EA025064B1

EA025064B1 - Устройство для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким устройством

Info

Publication number: EA025064B1
Application number: EA201300700A
Authority: EA
Inventors: Владимир Евсеевич Пильщиков; Александр Дмитриевич Сиваев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2016-11-30
Also published as: EA201300700A1

Abstract

Раскрыто устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащее изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела (предпочтительно вдоль его оси) и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что изоляционное тело содержит основной слой диэлектрика и полупроводящий экран, обращенный к стержневому электроду, причем удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика.

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.

Предшествующий уровень техники

Из патента КН 2299508 известно токоотводящее устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, показанное на фиг. 1 и содержащее изоляционное тело 1, выполненное из твердого диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода 2 и 3, механически связанных с изоляционным телом, стержневой электрод 6, установленный внутри изоляционного тела 1 вдоль его оси и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов 2 или 3.

При воздействии перенапряжения на провод 4 высоковольтной линии (ВЛ) жила кабеля (т.е. стержневый электрод 6), подключенная к проводу 4, получает через первый основной электрод 2 высокий потенциал. Вследствие сильной емкостной связи между стержневым электродом 6 и металлической трубкой 3 эта трубка также приобретает высокий потенциал. Опора 13 ВЛ и соединенный с ней электрод 14 имеют нулевой потенциал, т.к. опора заземлена. Между вторым основным электродом 3 (металлической трубкой) и электродом 14 возникает разность потенциалов (высокое напряжение), под действием которой искровой воздушный промежуток пробивается, так что второй основной электрод 3 приобретает нулевой потенциал (потенциал земли). После этого все перенапряжение оказывается приложенным между жилой 6 кабеля и вторым основным электродом 3. Под действием этого перенапряжения по поверхности изоляционного тела 1 в одну или в обе стороны, в зависимости от величины перенапряжения, развиваются каналы скользящего разряда.

При воздействии перенапряжения и на токоотводящее устройство не допустим пробой твердой изоляции между вторым основным электродом и стержневым электродом, а также между стержневым электродом и промежуточными электродами, если такие установлены поверх изоляционного тела между первым и вторым основными электродами. Другими словами, необходимо, чтобы разряд развивался между основными электродами или проходил через промежуточные электроды и через воздушные искровые промежутки. Таким образом, разрядное напряжение токоотводящего устройства между основными электродами должно быть меньше, чем пробивное напряжение твердой изоляции и_р<и_пр. Пробивное напряжение можно выразить через толщину изоляции Д(т.е. толщину слоя изоляционного тела) и пробивную напряженность материала Е_пр, из которого изготовлено изоляционное тело: И_пр=Д-Е_пр. Следовательно, толщина изоляции должна соответствовать условию

Применение промежуточных электродов позволяет снизить разрядное напряжение между ними и, тем самым, снизить требования по толщине изоляционного тела между промежуточными электродами и стержневым электродом.

Однако минимальная толщина изоляционного тела, соответствующая указанным выше условиям, не всегда обеспечивает отсутствие пробоя изоляционного тела между стержневым электродом и вторым основным электродом или промежуточными электродами, поскольку локальные дефекты изоляционного тела и/или стержневого или основного электродов, в число которых входят каверны, выступы или другие неровности поверхности или дефекты структуры, могут приводить к концентрации электрического поля в окрестности таких локальных дефектов, что будет приводить к местному превышению того разрядного напряжения, на которое рассчитано изоляционное тело с заданной толщиной изоляции, выполненной из диэлектрика, имеющего свойственную ему пробивную напряженность материала Е_пр.

Одним из способов борьбы с таким явлением, точнее, способом обеспечения отсутствия пробоя изоляционного тела является увеличение толщины изоляции, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей разрядника, увеличивает его стоимость и усложняет как изготовление такого разрядника, так и его эксплуатацию. Кроме того, увеличение толщины изоляционного тела не гарантирует защиту изоляционного тела от пробоя, поскольку локальные дефекты изоляционного тела, стержневого и основного электрода в некоторых случаях могут по-прежнему вызывать такую концентрацию электрического поля, что разность потенциалов будет превышать разрядное напряжение изоляционного тела даже с увеличенной толщиной.

Другим показателем, важным для разрядного элемента, состоящего из изоляционного тела и стержневого электрода, является емкость, которая снижается при увеличении толщины изоляционного тела, что ухудшает условия формирования скользящего разряда. Таким образом, увеличение толщины изоляционного тела может повысить его электрическую прочность, однако при достижении толщиной изоляционного тела некоторой величины устройство для грозозащиты не сможет выполнять свои функции, поскольку скользящий разряд не будет иметь возможность развиваться по поверхности такого изоляционного тела.

- 1 025064

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание такой конструкции изоляционного тела, используемого в составе устройства для грозозащиты в виде грозового разрядника, которая обеспечивает отсутствие пробоя изоляции между стержневым электродом и вторым основным электродом или промежуточными электродами при незначительном увеличении толщины изоляционного тела. Кроме того, дополнительной задачей изобретения является обеспечение защиты изоляционного тела от атмосферных и световых воздействий внешней среды.

