RU171093U1

RU171093U1 - ROOF MULTI-CAMERA DISCHARGE

Info

Publication number: RU171093U1
Application number: RU2016140505U
Authority: RU
Inventors: Георгий Викторович Подпоркин
Original assignee: Акционерное общество "НПО "Стример"
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-05-19

Abstract

Раскрыт шлейфовый мультикамерный разрядник, содержащий продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, основной электрод, механически соединенный с изоляционным телом в средней части изоляционного тела, и узлы крепления, расположенные на концах разрядника для прикрепления разрядника к проводу линии электропередачи. Шлейфовый разрядник также содержит промежуточные электроды, механически соединенные с изоляционным телом между основным электродом и одним или обоими концами изоляционного тела вдоль изоляционного тела. Промежуточные электроды, по меньшей мере, частично покрыты слоем диэлектрика и выходят в разрядные камеры, расположенные в диэлектрике, с образованием в них разрядных промежутков между промежуточными электродами. Разрядные камеры имеют выходные каналы, соединяющие разрядные камеры с наружной поверхностью изоляционного тела, то есть выходы на поверхность диэлектрика.A multi-chamber loop arrester is disclosed, comprising an elongated insulating body made of a dielectric, a main electrode mechanically connected to the insulating body in the middle part of the insulating body, and attachment points located at the ends of the arrester for attaching the arrester to the power line wire. The loop arrester also contains intermediate electrodes mechanically connected to the insulating body between the main electrode and one or both ends of the insulating body along the insulating body. The intermediate electrodes are at least partially covered by a dielectric layer and exit into the discharge chambers located in the dielectric, with the formation of discharge gaps in them between the intermediate electrodes. The discharge chambers have output channels connecting the discharge chambers to the outer surface of the insulating body, i.e. exits to the surface of the dielectric.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Настоящая полезная модель относится к области электротехники, в частности, к устройствам для защиты электрооборудования и несущих конструкций от грозовых перенапряжений. Полезная модель может быть использована для защиты, например, высоковольтных установок, изоляторов и других элементов высоковольтных линий электропередач, электрооборудования и других сооружений и устройств, для которых необходима грозозащита.This utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to devices for protecting electrical equipment and load-bearing structures against lightning surges. The utility model can be used to protect, for example, high-voltage installations, insulators and other elements of high-voltage power lines, electrical equipment and other structures and devices for which lightning protection is required.

Уровень техникиState of the art

Из патента RU 2096882 известен длинноискровой разрядник, предназначенный для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник содержит изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, продольный электрод, размещенный внутри изоляционного тела, и основной электрод, механически связанный с изоляционным телом. Продольный электрод электрически соединяется с одним из элементов электрооборудования, а основной электрод с другим элементом электрооборудования. Одним из элементов электрооборудования может быть провод высоковольтной линии электропередачи, а другим элементом может быть, например, опора этой линии электропередачи (или наоборот). Между указанными элементами электрооборудования нет электрического соединения и, кроме того, обычно наблюдается разность потенциалов. В преимущественном варианте основной электрод соединяется с соответствующим элементом электрооборудования (например, опорой) посредством искрового промежутка.From the patent RU 2096882 a long-spark gap is known for lightning protection of electrical components or power lines. The arrester contains an insulating body made of a dielectric, a longitudinal electrode located inside the insulating body, and a main electrode mechanically connected to the insulating body. The longitudinal electrode is electrically connected to one of the elements of electrical equipment, and the main electrode with another element of electrical equipment. One of the elements of electrical equipment can be a wire of a high-voltage power line, and the other element can be, for example, the support of this power line (or vice versa). There is no electrical connection between these elements of electrical equipment and, in addition, a potential difference is usually observed. In an advantageous embodiment, the main electrode is connected to the corresponding element of electrical equipment (for example, a support) through a spark gap.

При воздействии перенапряжения на провод высоковольтной линии продольный электрод, подключенный к проводу, получает высокий потенциал. Вследствие сильной емкостной связи между продольным электродом и основным электродом последний также приобретает высокий потенциал. Опора линии электропередачи имеет нулевой потенциал, т.к. опора заземлена. Между основным электродом и опорой возникает разность потенциалов (высокое напряжение), под действием которой искровой воздушный промежуток пробивается, так что основной электрод приобретает нулевой потенциал (потенциал земли). После этого все перенапряжение оказывается приложенным между продольным электродом и основным электродом. Под действием этого перенапряжения по поверхности изоляционного тела в одну или в обе стороны, в зависимости от величины перенапряжения, развиваются каналы скользящего разряда.When exposed to overvoltage on a wire of a high voltage line, a longitudinal electrode connected to the wire gains high potential. Due to the strong capacitive coupling between the longitudinal electrode and the main electrode, the latter also acquires high potential. The power transmission pylon has zero potential, as the support is grounded. A potential difference (high voltage) arises between the main electrode and the support, under the influence of which a spark air gap breaks through, so that the main electrode acquires zero potential (earth potential). After this, all overvoltage is applied between the longitudinal electrode and the main electrode. Under the action of this overvoltage on the surface of the insulating body in one or both directions, depending on the magnitude of the overvoltage, channels of a sliding discharge develop.

Длина искрового перекрытия разрядника, по которому развивается скользящий разряд (т.е. поверхность изоляционного тела), в соответствии с RU 2096882, имеет большую величину, чем длина искрового перекрытия защищаемого электрооборудования, т.е. расстояния между элементами электрооборудования, с которыми соединяется (электрически прямо или через искровой промежуток) разрядник.The length of the spark gap of the arrester along which a sliding discharge develops (i.e., the surface of the insulating body), in accordance with RU 2096882, has a larger value than the length of the spark overlap of the protected electrical equipment, i.e. the distance between the elements of electrical equipment with which the arrester is connected (electrically directly or through the spark gap).

