HRP960518A2 - Surge arrester - Google Patents

Description

Područje tehnike

Izum je iz područja tehnologije visokonaponskih uređaja i električne zaštite.

Tehnički problem

Ovaj se izum odnosi na prenaponsku zaštitu, poglavito na sklopove koji su namijenjeni prenaponskoj zaštiti, načinjeni tako da omogućuju indikaciju u slučaju njihove neispravnosti.

Uređaji za prenaponsku zaštitu, koji se katkad nazivaju prenaponska skretnica, načinjeni su da zaštite druge električne uređaje, obično pri raspodjeli i opskrbi električnom energijom, od prekomjerno visokog i stoga obično destruktivnog električnog napona kojega izaziva, primjerice, udar groma. Prenaponska zaštita spaja se između uređaja pod visokim naponom, od kojih 5 kV ili više, i potencijala zemlje, te je električni izolator kada nema prenapona, odnosno viška napona od kojega štiti ovaj uređaj. Kada dođe do prenapona, prenaponska zaštita postaje vodič koji sigurno odvodi nastalu struju u zemlju. Uređaj za prenaponsku zaštitu zatim ponovo poprima izolacijska svojstva.

U nekim slučajevima, međutim, udar groma može se desiti tako blizu prenaponskoj zaštiti da električna energija koja prolazi kroz zaštitni uređaj može biti tako velika da uređaj ošteti, odnosno u ekstremnim slučajevima i uništi. U slučajevima koji nisu ekstremni, oštećenje može rezultirati stvaranjem kontinuiranog strujnog protoka u zemlju. Uređaj za prenaponsku zaštitu može također biti podložan kvaru. Do neispravnosti može doći u mrežama za razdiobu energije u kojima slabe štetne struje, od kojih 10 ampera, protiču u srazmjerno kratkom vremenu između visokog napona i zemlje kroz uređaj za prenaponsku zaštitu. To se poglavito može dogoditi u mrežama koje rabe neutralne izolirane vodiče, neutralne vodiče s impedancijskim uzemljenjem, te one sa jedno-uzemljenim neutralnim vodičima koji su povezani s vrlo visokim otporima uzemljenja na udaljenim mjestima. U takvim slučajevima, uređaj za prenaponsku zaštitu može pretrpjeti unutarnji kvar ali bez ikakvih vanjskih znakova oštećenja, tako da je vizualna identifikacija oštećenog uređaja od strane servisnog osoblja teška.

Raspojivači se katkad koriste da izoliraju neispravni zaštitni uređaj od napona koji je primijenjen ili zemlje. Raspojivač je tako načinjen da se, nakon što detektira unaprijed definirano stanje neispravnosti, obično protok minimalne struje u minimalnom vremenu, fizički odvoji od prenaponske zaštite, te tako prekine put do zemlje. U početku dolazi do pojave luka, ali se on priguši kako se raspojivač udaljava. Međutim, sve dok se vizualno ne provjeri svaka prenaponska zaštita u mreži nakon svake privremene neispravnosti između faze i zemlje, mreža će nastaviti funkcionirati u stanju kada je zaštita neispravna i raspojena, dakle sa smanjenom razinom sigurnosti. Do toga može doći jer su greške uzemljenja na zračnim prijenosnicima energije, primjerice, prilično česte. Greška uzemljenja, drugim riječima djelovanje raspojivača, detektira se u sistemskoj kontrolnoj sobi i prekidači kruga prekidaju dovod energije i nakon kratkog vremena ponovo uključuju energiju. Ako je neispravnost bila prolazna, sistem će i dalje biti uključen. Greška uzemljenja može nastati u bilo kojem dijelu sistema, te uopće ne mora nužno biti povezana s uređajem za prenaponsku zaštitu. Činjenica da je pogreška iščezla ne motivira linijskog kontrolora da se provjeri stanje svih prenaponskih zaštita.

