一種放電管及放電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種放電管及放電方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，所述放電管包括：絕緣管(10)；與絕緣管(10)的兩端密封連接的第一電極(20)和第二電極(30)；密封在絕緣管(10)內(nèi)部的惰性氣體(40)，用于形成電弧進(jìn)行放電泄流；在絕緣管(10)外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體(50)和第二永磁體(60)；兩個(gè)永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與兩電極之間電場(chǎng)的方向垂直，以使工頻續(xù)流的電弧的弧長增加，弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流；實(shí)現(xiàn)了當(dāng)放電管兩極電壓過高時(shí)，快速泄流，泄流后殘壓少，泄流能力強(qiáng)，并在電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)的技術(shù)效果。
【專利說明】—種放電管及放電方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001〕 本發(fā)明涉及電涌放電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種放電管及放電方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)電的依賴程度越來越高，雷電作為一種自然界電能，對(duì)人類影響非常大，其中負(fù)面的影響會(huì)帶來較大的危害(即雷害)。具體的，雷電會(huì)使人類供電電網(wǎng)中產(chǎn)生電涌(即瞬態(tài)過電)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)接入電網(wǎng)的電器設(shè)備造成過壓損壞；對(duì)此，人們會(huì)在供電線路上安裝防止雷害器件，當(dāng)雷電使供電線路中產(chǎn)生過電流時(shí)，可通過防止雷害器件將過電流導(dǎo)入接地端對(duì)地釋放，使得供電線路的電流電壓維持在正常水平。
[0003]放電管作為一種防止雷害器件，得到了人們的大量研究；放電管的工作原理是氣體放電，當(dāng)其外加電壓增大到超過氣體的絕緣強(qiáng)度時(shí)，兩極間的間隙將放電擊穿，由原來的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，導(dǎo)通后放電管兩極之間的電壓維持在放電弧道所決定的殘壓水平。其中，電弧相當(dāng)于泄流“導(dǎo)線”，放電管的電弧建成速度和殘壓量是決定其泄流能力的主要因素，泄流能力是放電管的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。然而在實(shí)際使用過程中，有的放電管的電弧在泄流完成后沒有及時(shí)熄滅(即熄弧能力較差)，導(dǎo)致在過電壓消失后且電網(wǎng)電壓正常時(shí)，仍然有工頻電流繼續(xù)通過電弧從放電管通往接地端，使得供電線路通過電弧與地短路。上述工頻電流通過電弧流向地的現(xiàn)象稱為“工頻續(xù)流”，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)斷路器跳閘等事故發(fā)生，給供電線路正常運(yùn)行帶來隱患，因此，放電管在泄流后是否能夠及時(shí)熄滅電弧以切斷工頻續(xù)流(稱為“斷續(xù)”)，也是放電管的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。
[0004]目前較為先進(jìn)的大功率放電管有多層間隙放電管、閥型放電管、火花隙等，它們?cè)谛沽髂芰蛿嗬m(xù)能力上各有千秋。對(duì)于多層間隙放電管或閥型放電管來說，其包括多個(gè)串聯(lián)的放電級(jí)，每一級(jí)都需要達(dá)到一定的電壓才能使放電管開啟放電功能，也就是說，放電管的總體弧壓值為每一級(jí)弧壓的疊加值；放電管的總體弧壓高于工頻電壓，可以抑制工頻續(xù)流，即其“斷續(xù)能力”較好；但是，這種多層間隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了放電管泄流后殘余的能量較多，保護(hù)能力下降，即其“泄流能力”較差。對(duì)于火花隙來說，其利用電極間隙長度來有限的增加弧壓，泄流后殘壓小，泄流能力較前面兩者強(qiáng)，但其弧壓小于工頻電壓，因此它存在續(xù)流，即其“斷續(xù)能力”較差。
[0005]可見，現(xiàn)有技術(shù)中存在放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的，放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，提供一種放電管及放電方法，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)放電管兩極電壓過高時(shí)，快速泄流，泄流后殘壓少，泄流能力強(qiáng)，并在電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)的技術(shù)效果。
