RU197315U1

RU197315U1 - MULTI-CAMERA DISCHARGE WITH RIBS

Info

Publication number: RU197315U1
Application number: RU2019141961U
Authority: RU
Inventors: Иван Вячеславович Житенёв
Original assignee: Акционерное общество "НПО "Стример"
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-04-21

Abstract

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. Мультикамерный разрядник содержит продолговатое изоляционное тело с радиальными ребрами на его внешней поверхности и внутренними разрядными электродами. Разрядные электроды выступают в разрядные камеры, которые выходят на поверхность изоляционного тела. Между соседними радиальными ребрами расположено по 5 выходов разрядных камер. Технический результат - обеспечение работоспособности мультикамерного разрядника в различных условиях эксплуатации за счет исключения объединения выхлопов в единую разрядную дугу при минимизации веса разрядника.This utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to devices for protecting electrical equipment and load-bearing structures from 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. A multi-chamber spark gap contains an elongated insulating body with radial ribs on its outer surface and internal discharge electrodes. The discharge electrodes protrude into the discharge chambers that extend to the surface of the insulating body. Between adjacent radial ribs there are 5 outputs of the discharge chambers. EFFECT: ensuring the operability of a multi-chamber spark gap under various operating conditions by eliminating the combination of exhaust emissions into a single discharge arc while minimizing the weight of the spark gap.

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 CN208596864 известен мультикамерный разрядник, включающий продолговатое изоляционное тело, внутри которого размещены разрядные электроды, выходящие в разрядные камеры. From the patent CN208596864 a multi-chamber arrester is known, including an elongated insulating body, inside of which discharge electrodes are placed that exit into the discharge chambers.

В процессе эксплуатации выхлопы смежных разрядных камер, расположенных между парой ребер, при больших перенапряжениях могут объединяться в единую дугу, что приводит к затруднению ее гашения, выгоранию разрядных камер и, соответственно, выходу из строя разрядника.During operation, the exhaust emissions of adjacent discharge chambers located between a pair of ribs, at high overvoltages, can be combined into a single arc, which makes it difficult to extinguish it, burn out the discharge chambers, and, accordingly, breakdown the arrester.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей настоящей полезной модели является исключение вероятности объединения выхлопов разрядных камер в единую разрядную дугу при минимизации веса разрядника.The objective of this utility model is to eliminate the probability of combining the exhausts of the discharge chambers into a single discharge arc while minimizing the weight of the spark gap.

Задача решается с помощью мультикамерного разрядника, содержащего продолговатое изоляционное тело с ребрами (преимущественно, последовательно расположенными и радиальными) на его внешней поверхности и внутренними разрядными электродами, которые выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела. Между ребрами расположено по 5 выходов разрядных камер. The problem is solved with the help of a multi-chamber spark gap containing an elongated insulating body with ribs (mainly sequentially located and radial) on its outer surface and internal discharge electrodes that exit into the discharge chambers that have exits to the surface of the insulating body. Between the ribs there are 5 outputs of the discharge chambers.