Stanje tehnike

U patentnoj prijavi WOA93/01641 (Joslyn Corporation) prikazana je viskonaponska prenaponska zaštita sa signalnim uređajem neispravnosti prenaponske zaštite. U ovom sklopu, ako dođe do kvara zaštite, raspojivač odvaja i omogućuje vizualnu indikaciju da je došlo do kvara zaštite, a u isto vrijeme veza prenaponske zaštite se ponovno uspostavlja drugim vodičem, čime se održava vodljivi put između prenaponske zaštite i potencijala zemlje. Nakon eksplozivnog odvajanja raspojivača od zaštite, raspojivač ostaje uz sklop pomoću elastičnog vodiča, i tvori dio kruga za ponovno uspostavljanje veze. Drugi vodič, koji uspostavlja ponovno vezanje prenaponske zaštite, je načinjen od opružnog člana koji se oslobađa napetosti odvajanjem raspojivača i koji ponovno uspostavlja vezu natrag sa prenaponskom zaštitom pomoću njegove opruge. U nekim okolnostima, kao što je tok jake struje, koja može stvoriti jake odbojne mehaničke sile, takva opružna sila ne mora biti dovoljna da se ostvari dobra električna sveza.

Opis tehničkog rješenja problema

Jedan cilj ovoga izuma je da se dobije sklop za prenaponsku zaštitu koji prevladava, ili barem ublažava, ove nedostatke u poznatim uređajima na osobito pogodan način.

Prema tome, sukladno s jednim aspektom ovoga izuma, realiziran je sklop za prenaponsku zaštitu koji se sastoji od:

(a) prenaponske zaštite koja ima:

i) prvi terminal za spajanje, pri uporabi, sa udaljenim drugim terminalom na prvom električnom potencijalu, i

ii) treći terminal za spajanje, pri uporabi, sa udaljenim četvrtim terminalom na drugom električnom potencijalu, koji se razlikuje od navedenog prvog električnog potencijala, pri čemu, pri uporabi, prvi terminal je smješten na lokaciji koja je vertikalno niža od navedenog trećeg terminala;

(b) sredstva koja su postavljena, pri djelovanju, da električki spoje prvi terminal prenaponske zaštite s navedenim drugim terminalom, a navedena sveza je tako ostvarena da se fizički raspoji od prvog terminala kao odgovor na neko unaprijed određeno neispravno stanje prenaponske zaštite, te

(c) sredstva za ponovno uspostavljanje veze koja omogućuju, nakon što je došlo da navedenog raspajanja, pouzdan električni vodički put od navedenog prvog terminala prenaponske zaštite do navedenog drugog terminala, pri čemu

(d) sredstva za ponovno uspostavljanje veze su postavljena da vode sredstva za spajanje, nakon raspajanja, dalje od prenaposnke zaštite i da zaštite sredstva za vezu na mjestu koje je vertikalno niže od navedenog prvog terminala.

Unaprijed određeno stanje neispravnosti može se karakterizirati strujom većom od 15 ampera u vremenu koje je veće od, primjerice, 0,5 sekundi.

Poželjno, sredstva za spajanje obuhvaćaju izolirani izduženi vodički član koji je u izravnom električnom kontaktu s prvim terminalom prenaponske zaštite dok ne dođe do raspajanja, i koji, nakon toga, uspostavlja električni kontakt s navedenim sredstvom za ponovno spajanje.

Ono što je zgodno, nakon raspajanja, sredstvo za spajanje se kontrolira kroz peti terminal koji predstavlja dio zaštitne strukture sredstva za ponovno spajanje i električki se spaja sa prvim terminalom prenaponske zaštite, tako da kada se sredstva za spajanje postave sredstvima za ponovno uspostavljanje veze, spojna jedinica je u električnom kontaktu s petim terminalom.

Poželjno, bar jedan dio sredstava za spajanje koja prolaze kroz peti terminal prije raspajanja je rigidan.

Poželjno, sredstvo za spajanje ima konusnu vanjsku radijalnu površinu i, nakon raspajanja, smješteno je u konusnom otvoru sredstva za ponovno spajanje, pri čemu su odgovarajući konusni kutevi međusobno različiti. Pri takvoj konstrukciji, za razliku od one kada su konusni kutevi identični, kada se kvar otkloni, sredstvo za spajanje može se lako ukloniti s noseće jedinice sredstva za ponovo spajanje.

Obično se prvi, donji terminal prenaponske zaštite nalazi na potencijalu zemlje, kao i drugi terminal, dok će treći, gornji terminal biti na visokom naponu (primjerice 1 kV ili veći) kao i četvrti terminal koji može biti dio električnog uređaja, primjerice dio vodiča za zračni prijenos energije. Sukladno tome, nadalje, ali bez ograničenja, svi podaci će se odnositi na potencijal zemlje.