Представленный в патенте RU 2096882 разрядник представляет собой конструкцию, применение которой ограничено линиями электропередачи на 6-10 кВ. При больших напряжениях линий электропередачи длина искрового перекрытия разрядника становится чрезмерно большой, в связи с чем увеличивается как длина, так и масса разрядника. Например, для линий электропередачи на 110 кВ длина шлейфового разрядника должна быть более 15 м, что значительно усложняет изготовление, транспортировку и монтаж таких разрядников, а также накладывает серьезные требования к материалам, из которых изготавливается разрядник, а также к конструкции элементов крепления.The arrester presented in the patent RU 2096882 is a construction, the use of which is limited by power lines by 6-10 kV. At high voltage transmission lines, the length of the spark gap of the arrester becomes excessively large, and therefore both the length and mass of the arrester increase. For example, for 110 kV power lines, the length of the loop arrester should be more than 15 m, which greatly complicates the manufacture, transportation and installation of such arrester, as well as imposes serious requirements on the materials from which the arrester is made, as well as on the design of the fastening elements.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности использования шлейфового разрядника на линиях электропередачи с высокими напряжениями, в частности, 110 кВ и выше.The objective of this utility model is to provide the possibility of using a loop arrester on power lines with high voltages, in particular, 110 kV and higher.

Указанная задача решается с помощью шлейфового разрядника, предназначенного для грозозащиты линии электропередачи и прикрепляемого к проводу линии электропередачи. Разрядник содержит продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, основной электрод, механически соединенный с изоляционным телом в средней части изоляционного тела, и узлы крепления, расположенные на концах разрядника для прикрепления разрядника к проводу линии электропередачи.This problem is solved using a loop arrester designed for lightning protection of the power line and attached to the wire of the power line. The arrester contains an elongated insulating body made of a dielectric, a main electrode mechanically connected to the insulating body in the middle part of the insulating body, and attachment points located at the ends of the arrester for attaching the arrester to the power line wire.

Шлейфовый разрядник также содержит промежуточные электроды, механически соединенные с изоляционным телом между основным электродом и одним или обоими концами изоляционного тела вдоль изоляционного тела. Промежуточные электроды, по меньшей мере, частично покрыты слоем диэлектрика и выходят в разрядные камеры, расположенные в диэлектрике, с образованием в них разрядных промежутков между промежуточными электродами. Разрядные камеры имеют выходные каналы, соединяющие разрядные камеры с наружной поверхностью изоляционного тела, то есть выходы на поверхность диэлектрика.The loop arrester also contains intermediate electrodes mechanically connected to the insulating body between the main electrode and one or both ends of the insulating body along the insulating body. The intermediate electrodes are at least partially covered by a dielectric layer and exit into the discharge chambers located in the dielectric, with the formation of discharge gaps in them between the intermediate electrodes. The discharge chambers have output channels connecting the discharge chambers to the outer surface of the insulating body, i.e. exits to the surface of the dielectric.

Для обеспечения эффективных разрядов, при которых продукты разряда выбрасываются из разрядных камер, площади продольных сечений выходных каналов из разрядных камер (то есть величины, соответствующие перемноженным длине выхода на его ширину) должны быть больше площадей разрядных промежутков (то есть величин, соответствующих перемноженным длинам разрядных промежутков на их ширины). При таких условиях в разрядных камерах при разрядах будет формироваться повышенное давление, которое будет выбрасывать продукты разрядов из разрядных камер.To ensure effective discharges in which discharge products are ejected from the discharge chambers, the area of the longitudinal sections of the output channels from the discharge chambers (i.e., values corresponding to the multiplied output length to its width) should be larger than the areas of the discharge gaps (i.e., values corresponding to the multiplied discharge lengths gaps on their width). Under such conditions, increased pressure will form in the discharge chambers during the discharges, which will eject the products of the discharges from the discharge chambers.

Узлы крепления преимущественно выполнены с использованием стальных элементов. В предпочтительном варианте выполнения разрядник содержит два концевых электрода, размещенных на концах изоляционного тела, причем промежуточные электроды размещены между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами. Узлы крепления могут быть размещены на концевых электродах. Концевые электроды могут быть выполнены в виде металлических, например, дюралевых стаканов, внутренний размер которых обеспечивает возможность введения в них концов изоляционного тела. Между концевыми электродами и изоляционным телом преимущественно размещены прокладки. Основной электрод может быть выполнен в виде трубки.The attachment points are mainly made using steel elements. In a preferred embodiment, the arrester comprises two end electrodes located at the ends of the insulating body, the intermediate electrodes being located between the main electrode and one or both end electrodes. Fasteners can be placed on the end electrodes. The end electrodes can be made in the form of metal, for example, duralumin glasses, the inner size of which provides the possibility of introducing the ends of the insulating body into them. Between the end electrodes and the insulating body, spacers are advantageously disposed. The main electrode can be made in the form of a tube.

В предпочтительном варианте осуществления полезной модели разрядник содержит продольный электрод, размещенный внутри изоляционного тела. Если разрядник содержит концевые электроды, то продольный электрод может быть как электрически соединен с ними, так и не иметь с ними электрического соединения. На концах продольного электрода могут быть установлены металлические шайбы, которые охвачены концевыми электродами, если в конструкции разрядника имеются концевые электроды. Продольный электрод может быть выполнен с использованием стали. В другом варианте выполнения продольный электрод может быть выполнен в виде троса, выступающего из изоляционного тела и прикрепляемого с помощью узлов крепления к проводу линии электропередачи.In a preferred embodiment of the utility model, the arrester comprises a longitudinal electrode disposed within the insulating body. If the arrester contains end electrodes, then the longitudinal electrode can be either electrically connected to them or not have an electrical connection to them. Metal washers can be installed at the ends of the longitudinal electrode, which are covered by the end electrodes, if there are end electrodes in the arrester design. The longitudinal electrode may be made using steel. In another embodiment, the longitudinal electrode may be made in the form of a cable protruding from the insulating body and attached using attachment points to the wire of the power line.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющего продольный электрод от основного электрода, преимущественно имеет величину D>U_max/Е_пр, где D - толщина слоя изоляционного тела между продольным и основным электродами, U_max - максимальное эксплуатационное напряжение разрядника, а Е_пр - электрическая прочность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело, а толщина слоя изоляционного тела, отделяющая продольный электрод от промежуточных электродов, преимущественно имеет величину D_i>U_maXi/Е_пр, где D_i - толщина слоя изоляционного тела между продольным электродом и i-м промежуточным электродом, U_maxi - максимальное эксплуатационное напряжение между i-м промежуточным электродом и продольным электродом.The thickness of the layer of the insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode mainly has the value D> U _max / Е _CR , where D is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal and main electrodes, U _max is the maximum operational voltage of the spark gap, and E _CR is the electric strength of the insulating material of which the insulating body is made, and the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes, preferably has a value of D _i > U _maXi / Е _пр , where D _i is the thickness of the insulation layer body between the longitudinal electrode and the ith intermediate electrode, U _maxi is the maximum operating voltage between the ith intermediate electrode and the longitudinal electrode.