Продолговатое изоляционное тело может быть снабжено стержневым элементом, расположенным вдоль разрядных электродов на расстоянии от них. В частных вариантах реализации устройства разрядные электроды могут быть установлены в изоляционном элементе с образованием в разрядных камерах разрядных промежутков, размеры которых меньше толщины слоя диэлектрика, из которого выполнен изоляционный элемент, отделяющий разрядные промежутки от внешней поверхности изоляционного элемента. Мультикамерный разрядник снабжен концевым электродом, выполненным выступающим из изоляционного тела и электрически соединенный с одним или несколькими внутренними разрядными электродами. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели изоляционное тело с радиальными ребрами может быть выполнено из силиконовой резины. Выходы разрядных камер могут снабжены выступами для снижения вероятности объединения отдельных разрядов в один. Ребра могут быть выполнены различного или одинакового размера (диаметра). Кроме того, ребра могу иметь диаметр, изменяющийся или неизменный вдоль края ребра. Ребра предпочтительно расположены в плоскостях, проходящих через разрядные электроды. Заявленные конструктивные особенности обуславливают получение оптимальной конфигурации разрядника. The elongated insulating body may be provided with a rod element located along the discharge electrodes at a distance from them. In private embodiments of the device, the discharge electrodes can be installed in the insulating element with the formation of discharge gaps in the discharge chambers, the dimensions of which are less than the thickness of the dielectric layer from which the insulating element is made, separating the discharge gaps from the outer surface of the insulating element. The multi-chamber spark gap is equipped with an end electrode protruding from the insulating body and electrically connected to one or more internal discharge electrodes. In a preferred embodiment of the utility model, the insulating body with radial ribs may be made of silicone rubber. The outputs of the discharge chambers may be provided with protrusions to reduce the likelihood of combining individual discharges into one. The ribs can be made of different or the same size (diameter). In addition, the ribs may have a diameter that varies or does not change along the edge of the rib. The ribs are preferably located in planes passing through the discharge electrodes. The claimed design features determine the optimal configuration of the arrester.

Группировка выходов разрядных камер по 5 штук между соседними радиальными ребрами обеспечивает такой технический результат, как исключение риска объединения выхлопов соседних групп выходов в единую разрядную дугу при одновременной минимизации веса разрядника. В результате обеспечивается надежная работа разрядника при защите электрооборудования, например, такого как линии электропередачи, при требуемом эксплуатационном напряжении электрооборудования (т.е. номинальном напряжении разрядника), а также удобство его монтажа и обслуживания.The grouping of the outputs of the discharge chambers of 5 pieces between adjacent radial ribs provides such a technical result as eliminating the risk of combining the exhausts of neighboring groups of outputs into a single discharge arc while minimizing the weight of the spark gap. The result is reliable operation of the arrester in the protection of electrical equipment, such as power lines, at the required operating voltage of the electrical equipment (i.e. rated voltage of the arrester), as well as ease of installation and maintenance.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Полезная модель поясняется фигуре, на которой представлен общий вид разрядника.The utility model is illustrated by the figure, which shows a General view of the arrester.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Далее полезная модель описана со ссылкой на пояснительные чертежи, где показан возможный вариант реализации мультикамерного разрядника в соответствии с полезной моделью, который не ограничивает объем охраны. Варианты осуществления, раскрываемые в описании полезной модели, также не являются ограничивающими и предназначены для пояснения сущности полезной модели. Объем охраны ограничивается только формулой полезной модели.Further, the utility model is described with reference to the explanatory drawings, which shows a possible implementation of a multi-chamber arrester in accordance with the utility model, which does not limit the scope of protection. The embodiments disclosed in the description of the utility model are also not limiting and are intended to explain the essence of the utility model. The scope of protection is limited only by the utility model formula.

Как показано на чертеже мультикамерный разрядник содержит продолговатое изоляционное тело 1, преимущественно цилиндрической формы, с радиальными ребрами 2 на его внешней поверхности.As shown in the drawing, the multi-chamber spark gap contains an elongated insulating body 1, mainly of a cylindrical shape, with radial ribs 2 on its outer surface.

Изоляционное тело 1 может быть полностью или частично выполнено из твердого диэлектрика, имеющего достаточную жесткость, прочность, твердость, упругость или другие механические свойства, обеспечивающие сохранение формы разрядника. В частном варианте изоляционное тело может быть выполнено из силиконовой резины, что минимизирует вес разрядника при обеспечении требуемых механических и электрических свойств, необходимых для предотвращения объединения разрядных дуг. В других возможных вариантах реализации устройства изоляционное тело 1 может быть выполнено из диэлектрического материала различной степени твердости с возможностью обеспечения стабильной формы радиальных ребер 2, например, из полиэтилена, что также способствует достижению технического результата полезной модели.The insulating body 1 can be fully or partially made of a solid dielectric having sufficient rigidity, strength, hardness, elasticity or other mechanical properties that ensure the preservation of the shape of the arrester. In a particular embodiment, the insulating body can be made of silicone rubber, which minimizes the weight of the spark gap while ensuring the required mechanical and electrical properties necessary to prevent the discharge arcs from combining. In other possible embodiments of the device, the insulating body 1 can be made of a dielectric material of various degrees of hardness with the possibility of ensuring a stable shape of the radial ribs 2, for example, of polyethylene, which also contributes to the achievement of the technical result of the utility model.