Sklop ovoga izuma omogućuje funkciju raspajanja u slučaju neispravnosti zaštite. Odvajanje sredstva za uzemljenje od uzemljenog terminala zaštite tada uzrokuje nastajanje luka. Postavljanje čvrstog, dakle neplinovitog stalnog vodičkog puta od terminala u zemlju dovodi do gašenja luka te se ovim putem štetna struja odvodi u zemlju. Osobito je povoljno to što je on sam dio sredstva za spajanje sa zemljom koji ne samo što odgovara na kvar fizičkim raspajanjem od terminala prenaponske zaštite, nego zatim tvori dio čvrstog puta u zemlju. Činjenica da se štetna struja održava čak i nakon što je luk kojega je prouzročio prekid uzemljenja ugušen, spriječit će da pridruženi prekidač kruga ponovo omogući dovod energije uređaju. Na taj način, linijski kontrolor mora izaći da identificira i zamijeni oštećenu zaštitu, prije nego se ponovo uspostavi dovod energije, čime se održava sigurnost električnog sustava.

Poželjno, sredstva za uzemljenje se gibaju kao odgovor na navedeno stanje neispravnosti, između prvog položaja u kojem su fizički uz prenaponsku zaštitu u drugi položaj kada se nalaze na jedinici koja je odvojena od terminala prenaponske zaštite. Kada se rabi konvencionalni raspojivač, on slobodno visi sa prenaponske zaštite nakon završetka operacije, kao što je opisano u WO-A-93/01641. Ako do raspajanja dolazi na donjem terminalu prenaponske zaštite, sila teža će osigurati učinkovitost gibanja pri odvajanju.

Nadalje, vođenjem sredstva za spajanje na noseću jedinicu nakon raspajanja, može se postići da luk koji izbija između prvog terminala prenaponske zaštite i raspojivača koji uzmiče, bude valjano ugušen. Naknadno smještanje raspojivača povećava cjelovitost ponovno uspostavljenog, čvrstog vodičkog puta i minimizira opasnost slobodnog gibanja raspojivača i slučajnog uspostavljanja luka sa prenaponskom zaštitom.

Podrazumijeva se da je prvi terminal prenaponske zaštite postavljen vertikalno ispod trećeg terminala, pri čemu nije nužno da bude strogo vertikalno ispod. Riječima, orijentacija prenaponske zaštite ne mora biti strogo vertikalna, premda to moće biti uobičajena orijetacija, ali može biti otklonjen od okomice, tako da se raspajanje zbiva od donjeg od njegova dva terminala. U slučaju da je prenaponska zaštita postavljena vodoravno, raspajanje se može zbiti na bilo kojem od njegova dva kraja, te se bilo koji može smatrati onim koji je vertikalno smješten niže od onog drugog.

Noseća jedinica je električki povezana s terminalom zaštite, tako da se postiže čvrsti vodički put.

Poželjno, bar dio sredstva za uzemljenje je krut i vodi se nosećom jedinicom pri gibanju između dviju navedenih položaja. Kruti dio sredstva za uzemljenje sadrži izoliranu vodičku izduženu jedinicu koja se produžava kroz otvor u nosećoj jedinici.

Sama prenaponska zaštita može biti bilo koje pogodne konstrukcije. Primjerice, elementi prenaponske zaštite mogu sadržavati množinu varistorskih blokova, koji su od cink-oksida. Elementi prenaponske zaštite su unutar vanjskog izoliranog kućišta, koji je poželjno od polimernog materijala, koji u funkciji može biti toplinski tretiran. Kućište

može biti s jednim ili više krila da se poveća put probijanja uzemljenja između terminala zaštite i tekućih onečišćivača na krilima.

Sklop za prenaponsku zaštitu, sukladno ovom izumu, bit će sada opisan, kao primjer, s pozivom na priložene crteže, koji prikazuju:

Na slici 1 prikazan je nacrt uređaja u normalnoj pasivnoj konfiguraciji.

Na slici 2 prikazan je uređaj sa slike 1 upravo nakon što je došlo do kvara.

Na slici 3 prikazan je uređaj sa slike 1 u svojoj konačnoj konfiguraciji nakon kvara.

Na slikama 4A i 4B shematski su prikazane uvećane pojedinosti uređaja koji ima modificirane sklopove za raspajanje, prije i nakon operacije.

Na slikama 5A i 5B prikazane su još neke pojedinosti na drugin način modificiranog sklopa za raspajanje.

Na slikama 6A i 6B prikazane su još neke pojedinosti na drugi način modificiranog sklopa za raspajanje.

Na slici 7 prikazana je uvećana pojedinost uređaja sa slika 1 do 3.