В предпочтительном варианте реализации изобретения толщина слоя изоляционного тела, отделяющего продольный электрод от основного электрода, имеет величину D>U_p/Е_пр, где D - толщина слоя изоляционного тела между продольным и основным электродами, U_p - разрядное напряжение между основным электродом и продольным электродом, а Е_пр - электрическая прочность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело, а толщина слоя изоляционного тела, отделяющая продольный электрод от промежуточных электродов имеет величину D_i>U_pi/Е_пр, где D_i - толщина слоя изоляционного тела между продольным электродом и i-м промежуточным электродом, U_pi - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и продольным электродом.In a preferred embodiment of the invention, the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode is D> U _p / Е _CR , where D is the thickness of the layer of insulating body between the longitudinal and main electrodes, U _p is the discharge voltage between the main electrode and the longitudinal electrode, and E _CR is the dielectric strength of the insulating material from which the insulating body is made, and the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes is D _i > U _pi / Е _CR where D _i is the thickness of the layer of insulating body between the longitudinal electrode and the ith intermediate electrode, U _pi is the discharge voltage between the ith intermediate electrode and the longitudinal electrode.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении возможности использования шлейфовых разрядников для защиты линий электропередачи с высокими рабочими напряжениями (110 кВ и выше). Достигается указанный технический результат за счет снабжения шлейфового разрядника множеством разрядных камер, в которых происходит расходование энергии перенапряжения на выброс продуктов разряда из разрядных камер. Кроме того, обеспечена надежная работа разрядника при защите электрооборудования, например, такого как линии электропередачи, при требуемом эксплуатационном напряжении электрооборудования (т.е. номинальном напряжении разрядника). Также обеспечиваются необходимые прочностные характеристики для обеспечения длительной работоспособности разрядника, в том числе в случае нескольких грозовых разрядов.The technical result of the utility model is to provide the possibility of using stub arrester to protect power lines with high operating voltages (110 kV and above). This technical result is achieved by supplying a stub arrester with a plurality of discharge chambers, in which overvoltage energy is used to discharge the discharge products from the discharge chambers. In addition, reliable operation of the arrester is ensured when protecting electrical equipment, for example, such as power lines, at the required operating voltage of the electrical equipment (i.e., rated voltage of the arrester). The necessary strength characteristics are also provided to ensure the long-term performance of the arrester, including in the case of several lightning discharges.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показана часть линии электропередачи, снабженной шлейфовым мультикамерным разрядником в соответствии с настоящим изобретением.In FIG. 1 shows a portion of a power line equipped with a loop multicamera arrester in accordance with the present invention.

На фиг. 2 показана часть шлейфового мультикамерного разрядника в разрезе.In FIG. 2 shows a part of a loop multicameral arrester in section.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Далее подробно описывается шлейфовый мультикамерный разрядник в соответствии с настоящей полезной моделью, предназначенный для грозозащиты электрооборудования, такого как линии электропередачи. Как показано на фиг. 1, шлейфовый мультикамерный разрядник 4 подвешивается к проводу 3 линии электропередачи с помощью крепежных узлов 5, расположенных на концах разрядника 4. Провод 3 подвешивается с помощью изолятора 2 к траверсе 1 (верхней) опоры линии электропередачи. На другой траверсе 1 (нижней) опоры размещен опорный электрод 7, предназначенный для формирования искрового промежутка с основным электродом 6 разрядника 4. Разрядник 4 содержит продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, основной электрод 6, механически соединенный с изоляционным телом в средней части изоляционного тела, и узлы крепления 5, расположенные на концах разрядника для прикрепления разрядника к проводу 3 линии электропередачи.The following describes in detail a loop multicamera arrester in accordance with this utility model, intended for lightning protection of electrical equipment, such as power lines. As shown in FIG. 1, a loop multicamera arrester 4 is suspended from the wire 3 of the power line by means of fastening nodes 5 located at the ends of the arrester 4. Wire 3 is suspended by means of an insulator 2 to the crossarm 1 (upper) of the power line support. On the other traverse 1 (lower) of the support there is a reference electrode 7, designed to form a spark gap with the main electrode 6 of the arrester 4. The arrester 4 contains an elongated insulating body made of a dielectric, the main electrode 6, mechanically connected to the insulating body in the middle part of the insulating body , and attachment points 5 located at the ends of the arrester for attaching the arrester to the wire 3 of the power line.

Основной электрод расположен преимущественно в средней части изоляционного тела, т.е. не на его концах. Изоляционное тело может быть выполнено как из полимерного диэлектрического материала (например из полиэтилена), так и из других видов материалов. Основной электрод предпочтительно выполнен в виде охватывающей изоляционное тело металлической трубки или закрепленной на изоляционном теле пластины.The main electrode is located mainly in the middle part of the insulating body, i.e. not at its ends. The insulating body can be made both from a polymer dielectric material (for example, from polyethylene), and from other types of materials. The main electrode is preferably made in the form of a metal tube covering the insulating body or a plate fixed to the insulating body.