[0007]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放電管，包括:
[0008]絕緣管；
[0009]分別與所述絕緣管的兩端密封連接的第一電極和第二電極；
[0010]密封在所述絕緣管內(nèi)部的惰性氣體，用于在所述第一電極和所述第二電極間的外加電壓增大到超過惰性氣體的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極和所述第二電極之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流；
[0011]在所述絕緣管外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體和第二永磁體；
[0012]所述第一永磁體和所述第二永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與所述第一電極和所述第二電極之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
[0013]可選的，所述絕緣管為陶瓷或玻璃材質(zhì)。
[0014]可選的，所述第一電極和所述第二電極為錐形，且其材質(zhì)為鎢銅合金。
[0015]可選的，所述惰性氣體為氬氣和/或氖氣。
[0016]可選的，所述第一永磁體和所述第二永磁體采用釹鐵硼材質(zhì)。
[0017]可選的，所述絕緣管為中空柱狀，所述第一永磁體和所述第二永磁體與所述絕緣管的接觸面的形狀相適配。
[0018]可選的，所述絕緣管的內(nèi)壁沿軸向具有多個(gè)間隔設(shè)置的環(huán)形凹槽，每一個(gè)環(huán)形凹槽上均具有用于對(duì)電弧產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱的環(huán)形金屬片；所述環(huán)形金屬片的內(nèi)徑小于所述絕緣管的內(nèi)徑。
[0019]可選的，在所述第一電極和所述第二電極上涂覆有電子粉。
[0020]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放電方法，應(yīng)用于第一方面所述的放電管中，所述方法包括步驟:
[0021〕 31、在所述放電管的第一電極和第二電極間的外加電壓增大到超過所述放電管中惰性氣體的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，所述惰性氣體電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極和所述第二電極之間產(chǎn)生電弧，進(jìn)行放電泄流；
[0022]32、當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述放電管的第一永磁體和第二永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)以及所述第一電極和所述第二電極之間電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0024]由于在本發(fā)明實(shí)施例中，一方面，放電管的泄流結(jié)構(gòu)包括絕緣管、分別與所述絕緣管的兩端密封連接的第一電極和第二電極；并且在所述絕緣管內(nèi)部密封有惰性氣體，用于在所述第一電極和所述第二電極間的外加電壓增大到超過惰性氣體的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極和所述第二電極之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流；可見放電管的泄流結(jié)構(gòu)簡單，并沒有復(fù)雜的多層間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，點(diǎn)火電壓只與兩電極之間的間隙長度以及惰性氣體的壓強(qiáng)有關(guān)，在制作的過程中，當(dāng)兩電極之間的間隙長度和惰性氣體的壓強(qiáng)確定，點(diǎn)火電壓即確定，放電后殘壓少，泄流能力強(qiáng)；另一方面，放電管的斷續(xù)結(jié)構(gòu)包括在所述絕緣管外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體和第二永磁體(可采用強(qiáng)磁體)，所述第一永磁體和所述第二永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與所述第一電極和所述第二電極之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流；另外，當(dāng)放電管處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，放電管電極間沒有電弧電流，永磁體不對(duì)放電管的靜態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響，即待機(jī)時(shí)放電管的點(diǎn)火電壓與出廠設(shè)置的點(diǎn)火電壓一樣，并且在放電管正常放電泄流時(shí)，絕緣管中的惰性氣體全部電離為等離子體，以形成放電電弧，永磁體的磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響；可見，永磁體的結(jié)構(gòu)設(shè)置不會(huì)影響放電管的泄流能力?？