|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Разрядник (100) для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело (1), выполненное из диэлектрика, два основных электрода (2, 3), механически связанных с изоляционным телом (1), и по меньшей мере два промежуточных электрода (4), механически связанных с изоляционным телом (1) и расположенных между основными электродами (2, 3) с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды (4) расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами (2, 3, 4) выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела (1) разрядные колодцы (6), отличающийся тем, что внутри него сформированы воздушные полости (7), сообщающиеся с разрядными колодцами (6), причем суммарный объем полостей, сообщающихся с одним разрядным колодцем, лежит в диапазоне V=(0,1-10) ∙g 3 , где g - длина искрового промежутка (5) между смежными электродами колодца. 2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что площадь S поперечного сечения разрядных колодцев (6) в зоне формирования электрического разряда выбрана из условия S < D K ∙g, где D K - диаметр искрового канала. 3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены внутри электродов (2, 3, 4). 4. Разрядник по п.3, отличающийся тем, что электроды (2, 3, 4) выполнены в виде трубок. 5. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что концы электродов (2, 3, 4) в виде трубок, выходящие к разрядному колодцу, закрыты заглушками (10) с соплами (11), диаметр которых меньше, чем внутренний диаметр электродов (2, 3, 4). 6. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) выполнены из термостойкого материала. 7. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) образованы загнутыми стенками электродов (2, 3, 4) в виде трубок. 8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что он состоит из цепочки последовательно соединенных разрядных блоков, каждый из которых включает в себя два смежных электрода, закрепленных в изоляционном теле с размещением между ними разрядного колодца. 9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены в изоляционном теле (1). 10. Высоковольтный изолятор (200) для фиксации в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов высоковольтного провода (13) в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционную часть (17) и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что он содержит разрядник (100) по любому из пп.1-9, установленный с возможностью формирования под воздействием молниевового перенапряжения электрического разряда между первым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника, а также вторым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника. 11. Высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры (16), одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и по меньшей мере один находящийся под высоким электрическим напряжением провод (13), связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплены на одной из опор (16) посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных изоляторов представляет собой изолятор (200) по п.10.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Разрядник (100) для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело (1), выполненное из диэлектрика, два основных электрода (2, 3), механически связанных с изоляционным телом (1), и по меньшей мере два промежуточных электрода (4), механически связанных с изоляционным телом (1) и расположенных между основными электродами (2, 3) с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды (4) расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами (2, 3, 4) выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела (1) разрядные колодцы (6), отличающийся тем, что внутри него сформированы воздушные полости (7), сообщающиеся с разрядными колодцами (6), причем суммарный объем полостей, сообщающихся с одним разрядным колодцем, лежит в диапазоне V=(0,1-10) ∙g 3 , где g - длина искрового промежутка (5) между смежными электродами колодца. 2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что площадь S поперечного сечения разрядных колодцев (6) в зоне формирования электрического разряда выбрана из условия S < D K ∙g, где D K - диаметр искрового канала. 3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены внутри электродов (2, 3, 4). 4. Разрядник по п.3, отличающийся тем, что электроды (2, 3, 4) выполнены в виде трубок. 5. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что концы электродов (2, 3, 4) в виде трубок, выходящие к разрядному колодцу, закрыты заглушками (10) с соплами (11), диаметр которых меньше, чем внутренний диаметр электродов (2, 3, 4). 6. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) выполнены из термостойкого материала. 7. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) образованы загнутыми стенками электродов (2, 3, 4) в виде трубок. 8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что он состоит из цепочки последовательно соединенных разрядных блоков, каждый из которых включает в себя два смежных электрода, закрепленных в изоляционном теле с размещением между ними разрядного колодца. 9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены в изоляционном теле (1). 10. Высоковольтный изолятор (200) для фиксации в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов высоковольтного провода (13) в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционную часть (17) и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что он содержит разрядник (100) по любому из пп.1-9, установленный с возможностью формирования под воздействием молниевового перенапряжения электрического разряда между первым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника, а также вторым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника. 11. Высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры (16), одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и по меньшей мере один находящийся под высоким электрическим напряжением провод (13), связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплены на одной из опор (16) посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных изоляторов представляет собой изолятор (200) по п.10.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
025691
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201400927
(22) Дата подачи заявки 2014.08.25
(51) Int. Cl.
