EA023737B1

EA023737B1 - Разрядник с перегородкой, изолятор-разрядник и линия электропередачи

Info

Publication number: EA023737B1
Application number: EA201300448A
Authority: EA
Inventors: Георгий Викторович ПОДПОРКИН
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-07-29
Also published as: EA201300448A1

Abstract

Линия электропередачи содержит в своем составе изолятор-разрядник, в котором используется разрядник по настоящему изобретению. Разрядник предназначен для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи и содержит изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между основными электродами с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда. Промежуточные электроды по меньшей мере частично расположены внутри изоляционного тела и по меньшей мере частично отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры. По меньшей мере часть разрядных камер содержит диэлектрические перегородки, установленные между смежными электродами и разделяющие по меньшей мере часть каждой из этих камер, прилегающую ко дну камеры, на две части.

Description

Предлагаемое изобретение относится к электрическим изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или элементы высоковольтных установок, а также линии электропередачи и электрические сети. Изобретение относится также к линиям электропередачи, использующим подобные изоляторы.

Предшествующий уровень техники

Из патента КИ 2377678 известен высоковольтный изолятор для крепления в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Такой изолятор содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. 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.

Отличительным признаком такого изолятора является наличие мультиэлектродной системы, состоящей из пяти и более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между его концами с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и смежным (смежными) с ним электродом (электродами), между смежными электродами, а также между вторым элементом арматуры и смежным (смежными) с ним электродом (электродами).

Предложенное решение предполагает, что искровой разряд происходит непосредственно между электродами. Ввиду того, что искровой разряд оказывает разрушительное воздействие на диэлектрический материал (часто полимерный), предназначенный для механического удержания электродов и, как следствие, расположенный рядом с искровым разрядом, срок службы такого разрядника или изолятораразрядника снижается. В связи с этим необходимо предусматривать дистанцирование разрядной зоны от диэлектрика, например путем выполнения электрода в форме буквы Т.

Однако в некоторых случаях, как, например, в разряднике по патенту КИ 2346368, электроды МЭС расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, а между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры. В такой ситуации изменение формы электродов не может обеспечить разнесение зоны искрового разряда и диэлектрического материала, из которого выполнено изоляционное тело, поскольку электроды должны находиться в разрядной камере. Соответственно, это повышает износ полимерных материалов, используемых в качестве диэлектрика, тем самым снижая срок службы и надежность функционирования разрядников и изоляторов-разрядников.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в повышении срока службы и надежности работы разрядников путем снижения разрушительного воздействия искрового разряда между электродами на диэлектрический материал, выполняющий функцию механического удержания электродов. Другими словами, задача изобретения может заключаться в вынесении искрового разряда из пространства между электродами.

Задача настоящего изобретения решается с помощью разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащего изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между основными электродами с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда. Промежуточные электроды по меньшей мере частично расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры. По меньшей мере часть разрядных камер содержит диэлектрические перегородки, установленные между смежными электродами и разделяющие по меньшей мере часть каждой из этих камер, прилегающую ко дну камеры, на две части.

В предпочтительном варианте по меньшей мере часть камер разделена на две части полностью. Кроме того, по меньшей мере часть перегородок выполнены выступающими из разрядных камер.

По меньшей мере часть разрядных камер могут быть снабжены направляющими, выполненными из изоляционного материала, прикреплёнными к наружной поверхности изоляционного тела и установленных с возможностью предотвращения распространения облака плазмы, образующегося внутри камер при разряде, из разрядной камеры в сторону соседней разрядной камеры путем направления облака плазмы во внешнюю воздушную среду. По меньшей мере часть направляющих могут образовывать замкнутую поверхность, охватывающую весь периметр выхода разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела и содержащую отверстие для выпуска плазмы. При таком выполнении направляющих по меньшей мере часть перегородок могут быть выполнены с обеспечением разделения по меньшей мере

- 1 023737 части объема, ограниченного замкнутой поверхностью и прилегающего к выходу разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела, на две части. Замкнутая поверхность направляющих может представлять собой по меньшей мере часть цилиндрической, конусообразной, параболической, гиперболической или сферической поверхности.