Узлы крепления преимущественно выполнены с использованием стальных элементов, например, в виде хомутов и/или пластин, надежно прижимающих элементы разрядника к проводу линии электропередачи. На концах изоляционного тела предпочтительно размещены концевые электроды. Концевые электроды, которые также могут называться оконцевателями, преимущественно выполнены в виде металлических (например, дюралевых) стаканов, внутренний размер которых позволяет вставлять в них концы изоляционного тела. Между концевыми электродами и изоляционным телом могут быть размещены прокладки (например, силиконовые). Оконцеватели могут быть снабжены элементами крепления или крепиться с помощью элементов крепления к проводу. В частности, концевые электроды могут содержать крепления или зацепы для закрепления или зацепления на элементах электрооборудования.The attachment nodes are mainly made using steel elements, for example, in the form of clamps and / or plates, reliably pressing the elements of the arrester to the wire of the power line. At the ends of the insulating body, end electrodes are preferably arranged. The end electrodes, which may also be called terminators, are mainly made in the form of metal (for example, duralumin) glasses, the inner size of which allows the ends of the insulating body to be inserted into them. Between the end electrodes and the insulating body, gaskets (e.g. silicone) can be placed. The terminators can be equipped with fasteners or fastened using fasteners to the wire. In particular, the end electrodes may include fasteners or hooks for fixing or meshing on the elements of electrical equipment.

Разрядник, часть которого показана в разрезе на фиг. 2, также содержит промежуточные электроды 13, механически соединенные с изоляционным телом 14 между основным электродом и одним или обоими концами изоляционного тела вдоль изоляционного тела. Промежуточные электроды 13 (по меньшей мере, частично) покрыты слоем диэлектрика 14 и выходят в разрядные камеры, расположенные в диэлектрике 14, с образованием в них разрядных промежутков между промежуточными электродами 13. Разрядные камеры имеют выходные каналы, соединяющие разрядные камеры с наружной поверхностью изоляционного тела, то есть выходы на поверхность диэлектрика.The arrester, a part of which is shown in section in FIG. 2 also comprises intermediate electrodes 13 mechanically connected to the insulating body 14 between the main electrode and one or both ends of the insulating body along the insulating body. The intermediate electrodes 13 (at least partially) are coated with a dielectric layer 14 and exit into the discharge chambers located in the dielectric 14, with the formation of discharge gaps between the intermediate electrodes 13. The discharge chambers have output channels connecting the discharge chambers to the outer surface of the insulating body , i.e. exits to the surface of the dielectric.

Для обеспечения эффективных разрядов 9, при которых продукты разряда выбрасываются из разрядных камер, площади продольных сечений выходных каналов из разрядных камер (то есть величины, соответствующие перемноженным длине выхода на его ширину) должны быть больше площадей разрядных промежутков (то есть величин, соответствующих перемноженным длинам разрядных промежутков на их ширины). При таких условиях в разрядных камерах при разрядах будет формироваться повышенное давление, которое будет выбрасывать продукты разрядов из разрядных камер.To ensure effective discharges 9, in which the discharge products are ejected from the discharge chambers, the area of the longitudinal sections of the output channels from the discharge chambers (i.e., values corresponding to the multiplied output length to its width) should be larger than the areas of the discharge gaps (i.e., values corresponding to the multiplied lengths discharge gaps on their width). Under such conditions, increased pressure will form in the discharge chambers during the discharges, which will eject the products of the discharges from the discharge chambers.

В том случае, если разрядник содержит два концевых электрода, размещенных на концах изоляционного тела, промежуточные электроды размещены между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами. Промежуточные электроды преимущественно расположены в одной из частей изоляционного тела со стороны одного из концов изоляционного тела, а на другой части изоляционного тела (предпочтительно в средней части) размещен основной электрод. Площадь основного электрода преимущественно больше площади какого-либо промежуточного электрода, что обеспечивает возможность установки грозозащитного устройства около защищаемого электрооборудования с относительно большим допуском, обеспечиваемым тем, что основной электрод имеет относительно большую длину.In the event that the arrester contains two end electrodes located at the ends of the insulating body, intermediate electrodes are placed between the main electrode and one or both end electrodes. The intermediate electrodes are preferably located in one of the parts of the insulating body on the side of one of the ends of the insulating body, and on the other part of the insulating body (preferably in the middle part) the main electrode is placed. The area of the main electrode is predominantly larger than the area of any intermediate electrode, which makes it possible to install a lightning protection device near the protected electrical equipment with a relatively large tolerance, provided that the main electrode has a relatively large length.

При защите электрооборудования, например, линий электропередачи, устройство соединяется с элементом оборудования, например с опорой линии электропередачи, непосредственно или через искровой разрядный промежуток (второй вариант показан на фиг. 1). В связи с этим обеспечить касание опоры или образование с ней искрового промежутка более длинным основным электродом можно значительно проще и в большем диапазоне положений, чем с помощью короткого основного электрода.When protecting electrical equipment, for example, power lines, the device connects to a piece of equipment, for example, with the support of a power line, directly or through a spark discharge gap (the second option is shown in Fig. 1). In this regard, it is much easier to ensure that the support touches or forms a spark gap with it with the longer main electrode and in a wider range of positions than with the help of the short main electrode.