В случае выполнения изоляционного тела 1 из гибких или мягких диэлектрических материалов (например, из силиконовой резины или другого полимерного, органического или неорганического материала) для сохранения формы и требуемой жесткости изоляционное тело 1 может быть снабжено внутренним стержневым элементом 3, выполненным из диэлектрического и/или проводящего (например, металлического) материала. В случае если используется стержневой элемент 3 из проводящего материала, то во избежание прохождения разряда через стержень или его часть он покрывается диэлектрическим материалом для изолирования от электродов. При этом с одним из электродов, например, с тем концевым, который используется для крепления, допускается электрический контакт. Преимуществом использования проводящего материала помимо лучших механических свойств может быть способствование формированию разрядов в разрядных камерах за счет механизма скользящего разряда, условия для реализации которого создаются при использовании такого проводящего материала в составе стержня.If the insulating body 1 is made of flexible or soft dielectric materials (for example, silicone rubber or other polymeric, organic or inorganic material), the insulating body 1 may be provided with an internal core element 3 made of dielectric and / or conductive (e.g. metallic) material. If a rod element 3 of a conductive material is used, then in order to avoid the passage of a discharge through the rod or part thereof, it is coated with a dielectric material for isolation from the electrodes. Moreover, electrical contact is allowed with one of the electrodes, for example, with the end one that is used for fastening. The advantage of using a conductive material in addition to the best mechanical properties can be facilitated by the formation of discharges in the discharge chambers due to the sliding discharge mechanism, the conditions for the implementation of which are created when using such a conductive material in the composition of the rod.

Внутри изоляционного тела 1 размещены разрядные электроды 4, выходящие в разрядные камеры 5 с образованием в них разрядных промежутков. Разрядные промежутки имеют размеры, предпочтительно не превышающие толщину слоя диэлектрика, из которого выполнен изоляционный элемент 1, отделяющий разрядные промежутки от внешней поверхности изоляционного элемента.Inside the insulating body 1 there are placed discharge electrodes 4, which exit into the discharge chambers 5 with the formation of discharge gaps in them. The discharge gaps have dimensions preferably not exceeding the thickness of the dielectric layer of which the insulating element 1 is made, separating the discharge gaps from the outer surface of the insulating element.

Разрядные камеры 5 имеют выходы 6 на наружную поверхность изоляционного тела 1. При этом выходы могут быть снабжены выступами (как показано на фигуре) для снижения вероятности объединения отдельных разрядов в один. Чем больше высота таких выступов, тем сложнее отдельным разрядам объединиться. Выходы 6 разрядных камер 5 преимущественно расположены в центрах выступов и сгруппированы по 5 выходов между соседними радиальными ребрами 2.The discharge chambers 5 have exits 6 to the outer surface of the insulating body 1. Moreover, the exits can be provided with protrusions (as shown in the figure) to reduce the likelihood of combining individual discharges into one. The higher the height of such protrusions, the more difficult it is for individual digits to combine. The outputs 6 of the discharge chambers 5 are mainly located in the centers of the protrusions and are grouped by 5 outputs between adjacent radial ribs 2.