H01T 4/16 (2006.01) H01B 17/46 (2006.01) H02G13/00 (2006.01)
(54)
РАЗРЯДНИК С ПОЛОСТЯМИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ МОЛНИЕВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ ИЗОЛЯТОР И ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, СНАБЖЕННЫЕ ТАКИМ РАЗРЯДНИКОМ
(56) RU-C1-2521771 RU-C1-2346368 RU-U1-108206 RU-U1-111719 US-A-5283709
(43) 2016.02.29
(96) 2014000098 (RU) 2014.08.25
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НПО "СТРИМЕР" (RU)
(72) Изобретатель:
Подпоркин Георгий Викторович (RU)
(74) Представитель:
Хмара М.В., Рыбаков В.М. (RU)
(57) Изобретение относится к разрядникам для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений. Предложенный разрядник (100) содержит изоляционное тело (1), выполненное из диэлектрика, два основных электрода (2, 3), механически связанных с изоляционным телом (1), и по меньшей мере два промежуточных электрода (4), механически связанных с изоляционным телом (1) и расположенных между основными электродами (2, 3) с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды (4) расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами (2, 3, 4) выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела (1) разрядные колодцы (6). Разрядник (100) характеризуется тем, что внутри него сформированы воздушные полости (7), сообщающиеся с разрядными колодцами (6), причем суммарный объем полостей, сообщающихся с одним разрядным колодцем, лежит в диапазоне V=(0,1-10)g3, где g - длина искрового промежутка (5) между смежными электродами колодца. Данный разрядник обеспечивает гашение импульсной дуги молниевого перенапряжения без сопровождающего тока сети, что дает возможность применять его в сетях с большими токами короткого замыкания. Кроме того, изобретение относится к изолятору и линии электропередачи, снабженным указанным разрядником.
Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к разрядникам для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений. С помощью таких устройств могут защищаться, например, высоковольтные установки, изоляторы и другие элементы высоковольтных линий электропередачи, а также электрооборудование. Кроме того, изобретение относится к изолятору и линии электропередачи, снабженным указанным разрядником.
Уровень техники
Из патента RU 2299508 от 20.05.2007 г. известен разрядник с мультиэлектродной системой, у которого между первым и вторым основными электродами на изоляционном теле установлено множество небольших промежуточных электродов, образующих между собой открытые разрядные промежутки. Благодаря разбиению интервала между основными электродами на множество разрядных промежутков данный разрядник обладает более высокой дугогасящей способностью, чем устройства с одним или с малым количеством разрядных промежутков. Тем не менее, его дугогасящая способность все-таки недостаточно велика, что ограничивает его область применения только молниезащитой ВЛ 6-10 кВ (воздушные линии класса напряжения 6-10 кВ). В частности, его сложно применять для молниезащиты ВЛ более высоких классов напряжения, так как в этом случае число промежуточных электродов и габариты разрядника становятся слишком большими. Например, для обеспечения молниезащиты ВЛ 35 кВ габариты петли кабеля, на котором устанавливаются электроды, должны составлять 1,5x2 м, что неприемлемо с практической точки зрения.