По меньшей мере часть перегородок может быть выполнена в виде пластин, а для изготовления перегородок может быть использована керамика.

С другой стороны, по меньшей мере часть перегородок могут иметь сужение по направлению от дна разрядной камеры к выходу разрядной камеры на поверхность слоя диэлектрика или к отверстию для выпуска плазмы при наличии направляющих, образующих замкнутую поверхность, охватывающую весь периметр выхода разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела.

По меньшей мере некоторые части перегородок могут быть ограничены плоскостями и/или поверхностями второго порядка.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью электрического изолятора для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор содержит изоляционное тело 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.

Изолятор отличается тем, что содержит разрядник по любому из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью 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. Каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. Отличительным признаком линии электропередачи является то, что по меньшей мере один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный ранее.

Техническим результатом настоящего изобретения является то, что искровой разряд вынесен из пространства между электродами. Благодаря этому достигается повышение срока службы и надежности работы разрядников путем снижения разрушительного воздействия искрового разряда между электродами на диэлектрический материал, выполняющий функцию механического удержания электродов. Также можно сказать, что благодаря вводу перегородки снижены требования к диэлектрическому материалу, используемому для механического удержания электродов, поскольку теперь нет необходимости обеспечивать сопротивление разрушительному действию электрического разряда, и расширен диапазон возможных используемых материалов.

Перечень фигур, чертежей

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана линия электропередачи, использующей настоящее изобретение;

на фиг. 2 показан общий вид изолятора-разрядника по настоящему изобретению;

на фиг. 3 в продольном сечении показана разрядная камера мультикамерного изолятора-разрядника в соответствии с настоящим изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для фиксации высоковольтного (находящегося под высоким напряжением) провода 5, входящего, например, в состав линии электропередачи, показанной на фиг. 1, содержащей опоры 2, одиночные изоляторы 3 и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды 4, может быть использован изолятор 10, показанный на фиг. 2. Провод 15 соединен непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор 3 или каждая колонка или гирлянда 4 изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор 2 посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой.

Изолятор-разрядник 10, показанный на фиг. 2, содержит изоляционное тело 14 и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры 11 и 12. Первый элемент 11 арматуры может быть 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 12 арматуры может быть выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды.

- 2 023737

Согласно изобретению изолятор дополнительно содержит мультиэлектродную систему (МЭС), состоящую из двух или более электродов. Минимальное количество электродов целесообразно задать по аналогии с разрядником длинно-искрового петлевого типа на 10 кВ (РДИП-10), выполненным в соответствии с патентом РФ № 2299508, Н02Н3/22, 2007 (т.е. использующим МЭС) и получившим широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи. Опыт эксплуатации РДИП-10 показал, что он способен эффективно выполнять грозозащитные функции при условии использования в составе МЭС не менее 15 промежуточных электродов. При этом гашение дуги происходит при первом переходе сопровождающего тока через ноль. Соответственно, с учетом того, что изолятор по изобретению рассчитан на применение в сетях от 3 кВ и выше, количество электродов для него должно быть не менее пяти. В то же время настоящее изобретение может применяться и с меньшим количеством промежуточных электродов, например, равным двум или более.

МЭС в одном из вариантов механически связана с изоляционным телом 14, причем электроды МЭС механически соединены с диэлектриком МЭС и расположены с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом 11 арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом 15, между смежными электродами, а также между вторым элементом 12 арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом 16. Электроды МЭС преимущественно расположены внутри изоляционного тела 14 (частично или полностью) и также преимущественно отделены от его поверхности слоем диэлектрика (также частично или полностью), при этом между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры 17.

