RU173089U1 - Длинноискровой разрядник - Google Patents

Abstract

Раскрыт длинноискровой разрядник, содержащий продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, стержневой электрод, размещенный внутри изоляционного тела, основной электрод, механически связанный с изоляционным телом, и один или два концевых электрода, размещенных на одном или обоих концах изоляционного тела. Расстояние от основного электрода до одного или обоих концевых электрода составляет 0,05 U<L<0,6 U, где L - расстояние между основным электродом и одним или каждым из концевых электродов, м; U - эксплуатационное напряжение разрядника, кВ, а толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину D>U/Е, где D - толщина слоя изоляционного тела между стержневым и основным электродами, U- максимальное эксплуатационное напряжение разрядника, а Е- электрическая прочность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

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.

Уровень техники

Из патента RU 2096882 известен длинноискровой разрядник, предназначенный для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник содержит изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, стержневой электрод, размещенный внутри изоляционного тела, и основной электрод, механически связанный с изоляционным телом. Стержневой 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.

При воздействии перенапряжения на провод высоковольтной линии стержневой электрод, подключенный к проводу, получает высокий потенциал. Вследствие сильной емкостной связи между стержневым 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 стержневым 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.

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.

Представленный в патенте RU 2096882 разрядник представляет собой рабочую конструкцию, однако в нем отсутствуют указания на другие параметры конструкции, которые обеспечивали бы функционирование этого грозозащитного устройства в различных вариантах выполнения.

Раскрытие полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение работоспособности конструкции длинноискрового разрядника в разнообразных условиях эксплуатации и в различных применениях и конфигурациях, то есть обеспечение требуемых механических и электрических свойств, а также, при необходимости, конструктивных особенностей разрядника.

Указанная задача решается с помощью длинноискрового разрядника, предназначенного в основном для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник содержит продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, стержневой электрод, размещенный внутри изоляционного тела, и основной электрод, механически связанный с изоляционным телом. Кроме того, на одном или обоих концах изоляционного тела могут быть размещены концевые электроды. Основной электрод может быть выполнен в виде трубки, а стержневой электрод может быть выполнен с использованием стали.

Расстояние между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами вдоль изоляционного тела составляет 0,05 U^0,75<L<0,6 U^0,75, где L - расстояние между основным электродом и одним или каждым из концевых электродов вдоль изоляционного тела, м; a U - эксплуатационное напряжение разрядника, кВ (также может называться эксплуатационным напряжением). В предпочтительном варианте указанное расстояние составляет 0,06 U^0,75<L<0,5 U^0,75.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину D>U_max/Е_пр, где D - толщина слоя изоляционного тела между стержневым и основным электродами, U_max - максимальное номинальное напряжение разрядника (т.е., по сути максимальное эксплуатационное напряжение между основным электродом и стержневым электродом), а Е_пр - электрическая прочность (пробивная напряженность) изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело. В преимущественном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину D>U_p/Е_пр, где U_p - разрядное напряжение между основным электродом и стержневым электродом, т.е. напряжение, при котором происходит развитие разряда (остальные обозначения соответствуют вышеприведенным).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения разрядник может содержать промежуточные электроды, размещенные на изоляционном теле между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами. Толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов, должна иметь величину D_i>U_maxi/Е_пр, где D_i - толщина слоя изоляционного тела между стержневым электродом и i-м промежуточным электродом, U_maxi - максимальное эксплуатационное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым электродом, а Е_пр - электрическая прочность (пробивная напряженность) изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело. В предпочтительном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов должна иметь величину D_i>U_pi / Е_пр, где U_pi - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым 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).

Промежуточные электроды могут быть кольцевыми. Кольцевые промежуточные электроды могут быть выполнены в виде пружин (навиваемых) или в виде продолговатых пластин, один конец которых снабжен отверстием, в которое может вставляться другой конец пластины, причем пластины изогнуты вокруг изоляционного тела, концы пластин введены в отверстия на других концах пластин и загнуты.