Разрядник также может содержать продольный (например, стержневой или в форме проволоки или троса) электрод 11 (см. фиг. 2), размещенный внутри изоляционного тела 14. Продольный электрод преимущественно электрически соединяется с проводом линии электропередачи, а основной электрод с опорой линии электропередачи. Соединение как продольного электрода, так и основного электрода с соответствующими элементами электрооборудования может осуществляться как непосредственно (прямо), так и посредством других электродов, разрядных промежутков и/или емкостной (электромагнитной) связи (для разрядников, применяемых для защиты электрооборудования с переменным током/напряжением).The arrester can also contain a longitudinal (for example, rod or in the form of a wire or cable) electrode 11 (see Fig. 2) located inside the insulating body 14. The longitudinal electrode is mainly electrically connected to the wire of the power line, and the main electrode with the support of the power line. The connection of both the longitudinal electrode and the main electrode with the corresponding elements of electrical equipment can be carried out either directly (directly) or by other electrodes, discharge gaps and / or capacitive (electromagnetic) coupling (for arresters used to protect electrical equipment with alternating current / voltage )

Продольный электрод может быть отделен от концевых электродов, если они предусмотрены в конструкции, слоем изоляции или искровым промежутком, однако в предпочтительном варианте продольный электрод электрически соединен с концевыми электродами. В частности, на концах продольного электрода могут быть установлены (например, приварены) металлические шайбы или бобышки, которые охватываются концевыми электродами, например, в форме металлических стаканов, выполняющих роль оконцевателей. Помимо охвата концевыми электродами шайб или бобышек, например, путем обжатия, преимущественно частично охватывается и изоляционное тело. При необходимости оконцеватели могут быть выполнены и в другой форме, в которой продольный электрод соединяется непосредственно с оконцевателем.The longitudinal electrode may be separated from the end electrodes, if provided in the structure, by an insulation layer or a spark gap, however, in a preferred embodiment, the longitudinal electrode is electrically connected to the end electrodes. In particular, metal washers or bosses can be mounted (for example, welded) at the ends of the longitudinal electrode, which are covered by the end electrodes, for example, in the form of metal cups that act as terminators. In addition to covering the end electrodes of the washers or bosses, for example, by crimping, the insulating body is also partially partially covered. If necessary, the terminals can be made in another form, in which the longitudinal electrode is connected directly to the terminal.

В предпочтительном варианте выполнения продольный электрод выполнен в виде троса, выступающего из изоляционного тела и прикрепляемого с помощью узлов крепления к проводу линии электропередачи. В этом случае продольный электрод обладает некоторой гибкостью и повышенной прочностью, которые полезны для надежного функционирования шлейфового разрядника. В преимущественном варианте выполнения продольный электрод выполнен с использованием стали.In a preferred embodiment, the longitudinal electrode is made in the form of a cable protruding from the insulating body and attached using attachment points to the wire of the power line. In this case, the longitudinal electrode has some flexibility and increased strength, which are useful for the reliable operation of the loop arrester. In an advantageous embodiment, the longitudinal electrode is made using steel.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющего продольный электрод от основного электрода, преимущественно имеет величинуThe thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode, mainly has the value

D>U_max/Е_пр,D> U _max / E _ol ,

где D - толщина слоя изоляционного тела между продольным и основным электродами, U_max - максимальное номинальное напряжение разрядника (т.е., по сути, максимальное эксплуатационное напряжение между основным электродом и продольным электродом, для переменного тока/напряжения U_max соответствует амплитуде напряжения), а Е_пр - электрическая прочность (пробивная напряженность) изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело. Благодаря такому выбору толщины слоя изоляционного тела обеспечивается возможность эксплуатации разрядника при эксплуатационном напряжении защищаемого электрооборудования, поскольку даже при максимальных (амплитудных) эксплуатационных напряжениях не происходит пробоя изоляционного тела.where D is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal and main electrodes, U _max is the maximum rated voltage of the spark gap (i.e., in fact, the maximum operating voltage between the main electrode and the longitudinal electrode, for AC / voltage U _max corresponds to the voltage amplitude) , and E _CR - electric strength (breakdown tension) of the insulating material from which the insulating body is made. Thanks to this choice of the thickness of the layer of the insulating body, it is possible to operate the arrester at the operating voltage of the protected electrical equipment, since even at maximum (amplitude) operating voltages, breakdown of the insulating body does not occur.

В преимущественном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющего продольный электрод от основного электрода, имеет величинуIn an advantageous embodiment, the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode is

D>U_p/E_пр,D> U _p / E _ol ,

где U_p - разрядное напряжение между основным электродом и продольным электродом, т.е. напряжение, при котором происходит развитие разряда (остальные обозначения соответствуют вышеприведенным). Благодаря такому выбору толщины слоя изоляционного тела обеспечивается возможность длительной эксплуатации разрядника даже при многократных разрядах перенапряжений (в том числе грозовых), поскольку при напряжениях разряда не происходит пробоя изоляционного тела.where U _p is the discharge voltage between the main electrode and the longitudinal electrode, i.e. voltage at which the discharge develops (other designations correspond to the above). Owing to this choice of the thickness of the layer of the insulating body, it is possible to use the spark gap for a long time even with repeated overvoltage discharges (including lightning), since the breakdown of the insulating body does not occur at discharge voltages.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющая продольный электрод от промежуточных электродов может иметь величинуThe thickness of the layer of the insulating body separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes may be

D_i>U_maxi/E_пр,D _i > U _maxi / E _ol ,

где D_i - толщина слоя изоляционного тела между продольным электродом и i-м промежуточным электродом, U_maxi - максимальное эксплуатационное напряжение между i-м промежуточным электродом и продольным электродом, а Е_пр - электрическая прочность (пробивная напряженность) изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело. При таких соотношениях обеспечивается возможность эксплуатации электрооборудования и разрядника при эксплуатационном напряжении без пробоя изоляционного тела.where D _i is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal electrode and the i-th intermediate electrode, U _maxi is the maximum operational voltage between the i-th intermediate electrode and the longitudinal electrode, and E _CR is the electric strength (breakdown strength) of the insulation material from which insulating body. With these ratios, it is possible to operate electrical equipment and a spark gap at an operating voltage without breakdown of the insulating body.

В предпочтительном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющая продольный электрод от промежуточных электродов должна иметь величинуIn a preferred embodiment, the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes should be

D_i>U_pi/Е_пр,D _i > U _pi / E _ol ,

где U_pi - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и продольным электродом, т.е. напряжение, при котором происходит развитие разряда между i-м промежуточным электродом и соседним промежуточным электродом или основным электродом или концевым электродом (остальные обозначения соответствуют вышеприведенным). При таких соотношениях обеспечивается возможность длительной эксплуатации разрядника даже при многократных разрядах перенапряжений (в том числе грозовых), поскольку при напряжениях разряда не происходит пробоя изоляционного тела.where U _pi is the discharge voltage between the ith intermediate electrode and the longitudinal electrode, i.e. the voltage at which the discharge develops between the ith intermediate electrode and the adjacent intermediate electrode or the main electrode or end electrode (the remaining designations correspond to the above). With these ratios, it is possible to use the arrester for a long time even with multiple overvoltage discharges (including lightning), since at the discharge voltages there is no breakdown of the insulating body.

