧无法重燃；因此，当阀片两端电压超过阈值电压时，阀片等效于阻值无穷小的电阻，阀片处于开通状态；当阀片两端电压低于阈值电压时，阀片等效于阻值无穷大的电阻，阀片处于关断状态；对于重燃过程，阀片处于关断状态。氧化锌阀片对“间歇式”放电过程产生强阻尼，对重燃电压产生隔离分压作用，对重燃电流产生阻断作用，进一步衰减电弧强度，拉长波头时间，提前灭弧时间，降低灭弧难度，拉大灭弧的不对称性，有效抑制重燃电弧。此外，每个短间隙灭弧室的电场均匀度提高，击穿场强和击穿电压也大幅度提高，工频电压重新击穿所有串联短间隙灭弧室的总击穿电压大于实际工频电压值，使工频电弧难以重燃。此外，每个短间隙灭弧室都处于液电效应高压强维持期，高维持压强极大地提高了工频电弧重燃难度。

实施例七，结合图4和图7所示，在绝缘外壳110的上端外部设置有上连接卡壳114，绝缘外壳110通过上连接卡壳114安装于杆塔上，上螺杆电极105的上端固定连接于上连接卡壳114的内部，在绝缘外壳110的下端外部设置有下连接卡壳115，下螺杆电极107的下端固定连接于下连接卡壳115的内部，下连接卡壳115的下端水平设置有支撑放线槽116，输电线通过支撑放线槽116悬挂于绝缘外壳110的下方。

实施例八，结合图8所示，本实施例与实施例七中的图4和图7的区别在于，在绝缘外壳110的上端外部设置有架线座118，将架线座118替代上连接卡壳114，输电线通过架线座118悬挂于绝缘外壳110的上方，在绝缘外壳110的下端直接通过下螺杆电极107固定于杆塔的扁钢上。

实施例八，结合图2、图3和图4，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种内空气多均电场间隙的液电灭弧方法，所述内空气多均电场间隙的液电灭弧方法包括如下步骤：

在绝缘外壳110的下端、上端分别连接下螺杆电极107和上螺杆电极105，在绝缘外壳110内设置长柱状的灭弧室保护壳109，在灭弧室保护壳109内竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管108，在球电极卡位管108内由上至下呈间隙设置有若干球电极103；所述下螺杆电极107的上端从绝缘外壳110的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳109的下端内部与所述球电极卡位管108内最下端的球电极103表面紧密接触；所述上螺杆电极105的下端从绝缘外壳110顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳109的上端内部与所述球电极卡位管108内最上端的球电极103表面紧密接触；

在球电极卡位管108内最上端的两个球电极103之间呈均匀的内电场空气间隙102，其余相邻球电极103之间的间隙均注满灭弧液104；电弧沿上螺杆电极105引入灭弧室保护壳109内，再沿上螺杆电极105穿过球电极卡位管108内最上端的球电极103，电弧经球电极103击穿球电极卡位管108内最上的内电场空气间隙102的空气，冲击电弧击穿电场空气间隙102到达由球电极103连续间隔密封且注满有灭弧液104的间隙，使冲击电弧在灭弧液104发生液电效应完成灭弧；在本实施例中，在球电极卡位管108的上下两端设置有用于限制所述球电极卡位管108的上氧化锌阀片101和下氧化锌阀片106，在上氧化锌阀片101与下氧化锌阀片106之间的球电极卡位管108内通过间隙设置若干球电极103，所述下螺杆电极107的上端从绝缘外壳110的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳109的下端内部与所述下氧化锌阀片106表面紧密接触，所述上螺杆电极105的下端从绝缘外壳110的顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳109的上端内部与所述上氧化锌阀片101表面紧密接触，使上氧化锌阀片101的下表面与所述最上端的球电极103接触，下氧化锌阀片106的上表面与最下端的球电极103接触；电弧沿上螺杆电极105引入灭弧室保护壳109内，再沿上螺杆电极105穿过上氧化锌阀片101进入球电极卡位管108内，电弧经球电极103击穿球电极卡位管108内最上端的内电场空气间隙102的空气，冲击电弧击穿内电场空气间隙102内的空气介质后到达由球电极103连续间隔密封且注满有灭弧液104的间隙，使冲击电弧在灭弧液104发生液电效应完成灭弧；空气间隙102防止灭弧液发生“小桥”击穿现象。小桥击穿现象就是灭弧液内存在微小空气气泡，一旦灭弧液两端加上电压，空气气泡会被极化，然后连成一条类似小桥的通道，电弧会从通道中直接穿过，而不发生液电效应，无法进行灭弧。加上空气间隙102后，电压就会加在空气间隙两端，避免了灭弧液中的气泡极化，从而避免发生小桥击穿。