Концевые электроды преимущественно выполнены в виде металлических (дюралевых) стаканов, внутренний размер которых позволяет вставлять в них концы изоляционного тела. Стержневой электрод может быть отделен от концевых электродов слоем изоляции или искровым промежутком, однако в предпочтительном варианте стержневой электрод электрически соединен с концевыми электродами. В частности, на концах стержневого электрода могут быть установлены металлические шайбы, которые охватываются концевыми электродами, например, путем обжатия. Между концевыми электродами и изоляционным телом могут быть размещены прокладки (например, силиконовые), обеспечивающие герметизацию стержневого электрода.

Концевые электроды могут содержать крепления или зацепы для закрепления или зацепления на элементах электрооборудования. Однако в предпочтительном варианте осуществления полезной модели концевые электроды вставлен в металлический (например, стальной) узел крепления, причем разрядник для этого сгибается в петлю и концевые электроды сближаются друг с другом до расстояния, на котором они размещаются в узле крепления.

В предпочтительном варианте осуществления узел крепления содержит гнездовой элемент, выполненный в виде пластины из листового металла, причем пластина с двух сторон загнута с образованием гнезд для концевых электродов разрядника, причем гнездовой элемент снабжен зажимом (зажимами) для фиксации концевых электродов. В частном случае зажимы выполнены в виде стержней с резьбой, прикрепленных к загнутым концам пластины и заведенных в отверстия, выполненные в средней части пластины. Стержни могут фиксироваться с той стороны пластины, с которой они выходят, с помощью гаек или барашков.

К гнездовому элементу в предпочтительном варианте выполнения прикреплен несущий элемент, снабженный элементом крепления. Несущий элемент, например, может быть выполнен в виде трубы, а элемент крепления может содержать стержни, снабженные резьбой, на которые может надеваться зажимная пластина, выполненная с отверстиями для пропуска стержней, снабженных резьбой. Зажимная пластина выполнена с возможностью прижимания к несущему элементу путем закручивания на стержни, снабженные резьбой, гаек или барашков. При размещении между несущим элементом и зажимной пластиной элемента электрооборудования узел крепления и соответственно разрядник может быть закреплен на элементе электрооборудования. В частном варианте несущий элемент может содержать углубление напротив зажимной пластины для более надежной фиксации.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении надежной работы 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. Кроме того, обеспечена возможность прочного, удобного и надежного закрепления разрядника на элементах защищаемого электрооборудования.

Осуществление полезной модели

Далее подробно описывается длинноискровой разрядник в соответствии с настоящей полезной моделью, предназначенный в основном для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник содержит продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, стержневой электрод, размещенный внутри изоляционного тела, и основной электрод, механически связанный с изоляционным телом. Кроме того, на одном или обоих концах изоляционного тела размещены концевые электроды. 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.

Стержневой электрод электрически соединяется с одним из элементов электрооборудования, а основной электрод с другим элементом электрооборудования. Соединение как стержневого электрода, так и основного электрода с соответствующими элементами электрооборудования может осуществляться как непосредственно (прямо), так и посредством других электродов, разрядных промежутков и/или емкостной связи (для разрядников, применяемых для защиты электрооборудования с переменным током/напряжением).

Расстояние между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами вдоль изоляционного тела составляет

0,05 U^0,75<L<0,6 U^0,75,

где L - расстояние между основным электродом и одним или каждым из концевых электродов вдоль изоляционного тела, м; a U - номинальное напряжение разрядника, кВ (также может называться эксплуатационным напряжением). В предпочтительном варианте указанное расстояние составляет

0,06 U^0,75<L<0,5 U^0,75

Соблюдение указанных расстояний обеспечивает работоспособность разрядника в соответствии с полезной моделью, то есть при таких размерах при номинальном (эксплуатационном) напряжении не происходит разрядов, что означает то, что электрооборудование при таком напряжении может надежно эксплуатироваться. В то же время указанные размеры обеспечивают защиту от перенапряжений (например, грозовых), поскольку обеспечивают возможность разряда таких перенапряжений. Эти условия обеспечения работы разрядника подтверждены как теоретическими расчетами, так и в ходе эксплутации.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину

D>U_max/Е_пр,

где D - толщина слоя изоляционного тела между стержневым и основным электродами, U_max - максимальное номинальное напряжение разрядника (т.е., по сути, максимальное эксплуатационное напряжение между основным электродом и стержневым 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.