В некоторых вариантах разрядник, как показано на фиг. 2, может иметь дополнительный слой 12 диэлектрика между продолговатым электродом 11 и диэлектриком 14. Этот слой 12 может использоваться для увеличения общей толщины слоя диэлектрика, необходимой для обеспечения функционирования разрядника в соответствии с вышеприведенными соотношениями. Для различных участков разрядника этот слой 12 и/или слой 14 могут иметь различающиеся толщины и/или диэлектрические свойства. Слой 12 или его часть, например, может быть выполнен полупроводящим, то есть имеющим удельное сопротивление меньше, чем слой 14. Это будет обеспечивать более равномерное распределение напряженности поля вдоль поверхности электрода 11 и предотвращать локальные пробои.In some embodiments, a spark gap, as shown in FIG. 2, may have an additional dielectric layer 12 between the elongated electrode 11 and the dielectric 14. This layer 12 can be used to increase the total thickness of the dielectric layer necessary to ensure the operation of the arrester in accordance with the above ratios. For different areas of the arrester, this layer 12 and / or layer 14 may have varying thicknesses and / or dielectric properties. Layer 12 or part thereof, for example, can be made semi-conducting, that is, having a resistivity less than layer 14. This will provide a more uniform distribution of field strength along the surface of electrode 11 and prevent local breakdowns.

Разрядник со продольным электродом может изготавливаться следующим образом. Сначала подготавливают продольный электрод, роль которого может выполнять металлический пруток, путем очистки и выравнивания поверхности электрода. Далее на электрод наносят один или несколько слоев диэлектрика, формируя тем самым изоляционное тело.A spark gap with a longitudinal electrode can be made as follows. First, prepare a longitudinal electrode, the role of which can be performed by a metal bar, by cleaning and leveling the surface of the electrode. Next, one or more layers of the dielectric are applied to the electrode, thereby forming an insulating body.

Продольный электрод может быть изготовлен из медного или алюминиевого сплава. В этом случае продольный электрод будет обладать относительно высокой электрической проводимостью и обеспечивать удобство формирования на нем изоляционного тела в связи с относительно высокой пластичностью и относительно низкой температурой плавления указанных материалов. Недостатком изготовления продольного электрода из сплавов меди или алюминия является недостаточная механическая прочность электрода при дальнейшей эксплуатации грозозащитного разрядника, в составе которого используется такой разрядный элемент, что может вызывать нежелательную деформацию электрода.The longitudinal electrode may be made of copper or aluminum alloy. In this case, the longitudinal electrode will have a relatively high electrical conductivity and provide the convenience of forming an insulating body on it due to the relatively high ductility and relatively low melting point of these materials. The disadvantage of manufacturing a longitudinal electrode from copper or aluminum alloys is the insufficient mechanical strength of the electrode during further operation of a lightning protection arrester, which includes such a discharge element that can cause unwanted deformation of the electrode.

Продольный электрод также может быть изготовлен с использованием стали различных сплавов. В таком случае обеспечивается высокая механическая прочность электрода при эксплуатации грозозащитного разрядника, в результате чего удается избежать нежелательных деформаций электрода, сохраняя тем самым работоспособность разрядника в течение длительного времени эксплуатации.The longitudinal electrode can also be made using steel of various alloys. In this case, high mechanical strength of the electrode is ensured during operation of the lightning protection arrester, as a result of which it is possible to avoid undesirable deformations of the electrode, thereby maintaining the operability of the arrester for a long time of operation.

Однако для стального продольного электрода будет наблюдаться усложнение формирования на нем изоляционного тела в связи с тем, что экономически обоснованным является изготовление длинномерных изделий, представляющих собой продольный электрод с нанесенным на него изоляционным телом, которые уже после стадии изготовления делятся, например, путем разрезания, на разрядные элементы относительно небольшой длины, далее применяемые в грозорязрядниках. Поскольку изделия на стадии изготовления имеют большую длину, то их необходимо наматывать на катушку с относительно малыми радиусами изгиба, что вызывает деформацию стальным продольным электродом изоляционного тела, поскольку непосредственно после нанесения на электрод изоляционное тело еще имеет повышенную температуру, а устойчивость к механическим деформациям у изоляционного тела ниже, чем у продольного электрода, изготовленного из стали.However, for a steel longitudinal electrode, there will be a complication of the formation of an insulating body on it due to the fact that it is economically feasible to manufacture long products, which are a longitudinal electrode with an insulating body deposited on it, which are already divided, for example, by cutting, into discharge elements of relatively short length, further used in lightning arresters. Since the products at the manufacturing stage have a large length, they must be wound on a coil with relatively small bending radii, which causes deformation by the steel longitudinal electrode of the insulating body, since immediately after application to the electrode the insulating body still has a higher temperature, and the resistance to mechanical deformations of the insulating bodies are lower than that of a longitudinal electrode made of steel.

В еще одном варианте разрядный элемент, состоящий из продольного электрода и изоляционного тела, может быть изготовлен путем формирования изоляционного тела на медном или алюминиевом продольном электроде, после чего из изоляционного тела извлекают медный или алюминиевый продольный электрод и вводят в него стальной продольный электрод. Благодаря такому способу формирования изоляционного тела обеспечивается, с одной стороны, пластичность разрядного элемента в процессе изготовления, и, с другой стороны, заданные прочностные механические и электрические характеристики разрядного элемента после завершения его изготовления.In yet another embodiment, a discharge element consisting of a longitudinal electrode and an insulating body can be manufactured by forming an insulating body on a copper or aluminum longitudinal electrode, after which a copper or aluminum longitudinal electrode is removed from the insulating body and a steel longitudinal electrode is inserted into it. Thanks to this method of forming an insulating body, on the one hand, the plasticity of the discharge element is ensured during the manufacturing process, and, on the other hand, the specified mechanical and electrical strength characteristics of the discharge element after completion of its manufacture are ensured.

