EA017328B1

EA017328B1 - Устройство для грозозащиты с пружинными электродами и линия электропередачи, снабженная таким устройством

Info

Publication number: EA017328B1
Application number: EA201200383A
Authority: EA
Inventors: Владимир Евсеевич Пильщиков; Георгий Викторович ПОДПОРКИН; Александр Дмитриевич Сиваев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-11-30
Also published as: SG193134A1; EA201200383A1; CN103311809A; UA113394C2; CN103311809B

Abstract

Раскрыто устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащее изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела вдоль его оси и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов, и два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. Отличительным признаком настоящего изобретения является выполнение по меньшей мере части промежуточных электродов в виде пружин из проволоки, которые могут быть надеты на изоляционное тело.

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам для защиты электрооборудования и несущих конструкций от грозовых перенапряжений. Изобретение может быть использовано для защиты, например, высоковольтных установок, изоляторов и других элементов высоковольтных линий электропередач, электрооборудования и других сооружений и устройств, для которых необходима грозозащита.

Сведения о предшествующем уровне техники

Из патента КН 2299508 известно токоотводящее устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащее изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела вдоль его оси и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов, а также несколько промежуточных электродов, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела.

В указанном патенте предполагается, что промежуточные электроды выполнены в виде колец, надеваемых на изоляционное тело предпочтительно круглого сечения. Такие промежуточные электроды достаточно легко устанавливаются на изоляционном теле, например, путем надевания колец на указанное тело. В то же время недостатком такого выполнения промежуточного электрода является то, что для закрепления колец на изоляционном теле необходимы дополнительные меры, такие как, например, обжатие кольца.

Другим вариантом выполнения промежуточного электрода может быть хомут, который достаточно легко фиксируется в заданном положении на изоляционном теле, однако применение хомутов предусматривает увеличение трудозатрат на их установку наряду с усложнением, а значит и увеличением себестоимости, самого промежуточного электрода.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание простой и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации конструкции промежуточного электрода, обеспечивающей надежную фиксацию промежуточного электрода на изоляционном теле без необходимости выполнения дополнительных операций.

Задача настоящего изобретения решается с помощью устройства для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащего изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела вдоль его оси и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов, и два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. Отличительным признаком настоящего изобретения является выполнение по меньшей мере части промежуточных электродов в виде пружин из проволоки, которые могут быть надеты на изоляционное тело. Пружины преимущественно имеют внутренний размер меньше, чем внешний размер изоляционного тела. Внутренний размер пружины в данном случае определяется в недеформированном состоянии.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один промежуточный электрод, выполненный в виде пружины из проволоки, содержит два выступа, образованных концами проволоки, из которой выполнена пружина, причем длина каждого выступа выбрана меньшей расстояния от торцевой плоскости пружины до смежного промежуточного электрода. Считается, что пружины выполнены навивными, причем материал проволоки выбран или обработан так, что после деформации пружина принимает или стремится принять форму до деформации.

Указанные выступы предпочтительно расположены с противоположных торцевых сторон пружины и в преимущественном варианте взаимно смещены по ее окружности по меньшей мере на 90°. В оптимальном варианте взаимное смещение выступов по окружности пружины составляет 180°.

Поверхность каждого промежуточного электрода за исключением выступов или торцов проволоки, из которой может быть выполнена пружина, может быть покрыта слоем изоляции.

Изоляционное тело в одном из вариантов выполнено из твердого диэлектрика. Изоляционное тело и стержневой электрод преимущественно имеют круглое поперечное сечение.

Задача настоящего изобретения решается также с помощью линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами, по меньшей мере один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и по меньшей мере одно устройство для грозозащиты элементов линии электропередачи. По меньшей мере один основной электрод указанного устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом, а по меньшей мере один другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей. Отличительным признаком настоящего изобретения является выполнение устройства для грозозащиты в виде устройства по любому из вышеперечисленных вариантов.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание простой и обладающей невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации конструкции промежуточного электрода, обеспечи

- 1 017328 вающей надежную фиксацию промежуточного электрода на изоляционном теле без необходимости выполнения дополнительных операций. Это приводит к повышению надежности и упрощению конструкции средств защиты от грозовых воздействий. Благодаря настоящему изобретению также удалось создать линию электропередачи, обладающую надежной грозозащитой благодаря ее оснащению надежными и недорогими устройствами грозозащиты, характеризующимися низкими разрядными напряжениями.

Перечень чертежей

На фиг. 1 схематично показано устройство согласно изобретению.

На фиг. 2 показан промежуточный электрод согласно изобретению.