实施例十，结合图6和图7，根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种外空气多均电场间隙的液电灭弧方法：所述外空气多均电场间隙的液电灭弧方法包括如下步骤：

在绝缘外壳110的下端、上端分别连接下螺杆电极107和上螺杆电极105，在绝缘外壳110内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳109，在每段灭弧室保护壳109内分别竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管108，在每段球电极卡位管108内分别呈间隙设置若干球电极103，在上下两个灭弧室保护壳109之间分别设置相互竖直对称的上导流电极207和下导流电极208；

每段灭弧室保护壳109内的球电极卡位管108的上下两端分别设置有用于密封球电极卡位管108内部的上氧化锌阀片101和下氧化锌阀片106，其中，上导流电极207的上端与对应上方的上氧化锌阀片101连接，下导流电极208的下端与对应下方的下氧化锌阀片106连接；

每段球电极卡位管108内的相邻球电极103之间的间隙内均注满灭弧液104，上导流电极207的下端与下导流电极208上端之间在绝缘外壳110的外部分别设置上导流电极207和下导流电极208形成相互导流的外空气间隙213；上导流电极207与下导流电极208之间形成开放的并通过空气进行导流，使电弧击穿间隙内的空气后，电弧通过下下导流电极208导流传递至下导流电极208

电弧沿上螺杆电极105引入第一段灭弧室保护壳109内，再沿上螺杆电极105穿过上氧化锌阀片101进入球电极卡位管108内，电弧逐渐击穿球电极卡位管108内由球电极103连续间隔密封且注满有灭弧液104的间隙，使冲击电弧在灭弧液104发生液电效应完成初级灭弧；

完成初级灭弧后，电弧流经上导流电极207、第一上导流横杆209和上放电电极211，然后击穿上导流电极207和下导流电极208形成的外空气间隙213到达下放电电极212，然后顺着第一下导流横杆210和下导流电极208流入下一段灭弧室保护壳109中进行再次灭弧，直至灭弧结束。绝缘外壳110内分为上灭弧室和下灭弧室两部分，其中，上灭弧室和下灭弧室内部的所有间隙都是注满灭弧液的均匀电场短灭弧间隙，电弧从上灭弧室中完成初级灭弧后，会流经上导流电极207并导流至绝缘外壳110的外部，然后击穿外空气间隙213再导流至下导流电极208流入下灭弧室中。