傊?，在本申請(qǐng)方案中，放電管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合了上述泄流結(jié)構(gòu)和斷續(xù)結(jié)構(gòu)，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)放電管兩極電壓過高時(shí)，快速泄流，泄流后殘壓少，泄流能力強(qiáng)，并在放電管電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)的技術(shù)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種放電管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2八為本發(fā)明實(shí)施例提供的放電管的一種放電電弧形態(tài)示意圖；
[0028]圖28為本發(fā)明實(shí)施例提供的放電管的第二種放電電弧形態(tài)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種內(nèi)部設(shè)置有散熱組件的放電管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種放電方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種放電管及放電方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)放電管兩極電壓過高時(shí)，快速泄流，泄流后殘壓少，泄流能力強(qiáng)，并在電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)的技術(shù)效果。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，總體思路如下:
[0033]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放電管，包括:絕緣管；分別與所述絕緣管的兩端密封連接的第一電極和第二電極；密封在所述絕緣管內(nèi)部的惰性氣體，用于在所述第一電極和所述第二電極間的外加電壓增大到超過惰性氣體的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極和所述第二電極之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流；在所述絕緣管外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體和第二永磁體；所述第一永磁體和所述第二永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與所述第一電極和所述第二電極之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
[0034]可見，在本發(fā)明實(shí)施例中，一方面，放電管的泄流結(jié)構(gòu)包括絕緣管、分別與所述絕緣管的兩端密封連接的第一電極和第二電極；并且在所述絕緣管內(nèi)部密封有惰性氣體，用于在所述第一電極和所述第二電極間的外加電壓增大到超過惰性氣體的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極和所述第二電極之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流；可見放電管的泄流結(jié)構(gòu)簡單，并沒有復(fù)雜的多層間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，點(diǎn)火電壓只與兩電極之間的間隙長度以及惰性氣體的壓強(qiáng)有關(guān)，在制作的過程中，當(dāng)兩電極之間的間隙長度和惰性氣體的壓強(qiáng)確定，點(diǎn)火電壓即確定，放電后殘壓少，泄流能力強(qiáng)；另一方面，放電管的斷續(xù)結(jié)構(gòu)包括在所述絕緣管外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體和第二永磁體(可采用強(qiáng)磁體)，所述第一永磁體和所述第二永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與所述第一電極和所述第二電極之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