В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения может быть выбран разрядник с системой разрядных колодцев, описанный в патенте RU 2346368 от 10.02.2009 г. Этот разрядник предназначен для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи и содержит изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, а также по меньшей мере два промежуточных электрода, которые расположены между основными электродами и выполнены с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами электрического разряда. Промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами как основными, так и промежуточными выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные колодцы соответствующего размера, заполняемые плазмой во время действия разряда. Благодаря включению между основными электродами множества разрядных колодцев данный разрядник обладает более высокой дугогасящей способностью, чем устройства с одним, двумя или даже с большим количеством открытых разрядных промежутков, как, например, описанные в первом упомянутом патенте RU 2299508. Это происходит по причине того, что развиваемый во время разряда искровой канал между смежными электродами будет выбрасываться из разрядных колодцев по дуге наружу в окружающий воздух и, как следствие, удлиняться. При этом по мере удлинения каналов между промежуточными электродами общее сопротивление разрядника будет возрастать до величины, при которой разряд не сможет существовать самостоятельно и поэтому погаснет по окончании действия импульса грозового перенапряжения.
Между тем, из уровня техники известно, что молния может иметь как отрицательную (-), так и положительную (+) полярность. При этом очевидно, что она может ударить в провод ЛЭП в любой момент времени, т.е. как при положительной полярности напряжения на проводе (+), так и при отрицательной (-). К сожалению, упомянутый выше разрядник по патенту RU 2346368 эффективно гасит импульсную дугу только при разноименных полярностях молнии и провода, (-/+) и (+/-), так как в этих случаях суммарный ток молнии и сети с течением времени естественным образом переходит через ноль.
В этой связи нужно отметить, что недостаток данного разрядника, являющегося прототипом настоящего изобретения, заключается в относительно большой длительности дугового разряда внутри разрядных колодцев при одноименных полярностях молнии и провода (-/-) и (+/+). В этом случае при воздействии импульса молниевого перенапряжения на разрядник происходит пробой воздушных промежутков внутри колодцев, возникает электрическая дуга, которая горит до того момента, пока сопровождающий ток сети 50 Гц не начнет переходить через ноль. Поскольку длительность полупериода тока промышленной частоты составляет 10000 мкс, средняя продолжительность горения дуги равняется 5000 мкс. Однако при больших токах короткого замыкания сети (10 кА и более) при такой продолжительности горения происходит значительная эрозия электродов, смежных с дугогасящими колодцами, что приводит к преждевременному выходу электродов из строя. По этой причине указанные разрядники не могут применяться в сетях с токами короткого замыкания более 5 кА.
Раскрытие изобретения
Соответственно задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании разрядника, обеспечивающего гашение импульсной дуги, вызванной импульсом молниевого перенапряжения, при любом соотношении полярностей молнии и провода. Горение импульсной дуги должно продолжаться не более 100 мкс, пока протекает импульс молниевого перенапряжения, т.е. примерно в 50 раз меньше, чем в разряднике - прототипе. При таком положении вещей эрозия электродов незначительна и нет сопровождающего тока сети, что позволяет применять разрядник в сетях с большими токами
короткого замыкания. Предлагаемый разрядник к тому же должен обладать достаточно простой конструкцией, обеспечивающей его невысокую стоимость в производстве и эксплуатации.
Указанная задача решена путем разработки разрядника для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, два основных электрода, механически связанные с изоляционным телом, и по меньшей мере два промежуточных электрода, механически связанные с изоляционным телом и расположенные между основными электродами с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные колодцы. Предложенный разрядник характеризуется тем, что внутри него сформированы воздушные полости, сообщающиеся с разрядными колодцами, причем суммарный объем полостей, сообщающихся с одним разрядным колодцем, лежит в диапазоне V=(0,1-10)-g3, где g - длина искрового промежутка между смежными электродами колодца.
В предпочтительном случае площадь S поперечного сечения разрядных колодцев в зоне формирования электрического разряда выбрана из условия S < DK-g, где DK - диаметр искрового канала, т.е. как в аналоге по патенту RU 2346368. Заметим в этой связи, что технический результат данного изобретения будет обеспечиваться и при иных соотношениях между площадью поперечного сечения разрядных колодцев, с одной стороны, и диаметром искрового канала и длине искрового промежутка, с другой стороны, однако как справедливо отмечено в патенте RU 2346368, при таких соотношениях предложенный разрядник будет функционировать наилучшим образом. Формула для определения диаметра искрового канала известна из уровня техники (см., например, Техника высоких напряжений: учеб. для вузов/ Под ред. Г.С. Кучинского. - СПб: Энергоатомиздат, 2003, с. 88).
