本发明涉及输配电架空线路灭弧防雷技术领域，尤其涉及一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置及方法。
背景技术：
并联间隙因其结构简单、安装方便、价格低廉，已广泛应用到各电压等级线路中。但并联间隙自熄弧能力弱，当线路遭受雷击时并联间隙冲击闪络后易出现稳定的工频续流电弧，引起线路频繁跳闸从而限制其应用。
雷击跳闸率的增加，使得断路器因频繁带负荷切断短路电弧而缩短寿命。另外，长时间工频电弧灼烧会引起绝缘子损坏以及导线断线等事故。为了熄灭电弧，减小雷电流幅值大小，保证输电线路运行的安全性，通常我们采用液态反冲灭弧装置进行灭弧，但液态反冲装置存在气密性问题和补充液体困难的问题，故提出一种液电金属丝爆轰波建弧抑制方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置及方法，解决液态反冲装置中液体含量不易控制，且气密性较差的技术问题。
一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，包括引弧杆、存料箱、转盘、绝缘箱壳体、挡板和灭弧筒，绝缘箱壳体设置在存料箱的底部，转盘设置在绝缘箱壳体内，引弧杆的一端穿入设置在绝缘箱壳体内，另一端与金具连接，存料箱上设置有掉料口，转盘上设置有若干个卡料槽，卡料槽内设置有液相爆轰玻璃管，挡板设置在绝缘箱壳体的内部，横向设置在转盘的前端，并横向卡住液相爆轰玻璃管的底部，灭弧筒设置在挡板的底部。
进一步地，液相爆轰玻璃管包括上端电极、金属丝、玻璃管和下电极，玻璃管内充入绝缘液体，金属丝设置在玻璃管内，上端电极和下电极分别设置在玻璃管的两端，并与金属丝连接。
进一步地，上端电极和下电极的宽度比玻璃管小，上端电极和下电极的宽度比卡料槽的前端开口小。
进一步地，存料箱内设置有压缩弹簧和若干个液相爆轰玻璃管，若干个液相爆轰玻璃管横向设置为一排，压缩弹簧一端设置在存料箱的内壁，另一端挤压液相爆轰玻璃管设置。
进一步地，卡料槽的顶部设置有密封圈，转盘使用绝缘材料制成，挡板为绝缘板。
进一步地，金属丝由低熔点金属材料制成，金具设在存料箱的上端，存料箱为绝缘材料制成。
一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，当电弧通过液相爆轰玻璃管的低端到引弧杆形成闪络时，液相爆轰玻璃管内导通电弧，发生金属丝电爆炸效应、液电爆轰效应和电液热交换效应产生冲击波对电弧进行熄灭，液相爆轰玻璃管的玻璃层破碎掉落，转盘旋转到新的一个液相爆轰玻璃管对电弧进行灭弧，直到电弧被熄灭，完成灭弧。
进一步地，金属丝电爆炸效应的具体过程为：将脉冲电流注入金属丝，在焦耳加热的作用下，金属丝急剧相变，先后经历固态、液态、气态与等离子体态，最终发展形成等离子体通道，整个电爆炸过程可以产生光辐射，同时伴随强弱不同的、时空上有一定次序的多个冲击波，从绝缘卡槽下端喷出。
进一步地，液电爆轰效应的具体过程为：由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，反冲灭弧压力峰值与冲击陡度电弧预击穿时间同步，冲击电弧在刚形成时立即被截断，液相爆轰玻璃管内的电弧发生液体内放电现象，液体内的放电电弧温度瞬间达到104k以上，电弧发生由温度梯度差引起的瞬间膨胀，由于电弧104k以上的温度瞬间出现，包裹在电弧四周的液体来不及位移和热蒸发，液体呈“刚性”的固体状并包裹住电弧阻止电弧膨胀，将液体视为自身不会被压缩的激波传递介质，液体在电弧的锤击作用下会同步产生100mpa以上的压力，此时电弧电流值小，但电弧电压降大，电弧内聚集的能量等于电弧电压和电弧电流乘积的积分，电弧的温度取决于电弧能量，而电弧能量的峰值出现在电弧接通的瞬间，随着电弧电流变大，