Задача настоящего изобретения решается с помощью устройства для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащего изоляционное тело, включающее в себя основной слой диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела (предпочтительно вдоль его оси) и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что изоляционное тело содержит полупроводящий экран, обращенный к стержневому электроду. Физическим свойством, обеспечивающим решение поставленной задачи изобретения, является то, что удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика. Благодаря этому электрическое поле не может быть сконцентрировано на поверхностных локальных дефектах основного слоя диэлектрика или электродов, так как пониженное удельное сопротивление способствует выравниванию потенциалов или снижению их разности для соседних объемов.

Основной слой диэлектрика может иметь удельное электрическое сопротивление в пределах 10⁸-10¹⁶ Ом-м, а удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика предпочтительно в 10 или более раз.

В одном из вариантов изоляционное тело содержит внешний слой диэлектрика, обращенный к основному электроду, причем внешний слой диэлектрика выполнен светостабилизированным и/или светонепроницаемым.

Разрядник для грозозащиты согласно настоящему изобретению может содержать два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. В таком случае часть поверхностей промежуточных электродов могут быть покрыта защитным слоем изоляции.

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 такой конструкции изоляционного тела, используемого в составе устройства для грозозащиты в виде грозового разрядника, которая обеспечивает отсутствие пробоя изоляции между стержневым электродом и вторым основным электродом или промежуточными электродами при незначительном увеличении толщины изоляционного тела. Это происходит за счет того, что изоляционное тело содержит полупроводящий экран с пониженным удельным сопротивлением, в результате чего исключается концентрация электрического поля на локальных дефектах изоляционного тела и/или электродов, которая могла бы вызвать пробой изоляционного тела. Поскольку толщина полупроводящего экрана может быть относительно малой, то разрядник сохраняет свои массо-габаритные и емкостные показатели при обеспечении защиты от пробоя при малом росте его стоимости и удержании на прежнем уровне сложности его эксплуатации. В одном из вариантов также решена дополнительная задача изобретения по обеспечению защиты изоляционного тела от атмосферных и световых воздействий внешней среды.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показано грозозащитное устройство, установленное на линии электропередачи.

На фиг. 2 показано изоляционное тело согласно изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществление изобретения

На фиг. 2 схематично показано изоляционное тело 21, используемое в устройстве для грозозащиты элементов электрооборудования, которое может применяться на линии электропередачи согласно настоящему изобретению, содержащем два или более основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и стержневой (продолговатый) электрод, установленный внутри изоляционного тела и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов.

Изоляционное тело 21 содержит основной слой 22 диэлектрика и полупроводящий экран 23, обращенный к стержневому электроду 6. Как видно на фиг. 2, полупроводящий экран 23 (слой) полностью отделяет основной слой 22 диэлектрика от стержневого электрода 6, хотя могут быть и другие варианты.

- 2 025064

На фиг. 2 слой 22 показан выходящим из слоя 23, а слой 23 представлен выступающими из слоя 24, однако необходимо понимать, что такая иллюстрация выполнена лишь в пояснительных целях; в действительности слои проходят друг над другом и стержневым электродом 6. В то же время электрод 6 может выступать на некоторое расстояние из изоляционного тела 21 для осуществления электрического соединения с одним из основных электродов.

Согласно настоящему изобретению удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика. Благодаря этому электрическое поле не может быть сконцентрировано на поверхностных локальных дефектах основного слоя диэлектрика или электродов, так как пониженное удельное сопротивление способствует выравниванию потенциалов или снижению их разности для соседних объемов.

Основной слой диэлектрика может иметь удельное электрическое сопротивление в пределах 10⁸-10¹⁶ Ом-м, а удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика предпочтительно в 10 или более раз, они могут отличаться на несколько порядков, например в 1000 раз.

В некоторых вариантах изоляционное тело 21 может содержать лишь два слоя диэлектрика - основной 22 и полупроводящий экран 23. В то же время может быть предусмотрен и такой вариант исполнения изоляционного тела 21, показанный на фиг. 2, когда изоляционное тело 21 также содержит внешний слой 23 диэлектрика, обращенный к основному электроду. Внешний слой 23 диэлектрика может полностью покрывать основной слой 22 диэлектрика либо частично. Внешний слой диэлектрика может быть выполнен светостабилизированным и/или светонепроницаемым.

Показанное на фиг. 2 изоляционное тело 21 может быть применено в разряднике для грозозащиты, который содержит два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. В таком случае изоляционное тело и часть поверхностей промежуточных электродов могут быть покрыты защитным слоем диэлектрика.

Грозозащитное устройство в любом вышеописанном варианте, в котором применяется изоляционное тело согласно настоящему изобретению, может быть установлено на линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами и по меньшей мере один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств. 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.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащее изоляционное тело, включающее в себя основной слой диэлектрика, по меньшей мере два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и стержневой электрод, установленный внутри изоляционного тела и имеющий электрическое соединение с одним из основных электродов, отличающееся тем, что изоляционное тело дополнительно содержит полупроводящий экран, обращенный к стержневому электроду, причем удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что удельное электрическое сопротивление полупроводящего экрана меньше удельного электрического сопротивления основного слоя диэлектрика в 10 или более раз.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изоляционное тело содержит внешний слой диэлектрика, обращенный к основному электроду, причем внешний слой диэлектрика выполнен светостабилизированным.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два или более промежуточных электрода, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что часть поверхностей промежуточных электродов покрыта защитным слоем изоляции.
6. 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.1-5.