U svezi sa ovim crtežima, krilna polimerna prenaponska zaštita 2 ima gornji terminal 4 koji je spojen na visokonaponski uređaj (nije prikazan). Na donjem kraju, zaštita 2 je fizički smještena na uzmeljeni blok 6, koji je udaljen od izolatora 8. Odvajač 10 je montiran na donjem kraju zaštite 2 u električnoj svezi s donjim, uzemljenim terminalom 12 zaštite (slike 2 i 3). Kruta izolirana vodljiva šipka 14 pruža se dolje od terminala 15 raspojivača 10, koji je spojen s terminalom 12, i spojena je sa elastičnim vodičem 16 na uzemljenom bloku 6, čime se postiže uzemljenje terminala zaštite 12.

Izolirani vodljivi nosač 18 je postavljen na donjem kraju prenaponske zaštite 2 u elekuguščivaćtričnoj svezi sa uzemljenim terminalom 12. Nosač 18 pruža se dolje od zaštite 2 u obliku slova L tako da se elektroda 20 nalazi upravo ispod raspojivača 10. Izolirana šipka 14 prolazi kroz otvor elektrode 20.

Kao što je pokazano na slici 1, visokonaponski uređaj (nije prikazano) povezan je sa visokonaponskim terminalom 4 prenaponske zaštite 2 i sama prenaponska zaštita normalno funkcionira. To znači, zaštita 2 se ponaša kao izolator, i kroz blok 6 u zemlju ne prolazi nikakva struja.

U slučaju kvara zaštite 2, štetna struja prolazi kroz prenaponsku zaštitu 2, te je detektira raspojivač 10 kroz kojega također prolazi, te kroz blok 6 i šipku 15 savitljivog vodiča 16 u zemlju. Raspojivač 10 djeluje tako da se odvaja od prenaponske zaštite (slika 2). Električni luk 22 izbija između uzemljenog terminala 12 prenaponske zaštite i rasuguščivaćpojivača 10. Raspojivač 10 je usmjeren tijekom gibanja prolazom krute izolirane šipke 14 kroz elektrodu 20 na nosaču 18.

Gibanje raspojivača 10 je zaustavljeno nosačem 18 (slika 3). U ovom položaju, ostvaren je dobar električni kontakt između donjeg terminala 15 raspojivača 10 koji odgovara nosaču elektrode 20. Čvrsti i stalni električni vodljivi put je uspostavljen od uzemljenog terminala 12 prenaponske zaštite, kroz nosač 18 k elektrodi 20, zatim kroz terminal raspojivača 15 i izoliranu šipku 14 i savitljivi vodič 16 na uzemljeni blok 6. Budući da je impedanca ovog puta manja nego ona k zemlji kroz luk 22, dolazi do gušenja luka i sva štetna struja prolazi kroz čvrsti put.

Kontinuirani tok struje kroz prenaponsku zaštitu u zemlju sada spriječava prekidač kruga u sprezi sa visokonaponskim uređajem i njegovim isvorom energije ta se ponovo uspostavi protok električne energije, sada treba zamijeniti oštećenu prenaponsku zaštitu, tako da se sačuva sigurnost sustava.

Slike 4A i 4B pokazuju nešto izmijenjeni oblik uređaja za raspajanje 10', u kojem je donji terminal 15' stožastog oblika da se dobije stabilan zatvoreni uređaj unutar nosača elektrode 20. Slika 4B pokazuje raspojivač 10' nakon operacije, s gornjim dijelom koji je još uz prenaponsku zaštitu 2 i donjim dijelom koji je udaljen od nje i nalazi se na nosaču 18. Izolacija šipke 14 je djelomično uklonjena da se pokaže uklopljena vodljiva jedinica.

Slike 5A i 5B pokazuju inačicu raspojivača 10' na slikama 4A i 4B, pri čemu izolirajuća, ili izolirana, spirala 28 je prikazana shematski smještena između prenaponske zaštite 2 i donje ruke nosača 18 tako da djeluje kao vodič pri gibanju šipke 14 i donjeg dijela 26 raspojivača koji se odvaja od gornjeg dijela 24. Otvorena struktura vodiča 28 omogućuje da kroz njega prođu svi dijelovi raspadajućeg raspojivača 10'.