电弧压降会降到视为0值，电流和电弧压降的乘积也视为0，积分后的能量下降，由于液体承受的电弧膨胀压力取决于由电弧能量决定的电弧温度，在电弧接通瞬间压力达到峰值，液体对电弧的“刚性”包裹使电弧温度产生的膨胀力瞬间转化为压力冲击波，冲击波唯一的释放出口是电弧入口，此时在整个腔体内被液体包裹住的电弧瞬间骤然膨胀，出现电弧爆轰效应，并同步产生100mpa以上的峰值压力冲击波并从腔体内的出口喷出，在压力波从腔体出口释放的同时，机械压力波的“活塞”把电弧推出腔体，把腔体内的电弧截断，同时喷出腔体外的压力波惯性对腔体外的电弧进行截断，切断电弧的尺度大，通过反冲压力释放作用到反冲管内的冲击电弧并使其截断，切断建弧通道。
进一步地，电液热交换效应的具体过程为：电弧接通瞬间产生的液电爆轰效应会产生电弧爆轰效应在接通电弧瞬间产生压力峰值，随着电弧的发展，电弧电离度增加，电弧电流增加，电弧压降降低到视为0的水平，电弧能量降低，液电爆轰效应产生的压力降低，但电弧和液体的热交换出现，电弧通过气化液体产生蒸气，带走电弧热量衰减电弧电离度削弱电弧强度的同时，水蒸气会产生膨胀压力补偿电液爆轰的压力衰减，热交换压力维持比液电爆轰效应更长的时间，对电弧重燃抑制和再次截断电弧。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明能将爆炸产生的压力控制在一定范围内避免对装置绝缘外壳造成损坏，将切换机制和密封结构巧妙地合为一体，增强防雷灭弧能力，提高反冲气流对电弧的作用力，使气流能定向喷出，提高了灭弧能力，改善了灭弧效果，截断电弧早，反冲灭弧压力峰值与冲击大陡度电弧预击穿时间同步，冲击电弧在刚刚形成之时立即被截断，截断电弧的压力巨大，灭弧压力达到100个大气压，如此大的压力峰值时间出现在冲击预击穿瞬间，压力持续时间久，电弧热产生的液体气泡和热蒸发效应存储大量动能，能够持久释放灭弧压力，冲击电弧重燃被延迟，持久巨大的反冲压力破坏了持续放电条件和重燃条件，截断冲击电弧后，重燃击穿时间被大幅度延迟十几到几十微秒以上，雷电流的陡度显著降低90％，电流幅值衰减50％以上，液态反冲的多种灭弧机制的叠加与互补——突变冲击电弧产生的液电效应下灭弧压力出现的又早又强特性
附图说明
图1为本发明剖面图。
图2为本发明转盘结构示意图。
图3为本发明液相爆轰玻璃管结构图。
图中标号：1-金具；2-引弧杆；3-存料箱；4-压缩弹簧；5-液相爆轰玻璃管；6-掉料口；7-密封圈；8-转盘；9-卡料槽；10-绝缘箱壳体；11-挡板；12-灭弧筒；13-上端电极；14-金属丝；15-玻璃管；16-下电极。
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，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。
一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置及方法，如图1-2所示，包括引弧杆2、存料箱3、转盘8、绝缘箱壳体10、挡板11和灭弧筒12，绝缘箱壳体10设置在存料箱3的底部，转盘8设置在绝缘箱壳体10内，引弧杆2的一端穿入设置在绝缘箱壳体10内，另一端与金具1连接，存料箱3上设置有掉料口6，转盘8上设置有若干个卡料槽9，卡料槽9内设置有液相爆轰玻璃管5，挡板11设置在绝缘箱壳体10的内部，横向设置在转盘8的前端，并横向卡住液相爆轰玻璃管5的底部，灭弧筒12设置在挡板11的底部。
当电弧进入液相爆轰单元，金属丝会在焦耳热的作用下，急剧相变，先后经历固态、液态、气态与等离子体态，最终发展成等离子体通道，发生爆炸并产生强气流；强气流从灭弧筒内向外喷出，作用在灭弧筒内的电弧上并使其截断，切断建弧通道。