В преимущественном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину

D>U_p/E_пp,

где U_p - разрядное напряжение между основным электродом и стержневым 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.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения разрядник может содержать промежуточные электроды, образующие мультиэлектродную систему и размещенные на изоляционном теле между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами. Благодаря выполнению промежуточных электродов в виде колец их емкость относительно стержневого электрода увеличивается и, тем самым, усиливается эффект каскадности срабатывания токоотводящего устройства, т.е. снижаются его разрядные напряжения, необходимые для пробоя межэлектродных промежутков. Таким образом удается снизить напряжение начала разряда, то есть того перенапряжения, при котором срабатывает разрядник, защищая от указанного перенапряжения электрооборудование.

Промежуточные электроды на изоляционном теле преимущественно расположены на части ее длины 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 большую длину, чем промежуточный электрод. При защите электрооборудования, например, линий электропередачи, устройство соединяется с защищаемым элементом оборудования, например с проводом, непосредственно или через искровой разрядный промежуток. В связи с этим обеспечить касание провода или образование искрового промежутка более длинным основным электродом можно значительно проще и в большем диапазоне положений, чем с помощью короткого промежуточного электрода.

Промежуточный электрод может представлять собой металлическую пластинку круглой, или прямоугольной, или иной формы, которую закрепляют на наружной поверхности изоляционного тела. Например, такая пластинка может быть механически закреплена на изоляционном теле, или приклеена к ней, или термически внедрена в тело оболочки с выводом наружной поверхности пластинки открытой наружу. Промежуточные электроды могут располагаться на изоляционном теле со смещением (поворотом) в окружном направлении вокруг продольного или другого направления изоляционного тела. Число промежуточных электродов выбирается в зависимости от формы их выполнения, проектируемой величины перенапряжения и других условий.

Толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов, должна иметь величину

D_i>U_maxi/E_пp,

где D_i - толщина слоя изоляционного тела между стержневым электродом и i-м промежуточным электродом, U_maxi - максимальное эксплуатационное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым 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.

В предпочтительном варианте толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов, должна иметь величину

D_i>U_pi/Е_пр,

где U_pi - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым 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.

Промежуточные электроды могут быть выполнены кольцевыми, благодаря чему обеспечивается возможность удобной фиксации промежуточных электродов на изоляционном теле, которое в преимущественном варианте выполнения имеет цилиндрическую форму. Кольцевые промежуточные электроды могут быть снабжены выступами, через которые преимущественно проходят разряды. Для того чтобы разряды были разнесены в пространстве с целью предотвращения их слияния в один разряд, выступы с разных сторон кольцевых промежуточных электродов предпочтительно смещены относительно друг друга вдоль кольцевого промежуточного электрода (в частности, вдоль направления окружности), преимущественно на угол относительно стержневого электрода или центра изоляционного тела в месте размещения промежуточного электрода не менее чем на 90°, например на 180°, т.е. с противоположной стороны.

Кольцевые промежуточные электроды могут быть выполнены в виде пружин. Такие пружины могут быть навиты с использованием проволоки непосредственно на изоляционном теле или предварительно изготовлены с последующим надеванием на изоляционное тело.