流；另外，當(dāng)放電管處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，放電管電極間沒有電弧電流，永磁體不對(duì)放電管的靜態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響，即待機(jī)時(shí)放電管的點(diǎn)火電壓與出廠設(shè)置的點(diǎn)火電壓一樣，并且在放電管正常放電泄流時(shí)，絕緣管中的惰性氣體全部電離為等離子體，以形成放電電弧，永磁體的磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響；可見，永磁體的結(jié)構(gòu)設(shè)置不會(huì)影響放電管的泄流能力?？傊?，在本申請(qǐng)方案中，放電管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合了上述泄流結(jié)構(gòu)和斷續(xù)結(jié)構(gòu)，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中放電管無法兼具良好的泄流和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)放電管兩極電壓過高時(shí)，快速泄流，泄流后殘壓少，泄流能力強(qiáng)，并在放電管電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)的技術(shù)效果。
[0035]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0036]實(shí)施例一
[0037]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放電管，包括:
[0038]絕緣管10，多采用陶瓷或玻璃材質(zhì)；
[0039]分別與絕緣管10的兩端密封連接的第一電極20和第二電極30 ；
[0040]密封在絕緣管10內(nèi)部的惰性氣體40，用于在第一電極20和第二電極30間的外加電壓增大到超過惰性氣體40的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在第一電極20和第二電極30之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流；
[0041]在絕緣管10外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體50和第二永磁體60 ；
[0042]第一永磁體50和第二永磁體60產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與第一電極20和第二電極30之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
[0043]在具體實(shí)施過程中，通常所采用的放電管為氣體放電管，其放電通路的電氣特性主要取決于環(huán)境參數(shù)，因而工作的穩(wěn)定性得不到保證，為了提高氣體放電管的工作穩(wěn)定性，可采用金屬化陶瓷絕緣體與電極進(jìn)行焊接，從而保證封接的外殼(即絕緣管10)與放電間隙(即第一電極20和第二電極30之間的間距)的氣密性，為優(yōu)化選擇放電管中的氣體種類和壓力創(chuàng)造了條件，氣體放電管內(nèi)一般密封惰性氣體40，如氬氣和/或氖氣。
[0044]在具體實(shí)施過程中，第一電極20和第二電極30為錐形，且其材質(zhì)可采用鎢銅合金；具體的，在兩個(gè)金屬電極表面分布有電荷，電荷密度和金屬面的曲率成正比，當(dāng)金屬電極設(shè)置為錐形(即設(shè)置有尖端)時(shí)，一旦它外加電壓，電荷就會(huì)很密集的堆積在尖端上，從而使尖端處的電場(chǎng)變強(qiáng)，并使得兩個(gè)錐形電極和周圍的氣體形成了一個(gè)電容器，介質(zhì)就是放電管中的惰性氣體40 ；當(dāng)尖端電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)，就會(huì)把絕緣管10中氣體的原子、分子擊穿，達(dá)到電容器放電的效果。在這個(gè)過程中，惰性氣體40被激發(fā)為電弧等離子體，并在電場(chǎng)的作用下，以柱狀形式連接第一電極20和第二電極30。
[0045]電弧等離子體是由表面激元膜包著等離子態(tài)物質(zhì)組成，在沒有外部電場(chǎng)條件的時(shí)候，它以球形存在，具體的，等離子體內(nèi)部是帶正電荷的粒子和中性粒子，其表面則是由負(fù)電子在表面激元效應(yīng)的作下形成的等離子表面激元膜。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，它的存在需要以下五個(gè)條件:1)較低溫度下可變成等離子體的物質(zhì)；2〉一定的電壓(弧壓)；3) 一定的電流:4)穩(wěn)定的表面激兀膜:5) —定的壓強(qiáng)或者一定密度。這五個(gè)條件相輔相成，具體而言，物質(zhì)等離子化需要的溫度越低，說明等離子體的量越大，壓強(qiáng)或密度也越大，進(jìn)一步，等離子體電弧的弧壓會(huì)越高(由潘寧效應(yīng)獲知〉、電流越大，電弧也越大，表面激元膜越穩(wěn)定，相對(duì)的，電弧長度越長，說明電弧的弧壓越高、電流越大。