Согласно одному из вариантов изобретения указанные полости выполнены внутри электродов.
Согласно другому варианту изобретения электроды выполнены в виде трубок.
В предпочтительном случае концы электродов в виде трубок, выходящие к разрядному колодцу, закрыты заглушками с соплами, диаметр которых меньше, чем внутренний диаметр электродов.
В соответствии с еще одним вариантом изобретения заглушки выполнены из термостойкого материала.
Указанные заглушки могут быть образованы загнутыми стенками электродов в виде трубок.
В предпочтительном случае разрядник состоит из цепочки последовательно соединенных разрядных блоков, каждый из которых включает в себя два смежных электрода, закрепленных в изоляционном теле с размещением между ними разрядного колодца.
Согласно другому варианту изобретения указанные полости выполнены в изоляционном теле.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании изолятора и линии электропередачи, обладающих надежной молниезащитой благодаря их оснащению надежными и недорогими разрядниками, характеризующимися высокой дугогасящей способностью и высокой надежностью.
Указанная дополнительная задача решена путем разработки высоковольтного изолятора для фиксации в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащего изоляционную часть и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Данный изолятор характеризуется тем, что содержит описанный выше разрядник, установленный с возможностью формирования, под воздействием молниевового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника, а также вторым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника.
Указанная дополнительная задача решена также путем разработки высоковольтной линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и по меньшей мере один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплены на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. Данная высоковольтная линия характеризуется тем, что по меньшей мере один из указанных изоляторов представляет собой изолятор, предложенный в настоящем изобретении.
Техническим результатом предложенного разрядника, а следовательно, и изолятора и линии электропередач, в которых он используется, является обеспечение эффективного гашения импульсной дуги
молниевого перенапряжения при любых соотношениях полярностей молнии и провода, что обеспечивает возможность применения его в сетях с большими токами короткого замыкания.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение относительно простой конструкции разрядника, что позволяет достичь невысокую стоимость в производстве и эксплуатации такого разрядника и изготавливаемых с его использованием изоляторов и линий электропередач. Это также позволит использовать предложенный разрядник для молниезащиты высоковольтных линий электропередач от прямых ударов молнии и отказаться от молниезащитного троса.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 в сечении на виде спереди показан один из вариантов предложенного разрядника; на фиг. 2 разрядник по фиг. 1 представлен на виде сверху;
на фиг. 3 в сечении на виде спереди показан фрагмент предложенного разрядника, относящийся к разрядному колодцу;
на фиг. 4 фрагмент по фиг. 3 представлен на виде сверху;
на фиг. 5 полый электрод предложенного разрядника представлен в сечении на виде спереди; на фиг. 6 в сечении на виде спереди представлен другой вариант полого электрода предложенного разрядника;
на фиг. 7 в сечении на виде спереди представлен фрагмент еще одного варианта предложенного разрядника;
фиг. 8 иллюстрирует один из вариантов изолятора, оснащенного предложенным разрядником, установленным по периметру изоляционной части.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1, 2, предложенный разрядник 100 содержит продолговатое цилиндрическое изоляционное тело 1, выполненное из твердого диэлектрика, например из резины. На концах изоляционного тела 1 установлены первый 2 и второй 3 основные электроды, механически связанные с изоляционным телом 1. Внутри изоляционного тела 1 установлены промежуточные электроды 4. Минимальное число промежуточных электродов 4 равно двум, тогда как оптимальное количество промежуточных электродов выбирается с учетом конкретной формы их выполнения, расчетного значения перенапряжения и других условий работы. В данном варианте устройства основные и промежуточные электроды выполнены в виде цилиндров со скругленными концами, смещенных один относительно другого вдоль продольной оси разрядника. Однако наиболее существенной особенностью это варианта изобретения является то, что внутри электродов 2-4 предусмотрены воздушные полости 7.