Кольцевые промежуточные электроды также могут быть выполнены в виде продолговатых пластин, один конец которых снабжен отверстием (ушком), в которое может вставляться другой конец пластины, причем пластины изогнуты вокруг изоляционного тела, концы пластин введены в отверстия на других концах пластин и загнуты. Изготовление промежуточного электрода из пластины является простым, технологичным, удобным и обеспечивает надежную фиксацию электрода на изоляционном теле, что необходимо для надежной эксплуатации разрядника.

Концевые электроды преимущественно выполнены в виде металлических (например, дюралевых) стаканов, внутренний размер которых позволяет вставлять в них концы изоляционного тела. Стержневой электрод может быть отделен от концевых электродов слоем изоляции или искровым промежутком, однако в предпочтительном варианте стержневой электрод электрически соединен с концевыми электродами. В частности, на концах стержневого 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. Между концевыми электродами и изоляционным телом могут быть размещены прокладки (например, силиконовые), обеспечивающие герметизацию стержневого электрода. При необходимости оконцеватели могут быть выполнены и в другой форме, в которой стержневой электрод соединяется непосредственно с оконцевателем. Оконцеватели далее закрепляются в гнездах металлического узла крепления, например, путем зажима оконцевателей.

Концевые электроды могут содержать крепления или зацепы для закрепления или зацепления на элементах электрооборудования. Однако в предпочтительном варианте осуществления полезной модели концевые электроды вставляются в металлический узел крепления, причем разрядник для этого сгибается в петлю и концевые электроды сближаются друг с другом до расстояния, на котором они размещаются в узле крепления. Такая петлевая конструкция обеспечивает удобство и надежность фиксации формы разрядника и его закрепления на элементах электрооборудования.

Когда узел крепления выполнен металлическим (токопроводящим), он одновременно представляет собой как средство механического крепления, так и контактный токопроводящий узел. Для закрепления на электрооборудовании грозозащитного устройство узел крепления может иметь элемент закрепления, например, путем зацепления (в частности, с помощью крюка) или зажима (в частности, с помощью винтового или другого соединения), посредством которого он может крепиться на опоре или электроде изолятора. Все элементы узла крепления могут быть выполнены металлическими, и в связи этим узел крепления может представлять собой токопроводящий контактный узел, через который скачок перенапряжения от токопроводящего элемента линии электропередачи поступает к электродам на изоляционном теле, например мультиэлектродной системе в случае ее наличия на изоляционном теле, или наоборот.

Кроме того, узел крепления в предпочтительном варианте имеет металлические гнезда для размещения в них и закрепления сведенных друг к другу концов дугообразно согнутого в виде петли концевых электродов (оконцевателей), надетых на изоляционное тело и в одном из вариантов механически/электрически соединенных со стержневым электродом, который преимущественно является металлическим (например, стальным). Для этого в предпочтительном варианте осуществления узел крепления содержит гнездовой элемент, выполненный в виде пластины из листового металла, причем пластина с двух сторон загнута с образованием гнезд для концевых электродов разрядника, причем гнездовой элемент снабжен зажимом (зажимами) для фиксации концевых электродов. В частном случае зажимы выполнены в виде стержней с резьбой, прикрепленных к загнутым концам пластины и заведенных в отверстия, выполненные в средней части пластины. Стержни могут фиксироваться с той стороны пластины, с которой они выходят, с помощью гаек или барашков. Благодаря выполнению гнездового элемента в таком виде обеспечивается простое и надежное закрепление разрядника в узле крепления.

К гнездовому элементу в предпочтительном варианте выполнения прикреплен (преимущественно сваркой) несущий элемент, снабженный элементом крепления (также преимущественно крепится к несущему элементу сваркой). Несущий элемент, например, может быть выполнен в виде трубы (например, круглого или квадратного сечения), а элемент крепления может содержать стержни, снабженные резьбой, на которые надевается зажимная пластина, выполненная с отверстиями для пропуска стержней, снабженных резьбой.