Разрез одной такой разрядной камеры показан на фиг. 3. В глубине диэлектрика 23, который в одном из вариантов представляет собой часть изоляционного тела изолятора, во внутреннюю часть 24 разрядной камеры выходят электроды 21 и 22. К этим электродам прилегает донный элемент разрядной камеры 24. От донного элемента 28 по направлению к выходу разрядной камеры 24 выступает перегородка 29, которая делит разрядную камеру 24 на две части, в каждой из которых расположены электроды 21 и 22. Электроды 21 и 22 преимущественно отделены от перегородки 29 пространственными промежутками, однако в некоторых вариантах они могут прилегать к перегородке.

Разрядные камеры могут быть разделены на две части полностью или частично, а в показанном на фиг. 3 варианте перегородка выступает из разрядной камеры. Перегородки могут представлять собой пластины или иметь сужение по направлению от дна разрядной камеры к выходу из разрядной камеры или к окончанию диэлектрических направляющих (т.е. к концу перегородки). Некоторые части перегородок могут быть ограничены плоскостями, а часть поверхностей перегородок могут быть ограничены поверхностями второго порядка.

Перегородка 29 преимущественно выполнена из более прочного диэлектрического материала, чем диэлектрик 23, с целью обеспечения большей долговечности разрядника, например, из керамики. Однако также может быть предусмотрено выполнение перегородки из того же материала, что и диэлектрик 23, например, силиконовой резины. В этом случае срок службы разрядника также повышается, хотя и не в такой мере, как это обеспечивается предыдущим вариантом. Это происходит за счет того, что разряд выносится из разрядной камеры с помощью перегородки, которая со временем разрушается из-за происходящих не ее поверхности разрядов. По мере разрушения перегородки место осуществления разряда перемещается обратно в разрядную камеру, после чего разрядник может служить в течение дополнительного времени как если бы перегородка отсутствовала вовсе.

Разряд в таком разряднике происходит следующим образом. При повышении разности потенциалов стримерные разряды переходят на перегородку, на которой между ними образуется емкостная связь. По мере накопления энергии разряда на пластине (конденсаторный эффект) стримеры перемещаются в сторону окончания перегородки, на конце которой они и встречаются, осуществляя разряд накопленной энергии грозового перенапряжения. После разряда грозового перенапряжения разность потенциалов понижается до напряжения промышленной частоты, при переходе которого через ноль разряд обрывается.

В разрядной камере в предпочтительном варианте осуществления также предусмотрены направляющая трубка 25 (диэлектрическая направляющая), предназначенная для направления электрического разряда в сторону от изолятора-разрядника и предотвращения соединения разрядных дуг, исходящих из соседних разрядных камер изолятора разрядника, в один разряд. Направляющий элемент 25 не обязательно представляет собой трубку, представляющую из себя замкнутую поверхность, охватывающую весь периметр выхода разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела и содержащую отверстие для выпуска плазмы, и может быть выполнен в виде плоских элементов. Указанная замкнутая поверхность также может представлять собой не только часть цилиндрической поверхности, но и часть конусообразной, параболической, гиперболической или сферической поверхности. Перегородки могут быть выполнены с обеспечением разделения по меньшей мере части объема, ограниченного замкнутой поверхностью и прилегающего к выходу разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела, на две части. Дополнительно может быть предусмотрен усиливающий элемент 26, выполненный, например, в виде стеклопластиковой трубки или в другом виде. Усиливающий элемент обеспечивает необходимую прочность разрядной камеры. Кроме того, электроды 21 и 22 показанной разрядной каме- 3 023737 ры соединены с электродами соседних разрядных камер с помощью проводников 27.

При воздействии на провод грозового перенапряжения достаточной величины перекрывается воздушный промежуток между первым элементом арматуры, соединенным с проводом (или с его крепежным устройством) и ближайшим к нему первым электродом, а затем разряд развивается каскадно, т.е. последовательно пробивая искровые разрядные промежутки между смежными электродами, пока не дойдет до второго элемента арматуры, соединенного с заземленной опорой. Таким образом, провод оказывается соединенным с заземленной опорой каналом, который состоит из отрезка канала между первым элементом арматуры, соединенным с высоковольтным проводом, и первым электродом, множества мелких отрезков канала между электродами и отрезка канала между последним электродом и вторым элементом арматуры, соединенным с опорой.