Между смежными электродами как промежуточными, так и основными имеются искровые воздушные промежутки 5, проходящие через разрядные колодцы 6, которые, как и в случае патента RU 2346368, выходят на поверхность изоляционного тела 1. На концах электродов имеются отверстия 9, соединяющие указанные полости 7 электродов 2-4 с соответствующими разрядными колодцами 6.
При защите высоковольтных установок или линий электропередачи разрядник 100 подключается одним основным электродом (например, первым основным электродом 2) к высоковольтному элементу электропередачи, например к проводу (непосредственно или через искровой разрядный промежуток), а другим, соответственно вторым основным электродом 3 (непосредственно или через искровой разрядный промежуток) к земле.
При воздействии на разрядник импульса перенапряжения в разряднике 100 от первого основного электрода 2 по направлению ко второму основному электроду 3 развивается искровой канал 8, последовательно пробивая промежутки 5 между смежными электродами. В процессе образования и развития искрового канала 8 происходит его расширение со сверхзвуковой скоростью. В виду того, что объемы разрядных колодцев 6 между смежными электродами 2-4 весьма малы, в колодцах создается высокое давление, под действием которого искровые каналы 8 перемещаются к поверхности изоляционного тела 1 и далее выбрасываются наружу в окружающий разрядник воздух. Таким образом, искровые каналы 8 между смежными электродами 2-4 существенно удлиняются и охлаждаются и, как следствие, увеличивается их суммарное сопротивление, а значит, возрастает общее сопротивление разрядника 100, и происходит ограничение импульсного тока молниевого перенапряжения. По окончании импульса молниевого перенапряжения к разряднику остается приложенным напряжение промышленной частоты. Однако по причине большого сопротивления разрядника, и благодаря тому, что общий искровой канал разбит на множество элементарных каналов 8 между смежными электродами 2-4, разряд не может самостоятельно существовать и гаснет.
Описанное в предыдущем абзаце функционирование заявленного разрядника в целом совпадает с его прототипом по патенту RU 2346368. Однако согласно настоящему изобретению, эффект гашения дуги, описанный в предыдущем абзаце, усиливается благодаря наличию в предложенном разряднике 100 глухих воздушных полостей 7, которые сообщаются с разрядными колодцами 6, но не имеют своего выхода наружу из изоляционного тела 1. Данные полости 7 служат для сохранения неионизированного холодного воздуха, используемого, как станет понятно далее, для интенсификации гашения импульсной дуги. Несмотря на то что полости 7 сообщаются с разрядными колодцами 6, они не обладают свойства
ми, присущими этим колодцам. В частности, в полостях 7, в отличие от разрядных колодцев, не развивается разряд и не присутствует плазма. Дело в том, что разряд, присутствующий в разрядном колодце 6, стремится расшириться в сторону наименьшего сопротивления, т.е. в сторону выхода из колодца. Поскольку полости 7 выполнены глухими, в сторону полостей 7 сопротивление продвижению разряда существенно больше. Поэтому в полостях 7 разряд не развивается. В варианте изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1-6 и 8, указанные полости 7 предусмотрены непосредственно в электродах 2-4. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 7, полости 7 выполнены в изоляционном теле 1, а не в электродах.
Если говорить подробнее о механизме интенсификации гашения дуги при помощи полостей 7, предложенном в настоящем изобретении, то он реализован следующим образом. Поясним это в основном на примере вариантов, показанных на фиг. 1-6 и 8, хотя данные пояснения применимы в равной степени и для варианта изобретения, показанного на фиг. 7.