Зажимная пластина выполнена с возможностью прижимания к несущему элементу путем закручивания на стержни, снабженные резьбой, гаек или барашков. При размещении между несущим элементом и зажимной пластиной элемента электрооборудования узел крепления и соответственно разрядник может быть закреплен на элементе электрооборудования. В частном варианте несущий элемент может содержать углубление напротив зажимной пластины для более надежной фиксации. Такая конструкция узла крепления обеспечивает простое, удобное и надежное закрепление разрядника на элементе электрооборудования.

Разрядник может изготавливаться следующим образом. Сначала подготавливают стержневой 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.

Стержневой электрод может быть изготовлен из медного или алюминиевого сплава. В этом случае стержневой 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 стержневого 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.

Стержневой 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.

Однако для стального стержневого электрода будет наблюдаться усложнение формирования на нем изоляционного тела в связи с тем, что экономически обоснованным является изготовление длинномерных изделий, представляющих собой стержневой 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 стержневым 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 стержневого электрода, изготовленного из стали.

В еще одном варианте разрядный элемент, состоящий из стержневого электрода и изоляционного тела, может быть изготовлен путем формирования изоляционного тела на медном или алюминиевом стержневом электроде, после чего из изоляционного тела извлекают медный или алюминиевый стержневой электрод и вводят в него стальной стержневой 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.

Защита электрооборудования от грозовых перенапряжений при использовании описанного устройства осуществляется следующим образом. При попадании молнии в линию электропередачи происходит импульсное перекрытие ближайшего изолятора или изоляционного промежутка. После импульсного перекрытия изоляции возможно либо дальнейшее развитие электрического разряда с переходом в силовую дугу рабочего напряжения, что означает короткое замыкание линии, либо восстановление электрической прочности изоляции после протекания тока молнии через канал разряда и опору в землю и продолжение нормального режима работы линии без ее отключения.

Вероятность возникновения силовой дуги главным образом зависит от номинального напряжения линии и длины пути перекрытия. При заданном номинальном напряжении вероятность установления силовой дуги приблизительно обратно пропорциональна длине перекрытия. За счет увеличения длины перекрытия возможно уменьшить вероятность возникновения дуги и соответственно сократить количество отключений линии.

В связи с этим грозозащитное устройство обеспечивает возможность создания достаточно длинного пути искрового перекрытия за счет использования эффекта поверхностного разряда по поверхности диэлектрика. Длина пути искрового перекрытия по поверхности импульсного грозового разрядника должна быть больше, чем длина пути искрового перекрытия защищаемого элемента линии.

При появлении перенапряжения на грозозащитном устройстве оно оказывается приложено между стержневым электродом и основным электродом. Благодаря наличию стержневого 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.

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.

При воздействии импульса перенапряжения на линию электропередачи (ее провод) сначала пробивается искровой разрядный промежуток между высоковольтным проводом линии электропередачи и основным электродом, а затем разряд развивается от основного электрода через промежуточные электроды (последовательно пробивая промежутки между ними) к оконцевателям и узлу крепления, соединенного с заземленным элементом линии электропередачи. Таким образом, происходит каскадное, т.е. последовательное перекрытие промежутков между промежуточными электродами с образованием дуговых разрядов (дуг). Благодаря каскадности срабатывания разрядных промежутков обеспечивается низкое разрядное напряжение срабатывания грозозащитного устройства в целом.

Промежуточные электроды 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.

Поскольку дугогасящая и грозозащитная способность устройства по настоящему изобретению зависит от количества разрядных промежутков, то на изоляционном теле возможно размещение мультиэлектродных и мультикамерных систем, описанных, например, в международной заявке WO 2010082861.

Возможны варианты, когда стержневой электрод не имеет электрического соединения с узлом крепления. Например, стержневой электрод может быть изолирован от оконцевателя, или оконцеватели изолированы от узла крепления, или же узел крепления выполнен из диэлектрика. В таких случаях наличие стержневого электрода по прежнему будет способствовать развитию скользящего разряда, так как между стержневым электродом и оконцевателями, или узлом крепления, или заземленными элементами защищаемого электрооборудования устанавливается емкостная связь и стержневой электрод может приобретать (в т.ч. за счет токов утечки) потенциал, близкий к потенциалу земли или достаточный для развития скользящего разряда.

