本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置及方法。
背景技术：
雷电对输电线路安全运行危害极大，随着电网规模的日渐庞大，低压配电网的安全性问题越来越突出。由于配电网的耐雷水平比较低，当遭受雷击时，浪涌抑制器会频繁动作以消除雷电过电压。在频繁动作过程中，浪涌抑制器容易损坏，故障率升高，长久使用会逐渐失去保护作用。浪涌抑制器的动作阈值很低，当相邻地区遭受雷击时，就会在浪涌抑制器上形成电流、电压、热量的叠加，即把空间上的叠加转换成时间上的叠加，使得装置耐受雷电冲击的能力降低，进而加剧装置保护作用的恶化。浪涌抑制器在多重雷击作用下易造成装置残压超标，装置内的热量不断叠加，易造成热击穿，进而导致硬短路，造成被保护设备损坏。
现有的浪涌抑制器一般采用三级防雷标准，安装数量庞大，当发生故障时，故障点难以查找，导致大量的维护成本和维护时间。为了改善上述问题，提出一种抗雷电冲击性强、残压和热量不超标的绝缘油浪涌抑制器。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置及方法，解决现有配电网遭受雷击时，在电力线路上会产生雷击过电压并在电力线缆周围产生强大的电磁脉冲，造成线路上产生浪涌电压，并沿着线路进入设备的输入端口，对电子设备和建筑物造成危害的技术问题。利用电弧在液体内放电产生的液电效应，对雷击电流幅值大小进行衰减，然后再通过与绝缘油的配合熄灭电弧，避免发生热击穿，造成短路。
一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，包括绝缘壳体，绝缘壳体的顶端设置有反冲口，反冲口处设置有反冲口电极，绝缘壳体内设置有反冲管存储孔、上端储液槽和下端储液槽，上端储液槽设置在反冲管存储孔的上方，下端储液槽设置在反冲管存储孔的下方，反冲管存储孔内设置有反冲管，上端储液槽、反冲管内部和下端储液槽连通，且设置有绝缘液体。
进一步地，下端储液槽的底部内侧设置有底部电极，底部电极接地设置。
进一步地，反冲管包括陶瓷管体、顶部套盖板、固定装置、底部套盖板和绝缘覆盖层，顶部套盖板设置在陶瓷管体的顶部，底部套盖板设置在陶瓷管体的底部，固定装置穿过顶部套盖板和底部套盖板，并固定设置，绝缘覆盖层设置在陶瓷管体的外侧，顶部套盖板上设置有反冲喷孔，底部套盖板与外部金具连接。
进一步地，陶瓷管体内部设置为中空的圆柱结构，陶瓷管体的内部中空孔与反冲喷孔设置在同一条直线上。
进一步地，顶部套盖板包括顶盖板套盖和顶盖板沿边，顶盖板套盖设置为向上凹陷结构，顶盖板沿边设置在顶盖板套盖的底部侧边上。
进一步地，固定装置设置为绝缘螺杆，顶盖板沿边和底部套盖板上均设置有相同数量和大小的螺孔，绝缘螺杆穿过螺孔并设置螺母拧紧设置。
进一步地，绝缘覆盖层设置为环氧树脂层，覆盖在绝缘螺杆、螺母、顶盖板沿边和底部套盖板上，并包合陶瓷管体。
一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置的方法，当电弧击穿上端储液槽、反冲管内部和下端储液槽时，电弧预击穿绝缘液体的瞬间，由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，发生液电爆轰效应，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，电弧导通液体后，电弧和液体进行热交换产生电液热交换效应，电弧热产生的液体气泡和热蒸发效应存储动能，持久释放灭弧压力，液电爆轰效应和电液热交换效应产生的向下的冲击波被反冲管的底部反射回来形成冲击波正反射效应进行灭弧。
进一步地，液电爆轰效应的具体过程为：电弧从腔体入口被灌注到反冲管后通过腔体另一端的电极入地形成放电回路，腔体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：
本发明采用气体灭弧使得装置频繁动作不会产生太多损耗，没有热量叠加，不会形成热击穿和硬短路，解决了安全隐患问题，防雷的性价比提高，装置的耐用性、经济性强，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；冲击或工频电弧的热效应产生的液体蒸气压力强化灭弧压力特性；液体蒸气冷却电弧温度使电弧熄灭特性；细管灌注和波反射提高灭弧压力特性。
附图说明
图1为本发明剖面图。
图2为本发明反冲管剖面图。
图3为本发明反冲管结构没有安装环氧树脂的俯视图。
图4为本发明反冲管结构的顶部套盖板结构示意图。
图中标号：1-陶瓷管体；2-顶部套盖板；2.1-顶盖板套盖；2.2-顶盖板沿边；2.3-顶盖板沿边固定孔；3-螺母；4-固定装置；5-底部套盖板；6-绝缘覆盖层；7-绝缘壳体；8-反冲管存储孔；9-反冲管；10-反冲口电极；11-反冲口；12-上端储液槽；13-绝缘液体；14-下端储液槽；15-底部电极。
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。