По мере расширения искрового канала 8 высокое давление, создаваемое в разрядных колодцах 6, создается также и в указанных полостях 7 электродов 2-4. Однако после выброса искровых каналов 8 из разрядных колодцев 6 в колодцах образуется область пониженного давления. Из-за разницы между высоким давлением в полостях 7 и пониженным давлением в разрядных колодцах 6 в разряднике 100 возникает дутье холодным, неионизированным воздухом из полостей 7 на искровой канал 8. Отметим также, что несмотря на то, что все полости 7 сообщаются друг с другом посредством отверстий 9, воздушный поток для обдувания конкретного искрового канала 8 поступает из соответствующих ближайших полостей. Это происходит из-за того, что разряды развиваются практически одновременно во всех разрядных колодцах, а следовательно, забор воздуха из полостей 7 также осуществляется, по существу, одновременно. Автором настоящего изобретения было установлено, что дутье холодным, неионизирован-ным воздухом в процессе развития импульсной дуги облегчает ее гашение при окончании протекания импульса тока молниевого перенапряжения, причем оптимальный суммарный объем полостей для одного разрядного колодца лежит в диапазоне V=(0,1-10)-g3, где g - длина разрядного промежутка 5 между смежными электродами колодца, т.е. по сути кратчайшее расстояние между двумя смежными электродами.
Таким образом, благодаря использованию холодного, неионизированного воздуха из полостей 7, соответствующим образом рассчитанных, настоящее изобретение позволяет интенсифицировать процесс гашения дуги разрядными колодцами, в результате чего импульсную дугу, вызванную импульсом молниевого перенапряжения, удается погасить при любом соотношении полярностей молнии и провода, причем горение импульсной дуги продолжается не более 100 мкс, т.е. примерно в 50 раз меньше, чем в разряднике - прототипе.
После гашения дуги в разрядных колодцах 6 в них и в полостях 7 образуется область пониженного давления, и холодный неионизированный воздух поступает в разрядные колодцы 6 и полости 7 из атмосферы. Это происходит за время 100-200 мкс. Следовательно, за короткий промежуток времени в 100200 мкс в полостях 7 снова накапливается холодный неионизированный воздух, который может быть использован для последующего гашения импульсной дуги.
На фиг. 3, 4 показан фрагмент другого варианта разрядника 100, содержащего полые электроды 4 в виде отрезков металлической трубки с отверстиями 9. В некоторых случаях технологически целесообразно изготавливать разрядные блоки, показанные на фиг. 3, 4, по отдельности, а затем соединять их в цепочку и покрывать изоляционным материалом (например, силиконовой резиной) с получением разрядника, аналогичного показанному на фиг. 1, 2. Ситуация с применением разрядных блоков будет пояснена ниже, при описании изолятора, соответствующего второму аспекту настоящего изобретения.
Большое значение для эффективности гашения имеет длина g элементарного промежутка 5. Как показано в ближайшем аналоге настоящего изобретения (патент RU 2346368), длина элементарного изоляционного промежутка предпочтительно лежит в диапазоне g=0,1-20 мм в зависимости от назначения разрядника и номинального напряжения ВЛ.
В ходе экспериментальных исследований удалось определить, что оптимальный суммарный объем полостей 7 (в данном варианте объем полостей 7 внутри двух смежных электродов) лежит в диапазоне V=(0,1-10)-g3, где g - длина разрядного промежутка 5 между электродами колодца (см. фиг. 3).
На фиг. 5 показан вариант полого электрода, у которого конец, выходящий в разрядный колодец 6, имеет заглушку 10 с соплом 11 для повышения эффективности дутья. Заглушка с соплом может иметь более сложную форму, чем показано на фиг. 5 (например, сопло Лаваля), и она может быть выполнена из термостойкого материала: вольфрама, карбида вольфрама, вольфрамо-медного сплава или другого аналогичного материала.
На фиг. 6 показан вариант полого электрода, аналогичный варианту по фиг. 5, но заглушка 10 с соплом 11 выполнена как закругленное продолжение стенки трубки электрода 4. Благодаря совмещению функций стенки трубки электрода 4 и заглушки 10 в одном конструктивном элементе достигается лучшая технологичность и экономичность разрядника.