Радиальные ребра 2 могут быть выполнены различной формы и размеров для исключения вероятности объединения выхлопов разрядных камер 5 соседних групп выходов в единую разрядную дугу и обеспечения наименьшего веса разрядника в целом. В частных вариантах, ребра могут быть выполнены одинакового диаметра или разного диаметра. Кроме того, диаметр ребер может быть неизменным вдоль края ребра или изменяться. В зависимости от конфигурации разрядных камер и рабочего напряжения изменение конфигурации ребер может снижать вес разрядника при снижении риска объединения выхлопов соседних групп выходов в единую разрядную дугу.Radial ribs 2 can be made of various shapes and sizes to exclude the likelihood of combining the exhausts of the discharge chambers 5 of the neighboring output groups into a single discharge arc and ensure the smallest weight of the arrester as a whole. In private versions, the ribs can be made of the same diameter or different diameter. In addition, the diameter of the ribs may be constant along the edge of the ribs or vary. Depending on the configuration of the discharge chambers and the operating voltage, changing the configuration of the ribs can reduce the weight of the arrester while reducing the risk of combining the exhausts of neighboring groups of outputs into a single discharge arc.

Наличие ребер, установленных между выходами из разрядных камер, предотвращает объединение выхлопов из отделенных камер вследствие протяженного физического препятствия в виде ребер, отходящих на значительное расстояние от изоляционного тела, благодаря чему снижается вероятность объединения всех выхлопов в единую разрядную дугу, а объединение выхлопов в промежутках между ребрами маловероятно вследствие недостаточной напряженности электрического поля.The presence of ribs installed between the exits from the discharge chambers prevents the combination of exhausts from the separated chambers due to an extended physical obstacle in the form of ribs extending a considerable distance from the insulating body, thereby reducing the likelihood of combining all exhausts into a single discharge arc, and the combination of exhausts in between ribs unlikely due to insufficient electric field strength.

На концах изоляционного тела 1 крайние электроды 4 могут быть выполнены выступающими и могут быть соединены со смежными с ними электродами непосредственно или через искровые промежутки. Прикладываемое к защищаемому объекту перенапряжение воспринимается одним из крайних электродов, размещенным на свободном конце разрядника, который обеспечивает передачу разряда к последующим электродам. Перенапряжение может быть приложено как через разряд в том случае, когда между концевым электродом и тем объектом, рядом с которым он установлен, предусмотрен разрядный промежуток, так и через непосредственный контакт (т.е. прямо, гальванически) с тем объектом, перенапряжение на/с которого прикладывается к концевому электроду.At the ends of the insulating body 1, the extreme electrodes 4 can be made protruding and can be connected to adjacent electrodes directly or through spark gaps. The overvoltage applied to the protected object is perceived by one of the extreme electrodes placed on the free end of the spark gap, which ensures the transfer of the discharge to the subsequent electrodes. Overvoltage can be applied both through a discharge in the case when a discharge gap is provided between the end electrode and the object near which it is installed, and through direct contact (i.e. directly, galvanically) with that object, overvoltage to / from which is applied to the end electrode.

Крайний электрод на другом конце изоляционного тела также осуществляет передачу тока разряда с/на объект, на котором закреплен разрядник. Крепление разрядника может быть выполнено с помощью крепежного элемента (на фиг. не показан), соединенного с указанным электродом и жестко установленного на конце изоляционного тела (например, путем охвата и/или обжатия изоляционного тела или его части). The extreme electrode at the other end of the insulating body also transmits the discharge current from / to the object on which the arrester is mounted. The arrester can be mounted using a fastener (not shown in Fig.) Connected to the specified electrode and rigidly mounted on the end of the insulating body (for example, by covering and / or crimping the insulating body or part thereof).

Электроды 4 могут быть выполнены различной формы (например, в виде прямоугольных пластин) и из различных материалов, например, из металла, графита или углеволокна. Ребра расположены в плоскостях, проходящих через разрядные электроды, что минимизирует длину, а значит и вес разрядника.The electrodes 4 can be made of various shapes (for example, in the form of rectangular plates) and from various materials, for example, from metal, graphite or carbon fiber. The ribs are located in planes passing through the discharge electrodes, which minimizes the length, and hence the weight of the spark gap.

Разрядник работает следующим образом.The arrester operates as follows.