液相爆轰玻璃管发生爆炸后，玻璃管、导电极及液体均被喷出绝缘卡槽外部，并在转盘的作用下(转盘中上紧发条)，将液相爆轰单元旋将转至补充玻璃管的位置，在弹簧的推力作用下，液相爆轰玻璃管从最右侧掉落进入液相爆轰单元。同时另一待液相爆轰单元被旋转至触发位置。
剩余电弧会经过引弧杆接地。金具用来将装置固定在输电杆塔上。橡胶圈防止了强气流外泄，能够保证产生的强气流最大化作用在电弧上。
本发明实施例中，如图3所示，液相爆轰玻璃管5包括上端电极13、金属丝14、玻璃管15和下电极16，玻璃管15内充入绝缘液体，金属丝14设置在玻璃管15内，上端电极13和下电极16分别设置在玻璃管15的两端，并与金属丝14连接。上端电极13和下电极16的宽度比玻璃管15小，上端电极13和下电极16的宽度比卡料槽9的前端开口小。
金属丝电爆炸产生冲击波：将脉冲电流注入金属丝，在焦耳加热的作用下，金属丝急剧相变，先后经历固态、液态、气态与等离子体态，最终发展形成等离子体通道，整个电爆炸过程可以产生光辐射，同时伴随强弱不同的、时空上有一定次序的多个冲击波，从绝缘卡槽下端喷出。
金属丝液相放电比水间隙击穿更迅速：液体中金属丝爆炸在间隙两电极间预置金属丝，可为放电电流提供初始通道，消除放电时延与抖动(使得冲击波时延可控)，有助于降低预击穿能量损耗、提高放电/冲击波的可靠性、稳定性和一致性、提升冲击波能量转换效率24％。
传统的水间隙要经历放电通道起始–形成–发展过程后主放电才发生，而金属丝放电则无此过程，放电通道在金属丝及其爆炸产物中形成，电导率也相应发生急剧变化，可以看出，击穿水间隙形成流注通道并不容易，这个过程会消耗相当的能量，且放电通道的发展不可控，难以形成实现长间隙击穿，而金属丝可以很容易在较低电压下实现击穿。
铜金属丝产生冲击波最强：低熔点金属(al，cu，ag，pt等)制成的金属丝在电压峰值前的沉积能量为其原子化焓的2倍以上，通常能够产生较强的冲击波，其中铜丝能够产生的冲击波最强。玻璃管中的铜细丝转化电弧的突变性、快速性、稳定性和可靠性进一步强化了液电反应的强度，使液电“爆轰”效应更加巨大。
切换液相爆轰单元：当液相爆轰单元未触发时，被挡板卡住。在电弧进入液相爆轰单元产生爆炸后，玻璃管、导电极及液体均被喷出绝缘卡槽外部，并在转盘的作用下，旋转至补充玻璃管的位置，在弹簧的推力作用下，液相爆轰玻璃管从最右侧掉落进入液相爆轰单元。同时另一待液相爆轰单元被旋转至触发位置。
本发明实施例中，存料箱3内设置有压缩弹簧4和若干个液相爆轰玻璃管5，若干个液相爆轰玻璃管5横向设置为一排，压缩弹簧4一端设置在存料箱3的内壁，另一端挤压液相爆轰玻璃管5设置。卡料槽9的顶部设置有密封圈7，转盘8使用绝缘材料制成，挡板11为绝缘板。金属丝14由低熔点金属材料制成，金具1设在存料箱3的上端，存料箱3为绝缘材料制成。
一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，其特征在于：当电弧通过液相爆轰玻璃管5的低端到引弧杆2形成闪络时，液相爆轰玻璃管5内导通电弧，发生金属丝电爆炸效应、液电爆轰效应和电液热交换效应产生冲击波对电弧进行熄灭，液相爆轰玻璃管5的玻璃层破碎掉落，转盘8旋转到新的一个液相爆轰玻璃管5对电弧进行灭弧，直到电弧被熄灭，完成灭弧。
金属丝电爆炸效应的具体过程为：将脉冲电流注入金属丝，在焦耳加热的作用下，金属丝急剧相变，先后经历固态、液态、气态与等离子体态，最终发展形成等离子体通道，整个电爆炸过程可以产生光辐射，同时伴随强弱不同的、时空上有一定次序的多个冲击波，从绝缘卡槽下端喷出。