为此，在不均匀电场条件下，难以调控冲击击穿电压和工频击穿电压的原因在于：一般场景下的电场为不均匀电场，冲击电压在不均匀电场中的伏秒特性为电压随时间的增大而减小，冲击时间越久，冲击电压越小，故起始放电电压不等于冲击击穿电压。这是由于电子崩在低场强区的加速能量不足，导致电弧只出现局部放电但无法贯穿击穿，要想实现击穿，只能通过减小空气间隙距离来降低冲击击穿电压，但是在不均匀电场中，冲击击穿电压和工频击穿电压之间为正相关关系，且两者之间存在5倍以上巨大差异，如果将冲击击穿电压往下调，工频击穿电压也势必跟着降低，最终导致工频击穿电压低于其下限阈值，不满足要求；如果通过增大空气间隙提高工频击穿电压使其达到下限阈值要求，又会导致冲击击穿电压超标，亦不满足要求。本发明的外间隙灭弧方法中，采用了两块靠近的大小相等、互相正对且互相平行的上导流电极207和下导流电极208，分别带有等量异种电弧时，它们间的电场除边缘区域外，都是均匀电场。而在短间隙灭弧室(相邻干球电极103之间的间隙)两端为两个平滑的球电极103，以保证电弧在放电时周围电场为短间隙均匀电场，由于短间隙均匀电场各处电场相同且间隙距离极短，不存在电子崩后续加速能量不足问题，一旦有初始电子放电，冲击电弧会立即贯穿全电场，形成冲击击穿，起始放电电压就等于冲击击穿电压，两者不再存在差异，从而利用均匀电场能有效解决调控冲击击穿电压和工频击穿电压的目的；利用均匀电场的特性消除冲击击穿电压和工频击穿电压的差异时，在本发明的液电效应灭弧结构的冲击击穿电压相当于工频击穿电压，所以在绝缘配合时，只需调整空气间隙使工频击穿电压高于其下限阈值，那么冲击击穿电压自然也满足低于其上限阈值的要求，冲击长电弧在灭除过程中，电弧被短间隙灭弧室分割成多个短电弧，由于每个短电弧都处在均匀电场中，故冲击长电弧也等效于处在均匀电场中，均匀电场中的冲击电压的伏秒特性为平整直线，电压不再随时间的增大而减小，起始放电电压等于冲击击穿电压。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：所述液电灭弧结构包括绝缘外壳(110)和竖直设置于绝缘外壳(110)内的长柱状的灭弧室保护壳(109)，在绝缘外壳(110)的外侧壁设置有裙边(117)，在灭弧室保护壳(109)的两端之间内竖直密封包裹有两端开口的球电极卡位管(108)，在球电极卡位管(108)内由上至下呈间隙设置有若干球电极(103)，在相邻干球电极(103)之间的间隙内设置有灭弧介质，在绝缘外壳(110)的下端、上端分别连接有下螺杆电极(107)和上螺杆电极(105)，所述下螺杆电极(107)的下端和上螺杆电极(105)的上端分别裸露于绝缘外壳(110)外部，所述下螺杆电极(107)的上端从绝缘外壳(110)的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳(109)的下端内部与所述球电极卡位管(108)内最下端的球电极(103)表面紧密接触，所述上螺杆电极(105)的下端从绝缘外壳(110)的顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳(109)的上端内部与所述球电极卡位管(108)内最上端的球电极(103)表面紧密接触。

2.根据权利要求1所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：所述灭弧介质包括空气和灭弧液，在球电极卡位管(108)内最上端的两个球电极(103)之间的间隙呈均匀注满空气的内电场空气间隙(102)，其余相邻球电极(103)之间的间隙内均注满灭弧液(104)。

3.根据权利要求2所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在绝缘外壳(110)内间隔设置多段长柱状的灭弧室保护壳(109)，在每段灭弧室保护壳(109)内分别设置有一段球电极卡位管(108)，在每段球电极卡位管(108)内分别呈间隙设置有若干球电极(103)，在相邻灭弧室保护壳(109)之间由填充通过绝缘材质(206)进行分隔而成封闭的灭弧腔室，在相邻灭弧室保护壳(109)之间的绝缘材质(206)内分别设置有第一导流电极(205)；相邻灭弧室保护壳(109)之间通过贯穿于绝缘材质(206)内的第一导流电极(205)相互连接。

4.根据权利要求3所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在球电极卡位管(108)的上下两端设置有用于限制所述球电极卡位管(108)的上氧化锌阀片(101)和下氧化锌阀片(106)，在上氧化锌阀片(101)与下氧化锌阀片(106)之间的球电极卡位管(108)内由上至下呈间隙设置若干所述球电极(103)，其中，下螺杆电极(107)的上端从绝缘外壳(110)的顶端竖直向上伸入灭弧室保护壳(109)的下端内部与所述下氧化锌阀片(106)的表面紧密接触，上螺杆电极(105)的下端从绝缘外壳(110)的顶端竖直向下伸入灭弧室保护壳(109)的上端内部与所述下氧化锌阀片(106)的表面紧密接触，所述上氧化锌阀片(101)的下表面与最上端的球电极(103)接触。

