一种多级反冲的灭弧方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多级反冲的灭弧方法及系统，其方法包括将外电弧引入多级反冲灭弧系统内部；入口电弧快速进入反冲管，冲向接闪器并发生弹性碰撞，使电弧方向发生180°转化，形成出口电弧，离开反冲管；出口电弧受到反冲作用离开反冲管，削弱反冲管内的能量，同时阻碍入口电弧的进入，在反冲管入口处形成电弧大尺度断口，破坏电弧连续性，加速电弧熄灭；反冲出来的出口电弧作用于反冲管入口外电弧，形成空腔效应，加速外电弧的截断。本发明专利技术可以应用在防雷灭弧装置的前端，能够有效提升防雷灭弧装置和电力系统的安全能力，降低了电力系统的短路发生的概率。

【技术实现步骤摘要】
一种多级反冲的灭弧方法及系统
本专利技术属于引弧灭弧
，具体涉及了一种多级反冲的灭弧方法及系统。
技术介绍
物质存在的状态都是与一定数值的结合能相互对应的，通常把固态称为第一态，液态称为第二态，气态称为第三态。当粒子的平均动能大于电离能时，在轨道上运动的束缚态的电子就能脱离原子或分子而称为自由电子，从而形成了物质第四态——等离子体。等离子体就是指电离的气态物质，其作为物质存在的一种独立形态，具有三个基本特性：（1）导电性。因为存在自由电子和带正、负电荷的离子，所以等离子体具有很强的导电性；（2）电准中性。虽然等离子体内部具有许多带电荷粒子，但是在足够小的空间和时间尺度上，粒子所带的正电荷数总是等于负电荷数，称为电准中性。（3）与磁场的可作用性。因为等离子体是由带电荷粒子组成的导电体，所以可以利用磁场来控制在它的位置、形状和运动等特性。等离子体按温度可划分为高温等离子体（粒子温度106～108K）和低温等离子体（粒子温度从室温到3×104K）。低温等离子体中按照重粒子的温度水平还可以划分为热等离子体（重粒子温度3×103—3×104K）和冷等离子体（重粒子温度只有室温左右，电子温度可达上万度）。热等离子体基本上达到热力学平衡，所以具有统一的热力学温度，其中电弧等离子即属于热等离子体。由于电弧等离子体中粒子温度较高，接近于局部热力学平衡状态，此时电子、离子和中性粒子具有相同的特征温度，所以可以像普通气体那样用统一热力学温度来描述电弧等离子体状态。由此可应用麦克斯韦速度分布、玻尔兹曼粒子能态几率分布和沙哈方程等确定电弧等离子体的状态和参数。近年来的研究表明，电弧现象本质上是电物理与热物理的综合过程，且在很多情况下，热物理过程起决定性作用。而研究电弧等离子体的热力学状态、流动状态和电弧的物理过程对熄灭电弧至关重要。目前，架空输配电线路、变电站和发电厂等区域雷击事故频繁，由雷击造成的事故给电力系统安全、稳定和可靠带来了极大的挑战，给国家经济发展和人民生活水平带来巨大的影响。电力设备中包含了断路器灭弧和防雷器灭弧等，断路器灭弧中常用的SF6气体用作灭弧气体，防雷器灭弧包括了固体灭弧和气体灭弧。申请人和相关专利技术人对此进行了大量研究，并已经获得了一系列的研究成果。如专利申请号为CN201210371579.3、CN201310276758.3、CN201510069010.5、CN201510069615.4、CN201710735970、X等专利技术。然而，申请人和相关专利技术人在持续研究过程以及产品在实际应用中，仍然不断发现新的问题、新的研究方向。固体灭弧主要是利用非线性电阻进行灭弧，其存在以下缺陷：（1）存在残压与灭弧电压之间的矛盾：非线性电阻最小值越小残压越低，有利于限制保护设备两端的过电压幅值，但灭弧能力弱。残压高，虽然灭弧能力增强，但是防雷器动作后施加在保护设备两端的过电压幅值也随之增大，对绝缘提出了高的要求，使得固体灭弧防雷器在灭弧效益和防雷效益不可同时兼得；（2）存在发热与散热之间的矛盾：非线性电阻工作过程是当雷电过电压超过动作值时，电阻阻值由原来的高阻状态变化为低阻状态，根据欧姆定律I=U/R，巨大的雷电流将流过非线性电阻，产生巨大焦耳热量。再加上其防潮密封环境，严重影响散热通道，导致热击穿是大概率事件，一旦热击穿非线性电阻电阻将变成永久性短路；（3）存在动作间隔远小于散热时间的矛盾：一般非线性电阻散热间隔时间在50秒到60秒之间，严重情况会使得因不能及时散热导致该防雷器击穿，造成短路事件。气体灭弧主要是利用气体作用于电弧并使其熄灭，也称为吹弧。气体灭弧中包含了外能式气体灭弧和内能式气体灭弧。其中内能式气体灭弧是利用雷电或工频的自身能量作用于电弧，主要分为热膨胀灭弧和压缩灭弧两种，热膨胀灭弧主要是在防雷器中设计多个金属电极，两两电极之间为空气小间隙，当电弧击穿空气小间隙之后，利用工频续流能量烘烤加热空气小间隙中的气体，使其产生热膨胀并作用于电弧实现横吹，在工频续流过零点时熄灭电弧。压缩灭弧是在防雷器中设置多个压缩管道，压缩管道中设置一个金属电极，当冲击电弧进入压缩管道后，使电弧被大尺度压缩，利用内外压力差和温度差在喷口出形成电弧压爆效应，同时产生喷射气流作用于电弧断口处，实现纵吹。而两两压缩管道之间又增加了三通管道，三通管两端设置金属电极，来冲击电弧进入三通管道后，产生横向喷射气体作用于电弧，实现横吹。纵吹与横吹相互结合，再加上压缩管道和三通管道间的空间结构设计，使电弧形成多断点压爆，并喷射，从而在冲击电弧阶段或工频续流早期熄灭电弧。灭弧防雷器中由于电弧运动轨迹均是按照同一个方向进行，所以电弧的整体能量均沿着运动轨迹流过气体灭弧防雷器，此时就存在着通流能力有限的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出了一种多级反冲的灭弧方法及系统。本专利技术提出了一种新的灭弧理念，形成有效的灭弧方法及系统，本专利技术可以应用在各种灭弧防雷装置的动作前端，有效弥补了它们的不足之处。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种多级反冲的灭弧方法，包括以下步骤：步骤一，将多级反冲灭弧系统安装在易发生雷击或者易发生电弧闪络的输电线路上；所述的多级反冲灭弧系统主要由若干个依次连接在一起反冲管组成，其中，在每一个反冲管的尾端均密封安装有一个接闪器，并且两两相邻的反冲管的连接处设有空隙通孔；第一个反冲管的首端设为开口；步骤二，发生电弧闪络时，外电弧在第一个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第一个反冲管内部；进入到第一个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅰ（电弧方向为正方向），入口电弧Ⅰ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第一个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅰ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第一个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅰ快速进入多级反冲灭弧系统中第一个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第一个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅰ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅰ（电弧方向为负方向），出口路径是从多级反冲灭弧系统中第一个反冲管的入口冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第一个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅰ在第二个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第二个反冲管内部；进入到第二个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅱ，入口电弧Ⅱ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第二个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅱ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第二个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅱ快速进入多级反冲灭弧系统中第二个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第二个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅱ的电弧方向发生180本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级反冲的灭弧方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，将多级反冲灭弧系统安装在易发生雷击或者易发生电弧闪络的输电线路上；/n所述的多级反冲灭弧系统主要由若干个依次连接在一起反冲管组成，其中，在每一个反冲管的尾端均密封安装有一个接闪器，并且两两相邻的反冲管的连接处设有空隙通孔；第一个反冲管的首端设为开口；/n步骤二，发生电弧闪络时，外电弧在第一个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第一个反冲管内部；/n进入到第一个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅰ，入口电弧Ⅰ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第一个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅰ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第一个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅰ快速进入多级反冲灭弧系统中第一个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第一个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅰ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅰ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第一个反冲管的入口冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第一个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅰ在第二个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第二个反冲管内部；/n进入到第二个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅱ，入口电弧Ⅱ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第二个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅱ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第二个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅱ快速进入多级反冲灭弧系统中第二个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第二个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅱ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅱ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第一个反冲管和第二个反冲管之间的空隙通孔冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第二个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅱ在第三个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第三个反冲管内部；/n进入到第三个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅲ，入口电弧Ⅲ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第三个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅲ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第三个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅲ快速进入多级反冲灭弧系统中第三个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第三个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅲ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅲ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第二个反冲管和第三个反冲管之间的空隙通孔冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第三个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅲ在第三个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第四个反冲管内部；/n以此类推，多级反冲灭弧系统中后续的反冲管重复前一个反冲管的灭弧过程，直至电弧被削弱至熄灭，或者直至电弧被极度削弱后从最后一个反冲管冲出被加装在多级反冲灭弧系统尾部的压缩气流灭弧装置或者固相气丸灭弧装置吹灭。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多级反冲的灭弧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将多级反冲灭弧系统安装在易发生雷击或者易发生电弧闪络的输电线路上；
所述的多级反冲灭弧系统主要由若干个依次连接在一起反冲管组成，其中，在每一个反冲管的尾端均密封安装有一个接闪器，并且两两相邻的反冲管的连接处设有空隙通孔；第一个反冲管的首端设为开口；
步骤二，发生电弧闪络时，外电弧在第一个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第一个反冲管内部；
进入到第一个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅰ，入口电弧Ⅰ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第一个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅰ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第一个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅰ快速进入多级反冲灭弧系统中第一个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第一个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅰ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅰ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第一个反冲管的入口冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第一个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅰ在第二个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第二个反冲管内部；
进入到第二个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅱ，入口电弧Ⅱ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第二个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅱ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第二个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅱ快速进入多级反冲灭弧系统中第二个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第二个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅱ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅱ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第一个反冲管和第二个反冲管之间的空隙通孔冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第二个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅱ在第三个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第三个反冲管内部；
进入到第三个反冲管内部的电弧称为入口电弧Ⅲ，入口电弧Ⅲ的弧柱直径因为受到多级反冲灭弧系统中第三个反冲管管壁限制，受到狭管灌注作用；受到狭管灌注的入口电弧Ⅲ由于弧柱直径变小，导致整个电弧导电横截面积变小、电弧密度增大、电弧中心温度升高、速度增大，多级反冲灭弧系统中第三个反冲管内压强急剧上升；入口电弧Ⅲ快速进入多级反冲灭弧系统中第三个反冲管，使得电弧受到狭管灌注作用，径向变细且产生轴向力更大的弹力，冲向第三个反冲管内的接闪器并发生弹性碰撞，使大部分入口电弧Ⅲ的电弧方向发生180°转化，形成出口电弧Ⅲ，出口路径是从多级反冲灭弧系统中第二个反冲管和第三个反冲管之间的空隙通孔冲出，并离开多级反冲灭弧系统中第三个反冲管；余下的小部分入口电弧Ⅲ在第三个反冲管内的接闪器的库仑力作用下被引入多级反冲灭弧系统的第四个反冲管内部；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巨丰，王嬿蕾，张奇星，骆耀敬，徐宇恒，
申请(专利权)人：王巨丰，
类型：发明
国别省市：广西;45