液电爆轰效应的具体过程为：由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，反冲灭弧压力峰值与冲击陡度电弧预击穿时间同步，冲击电弧在刚形成时立即被截断，液相爆轰玻璃管(5)内的电弧发生液体内放电现象，液体内的放电电弧温度瞬间达到104k以上，电弧发生由温度梯度差引起的瞬间膨胀，由于电弧104k以上的温度瞬间出现，包裹在电弧四周的液体来不及位移和热蒸发，液体呈“刚性”的固体状并包裹住电弧阻止电弧膨胀，将液体视为自身不会被压缩的激波传递介质，液体在电弧的锤击作用下会同步产生100mpa以上的压力，此时电弧电流值小，但电弧电压降大，电弧内聚集的能量等于电弧电压和电弧电流乘积的积分，电弧的温度取决于电弧能量，而电弧能量的峰值出现在电弧接通的瞬间，随着电弧电流变大，电弧压降会降到视为0值，电流和电弧压降的乘积也视为0，积分后的能量下降，由于液体承受的电弧膨胀压力取决于由电弧能量决定的电弧温度，在电弧接通瞬间压力达到峰值，液体对电弧的“刚性”包裹使电弧温度产生的膨胀力瞬间转化为压力冲击波，冲击波唯一的释放出口是电弧入口，此时在整个腔体内被液体包裹住的电弧瞬间骤然膨胀，出现电弧爆轰效应，并同步产生100mpa以上的峰值压力冲击波并从腔体内的出口喷出，在压力波从腔体出口释放的同时，机械压力波的“活塞”把电弧推出腔体，把腔体内的电弧截断，同时喷出腔体外的压力波惯性对腔体外的电弧进行截断，切断电弧的尺度大，通过反冲压力释放作用到反冲管内的冲击电弧并使其截断，切断建弧通道。
电液热交换效应的具体过程为：电弧接通瞬间产生的液电爆轰效应会产生电弧爆轰效应在接通电弧瞬间产生压力峰值，随着电弧的发展，电弧电离度增加，电弧电流增加，电弧压降降低到视为0的水平，电弧能量降低，液电爆轰效应产生的压力降低，但电弧和液体的热交换出现，电弧通过气化液体产生蒸气，带走电弧热量衰减电弧电离度削弱电弧强度的同时，水蒸气会产生膨胀压力补偿电液爆轰的压力衰减，热交换压力维持比液电爆轰效应更长的时间，对电弧重燃抑制和再次截断电弧。
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。
1.一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：包括引弧杆(2)、存料箱(3)、转盘(8)、绝缘箱壳体(10)、挡板(11)和灭弧筒(12)，绝缘箱壳体(10)设置在存料箱(3)的底部，转盘(8)设置在绝缘箱壳体(10)内，引弧杆(2)的一端穿入设置在绝缘箱壳体(10)内，另一端与金具(1)连接，存料箱(3)上设置有掉料口(6)，转盘(8)上设置有若干个卡料槽(9)，卡料槽(9)内设置有液相爆轰玻璃管(5)，挡板(11)设置在绝缘箱壳体(10)的内部，横向设置在转盘(8)的前端，并横向卡住液相爆轰玻璃管(5)的底部，灭弧筒(12)设置在挡板(11)的底部。
2.根据权利要求1所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：液相爆轰玻璃管(5)包括上端电极(13)、金属丝(14)、玻璃管(15)和下电极(16)，玻璃管(15)内充入绝缘液体，金属丝(14)设置在玻璃管(15)内，上端电极(13)和下电极(16)分别设置在玻璃管(15)的两端，并与金属丝(14)连接。
3.根据权利要求2所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：上端电极(13)和下电极(16)的宽度比玻璃管(15)小，上端电极(13)和下电极(16)的宽度比卡料槽(9)的前端开口小。
4.根据权利要求1所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：存料箱(3)内设置有压缩弹簧(4)和若干个液相爆轰玻璃管(5)，若干个液相爆轰玻璃管(5)横向设置为一排，压缩弹簧(4)一端设置在存料箱(3)的内壁，另一端挤压液相爆轰玻璃管(5)设置。