5.根据权利要求3或4所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在每段球电极卡位管(108)内最上端的两个球电极(103)之间呈均匀的内电场空气间隙(102)，每段球电极卡位管(108)内其余的相邻球电极(103)之间的间隙内均注满灭弧液(104)。

6.根据权利要求3或4所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在靠近第一导流电极(205)的上下两端的绝缘外壳(110)外壁两侧上分别设置有固定长杆(111)，在绝缘外壳(110)上下两端的两侧分别设置有固定短杆(112)，在绝缘外壳(110)外部同一侧的固定长杆(111)与固定短杆(112)之间倾斜设置有绝缘子(113)。

7.根据权利要求1所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在绝缘外壳(110)内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳(109)，在每段灭弧室保护壳(109)内分别设置有球电极卡位管(108)，在每段球电极卡位管(108)内分别呈间隙设置有若干球电极(103)，在上下两个灭弧室保护壳(109)之间分别设置有相互竖直对称的上导流电极(207)和下导流电极(208)，每段灭弧室保护壳(109)内的球电极卡位管(108)的上下两端分别设置有用于限制所述球电极卡位管(108)的上氧化锌阀片(101)和下氧化锌阀片(106)，其中，上导流电极(207)的上端与对应上方的上氧化锌阀片(101)连接，下导流电极(208)的下端与对应下方的下氧化锌阀片(106)连接；每段球电极卡位管(108)内的相邻球电极(103)之间的间隙内均注满灭弧液(104)，上导流电极(207)的下端与下导流电极(208)上端之间在绝缘外壳(110)的外部形成相互导流的外空气间隙(213)。

8.根据权利要求7所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在两个灭弧室保护壳(109)之间通过绝缘材质(206)间隔封闭设置上导流电极(207)和下导流电极(208)，其中，上导流电极(207)的下端和下导流电极(208)的上端分别固定于绝缘材质(206)内。

9.根据权利要求7或8所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在绝缘外壳(110)外部一侧分别水平设置有第一上导流横杆(209)和第一下导流横杆(210)，第一上导流横杆(209)的一端依次穿入绝缘外壳(110)、绝缘材质(206)与上导流电极(207)的下端连接，第一下导流横杆(210)的一端依次穿入绝缘外壳(110)、绝缘材质(206)与下导流电极(208)的上端连接，在第一上导流横杆(209)的另一端且位于绝缘外壳(110)的外部设置有上放电电极(211)，在第一下导流横杆(210)的另一端且位于端绝缘外壳(110)的外部设置有下放电电极(212)。

10.根据权利要求9所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：所述上放电电极(211)与下放电电极(212)的中心轴线在同一竖直线上，在上放电电极(211)与下放电电极(212)之间形成均匀的外空气间隙(213)。

11.根据权利要求10所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：所述上放电电极(211)和下放电电极(212)分别采用水平设置的圆盘结构、圆环结构或球体结构。

12.根据权利要求8所述的一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构，其特征在于：在相对于上导流电极(207)的下端另一侧连接有与第一上导流横杆(209)对称的第二上导流横杆(2090)，在相对于下导流电极(208)的上端另一侧连接有与第一下导流横杆(210)对称的第二下导流横杆(2110)；

在绝缘外壳(110)上端两侧、下端两侧分别连接有上固定短导流杆(214)和下固定短导流杆(215)，在第一上导流横杆(209)与对应一侧的上固定短导流杆(214)之间以及在第二上导流横杆(2090)与对应一侧的上固定短导流杆(214)之间分别对称设置有绝缘子(113)；

以及在第一下导流横杆(210)与对应一侧的下固定短导流杆(215)之间、以及在第二下导流横杆(2110)与对应一侧的下固定短导流杆(215)之间分别对称设置有绝缘子(113)。