[0046]在電弧等離子體中，發(fā)光發(fā)熱的部分以及溫度最高的部分即為等離子表面激元膜；對(duì)于構(gòu)成表面激元膜的電子，在通常情況下，若沒有電場(chǎng)作用時(shí)，它們總在等離子體表面作布朗能運(yùn)動(dòng)，若有電場(chǎng)作用時(shí)，它們則是作與等離子體表面平行的定向運(yùn)動(dòng)，即在電弧等離子體表面，在兩電極間電場(chǎng)力的作用下從一個(gè)電極平行移動(dòng)到另一個(gè)電極，以形成電弧電流。
[0047]在實(shí)際使用過程中，人們希望放電管過壓時(shí)，在其兩電極間產(chǎn)生電弧將過多的電流泄去，但是在放電管恢復(fù)正常電壓時(shí)，人們又希望電弧能夠消失以截止工頻續(xù)流。下面將依次對(duì)本申請(qǐng)方案中放電管從“待機(jī)狀態(tài)”到“過壓形成電弧進(jìn)行泄流”再到“電弧熄滅”的整個(gè)過程進(jìn)行介紹。
[0048]在具體實(shí)施過程中，當(dāng)放電管接入供電線路中，且放電管兩端的電壓為正常電壓(如工頻電壓)時(shí)，放電管處于待機(jī)狀態(tài)，其兩個(gè)電極間沒有電弧電流；當(dāng)放電管的外加電壓增大到超過管內(nèi)氣體的絕緣強(qiáng)度時(shí)，即外加電壓達(dá)到放電管的點(diǎn)火電壓時(shí)，放電管被擊穿，產(chǎn)生電弧電流；其中，放電管道的點(diǎn)火電壓依據(jù)其所應(yīng)用的電力系統(tǒng)需求而定，往往可通過改變放電管內(nèi)的氣體種類、壓力、電極涂敷材料成分及電極間的距離來實(shí)現(xiàn)的。衡量放電管泄流能力的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)主要包括放電電弧的建立速度、通流量以及殘壓水平，具體的，放電管電弧建立速度越快、放電通流量越大以及殘壓量越小，說明放電管的泄流能力越強(qiáng)。其中，放電管的放電通流量與絕緣管10中的氣體密度成正比，然而氣體密度越大壓強(qiáng)越大，那么在設(shè)置放電管中氣體壓強(qiáng)時(shí)需要充分考慮絕緣管10的耐壓性，即通過增大管內(nèi)氣體壓強(qiáng)來增大放電通流量是很有限的；放電管放電電弧建立速度以及殘壓水平與放電管的結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常非多層間隙的放電管其電弧建立速度較快且放電后殘壓較少。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，采用非多層間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，另外為了通過增大活性電子的數(shù)量來提高放電電弧建立速度和放電通流量，在第一電極20和第二電極30上涂覆有電子粉，其厚度可依據(jù)實(shí)際需求而定，可以為(5?15)11%能夠在電極電壓過大時(shí)使電極尖端電場(chǎng)快速變強(qiáng)，并擊穿管中氣體，以形成放電電弧，同時(shí)在一定程度上增加了電弧等離子體中的電子量(即放電通流量)。
[0049]這里需要指出的是，在放電管過壓泄流時(shí)，維持電弧的電流為過電流，電弧較粗，在放電管恢復(fù)正常電壓后，維持電弧的電流為工頻電流，電弧較細(xì)。在放電管泄流且恢復(fù)正常電壓后，放電管兩電極間的電弧由過電流維持的粗電弧變?yōu)橛晒ゎl電流維持的細(xì)電弧，通常針對(duì)放電管所說的“斷續(xù)”，即需熄滅由工頻電流維持的細(xì)電弧，電弧熄滅可以從以下五個(gè)方面著手考慮去掉放電管兩電極間的電壓或電流山)去掉形成等離子體的物質(zhì)加大等離子體的壓強(qiáng)或密度，使弧壓高于工頻電壓3)破壞電弧等離子體的表面激元膜；6)降低等離子體的溫度。其中，對(duì)于點(diǎn)幻，由于當(dāng)放電管處于安裝狀態(tài)時(shí)，工頻電流總是存在的，所以點(diǎn)幻不適于實(shí)際操作；對(duì)于點(diǎn)幻，由于放電管需要在過壓時(shí)通過可以形成電弧的物質(zhì)進(jìn)行泄流，所以不可能將該物質(zhì)去掉，可見，點(diǎn)幻也不適于實(shí)際操作；對(duì)于點(diǎn)0，可以利用潘寧效應(yīng)加大等離子體的壓強(qiáng)或密度，以提升弧壓，但是該壓強(qiáng)必須在放電管的絕緣管10的壓力承受范圍內(nèi)，即通過點(diǎn)0)提升弧壓相對(duì)有限，但可考慮使用；對(duì)于點(diǎn)
(1)，在不影響放電管過壓泄流的前提下可行；對(duì)于點(diǎn)6)，在放電管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許的前提下可行。