Вблизи отрицательно заряженных поверхностей электродов возникает так называемое катодное падение напряжения, которое составляет 50-100 В. В обычных разрядных системах, состоящих из двух электродов (катода и анода), эффект катодного падения напряжения неощутим, т. к. разрядные напряжения составляют киловольты. Вследствие того, что в изоляторе по изобретению число электродов весьма велико (например, для класса напряжения 10 кВ при гашении разряда без сопровождающего тока промышленной частоты оно составляет порядка 100), суммарный эффект от катодного падения напряжения играет существенную роль. В этом случае основное падение напряжения при разряде в маленьких промежутках между электродами приходится на прикатодную область. В ней же выделяется большая часть общей энергии, выделяемой каналом разряда между электродами. При этом электроды нагреваются и тем самым охлаждают канал разряда. После протекания тока грозового перенапряжения канал быстро остывает и его сопротивление увеличивается. По окончании импульса грозового перенапряжения к изолятору остается приложенным напряжение промышленной частоты. Однако вследствие большого суммарного сопротивления канала, обеспеченного выпуклым донным элементом разрядной камеры, закрывающим прямой путь для разряда между электродами, разряд не может самостоятельно существовать и гаснет. Линия электропередачи, в которую входят изоляторы по изобретению, продолжает работу без отключения. Таким образом, высоковольтный изолятор по изобретению с высокой эффективностью реализует функцию грозозащиты, выполняемую в известных линиях электропередачи отдельными устройствами грозозащиты, подключаемыми к каждому изолятору.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между основными электродами с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами, а также между смежными промежуточными электродами электрического разряда, причем промежуточные электроды, по меньшей мере, частично расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем диэлектрика, при этом между смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры, причем по меньшей мере часть разрядных камер содержит диэлектрические перегородки, установленные между смежными электродами и разделяющие по меньшей мере часть каждой из этих камер, прилегающую ко дну камеры, на две части.
2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть камер разделена на две части полностью.
3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть перегородок выполнена выступающими из разрядных камер.
4. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть разрядных камер снабжена направляющими, выполненными из изоляционного материала, прикреплёнными к наружной поверхности изоляционного тела и установленными с возможностью предотвращения распространения облака плазмы, образующегося внутри камер при разряде, из разрядной камеры в сторону соседней разрядной камеры путем направления облака плазмы во внешнюю воздушную среду.
5. Разрядник по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере часть направляющих образует замкнутую поверхность, охватывающую весь периметр выхода разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела и содержащую отверстие для выпуска плазмы.
6. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть перегородок выполнена с обеспечением разделения по меньшей мере части объема, ограниченного замкнутой поверхностью и прилегающего к выходу разрядной камеры на наружную поверхность изоляционного тела, на две части.
7. Разрядник по п.5, отличающийся тем, что замкнутая поверхность представляет собой по меньшей мере часть цилиндрической, конусообразной, параболической, гиперболической или сферической поверхности.
8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть перегородок представляет собой пластины.

- 4 023737
9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть перегородок выполнена из керамики.
10. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть перегородок имеет сужение по направлению от дна разрядной камеры.
11. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые части перегородок ограничены плоскостями.
12. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые части перегородок ограничены поверхностями второго порядка.
13. Электрический изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционное тело 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 содержит разрядник по любому из пп.1-12, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом.
14. Линия электропередачи, содержащая 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 закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из изоляторов представляет собой изолятор, содержащий изоляционное тело 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, и содержащий разрядник по любому из пп.1-12, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и по меньшей мере одним смежным с ним электродом.