На фиг. 3 показан предпочтительный вариант осуществления промежуточного электрода согласно изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 приведены частичные виды ВЛ 10 кВ, для грозозащиты которой использовано грозозащитное устройство по изобретению. Грозозащитное устройство в данном варианте выполнено в виде отрезка кабеля, имеющего изоляцию, образующую изоляционное тело 1, и металлическую жилу внутри изоляции, выполняющую функцию стержневого электрода 6. В средней части отрезка кабеля поверх изоляционного тела 1 установлена металлическая трубка, выполняющая функции второго основного электрода 3, а оконцеватели кабеля выполняют функции первых основных электродов 2. Концы жилы кабеля (т.е. стержневого электрода 6) при помощи зажимов 11 крепятся к проводу 4 ВЛ. Второй основной электрод 3 при помощи скобы 15 и проволоки 16 крепится к изолятору 12, установленному на опоре 13 ВЛ. На опоре 13 укреплен также электрод 14, образующий искровой разрядный промежуток со вторым основным электродом 3 (для ВЛ 10 кВ длина промежутка 2 см). На отрезке кабеля установлены металлические пружины, образующие промежуточные электроды 5.

При воздействии перенапряжения на провод 4 ВЛ жила кабеля (т.е. стержневый электрод 6), подключенная к проводу 4, получает через оконцеватели высокий потенциал. Вследствие сильной емкостной связи между стержневым электродом 6 и металлической трубкой эта трубка также приобретает высокий потенциал. Опора 13 ВЛ и соединенный с ней электрод 14 имеют нулевой потенциал, так как опора 13 заземлена. Между вторым основным электродом 3 (металлической трубкой) и электродом 14 возникает разность потенциалов (высокое напряжение), под действием которой искровой воздушный промежуток 8 пробивается, так что второй основной электрод 3 приобретает нулевой потенциал (потенциал земли). После этого все перенапряжение оказывается приложенным между жилой кабеля и вторым основным электродом 3. Под действием этого перенапряжения по поверхности кабеля в одну или в обе стороны в зависимости от величины перенапряжения развиваются каналы скользящего разряда, последовательно перекрывая промежутки между пружинами, т.е. между промежуточными электродами 5. После прохождения перенапряжения по каналам разряда протекает сопровождающий ток промышленной частоты, который разогревает канал перекрытия и переводит искровой разряд в дугу. Вследствие разбиения дуги с помощью промежуточных электродов 5 на отдельные участки (дужки) имеет место охлаждение дужек на холодных металлических промежуточных электродах. Благодаря этому токоотводящее устройство с промежуточными электродами гасит существенно больший ток, чем токоотводящее устройство без промежуточных электродов. Другими словами, токоотводящее устройство по изобретению при достаточно простой конструкции (и соответственно низкой стоимости) обладает повышенной дугогасящей способностью.

При воздействии перенапряжения и на токоотводящее устройство не допустим пробой твердой изоляции между промежуточными электродами 5 и стержневым электродом 6, т.е. необходимо, чтобы разряд между основными электродами развивался, проходя только через промежуточные электроды и через воздушные искровые промежутки. Таким образом, разрядное напряжение токоотводящего устройства (искровых промежутков, расположенных на его поверхности) должно быть меньше, чем пробивное напряжение твердой изоляции и _р<и _пр. Пробивное напряжение можно выразить через толщину изоляции Δ (т.е. толщину слоя изоляционного тела) и пробивную напряженность материала Е _пр, из которого изготовлено изоляционное тело: и π_Ρ ⁼ΔЕ _пр. Следовательно, толщина изоляции должна соответствовать условию и„

Δ > —^рЕпр

Таким образом, для обеспечения необходимой электрической прочности изоляции толщина Δ₁ изоляционного тела 1 между стержневым электродом 6 и ί-м промежуточным электродом 5 (1=1, 2,...т) должна выбираться из условия где и _Р,₁ - разрядное напряжение между ί-м промежуточным электродом и вторым основным элек тродом;

Е пр - пробивная напряженность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное

- 2 017328 тело 1.

В целях удешевления устройства, а также для дальнейшего снижения разрядных напряжений толщина изоляции между промежуточными электродами 5 и стержневым электродом 6 может быть сделана различной для различных промежуточных электродов. Чем дальше ί-й промежуточный электрод находится от второго основного электрода 3, тем больше должно быть разрядное напряжение и _Р,₁ между ними и соответственно тем толще должен быть слой изоляции Δ₁. Другими словами, толщина изоляции между стержневым электродом 6 и ί-м промежуточным электродом 5 должна быть связана прямой зависимостью с расстоянием между ί-м промежуточным электродом и вторым основным электродом (в общем случае - тем основным электродом, который электрически связан со стержневым электродом).