一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，如图1所示，包括绝缘壳体7，绝缘壳体7的顶端设置有反冲口11，反冲口11处设置有反冲口电极10，绝缘壳体7内设置有反冲管存储孔8、上端储液槽12和下端储液槽14，上端储液槽12设置在反冲管存储孔8的上方，下端储液槽14设置在反冲管存储孔8的下方，反冲管存储孔8内设置有反冲管9，上端储液槽12、反冲管9内部和下端储液槽14连通，且设置有绝缘液体。下端储液槽14的底部内侧设置有底部电极15，底部电极15接地设置。液体(绝缘油、水等)的液面超过反冲管，并且不填满整个装置内部。反冲管一端开口朝上，固定在外部绝缘框架中，以防止在大电流、大电压的冲击下反冲管位置改变，影响装置灭弧效果。当电弧进入含有绝缘油的反冲管内部，由于电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，反冲管内会产生100mpa左右的压力，通过反冲压力释放作用到电弧并使其截断。在反冲过程中，电弧的能量也使一部分绝缘油迅速分解为氢气，使电弧的热量散发，加速电弧的截断过程。
本发明实施例中，如图2-3所示，反冲管9包括陶瓷管体1、顶部套盖板2、固定装置4、底部套盖板5和绝缘覆盖层6，顶部套盖板2设置在陶瓷管体1的顶部，底部套盖板5设置在陶瓷管体1的底部，固定装置4穿过顶部套盖板2和底部套盖板5，并固定设置，绝缘覆盖层6设置在陶瓷管体1的外侧，顶部套盖板2上设置有反冲喷孔，底部套盖板5与外部金具连接。陶瓷管体1内部设置为中空的圆柱结构，陶瓷管体1的内部中空孔与反冲喷孔设置在同一条直线上。
固定装置4设置为绝缘螺杆，顶盖板沿边2.2和底盖板套盖5.1上均设置有相同数量和大小的螺孔，绝缘螺杆穿过螺孔并设置螺母3拧紧设置。顶盖板套盖2.1套设在陶瓷管体1的顶部，底盖板套盖5.1套设在陶瓷管体1的底部，顶盖板沿边2.2和底盖板套盖5.1设置为圆形结构，且内径与陶瓷管体1的外径相同。绝缘覆盖层6设置为环氧树脂层，覆盖在绝缘螺杆、螺母3、顶盖板沿边2.2和底盖板套盖5.1上，并包合陶瓷管体1。顶部套盖板2和底部套盖板5为钢板或者锌合金板。
首先在反冲管的上下两端用环氧树脂分别紧密粘合一带凹槽的圆形钢板，其中反冲管上端的钢板中心有开孔，大小与反冲管的孔径大小一致。在钢板上还有4个能安装绝缘螺栓的圆孔，均匀分布在钢板外围。8个螺母分别用在4个绝缘螺杆的上下端，起到固定反冲管位置的作用。为避免雷击时，钢板之间距离太近而发生闪洛，将绝缘螺杆、陶瓷管及螺母用环氧树脂全封装起来。伞裙位于封装后环氧树脂筒的最外边。
本发明实施例中，如图4所示，顶部套盖板2包括顶盖板套盖2.1和顶盖板沿边2.2，顶盖板套盖2.1设置为向上凹陷结构，顶盖板沿边2.2设置在顶盖板套盖2.1的底部侧边上。固定装置4设置为绝缘螺杆，顶盖板沿边2.2和底部套盖板5上均设置有相同数量和大小的螺孔，绝缘螺杆穿过螺孔并设置螺母3拧紧设置。绝缘覆盖层6设置为环氧树脂层，覆盖在绝缘螺杆、螺母3、顶盖板沿边2.2和底部套盖板5上，并包合陶瓷管体1。顶部套盖板2主要是固定陶瓷管体1的上端，然后顶盖板套盖2.1的顶部裸露时，可以直接使用作为引弧电极，实现固定和引弧电极作用，实现双作用，同时这个引弧电极的实用寿命会非常好，具有固定性，厚度够厚，电弧多次烧后，磨损后一样可以正常工作。
一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置的方法，当电弧击穿上端储液槽12、反冲管9内部和下端储液槽14时，电弧预击穿绝缘液体的瞬间，由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，发生液电爆轰效应，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，电弧导通液体后，电弧和液体进行热交换产生电液热交换效应，电弧热产生的液体气泡和热蒸发效应存储动能，持久释放灭弧压力，液电爆轰效应和电液热交换效应产生的向下的冲击波被反冲管9的底部反射回来形成冲击波正反射效应进行灭弧，同时还包括绝缘油灭弧。
液电爆轰效应的具体过程为：电弧从腔体入口被灌注到反冲管9后通过腔体另一端的电极入地形成放电回路，腔体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。
反冲灭弧：当电弧进入含有液体的反冲管时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000k。反冲管内产生的高温、高压无法及时向外泄露。冲击波在反冲管的内壁面上来回反射，各壁面反射波相互叠加使超压峰值增大。反冲管内产生的各种压力在遇到反冲管底部密封障碍物后产生的反射冲击波，正反射冲击波共同叠加，使得振动加强，振动的能量增大，在短时间内获得很大的能量，从电弧入口喷出。强化了冲击阶段和工频灭弧时管内的压力,对工频续流起到抑制作用。
