RU136928U1 - Разрядник, изолятор с разрядником и линия электропередачи, использующая данный изолятор - Google Patents

Abstract

1. Разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую из пяти или более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования под воздействием грозового перенапряжения электрического разряда между смежными электродами, причем электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела, причем, по меньшей мере, часть электродов выполнена в виде цилиндров, причем, по меньшей мере, часть торцевой поверхности каждого из указанных электродов выполнена в форме части поверхности второго порядка, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления.2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление занимает от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру.3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление имеет глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода.4. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление выполнено под углом от 0º до 50º к оси, соединяющей смежные электроды в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы разрядных камер на поверхность диэлектрика.5. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление содержит электроотрицательный материал.6. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что поверхность второго порядка представляет собой цилиндрическую повер

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Предлагаемая полезная модель относится к разрядникам высокого напряжения, изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или ошиновки электрических установок, а также линий электропередачи и электрических сетей. Полезная модель относится также к линиям электропередачи, использующим подобные изоляторы.

Уровень техники

Широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи нашел высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционной ребристой части и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции. Недостатком такого изолятора является то, что при грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между металлическими фланцами, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, которая может повредить изолятор.

В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO 2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционную часть, выполненную из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционной частью, и два или более промежуточных электродов, выполненных с возможностью формирования разряда (например, стримерного) между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, причем смежные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционной части. Разрядник по полезной модели характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционной части и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр D_k канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционной части разрядные камеры (полости), площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S<D_к·g, где g - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.

В международной заявке WO 2009120114 раскрыт высоковольтный изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционную часть, 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. Изолятор содержит мультиэлектродную систему (МЭС) из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционной частью и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС, причем МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора.

Усовершенствованием описанных технических решений является разрядник по патенту RU 111359 U1, выбранный в качестве прототипа. Электроды этого разрядника, входящие в состав МЭС, выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых имеют форму поверхностей второго порядка, например, в виде полусфер.

В ходе исследований разрядника-прототипа было выявлено, что в случае использования таких разрядников на изоляторах, предназначенных для эксплуатации на линиях электропередач с относительно невысокими рабочими напряжениями, наблюдалось ухудшение способности таких разрядников к гашению разряда после окончания импульса перенапряжения. Вследствие того, что разряд между электродами имеет большую длительность, происходит эрозия поверхностей электродов, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и скорому выходу разрядника из строя. Ввиду того, что для использования разрядника при относительно невысоких рабочих напряжениях разрядные промежутки между электродами МЭС с целью обеспечения возможности развития разряда при начале импульса перенапряжения должны быть малы, изменить расстояния между электродами в сторону увеличения, что обеспечило бы улучшение гасящей способности разрядника, не представляется возможным.

Раскрытие полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике путем улучшения способности разрядника к гашению разрядов после окончания импульса перенапряжения. Дополнительной задачей является повышение технологичности изготовления разрядника, а также увеличение надежности и срока эксплуатации разрядника и элементов электрооборудования и линий электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с полезной моделью.

Задача настоящей полезной модели решается с помощью разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую из пяти и более электродов, механически связанных с изоляционным телом. Электроды расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между смежными электродами. При этом электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела. По меньшей мере, часть электродов выполнена в виде цилиндров, причем, по меньшей мере, часть торцевой поверхности каждого из указанных электродов выполнена в форме части поверхности второго порядка.

Отличительным признаком настоящей полезной модели является то, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления.

Развития полезной модели предусматривают, что:

- по меньшей мере, одно углубление занимает от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру;

- по меньшей мере, одно углубление имеет глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода;

- по меньшей мере, одно углубление выполнено под углом от 0 до 50 градусов к оси, соединяющей смежные электроды в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы разрядных камер на поверхность диэлектрика;

- по меньшей мере, одно углубление содержит электроотрицательный материал;

- поверхности второго порядка могут представлять собой цилиндрическую поверхность, коническую поверхность, поверхность вращения, сферическую поверхность, параболическую поверхность, гиперболическую поверхность или эллиптическую поверхность;

- изоляционное тело выполнено из твердого диэлектрика или из полимерного материала, например, из силикона;

- изоляционное тело выполнено в виде бруска, ленты или цилиндра;

- изоляционное тело выполнено в виде кольца, причем электроды установлены в секторе не более 350°.

Задачу настоящей полезной модели решает также изолятор, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, для крепления провода в электроустановке или на линии электропередачи. Такой изолятор содержит 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 проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды.