Slike 6A i 6B pokazuju sljedeću modifikaciju raspojivača gdje otvorena cijev 40 visi prema dolje od prenaponske zaštite 2 i nosi elektrodu 20. Izolirana šipka 14 pruža se prema gore od nosača elektrode 20, kao što se može vidjeti na otvorenom dijelu cijevi 40, i uvodi se u kanal 42 cijevi 40. Kanal 42 i drugi kanali 44 su otvoreni prema van da se omogući ekplozivnim plinovima izlaz iz cijevi 40 pri raspajanju.

U svezi s crtežom 7, uvećana pojedinost modifikacije uređaja 2 u raspojenom stanju (slika 3) koji je postavljen na noseću strukturu, pokazuje donji kraj raspojivača 10a, njegov terminal 15a i stožasti vodljivi dio 50 koji se pruža pod kutem β, a nastavlja se na kruti izolirani vodljivi štap 14a.

Noseći stup nosi elektrodu 20a u obliku stožastog otvora 52 pod kutem α. Konfiguracija je tako načinjena da je α≠β, te, kao što je pokazano, α>β, pri čemu postoji samo crta dodira između komponenata 50 i 52, a ne ploha dodira što bi bilo za α= β. Naknadno odvajanje raspojivača 10a od nosećeg stupa je time olakšano.

Claims (8)

1. Uređaj za prenaponsku zaštitu, naznačen time, koje se sastoji iz: (a) prenaponske zaštite koja ima (i) prvi terminal za spajanje, pri uporabi, sa udaljenim drugim terminalom na prvom električnom potencijalu, i (ii) treći terminal za spajanje, pri uporabi, sa udaljenim četvrtim terminalom na drugom električnom potencijalu, koji se razlikuje od navedenog prvog električnog potencijala, pri čemu, pri uporabi, prvi terminal je smješten na lokaciji koja je vertikalno niža od navedenog trećeg terminala; (b) sredstva koja su postavljena, pri djelovanju, da električki spoje prvi terminal prenaponske zaštite s navedenim drugim terminalom, a navedena sveza je tako ostvarena da se fizički raspoji od prvog terminala kao odgovor na neko unaprijed određeno neispravno stanje prenaponske zaštite, te (c) sredstva za ponovno uspotsavljanje veze koja omogućuju, nakon što je došlo da navedenog raspajanja, pouzdan električni vodički put od navedenog prvog terminala prenaponske zaštite do navedenog drugog terminala, pri čemu (d) sredstva za ponovno uspostavljanje veze su postavljena da vode sredstva za spajanje, nakon raspajanja, dalje od prenaposnke zaštite i da zaštite sredstva za vezu na mjestu koje je vertikalno niže od navedenog prvog terminala.

2. Uređaj prema zahtjevu 1, naznačen time, gdje sredstva za spajanje obuhvaćaju izolirani izduženi vodički član koji je u izravnom električnom kontaktu s prvim terminalom prenaponske zaštite dok ne dođe do raspajanja, i koji, nakon toga, uspostavlja električni kontakt sa sredstvima za ponovno uspostavljanje veze.

3. Uređaj prema zahtjevu 2, naznačen time, gdje, nakon raspajanja, sredstva za spajanje se vode kroz peti terminal koji tvori dio zaštitne strukture sredstava za ponovno uspostavljanje veze i koji je električki spojen s prvim terminalom prenaposnke zaštite, tako da kada su sredstva za usposstavljanje veze zaštićena sredstvima za ponovno uspostavljanje veze, vodljivi član je u električnom kontaktu s petim terminalom.

4. Uređaj prema zahtjevu 3, naznačen time, gdje je rigidan bar onaj dio sredstva za uspostavljanje veze koji se pruža kroz peti terminal prije raspajanja.

5. Uređaj prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, što sredstvo za spajanje ima stožastu radijalnu površinu i, nakon raspajanja, nalazi se na stožastom otvoru sredstva za ponovno spajanje, pri čemu se odgovarajući stožasti kutevi međusobno različiti.

6. Uređaj prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, gdje se navedeni drugi terminal nalazi na potencijalu zemlje i navedeni četvrti terminal tvori dio visokonaponskog električnog uređaja, gdje su sredstva za spajanje postavljena da spoje prvi terminal prenaponske zaštite sa uzemljenjem.

7. Uređaj prema bilo kojem od prethodnih zahtjeva, naznačen time, gdje prenaponska zaštita ima množinu varistorskih blokova koji su postavljeni unutar izoliranog kućišta.

8. Uređaj prema zahtjevu 7, naznačen time, gdje je vanjska strana kućišta prenaponske zaštite krilasta.