液电效应：当电弧进入含有液体的反冲管内部，发生大陡度预击穿时，由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可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左右的压力，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。
绝缘油灭弧：在装置中，有用非导电材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。绝缘油作为灭弧介质，防止电弧的扩展，并促使电弧迅速熄灭。
电弧产生的高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。氢气具有很高的导热系数，这就使电弧的热量容易散发。另外，由于存在着温度差，所以气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却、熄灭。
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。
1.一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：包括绝缘壳体(7)，绝缘壳体(7)的顶端设置有反冲口(11)，反冲口(11)处设置有反冲口电极(10)，绝缘壳体(7)内设置有反冲管存储孔(8)、上端储液槽(12)和下端储液槽(14)，上端储液槽(12)设置在反冲管存储孔(8)的上方，下端储液槽(14)设置在反冲管存储孔(8)的下方，反冲管存储孔(8)内设置有反冲管(9)，上端储液槽(12)、反冲管(9)内部和下端储液槽(14)连通，且设置有绝缘液体。
2.根据权利要求1所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：下端储液槽(14)的底部内侧设置有底部电极(15)，底部电极(15)接地设置。
3.根据权利要求2所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：反冲管(9)包括陶瓷管体(1)、顶部套盖板(2)、固定装置(4)、底部套盖板(5)和绝缘覆盖层(6)，顶部套盖板(2)设置在陶瓷管体(1)的顶部，底部套盖板(5)设置在陶瓷管体(1)的底部，固定装置(4)穿过顶部套盖板(2)和底部套盖板(5)，并固定设置，绝缘覆盖层(6)设置在陶瓷管体(1)的外侧，顶部套盖板(2)上设置有反冲喷孔，底部套盖板(5)与外部金具连接。
4.根据权利要求3所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：陶瓷管体(1)内部设置为中空的圆柱结构，陶瓷管体(1)的内部中空孔与反冲喷孔设置在同一条直线上。
5.根据权利要求4所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：顶部套盖板(2)包括顶盖板套盖(2.1)和顶盖板沿边(2.2)，顶盖板套盖(2.1)设置为向上凹陷结构，顶盖板沿边(2.2)设置在顶盖板套盖(2.1)的底部侧边上。
6.根据权利要求5所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：固定装置(4)设置为绝缘螺杆，顶盖板沿边(2.2)和底部套盖板(5)上均设置有相同数量和大小的螺孔，绝缘螺杆穿过螺孔并设置螺母(3)拧紧设置。
7.根据权利要求6所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置，其特征在于：绝缘覆盖层(6)设置为环氧树脂层，覆盖在绝缘螺杆、螺母(3)、顶盖板沿边(2.2)和底部套盖板(5)上，并包合陶瓷管体(1)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置的方法，其特征在于：当电弧击穿上端储液槽(12)、反冲管(9)内部和下端储液槽(14)时，电弧预击穿绝缘液体的瞬间，由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，发生液电爆轰效应，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，电弧导通液体后，电弧和液体进行热交换产生电液热交换效应，电弧热产生的液体气泡和热蒸发效应存储动能，持久释放灭弧压力，液电爆轰效应和电液热交换效应产生的向下的冲击波被反冲管(9)的底部反射回来形成冲击波正反射效应进行灭弧。
9.根据权利要求8所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置的方法，其特征在于：液电爆轰效应的具体过程为：电弧从腔体入口被灌注到反冲管(9)后通过腔体另一端的电极入地形成放电回路，腔体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8所述的一种液电爆轰波灭弧浪涌抑制装置的方法，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