Защита электрооборудования от грозовых перенапряжений при использовании описанного устройства осуществляется следующим образом. При попадании молнии 8 (см. фиг. 1) в линию электропередачи, в частности, в провод 3, происходит последовательное импульсное перекрытие разрядных камер, в результате чего из них выходят разряды 9. После импульсного перекрытия разрядных камер и отекания тока молнии через канал разряда 10, электрод 10 и траверсу 1 опору в землю, продолжается нормального режима работы линии без ее отключения.Protection of electrical equipment from lightning surges when using the described device is as follows. When lightning 8 (see Fig. 1) gets into the power line, in particular, to wire 3, a sequential pulse overlap of the discharge chambers occurs, as a result of which discharges come out 9. After a pulse overlap of the discharge chambers and the lightning current flows through the discharge channel 10, the electrode 10 and the traverse 1 support in the ground, the normal operation of the line continues without disconnecting it.

В том случае, если продольный электрод отсутствует, то перекрытие разрядных промежутков между промежуточными электродами и другими электродами и элементами грозозащитного устройства происходит не за счет эффекта скользящего разряда, а за счет превышения напряжения между электродами предела, при котором происходит пробой разрядного промежутка в разрядной камере. При воздействии импульса перенапряжения на линию электропередачи (ее провод) сначала разряд развивается от узла крепления, соединенного с проводом, через промежуточные электроды (последовательно пробивая промежутки между ними в разрядных камерах) к основному электроду и далее пробивается искровой разрядный промежуток между основным электродом и заземленным элементом линии электропередачи (опорой). Таким образом, происходит каскадное, т.е. последовательное перекрытие промежутков между промежуточными электродами с образованием дуговых разрядов (дуг) разрядных камерах. Благодаря каскадности срабатывания разрядных промежутков обеспечивается низкое разрядное напряжение срабатывания грозозащитного устройства в целом.In the event that a longitudinal electrode is absent, then the discharge gaps between the intermediate electrodes and other electrodes and elements of the lightning protection device do not overlap due to the effect of a sliding discharge, but because the voltage between the electrodes exceeds the limit at which breakdown of the discharge gap in the discharge chamber occurs. When an overvoltage pulse acts on a power line (its wire), the discharge initially develops from the attachment point connected to the wire through intermediate electrodes (sequentially punching the gaps between them in the discharge chambers) to the main electrode and then a spark discharge gap breaks out between the main electrode and the grounded element power lines (pylon). Thus, cascading, i.e. successive overlapping of the gaps between the intermediate electrodes with the formation of arc discharges (arcs) of the discharge chambers. Due to the cascade of operation of the discharge gaps, a low discharge voltage of the operation of the lightning protection device as a whole is ensured.

Промежуточные электроды и разрядные камеры могут располагаться на изоляционном теле последовательно на расстоянии друг от друга и по прямой линии. Также возможен вариант исполнения, в котором промежуточные электроды расположены на изоляционном теле по спирали (т.е. со смещением в окружном направлении друг относительно). Такое расположение дает возможность разместить на грозозащитном устройстве большее число промежуточных электродов, чем в варианте без смещения по окружности, и тем самым дополнительно улучшить дугогасящую способность грозозащитного устройства за счет увеличения количества промежутков, на которые разбивается дуга.Intermediate electrodes and discharge chambers can be located on the insulating body sequentially at a distance from each other and in a straight line. An embodiment is also possible in which the intermediate electrodes are arranged in a spiral fashion on the insulating body (i.e., offset relative to each other in the circumferential direction). This arrangement makes it possible to place a larger number of intermediate electrodes on the lightning protection device than in the non-circumferential variant, and thereby further improve the arcing ability of the lightning protection device by increasing the number of gaps into which the arc is divided.

Поскольку разрядный промежуток вдоль изоляционного тела с помощью промежуточных электродов разбит на множество малых разрядных промежутков, они пробиваются при относительно малых напряжениях последовательно (каскадно) и формируется общий канал разряда перенапряжения на землю через множество последовательно соединенных разрядных промежутков.Since the discharge gap along the insulating body with the help of intermediate electrodes is divided into many small discharge gaps, they break through at relatively low voltages in series (cascade) and a common channel of the overvoltage discharge to the earth is formed through a number of series-connected discharge gaps.

В случае наличии в разряднике продольного электрода при появлении перенапряжения на грозозащитном устройстве оно оказывается приложено между продольным электродом и основным электродом. Благодаря наличию продольного электрода напряженность поля вблизи основного электрода значительно возрастает. Наибольшая напряженность поля наблюдается на краю основного электрода. Из-за этого при относительно низких значениях перенапряжения в воздухе около края основного электрода формируется канал скользящего разряда, поддерживаемый емкостным током и скользящий в сторону концевого электрода. При перенапряжениях с величиной, близкой к напряжению срабатывания устройства, канал разряда обычно формируется в одну из сторон устройства. При значительных перенапряжениях канал разряда развивается в обе стороны, к обоим концевым электродам.If there is a longitudinal electrode in the arrester when an overvoltage appears on the lightning protection device, it is applied between the longitudinal electrode and the main electrode. Due to the presence of a longitudinal electrode, the field strength near the main electrode increases significantly. The highest field strength is observed at the edge of the main electrode. Because of this, at relatively low overvoltage values in the air, a sliding discharge channel is formed near the edge of the main electrode, supported by a capacitive current and sliding towards the end electrode. During overvoltages with a value close to the voltage of the device, the discharge channel is usually formed on one side of the device. With significant overvoltages, the discharge channel develops in both directions, to both end electrodes.