На фиг. 7 показан фрагмент разрядника, у которого воздушная полость 7 выполнена внутри изоляционного тела, а ее сопло 11 выходит в среднюю часть разрядного колодца 6. Принцип действия этого
варианта по сути совпадает с проиллюстрированным ранее на фиг. 1-6. Разница состоит лишь в том, что воздух для обдувания искрового канала 8 забирается не из полого электрода, а из полости 7, выполненной в изоляционном теле 1. Сам электрод в данном случае является сплошным, хотя также возможна ситуация комбинирования воздушных полостей 7, при которой эти полости, сообщающиеся с разрядным колодцем 6, присутствуют как по меньшей мере в одном смежном с ним электроде, так и в изоляционном теле 1.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения оно относится к высоковольтному изолятору. Данный изолятор предназначен для фиксации высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, причем его можно использовать как в качестве одиночного изолятора, так и в составе колонки или гирлянды изоляторов. В общем случае высоковольтный изолятор содержит изоляционную часть и два установленных на его концах элемента арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Отличительной особенностью предложенного изолятора является то, что он содержит разрядник, соответствующий первому аспекту настоящего изобретения, например такой, как описан выше со ссылкой на фиг. 1-7. Это разрядник установлен в заявленном изоляторе с возможностью формирования, под воздействием молниевового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника, а также между вторым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника.
Частный случай исполнения заявленного высоковольтного изолятора показан на фиг. 8. Данный изолятор 200 выполнен на основе штыревого изолятора ВЛ среднего напряжения и включает в себя заявленный разрядник 100, соответствующий, например, варианту изобретения, показанному на фиг. 1, 2. Как видно из чертежа, разрядник 100 установлен по периметру ребра 12 изоляционной части 17 изолятора 200. Первый основной электрод 2 выполнен Г-образным, причем одна его полая часть находится внутри изоляционного тела 1, а другая - в виде отрезка металлического прутка, направлена вверх, в сторону провода 13, и образует с ним внешний искровой воздушный промежуток 14. Второй основной электрод 3, выполненный аналогично, направлен вниз, в сторону штыря 15, укрепленного на проводящей опоре 16, и также образует с ним внешний искровой воздушный промежуток 14. При воздействии молниевого перенапряжения на провод 13 внешние искровые промежутки 14 пробиваются, и первый основной электрод 2 оказывается подключенным к высокому напряжению провода 13, а второй основной электрод 3 - к заземленному штырю 15 через искровые каналы 8. Далее происходит срабатывание разрядника 100 так, как это описано выше.
Благодаря тому что электроды 2-4 выполнены полыми, настоящий изолятор 200 способен обеспечить защиту ВЛ от молниевых перенапряжений и погасить импульсную дугу без сопровождающего тока сети. Это позволяет применять его в сетях с большими токами короткого замыкания. В случае оснащения изолятора 200 разрядником, показанным на фиг. 7, т.е. разрядником, полости 7 которого выполнены в изоляционном теле, принцип его действия не меняется и все преимущества сохраняются.
Например, на одном изоляторе типа U120AD может быть установлено 14 разрядных блоков, в результате чего он по сути превращается в изолятор-разрядник. Полученные параметры разрядных колодцев позволяют выполнить надежную молниезащиту ВЛ 35, 110 и 220 кВ при помощи гирлянд, содержащих соответственно 3, 7 и 14 пар изоляторов-разрядников.
Работоспособность предложенного разрядника 100 подтверждена экспериментальной проверкой. С этой целью был изготовлен макет разрядника с восемью установленными на пластине разрядными блоками, каждый из которых включал в себя два смежных электрода, закрепленных в изоляционном теле с размещением между ними разрядного колодца.
Основные параметры разрядных блоков были следующие:
разрядный колодец выполнен в виде щели с искровым промежутком длиной g=15 мм, шириной 1 мм и высотой 20 мм;
смежные электроды выполнены из отрезков круглой металлической трубы с наружным диаметром 10 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 30 мм.
Испытания показали, что при воздействии импульсами тока 3-20 кА и длительностью 50 мкс разрядник надежно гасит ток импульса без сопровождающего тока сети при амплитудном напряжении сети 8 кВ, т.е. при напряжении на один разрядный блок 1 кВ/блок.