[0050]具體的，在沒有外界電磁干擾的作用時(shí)，電弧電流的方向固定為從一個(gè)電極指向另一個(gè)電極的方向，普通放電管將產(chǎn)生近似直線狀態(tài)的電弧連接于兩個(gè)電極之間，如圖2八所示。而在本申請(qǐng)方案中，為通過上述點(diǎn)(1)的方法來熄滅電弧，在絕緣管10外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體50和第二永磁體60 (均可采用釹鐵硼材質(zhì))，絕緣管10為中空柱狀，第一永磁體50和第二永磁體60與絕緣管10的接觸面的形狀相適配，具體的，第一永磁體50和第二永磁體60可鑲嵌或膠粘在絕緣管10的管壁外，還可用卡環(huán)卡接在絕緣管10的管體上等。其中，一永磁體為^極、另一永磁體為3極，兩者產(chǎn)生垂直于兩電極間電場(chǎng)方向的強(qiáng)磁場(chǎng)，進(jìn)而電弧等離子體中的電子會(huì)同時(shí)受到電場(chǎng)力和強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，而作螺旋運(yùn)動(dòng)，并在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀的電弧，如圖28所示，相對(duì)于普通放電管來說，可認(rèn)為磁場(chǎng)力破壞了電弧等離子體的表面激元膜；此時(shí)電弧長度為普通管電弧長度的6?120倍，具體倍率取決于電極間隙長度(即第一電極20和第二電極30錐尖之間的長度)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度。根據(jù)上述已介紹的關(guān)于等離子體存在的五個(gè)條件可知，當(dāng)放電電弧長度變長時(shí)，等離子體電弧的弧壓會(huì)越高，當(dāng)弧壓高于工頻電壓時(shí)，即可抑制工頻電流，以熄滅電弧。
[0051]這里需要指出的是，當(dāng)放電管處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，放電管電極間沒有電弧電流，第一永磁體50和第二永磁體60形成的強(qiáng)磁場(chǎng)不對(duì)放電管的靜態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響，即待機(jī)時(shí)放電管的點(diǎn)火電壓與出廠設(shè)置的點(diǎn)火電壓一樣；并且第一永磁體50和第二永磁體60形成的強(qiáng)磁場(chǎng)不足以對(duì)“由過電流形成的粗電弧”造成影響，即不影響放電管泄流；而只會(huì)對(duì)“由工頻電流形成的細(xì)電弧”造成影響。具體的，在放電管正常放電泄流時(shí)，絕緣管10中的惰性氣體40全部電離為等離子體，以形成放電電弧，在絕緣管10的封閉空間內(nèi)，放電電弧(即所述粗電弧)等離子體占據(jù)了絕緣管10的整個(gè)內(nèi)部空間，永磁體(5040)的磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)其形狀產(chǎn)生影響；相對(duì)而言，當(dāng)放電泄流結(jié)束后且放電管兩電極間的電壓恢復(fù)正常時(shí)，絕緣管10中的等離子體變少，所形成的電弧體積較小，即形成所述細(xì)電弧，只占據(jù)絕緣管10部分內(nèi)部空間，在磁場(chǎng)力的作用下，所述細(xì)電弧會(huì)隨著磁場(chǎng)力在存在冗余空間的絕緣管10內(nèi)部發(fā)生扭曲，最終呈現(xiàn)螺旋狀。第一永磁體50和第二永磁體60產(chǎn)生的磁力線的強(qiáng)度與斷續(xù)電流大小成正比，以國際標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的放電管的斷續(xù)電流為500八為例，500八電流產(chǎn)生的磁力線的強(qiáng)度與兩個(gè)永磁體(50,60)產(chǎn)生的強(qiáng)度一樣大，當(dāng)設(shè)計(jì)的放電管的斷續(xù)能為500八時(shí)，大于500八的電涌電流(如雷擊電流)可以通放電管泄放至大地，小于500八的電流在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用消除。
[0052]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，設(shè)定在第一永磁體50和第二永磁體60形成的強(qiáng)磁場(chǎng)以及工頻電流形成的電場(chǎng)的作用下，放電管兩電極間的電弧長度變?yōu)槠胀娀￠L度的24倍，放電管中的惰性氣體40采用1.5倍大氣壓的氬氣，1.5倍大氣壓的氬氣每毫米弧壓近似1.訊，兩電極間隙長度為4皿，可得出本實(shí)施例中弧長變長時(shí)的弧壓為24*4*1 5 = 14價(jià)，實(shí)際測(cè)量中該弧壓為110?1807之間，也就是說，本申請(qǐng)方案中，通過增加電弧弧長以增大弧壓的參數(shù)設(shè)定和計(jì)算原理是正確的。相對(duì)的，當(dāng)放電管的過電壓消失只有工頻電壓時(shí)，交流的波形走到低于1107，工頻電壓低于弧壓，無法維持電流大小，電弧等離子體的表面激元膜被強(qiáng)磁場(chǎng)破壞，電弧消失。