Разрядные напряжения, необходимые для формирования скользящего разряда, являются достаточно низкими. Это означает, что при относительно небольшой величине импульса перенапряжения происходит перекрытие весьма длинного пути по поверхности диэлектрика (например, изоляционного тела). Параметры устройства выбираются таким образом, чтобы его напряжение срабатывания было меньше, чем разрядное напряжение защищаемого элемента электрооборудования, а длина пути перекрытия была намного больше длины пути перекрытия защищаемого элемента. За счет такого увеличения длины перекрытия предотвращается формирование силовой дуги промышленной частоты и исключается необходимость отключения электроэнергии, передаваемой по линии электропередачи.The discharge voltages necessary for the formation of a sliding discharge are quite low. This means that with a relatively small magnitude of the overvoltage pulse, a very long path overlaps along the surface of the dielectric (for example, an insulating body). The parameters of the device are selected so that its operating voltage is less than the discharge voltage of the protected element of electrical equipment, and the length of the overlapping path is much greater than the length of the overlapping path of the protected element. Due to this increase in the length of the overlap, the formation of a power arc of industrial frequency is prevented and the need to turn off the electricity transmitted through the power line is eliminated.

Возможны варианты, когда продольный электрод не имеет электрического соединения с узлом крепления. Например, продольный электрод может быть изолирован от оконцевателя или оконцеватели изолированы от узла крепления, или же узел крепления выполнен из диэлектрика. В таких случаях наличие продольного электрода по прежнему будет способствовать развитию скользящего разряда, так как между продольным электродом и оконцевателями или узлом крепления или заземленными элементами защищаемого электрооборудования устанавливается емкостная связь и стерневой электрод может приобретать (в т.ч. за счет токов утечки) потенциал, близкий к потенциалу земли или достаточный для развития скользящего разряда.Variants are possible when the longitudinal electrode does not have an electrical connection to the mount. For example, the longitudinal electrode may be isolated from the terminal, or the terminal is isolated from the mount, or the mount is made of a dielectric. In such cases, the presence of a longitudinal electrode will continue to contribute to the development of a sliding discharge, since a capacitive coupling is established between the longitudinal electrode and the terminators or the grounded components or the grounded elements of the protected electrical equipment and the stubble electrode can acquire potential (including due to leakage currents), close to the potential of the earth or sufficient for the development of a moving discharge.

Изготовленный в соответствии с любым из вышеописанных вариантов способа разрядный элемент может быть использован в устройстве для грозозащиты линий 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, которое представляет собой шлейфовый мультикамерный разрядник по любому из вышеописанных вариантов.A discharge element manufactured in accordance with any of the above-described variants of the method can be used in a device for lightning protection of power lines containing supports with insulators, at least one wire under electrical voltage connected to the insulators by means of fastening devices, and at least one device for lightning protection of power line elements, which is a multi-chamber loop arrester according to any of the above options.

Claims

1. A loop arrester containing an elongated insulating body made of dielectric, a main electrode mechanically connected to the insulating body in the middle part of the insulating body, attachment points located at the ends of the arrester for attaching the arrester to the power line wire, and intermediate electrodes mechanically connected to an insulating body between the main electrode and one or both ends of the insulating body along the insulating body, the intermediate electrodes at least partially along covered with a dielectric layer and exit into the discharge chambers located in the dielectric, with the formation of discharge gaps between the intermediate electrodes, the discharge chambers having output channels connecting the discharge chambers to the outer surface of the insulating body.

2. The arrester according to claim 1, characterized in that the area of the longitudinal sections of the output channels from the discharge chambers is larger than the areas of the discharge gaps.

3. The spark gap according to claim 1, characterized in that the attachment points are made using steel elements.

4. The arrester according to claim 1, characterized in that it contains two end electrodes located at the ends of the insulating body, the intermediate electrodes being placed between the main electrode and one or both end electrodes.

5. Arrester according to claim 4, characterized in that the attachment points are located on the end electrodes.

6. The spark gap according to claim 4, characterized in that the end electrodes are made in the form of metal, for example, duralumin glasses, the inner size of which provides the possibility of introducing the ends of the insulating body into them.

7. The spark gap according to claim 4, characterized in that gaskets are placed between the end electrodes and the insulating body.

8. The arrester according to claim 4, characterized in that it comprises a longitudinal electrode located inside the insulating body and electrically connected to the end electrodes.

9. The spark gap according to claim 1, characterized in that the main electrode is made in the form of a tube.

10. The arrester according to claim 1, characterized in that it comprises a longitudinal electrode located inside the insulating body.

11. The arrester according to claim 8 or 10, characterized in that metal washers are installed at the ends of the longitudinal electrode, which are covered by the end electrodes.

12. The spark gap according to claim 8 or 10, characterized in that the longitudinal electrode is made using steel.

13. The arrester according to claim 8 or 10, characterized in that the longitudinal electrode is made in the form of a cable protruding from the insulating body and made with the possibility of attachment by means of attachment points to the transmission line wire.

14. The arrester according to claim 8 or 10, characterized in that the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode has a value

D> U _max / E _ol ,

where D is the thickness of the layer of insulating body between the longitudinal and main electrodes, U _max is the maximum operational voltage of the arrester, and E _CR is the dielectric strength of the insulating material from which the insulating body is made,

moreover, the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes is

D _i > U _maxi / E _ol ,

where D _i is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal electrode and the i-th intermediate electrode, U _maxi is the maximum operational voltage between the i-th intermediate electrode and the longitudinal electrode.

15. The arrester according to claim 8 or 10, characterized in that the thickness of the layer of insulating body separating the longitudinal electrode from the main electrode has a value

D> U _p / E _ol ,

where D is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal and main electrodes, U _p is the discharge voltage between the main electrode and the longitudinal electrode, and E _CR is the dielectric strength of the insulating material from which the insulating body is made,

moreover, the thickness of the layer of insulating body, separating the longitudinal electrode from the intermediate electrodes, has a value

D _i > U _pi / E _ol ,

where D _i is the thickness of the layer of the insulating body between the longitudinal electrode and the i-th intermediate electrode, U _pi is the discharge voltage between the i-th intermediate electrode and the longitudinal electrode.