Изготовленный в соответствии с любым из вышеописанных вариантов способа разрядный элемент может быть использован в устройстве для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, которое помимо разрядного элемента содержит, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, причем один из основных электродов имеет электрическое соединение со стержневым электродом.

Такой элемент также может быть применен в линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, одно устройство для грозозащиты элементов линии электропередачи, которое и содержит в своем составе разрядный элемент, изготовленный по любому из вышеописанных вариантов способа, и, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, причем один из основных электродов имеет электрическое соединение со стержневым электродом, причем, по меньшей мере, один основной электрод устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом, а, по меньшей мере, один другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей.

Claims (28)

1. Длинноискровой разрядник, содержащий продолговатое изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, стержневой электрод, размещенный внутри изоляционного тела, основной электрод, механически связанный с изоляционным телом, и один или два концевых электрода, размещенных на одном или обоих концах изоляционного тела,

причем расстояние от основного электрода до одного или обоих концевых электрода вдоль изоляционного тела составляет

0,05 U^0,75<L<0,6 U^0,75,

где L - расстояние между основным электродом и одним или каждым из концевых электродов вдоль изоляционного тела, м; U - эксплуатационное напряжение разрядника, кВ,

причем толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину

D>U_ном/Е_пр,

где D - толщина слоя изоляционного тела между стержневым и основным электродами, U_ном - максимальное эксплуатационное напряжение разрядника, а Е_пр - электрическая прочность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело.

2. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от основного электрода до одного или обоих концевых электрода вдоль изоляционного тела составляет

0,06 U^0,75<L<0,5 U^0,75.

3. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что толщина слоя изоляционного тела, отделяющего стержневой электрод от основного электрода, имеет величину

D>U_p/Е_пр,

где U_p - разрядное напряжение между основным электродом и стержневым электродом.

4. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что содержит промежуточные электроды, размещенные на изоляционном теле между основным электродом и одним или обоими концевыми электродами.

5. Разрядник по п. 4, отличающийся тем, что толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов, имеет величину

D_i>U_номi/Е_пр,

где D_i - толщина слоя изоляционного тела между стержневым электродом и i-м промежуточным электродом, U_номi - максимальное эксплуатационное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым электродом.

6. Разрядник по п. 4, отличающийся тем, что толщина слоя изоляционного тела, отделяющая стержневой электрод от промежуточных электродов, имеет величину

D_i>U_pi/Е_пр,

где U_pi - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и стержневым электродом.

7. Разрядник по п. 4, отличающийся тем, что промежуточные электроды выполнены кольцевыми.

8. Разрядник по п. 7, отличающийся тем, что промежуточные электроды выполнены в виде продолговатых пластин, один конец которых снабжен отверстием, в которое может вставляться другой конец пластины, причем пластины изогнуты вокруг изоляционного тела, концы пластин введены в отверстия на других концах пластин и загнуты.

9. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что концевые электроды выполнены в виде металлических, например, дюралевых стаканов, внутренний размер которых обеспечивает возможность введения в них концов изоляционного тела.

10. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что стержневой электрод электрически соединен с концевыми электродами.

11. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что на концах стержневого электрода установлены металлические шайбы, которые охвачены концевыми электродами.

12. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что между концевыми электродами и изоляционным телом размещены прокладки, обеспечивающие герметизацию стержневого электрода.

13. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что содержит металлический, например стальной, узел крепления, выполненный с возможность введения в него одного или обоих концевых электродов.

14. Разрядник по п. 13, отличающийся тем, что согнут в петлю, причем концевые электроды размещены в узле крепления.

15. Разрядник по п. 13, отличающийся тем, что узел крепления содержит гнездовой элемент, выполненный в виде пластины из листового металла, причем пластина с двух сторон загнута с образованием гнезд для концевых электродов разрядника.