[0053]以上是單獨(dú)采用點(diǎn)(1)的方法來熄滅電弧的方案，在具體實(shí)施過程中，可結(jié)合點(diǎn)0和點(diǎn)(1)的方法或結(jié)合點(diǎn)(1)和點(diǎn)6)的方法，來加快電弧熄滅的速度。
[0054](1)結(jié)合點(diǎn)0和點(diǎn)(1)的方法熄滅電弧
[0055]即在采用第一永磁體50和第二永磁體60形成磁場(chǎng)對(duì)電弧等離子體表面激元膜進(jìn)行影響的同時(shí)，通過加大等離子體的壓強(qiáng)或密度，使弧壓高于工頻電壓，來加快電弧熄滅的速度；具體的，根據(jù)潘寧效應(yīng)向絕緣管中注入混合氣體(如氬氣和氖氣)，使其滿足一定的比例，從而在混合氣體等離子化形成電弧時(shí)，提升弧壓。在采取這種實(shí)施方案的過程中，配置混合氣體并密封于絕緣管10中，必須考慮混合氣體在放電的過程中受熱膨脹會(huì)使絕緣管10內(nèi)部壓力增加的現(xiàn)象，因此，在向絕緣管10中密封混合氣體時(shí)，氣體的壓強(qiáng)要控制在絕緣管10能夠承受的范圍內(nèi)。
[0056](2)結(jié)合點(diǎn)(1)和點(diǎn)6)的方法熄滅電弧
[0057]即在采用第一永磁體50和第二永磁體60形成磁場(chǎng)對(duì)電弧等離子體表面激元膜進(jìn)行影響的同時(shí)，通過降低等離子體的溫度，來加快電弧熄滅的速度；在具體實(shí)施過程中，在絕緣管10內(nèi)部設(shè)置散熱組件，為電弧散熱，具體的，請(qǐng)參考圖3，絕緣管10的內(nèi)壁沿軸向具有多個(gè)間隔設(shè)置的環(huán)形凹槽101，每一個(gè)環(huán)形凹槽101上均具有用于對(duì)電弧產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱的環(huán)形金屬片102 ；環(huán)形金屬片102的內(nèi)徑小于所述絕緣管的內(nèi)徑，即在絕緣管10內(nèi)預(yù)留容置惰性氣體40的空間；在具體實(shí)施過程中，可在絕緣管10的整個(gè)內(nèi)壁固定設(shè)置(如焊接)一圈鍍鋼塑料作槽座70，在槽座70上沿絕緣管10的軸向具有多個(gè)間隔設(shè)置的環(huán)形凹槽101，并在每一個(gè)環(huán)形凹槽101中固定設(shè)置具有良好導(dǎo)熱和耐熱性能的金屬片102(如鎢金其降溫原理為:在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，使得電弧等離子體表面激元膜做螺旋運(yùn)動(dòng)，散入到多個(gè)環(huán)形金屬片102之間的縫隙中，并充分與多個(gè)環(huán)形金屬片102接觸而進(jìn)行散熱，以使其溫度降低到無法滿足維持等離子態(tài)的水平，從而熄滅電弧。
[0058]總而言之，本申請(qǐng)方案中的放電管采用非多層間隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，泄流后殘壓少，泄流能力較強(qiáng)，并且在絕緣管的外管壁上設(shè)置兩只永磁體產(chǎn)生與放電管兩電極電場(chǎng)方向垂直的磁場(chǎng)，用于在放電管泄流且兩電極電壓恢復(fù)正常后，使工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而熄滅電弧和抑制所述工頻續(xù)流。另外，可通過在兩電極上涂覆電子粉，以加快電弧建立速度，增強(qiáng)泄流能力；還可通過在絕緣管內(nèi)密封混合氣體，以增加電弧等離子體的壓強(qiáng)或密度，增加弧壓；或通過在絕緣管內(nèi)設(shè)置散熱組件，對(duì)電弧等離子體表面激元膜進(jìn)行散熱，以使管內(nèi)放電介質(zhì)的溫度降低到無法滿足其維持等離子態(tài)的水平，進(jìn)而在放電管電壓恢復(fù)正常后，及時(shí)熄滅電弧進(jìn)行工頻斷續(xù)。本申請(qǐng)方案針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，多層間隙放電管泄流能力差而斷續(xù)能力最強(qiáng)、火花隙泄流能力最強(qiáng)而斷續(xù)能力差，即放電管無法兼具良好的泄流能力和斷續(xù)能力的技術(shù)問題，提供了一種泄流能力和斷續(xù)能力均處于多層間隙放電管和火花隙之間的放電管，兼具良好的泄流能力和斷續(xù)能力。
[0059]實(shí)施例二
[0060]請(qǐng)參考圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放電方法，應(yīng)用于實(shí)施例一中所述的放電管，所述方法包括步驟:
[0061]31、在所述放電管的第一電極20和第二電極30間的外加電壓增大到超過所述放電管中惰性氣體40的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，所述惰性氣體40電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極20和所述第二電極30之間產(chǎn)生電弧，進(jìn)行放電泄流；