5.根据权利要求4所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：卡料槽(9)的顶部设置有密封圈(7)，转盘(8)使用绝缘材料制成，挡板(11)为绝缘板。
6.根据权利要求2所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置，其特征在于：金属丝(14)由低熔点金属材料制成，金具(1)设在存料箱(3)的上端，存料箱(3)为绝缘材料制成。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，其特征在于：当电弧通过液相爆轰玻璃管(5)的低端到引弧杆(2)形成闪络时，液相爆轰玻璃管(5)内导通电弧，发生金属丝电爆炸效应、液电爆轰效应和电液热交换效应产生冲击波对电弧进行熄灭，液相爆轰玻璃管(5)的玻璃层破碎掉落，转盘(8)旋转到新的一个液相爆轰玻璃管(5)对电弧进行灭弧，直到电弧被熄灭，完成灭弧。
8.根据权利要求7所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，其特征在于：金属丝电爆炸效应的具体过程为：将脉冲电流注入金属丝，在焦耳加热的作用下，金属丝急剧相变，先后经历固态、液态、气态与等离子体态，最终发展形成等离子体通道，整个电爆炸过程可以产生光辐射，同时伴随强弱不同的、时空上有一定次序的多个冲击波，从绝缘卡槽下端喷出。
9.根据权利要求7所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，其特征在于：液电爆轰效应的具体过程为：由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，反冲灭弧压力峰值与冲击陡度电弧预击穿时间同步，冲击电弧在刚形成时立即被截断，液相爆轰玻璃管(5)内的电弧发生液体内放电现象，液体内的放电电弧温度瞬间达到104k以上，电弧发生由温度梯度差引起的瞬间膨胀，由于电弧104k以上的温度瞬间出现，包裹在电弧四周的液体来不及位移和热蒸发，液体呈“刚性”的固体状并包裹住电弧阻止电弧膨胀，将液体视为自身不会被压缩的激波传递介质，液体在电弧的锤击作用下会同步产生100mpa以上的压力，此时电弧电流值小，但电弧电压降大，电弧内聚集的能量等于电弧电压和电弧电流乘积的积分，电弧的温度取决于电弧能量，而电弧能量的峰值出现在电弧接通的瞬间，随着电弧电流变大，电弧压降会降到视为0值，电流和电弧压降的乘积也视为0，积分后的能量下降，由于液体承受的电弧膨胀压力取决于由电弧能量决定的电弧温度，在电弧接通瞬间压力达到峰值，液体对电弧的“刚性”包裹使电弧温度产生的膨胀力瞬间转化为压力冲击波，冲击波唯一的释放出口是电弧入口，此时在整个腔体内被液体包裹住的电弧瞬间骤然膨胀，出现电弧爆轰效应，并同步产生100mpa以上的峰值压力冲击波并从腔体内的出口喷出，在压力波从腔体出口释放的同时，机械压力波的“活塞”把电弧推出腔体，把腔体内的电弧截断，同时喷出腔体外的压力波惯性对腔体外的电弧进行截断，切断电弧的尺度大，通过反冲压力释放作用到反冲管内的冲击电弧并使其截断，切断建弧通道。
10.根据权利要求7所述的一种液电金属丝爆轰波建弧抑制装置的方法，其特征在于：电液热交换效应的具体过程为：电弧接通瞬间产生的液电爆轰效应会产生电弧爆轰效应在接通电弧瞬间产生压力峰值，随着电弧的发展，电弧电离度增加，电弧电流增加，电弧压降降低到视为0的水平，电弧能量降低，液电爆轰效应产生的压力降低，但电弧和液体的热交换出现，电弧通过气化液体产生蒸气，带走电弧热量衰减电弧电离度削弱电弧强度的同时，水蒸气会产生膨胀压力补偿电液爆轰的压力衰减，热交换压力维持比液电爆轰效应更长的时间，对电弧重燃抑制和再次截断电弧。
技术总结