Чем ближе стержневой электрод 6 к промежуточному электроду 5, тем больше емкость Со между электродами 5 и 6 и тем ниже разрядные напряжения токоотводящего устройства. Поэтому для снижения разрядных напряжений целесообразно расположение стержневого электрода 6 вдоль всего изоляционного тела 1 таким образом, чтобы каждый промежуточный электрод 5 находился напротив стержневого электрода 6. Однако могут быть случаи, когда гарантированное отсутствие пробоев изоляции важнее, чем снижение разрядных напряжений. При этом стержневой электрод может располагаться не по всей длине изоляционного тела 1, а перекрывать только какую-то его часть. В таком варианте часть промежуточных электродов 5, расположенных ближе ко второму основному электроду 3, будет находиться напротив стержневого электрода 6, а другая часть промежуточных электродов будет расположена со смещением вдоль продольной оси стержневого электрода. При этом расстояния между этими промежуточными электродами 5 и концом стержневого электрода 6 (толщины изоляции) будут существенно больше, чем при расположении стержневого электрода на всю длину изоляционного тела 1. И в этом случае разрядные напряжения в устройстве по изобретению будут ниже, чем в устройствах-аналогах, но не в такой значительной мере, как в случае расположения стержневого электрода 6 вдоль всего изоляционного тела

1. Очевидно, что максимальное увеличение толщин изоляции между промежуточными электродами 5 и стержневым электродом 6 при одновременном снижении разрядных напряжений достигается при расположении стержневого электрода только напротив одного промежуточного электрода 5, ближайшего ко второму основному электроду 3.

Как показано на фиг. 2, промежуточные электроды 5 в виде пружин из проволоки надеты на изоляционное тело 1, которое может быть выполнено как из твердого диэлектрика, так и обладающего некоторой эластичностью. Пружины 5 расположены на изоляционном теле 1 с взаимным смещением вдоль продольной оси изоляционного тела 1.

Указанные пружины могут иметь внутренний размер меньше, чем внешний размер изоляционного тела 1, т.е. в том случае, если изоляционное тело выполнено в виде цилиндра (также как и стержневой электрод), а пружины являются круглыми, то внутренний диаметр пружин преимущественно меньше внешнего диаметра изоляционного тела. Благодаря этому пружины 5 могут быть посажены на изоляционном теле в натяг, притом что само заведение пружин 5 на изоляционное тело может быть выполнено достаточно легко в том случае, если пружина деформируется, например предназначенным для этого устройством, за концы пружины на увеличение внутреннего диаметра пружины.

С целью облегчения манипуляций с пружинами при их нанизывании на изоляционное тело пружина 15 содержит два выступа 16, образованных концами проволоки, из которой выполнена пружина 15, причем длина каждого выступа 16 выбрана меньшей расстояния от торцевой плоскости пружины до смежного промежуточного электрода. Благодаря таким выступам деформация пружины с целью увеличения диаметра может быть выполнена значительно проще путем фиксации выступов пружины в устройстве для ее деформации.

Указанные выступы 16 предпочтительно расположены с противоположных торцевых сторон пружины 15, как это показано на фиг. 3, и в преимущественном варианте взаимно смещены по ее окружности по меньшей мере на 90°. В оптимальном варианте взаимное смещение выступов по окружности пружины составляет 180°, что изображено на фиг. 3.

Поверхность каждого промежуточного электрода за исключением выступов или торцов проволоки может быть покрыта слоем изоляции.

Благодаря возможности изменения внутреннего размера промежуточного электрода, выполненного в виде пружины, появляется возможность беспрепятственного заведения электрода на изоляционное тело при увеличении внутреннего размера пружины путем ее деформации более внешнего размера изоляционного тела, при этом после установки пружины на требуемом месте на изоляционном теле деформация пружины может быть прекращена и ее внутренний размер в таком случае становится меньше внешнего размера изоляционного тела, благодаря чему происходит надежная фиксация промежуточного электрода.

Расположение выступов промежуточных электродов со взаимным смещением по окружности пружины позволяет разнести искровые разряды по разные стороны изоляционного тела, что предотвращает слияние искровых разрядов в один, что приводит к облегчению гашения дуги.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащее изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела вдоль его оси и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов, и два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела, отличающееся тем, что по меньшей мере часть промежуточных электродов выполнена в виде пружин из проволоки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружины имеют внутренний размер меньше, чем внешний размер изоляционного тела.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один промежуточный электрод, выполненный в виде пружины из проволоки, содержит два выступа, образованных концами проволоки, из которой выполнена пружина, причем длина каждого выступа выбрана меньшей расстояния от торцевой плоскости пружины до смежного промежуточного электрода.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что выступы расположены с противоположных торцевых сторон пружины.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выступы взаимно смещены по окружности пружины по меньшей мере на 90°.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что взаимное смещение выступов по окружности пружины выбрано равным 180°.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поверхность каждого промежуточного электрода за исключением выступов или торцов проволоки покрыта слоем изоляции.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изоляционное тело выполнено из твердого диэлектрика.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изоляционное тело и стержневой электрод имеют круглое поперечное сечение.
10. Линия электропередачи, содержащая опоры с изоляторами, по меньшей мере один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и по меньшей мере одно устройство для грозозащиты элементов линии электропередачи, причем по меньшей мере один основной электрод устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом, а по меньшей мере один другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей, отличающаяся тем, что устройство для грозозащиты выполнено в виде устройства по любому из пп.1-9.