13.一种内空气多均电场间隙的液电灭弧方法，其特征在于：所述液电灭弧方法包括利用权利要求1至6任一所述一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构进行灭弧，包括如下步骤：

在绝缘外壳(110)的下端、上端分别连接下螺杆电极(107)和上螺杆电极(105)，在绝缘外壳(110)内设置一段或两段长柱状的灭弧室保护壳(109)，在灭弧室保护壳(109)内竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管(108)，在球电极卡位管(108)内由上至下呈间隙设置有若干球电极(103)；

所述下螺杆电极(107)的上端从绝缘外壳(110)的底端外向上竖直伸入灭弧室保护壳(109)的下端内部与所述球电极卡位管(108)内最下端的球电极(103)表面紧密接触；所述上螺杆电极(105)的下端从绝缘外壳(110)顶端外向下竖直伸入灭弧室保护壳(109)的上端内部与所述球电极卡位管(108)内最上端的球电极(103)表面紧密接触；

在球电极卡位管(108)内最上端的两个球电极(103)之间呈均匀的内电场空气间隙(102)，其余相邻球电极(103)之间的间隙均注满灭弧液(104)；

电弧沿上螺杆电极(105)引入灭弧室保护壳(109)内，再沿上螺杆电极(105)穿过球电极卡位管(108)内最上端的球电极(103)，电弧经球电极(103)击穿球电极卡位管(108)内最上的内电场空气间隙(102)的空气，冲击电弧击穿电场空气间隙(102)到达由球电极(103)连续间隔密封且注满有灭弧液(104)的间隙，使冲击电弧在灭弧液(104)发生液电效应完成灭弧；

在球电极卡位管(108)内最上端的两个球电极(103)之间呈均匀的内电场空气间隙(102)，其余相邻球电极(103)之间的间隙均注满灭弧液(104)。

14.一种外空气多均电场间隙的液电灭弧方法，其特征在于：所述液电灭弧方法包括利用权利要求7至12任一所述一种多均匀电场间隙的液电灭弧结构进行灭弧，包括如下步骤：

在绝缘外壳(110)的下端、上端分别连接下螺杆电极(107)和上螺杆电极(105)，在绝缘外壳(110)内间隔设置两段呈上下竖直分布的长柱状的灭弧室保护壳(109)，在每段灭弧室保护壳(109)内分别竖直密封包裹设置两端开口的球电极卡位管(108)，在每段球电极卡位管(108)内分别呈间隙设置若干球电极(103)，在上下两个灭弧室保护壳(109)之间分别设置相互竖直对称的上导流电极(207)和下导流电极(208)；

每段灭弧室保护壳(109)内的球电极卡位管(108)的上下两端分别设置有用于限制球电极卡位管(108)的上氧化锌阀片(101)和下氧化锌阀片(106)，其中，上导流电极(207)的上端与对应上方的上氧化锌阀片(101)连接，下导流电极(208)的下端与对应下方的下氧化锌阀片(106)连接；

每段球电极卡位管(108)内的相邻球电极(103)之间的间隙内均注满灭弧液(104)，上导流电极(207)的下端与下导流电极(208)上端之间在绝缘外壳(110)的外部分别设置上导流电极(207)和下导流电极(208)形成相互导流的外空气间隙(213)；

电弧沿上螺杆电极(105)引入第一段灭弧室保护壳(109)内，再沿上螺杆电极(105)穿过上氧化锌阀片(101)进入球电极卡位管(108)内，电弧逐渐击穿球电极卡位管(108)内由球电极(103)连续间隔密封且注满有灭弧液(104)的间隙，使冲击电弧在灭弧液(104)发生液电效应完成初级灭弧；

完成初级灭弧后，电弧流经上导流电极(207)、第一上导流横杆(209)和上放电电极(211)，然后击穿上导流电极(207)和下导流电极(208)形成的外空气间隙(213)到达下放电电极(212)，然后顺着第一下导流横杆(210)和下导流电极(208)流入下一段灭弧室保护壳(109)中进行再次灭弧，直至灭弧结束。

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