Отличительным признаком изолятора является то, что он содержит разрядник в соответствии с любым 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 настоящей полезной модели решается также с помощью линии электропередачи, содержащей опоры, изоляторы и, по меньшей мере, один электрический провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры изоляторов, каждый из которых закреплен на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой.

Отличительным признаком указанной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный выше, то есть используется для крепления провода в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, содержит 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 проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды. При этом изолятор содержит разрядник в соответствии с любым 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.

Применение в линии электропередачи изоляторов, содержащих вышеописанный разрядник, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии электропередачи.

Таким образом, техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике. Увеличение срока службы происходит за счет снижения междуэлектродной емкости в результате уменьшения площади поверхности электродов, на которой осуществляется разряд грозового перенапряжения, что приводит к улучшению способности разрядника к гашению разрядов после окончания импульса перенапряжения. Указанный результат позволяет увеличить надежность и срок эксплуатации разрядника, а также изолятора и линии электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с полезной моделью. В совокупности отмеченные преимущества снижают затраты на обслуживание и эксплуатацию линий электропередач и их электрооборудования. Кроме того, благодаря тому, что задача настоящей полезной модели решается за счет выполнения в электродах углублений, достигается высокая технологичность изготовления разрядника, поскольку способы выполнения углублений хорошо известны и широко применяются в уровне техники.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен разрядник в разрезе.

На фиг.2 представлен изолятор с установленным на нем разрядником по фиг 1.

На фиг.3 представлена часть линии электропередачи, в которой использованы изоляторы по фиг.2.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитий

На фиг.1 показано изоляционное тело 1 и мультиэлектродная система, состоящая из m (m≥5) электродов 2, механически связанных с изоляционным телом 1. Смежные электроды выходят в разрядные камеры 3. Электроды 2 выполнены в виде цилиндров. На торцевых поверхностях электродов 2 выполнены углубления 4.

Электроды 2 расположены с обеспечением возможности формирования электрического разряда между смежными электродами, под воздействием грозового перенапряжения между элементами электрооборудования или линии электропередачи, защищаемыми разрядником.

В разряднике согласно настоящей полезной модели электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1 и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды 2 выходят в разрядные камеры 3, выходящие на поверхность изоляционного тела 1. Электроды 2 выполнены в виде цилиндров, причем торцевые поверхности каждого из указанных электродов 2 выполнены в форме поверхности второго порядка, в данном случае в форме сферической поверхности. Поверхности второго порядка могут также представлять собой любой из следующих вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность. Благодаря такому исполнению разрядные промежутки между электродами 2 в разрядных камерах 3 увеличиваются в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам разрядных камер 3 на поверхность изоляционного тела 1, а длина поверхности электрода 2 в направлении от минимального расстояния между электродами 2 к выходу из разрядной камеры 3 превышает минимальное расстояние между электродами 2 в три и более раз.

Такое выполнение разрядных камер обеспечивает формирование разряда с дугой, которая исходит из разных участков поверхностей электродов, поскольку при начале разряда, который начинается между смежными электродами в той части поверхностей электродов, которые имеют минимальное расстояние между электродами, в разрядной камеры происходит повышение давления, которое выталкивает разряд к выходу разрядной камеры на поверхность изоляционного тела. Поскольку разрядная дуга становится изогнутой и перемещается в сторону выхода разрядной камеры на поверхность изоляционного тела, то место на поверхности электродов, с которого исходит разрядная дуга, также перемещается по направлению от минимального расстояния между электродами к выходу из разрядной камеры. Увеличенное расстояние между теми местами на поверхностях электродов, с которых начинается дуга, обуславливает необходимость увеличения напряжения для поддержания дуги, которое обеспечивается импульсом грозового перенапряжения, начинающимся с малых значений напряжения и развивающимся до больших.

Отличительным признаком настоящей полезной модели является то, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления 4.

Желательно, чтобы, по меньшей мере, одно углубление 4 занимало от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру. В то же время предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно углубление 4 имело глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода. Удовлетворительный результат достигается тогда, когда, по меньшей мере, одно углубление 4 выполнено под углом от 0 до 50 градусов к оси, соединяющей смежные электроды 2 в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы 5 разрядных камер 3 на поверхность диэлектрика. Наилучший результат может быть достигнут в том случае, когда указанный угол составляет 25 градусов. Дополнительно повысить дугогасительную способность разрядника возможно путем размещения, по меньшей мере, в одном углублении 4 электроотрицательного материала.