Причем заявленный разрядник эффективно работает как при разноименных полярностях молнии и сети (-/+ и +/-), так и одноименных полярностях (-/- и +/+).
Напомним, что разрядник известного уровня техники, не имеющий воздушных полостей, сообщающихся с разрядными колодцами, может эффективно работать только при разноименных полярностях молнии и сети. Это значит, что область применения и надежность работы предложенного разрядника, а следовательно, изолятора и высоковольтной линии, в которых он используется, существенно увеличена.
Рассмотренные в данном описании варианты выполнения предложенного разрядника, а также изолятора и линии электропередач, построенных с использованием этого разрядника, приведены лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются приложенной формулой изобретения.
Номера позиций:
100 - разрядник,
200 - изолятор,
1 - изоляционное тело,
2 - первый основной электрод,
3 - второй основной электрод,
4 - промежуточные электроды,
5 - искровые промежутки,
6 - разрядные колодцы,
7 - воздушные полости,
8 - искровой канал,
9 - отверстия на концах электродов,
10 - заглушка,
11 - сопло,
12 - ребро изолятора,
13 - провод ЛЭП,
14 - внешний искровой воздушный промежуток,
15 - штырь,
16 - опора ЛЭП,
17 - изоляционная часть изолятора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Разрядник (100) для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело (1), выполненное из диэлектрика, два основных электрода (2, 3), механически связанных с изоляционным телом (1), и по меньшей мере два промежуточных электрода (4), механически связанных с изоляционным телом (1) и расположенных между основными электродами (2, 3) с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды (4) расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами (2, 3, 4) выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела (1) разрядные колодцы (6), отличающийся тем, что внутри него сформированы воздушные полости (7), сообщающиеся с разрядными колодцами (6), причем суммарный объем полостей, сообщающихся с одним разрядным колодцем, лежит в диапазоне V=(0,1-10)-g3, где g - длина искрового промежутка (5) между смежными электродами колодца.
2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что площадь S поперечного сечения разрядных колодцев (6) в зоне формирования электрического разряда выбрана из условия S < DK-g, где DK - диаметр искрового канала.
3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены внутри электродов
(2, 3, 4).
4. Разрядник по п.3, отличающийся тем, что электроды (2, 3, 4) выполнены в виде трубок.
5. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что концы электродов (2, 3, 4) в виде трубок, выходящие к разрядному колодцу, закрыты заглушками (10) с соплами (11), диаметр которых меньше, чем внутренний диаметр электродов (2, 3, 4).
6. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) выполнены из термостойкого материала.
7. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что заглушки (10) образованы загнутыми стенками электродов (2, 3, 4) в виде трубок.
8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что он состоит из цепочки последовательно соединенных разрядных блоков, каждый из которых включает в себя два смежных электрода, закрепленных в изоляционном теле с размещением между ними разрядного колодца.
9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанные полости (7) выполнены в изоляционном теле
(1).
10. Высоковольтный изолятор (200) для фиксации в качестве одиночного изолятора или в составе
колонки или гирлянды изоляторов высоковольтного провода (13) в электроустановке или на линии элек-
тропередачи, содержащий изоляционную часть (17) и арматуру в виде установленных на его концах пер-
вого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соеди-
нения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со
вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что он содержит разрядник (100) по любому из пп.1-9, установленный с возможностью формирования под воздействием молниевового перенапряжения электрического разряда между первым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника, а также вторым элементом арматуры изолятора и по меньшей мере одним смежным с ним электродом разрядника.
11. Высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры (16), одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и по меньшей мере один находящийся под высоким электрическим напряжением провод (13), связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплены на одной из опор (16) посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных изоляторов представляет собой изолятор (200) по
п.10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025691
- 1 -
025691
- 1 -
025691
- 1 -
025691
- 1 -
025691
- 4 -
025691
- 8 -
|