[0062]32、當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述放電管的第一永磁體50和第二永磁體60產(chǎn)生的磁場(chǎng)以及所述第一電極20和所述第二電極30之間電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
[0063]根據(jù)上面的描述，上述放電方法應(yīng)用于上述放電管中，所以，該方法的實(shí)施過程與上述放電管的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的實(shí)施原理中得以說明，在此就不再一一贅述了。
[0064]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、⑶-801、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0065]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種放電管，其特征在于，所述放電管包括: 絕緣管(10)； 分別與所述絕緣管(10)的兩端密封連接的第一電極(20)和第二電極(30)； 密封在所述絕緣管(10)內(nèi)部的惰性氣體(40)，用于在所述第一電極(20)和所述第二電極(30)間的外加電壓增大到超過所述惰性氣體(40)的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極(20)和所述第二電極(30)之間形成電弧，進(jìn)行放電泄流； 在所述絕緣管(10)外壁上固定且對(duì)稱設(shè)置的第一永磁體(50)和第二永磁體(60)； 所述第一永磁體(50)和所述第二永磁體(60)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與所述第一電極(20)和所述第二電極(30)之間電場(chǎng)的方向垂直，當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述磁場(chǎng)和所述電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
2.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述絕緣管(10)為陶瓷或玻璃材質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述第一電極(20)和所述第二電極(30)為錐形，且其材質(zhì)為鶴銅合金。
4.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述惰性氣體(40)為氬氣和/或氖氣。
5.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述第一永磁體(50)和所述第二永磁體(60)采用釹鐵硼材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述絕緣管(10)為中空柱狀，所述第一永磁體(50)和所述第二永磁體￠0)與所述絕緣管(10)的接觸面的形狀相適配。
7.如權(quán)利要求1所述的放電管，其特征在于，所述絕緣管(10)的內(nèi)壁沿軸向具有多個(gè)間隔設(shè)置的環(huán)形凹槽(101)，每一個(gè)環(huán)形凹槽(101)上均具有用于對(duì)電弧產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱的環(huán)形金屬片(102);所述環(huán)形金屬片(102)的內(nèi)徑小于所述絕緣管的內(nèi)徑。
8.如權(quán)利要求1?7任一權(quán)項(xiàng)所述的放電管,其特征在于,在所述第一電極(20)和所述第二電極(30)上涂覆有電子粉。
9.一種放電方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1?8中任一權(quán)項(xiàng)所述的放電管,其特征在于,所述方法包括步驟: .51、在所述放電管的第一電極(20)和第二電極(30)間的外加電壓增大到超過所述放電管中惰性氣體(40)的絕緣強(qiáng)度，且所述放電管被擊穿時(shí)，所述惰性氣體(40)電離為等離子態(tài)，并在所述第一電極(20)和所述第二電極(30)之間產(chǎn)生電弧，進(jìn)行放電泄流； .52、當(dāng)所述放電管放電泄流后且兩電極間電壓恢復(fù)正常時(shí)，在所述放電管的第一永磁體(50)和第二永磁體￠0)產(chǎn)生的磁場(chǎng)以及所述第一電極(20)和所述第二電極(30)之間電場(chǎng)的作用下，工頻續(xù)流在所述放電管兩電極間產(chǎn)生螺旋狀且弧長相對(duì)于原電弧倍增的電弧，以使弧壓高于工頻電壓，從而抑制所述工頻續(xù)流。
【文檔編號(hào)】H01T4/16GK104392878SQ201410741307
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】沈能文, 王廷凰 申請(qǐng)人:深圳市威爾利實(shí)業(yè)有限公司