При окончании импульса перенапряжения в разрядной камере 3 происходят процессы, обратные процессу развития разряда. В то же время благодаря наличию в электродах 2 углублений 4 удается снизить междуэлектродную емкость, в результате чего напряжение разрыва дуги разряда после окончания импульса грозового перенапряжения повышается. Это свойство полезно для разрядников и изоляторов, снабженных такими разрядниками, применяемых на линиях электропередачи с относительно невысокими эксплуатационными напряжениями.

Таким образом, благодаря представленной конфигурации разрядника удается обеспечить меньший износ электродов, поскольку разрядная дуга разрывается практически сразу после окончания импульса перенапряжения (точнее говоря, в ближайший момент перехода напряжения через ноль).

Изоляционное тело 1 из силикона может быть выполнено в виде ленты. В то же время изоляционное тело может быть выполнено из твердого диэлектрика, который в некоторых случаях выдерживают более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Такие изоляционные тела могут быть выполнены в виде бруска или цилиндра.

Изолятор, показанный на фиг.2 и содержит изоляционную часть 5 и арматуру в виде установленных на его концах элементов 6 и 7 арматуры, причем первый элемент 6 арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства 8 (выполненного, например, в виде двух параллельных пластин с одним или более отверстий для заведения стержневых элементов, удерживающих провод), с проводом или с арматурой предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды. Второй элемент 7 арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом 6 арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды.

Изолятор на фиг.2 содержит разрядник 9, разрез которого показан на фиг.1, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом 6 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом разрядника 9, а также вторым элементом 7 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом 2 разрядника 9.

На фиг.2 показано, что возможность формирования разрядов обеспечивается с помощью подводов 10 и 11, которые подводят электрическое напряжение от первого и второго элементов 6 и 7 арматуры к разряднику 9 на расстояние, при котором может быть сформирован разряд в случае появления перенапряжения в результате удара молнии В изоляторе, показанном на фиг.2, разрядник 9 выполнен, например, из силикона в виде кольца, охватывающего полную окружность ребра изоляционной части 5, причем выходы разрядных камер смотрят в сторону от изоляционной части 5. При таком расположении разрядника 9 на изоляционной части 5 выходы разрядных камер 3 (см. фиг.1) будут иметь слегка искаженную форму, что при экспериментальном подборе или расчете соотношения размеров разрядных камер и диаметра изоляционной части не ухудшит свойства разрядника 9, поскольку расстояние между разрядными камерами разрядника 9 не уменьшается, а расстояние между электродами 2 также может быть подобрано соответствующим. Электроды 2 разрядника 9, показанные на фиг.1, должны быть установлены в секторе не более 350°. Подводы 10 и 11 установлены предпочтительно напротив крайних электродов 2 разрядника 9.

Благодаря применению в составе изолятора разрядника 9 вышеописанной конструкции, удается увеличить надежность работы изолятора в связи с тем, что в разряднике обеспечена большая долговечность электродов.

Линия электропередачи, показанная на фиг.3 содержит опоры 12, изоляторы, собранные в колонки или гирлянды 14, и электрический провод 15, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов. Вместо гирлянд 14 изоляторов могут быть установлены одиночные изоляторы. В такой линии электропередачи 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 указанной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный на фиг.2 и описанный выше.

Применение в линии электропередачи изоляторов, содержащих вышеописанный разрядник, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии.

Claims (13)

1. Разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую из пяти или более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования под воздействием грозового перенапряжения электрического разряда между смежными электродами, причем электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела, причем, по меньшей мере, часть электродов выполнена в виде цилиндров, причем, по меньшей мере, часть торцевой поверхности каждого из указанных электродов выполнена в форме части поверхности второго порядка, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления.

2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление занимает от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру.

3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление имеет глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода.

4. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление выполнено под углом от 0º до 50º к оси, соединяющей смежные электроды в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы разрядных камер на поверхность диэлектрика.

5. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление содержит электроотрицательный материал.

6. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что поверхность второго порядка представляет собой цилиндрическую поверхность, коническую поверхность, поверхность вращения, сферическую поверхность, параболическую поверхность, гиперболическую поверхность или эллиптическую поверхность.

7. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено в виде бруска, ленты или цилиндра.

8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено в виде кольца, причем электроды установлены в секторе не более 350°.

9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено из полимерного материала.

10. Разрядник по п.9, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала использован силикон.

11. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено из твердого диэлектрика.

12. Изолятор, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, для крепления провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий 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 проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что содержит разрядник по любому из пп.1-11, 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.

13. Линия электропередачи, содержащая опоры, изоляторы и, по меньшей мере, один электрический провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры изоляторов, причем каждый изолятор закреплен на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор по п.12.

Images