Для защиты высоковольтных установок или линий электропередачи разрядник устанавливается, например, на опоре линии электропередачи. При этом свободный конец разрядника с концевым электродом располагается, например, с образованием разрядного зазора с проводом, который подвешивается с помощью штыревого или подвесного изолятора, или с электродом в виде пластины, который устанавливается на таком проводе. В других вариантах концевой электрод на свободном конце разрядника может быть электрически соединен с проводом или другим элементом электрооборудования (например, непосредственным контактом или с помощью проводника).To protect high-voltage installations or power lines, the arrester is installed, for example, on the support of the power line. In this case, the free end of the arrester with the end electrode is located, for example, with the formation of a discharge gap with a wire, which is suspended using a pin or suspension insulator, or with an electrode in the form of a plate, which is mounted on such a wire. In other embodiments, the end electrode at the free end of the arrester can be electrically connected to a wire or other element of electrical equipment (for example, direct contact or using a conductor).

Разрядник может быть установлен в различных положениях и ориентирован в любых направлениях. При установке разрядника желательно размещать его так, чтобы выхлопы из разрядных камер не попадали на проводящие объекты для предотвращения слияния разрядных дуг.The arrester can be installed in various positions and oriented in any directions. When installing a spark gap, it is desirable to place it so that the exhaust from the discharge chambers does not fall on conductive objects to prevent the discharge arcs from merging.

В штатном режиме работы электрооборудования (в описываемом примере - линии электропередачи) между местом крепления разрядника (преимущественно опорой или частью опоры линии электропередачи) и защищаемым объектом (например, проводом) приложено штатное напряжение линии электропередачи, например, соответствующее классам напряжений линий электропередачи 6, 10, 15, 35 35, 110, 220 кВ или другим. Такое напряжение не приводит к пробою разрядных промежутков и через разрядник ток не течет - таким образом, в штатном режиме разрядник представляет собой электрический разрыв.In the normal mode of operation of electrical equipment (in the described example, the power line), between the place of attachment of the arrester (mainly the support or part of the support of the power line) and the protected object (for example, a wire), the nominal voltage of the power line is applied, for example, corresponding to voltage classes of power lines 6, 10 , 15, 35 35, 110, 220 kV or others. Such voltage does not lead to breakdown of the discharge gaps and the current does not flow through the arrester - thus, in the normal mode, the arrester is an electric gap.

При наличии на защищаемом объекте перенапряжения, например, в результате попадания в него или прохождении рядом с ним молниевого разряда, к разряднику вместе с разрядным промежутком у концевого электрода (если он предусмотрен) прикладывается указанное перенапряжение. В результате этого последовательно пробиваются разрядные промежутки между защищаемым объектом и концевым электродом на свободном конце разрядника, между концевым электродом и внутренними электродами и другим концевым электродом, закрепленным на том конце разрядника, который крепится к опоре. If there is an overvoltage on the protected object, for example, as a result of a lightning strike in it or passing near it, the specified overvoltage is applied to the spark gap along with the discharge gap at the end electrode (if provided). As a result of this, discharge gaps are sequentially made between the protected object and the end electrode at the free end of the arrester, between the end electrode and the internal electrodes and another end electrode fixed to the end of the arrester that is attached to the support.

Благодаря разделению выходов разрядных камер группами по 5 штук между соседними радиальными ребрами исключает возможность слияния их выхлопов в единую дугу при одновременной минимизации веса разрядника. При большем количестве выходов разрядных камер между ребрами недопустимо увеличивается вероятность объединения разрядных дуг в одну дугу, что приводит к выходу разрядника из строя. При меньшем количестве выходов разрядных камер между ребрами недопустимо увеличивается вес разрядника, что усложняет его монтаж и обслуживание, а также ограничивает область применения. Due to the separation of the outputs of the discharge chambers in groups of 5 each between adjacent radial ribs, it eliminates the possibility of merging their exhaust into a single arc while minimizing the weight of the spark gap. With a larger number of outputs of the discharge chambers between the ribs, the probability of combining the discharge arcs into one arc increases unacceptably, which leads to the failure of the arrester. With a smaller number of outputs of the discharge chambers between the ribs, the weight of the arrester unacceptably increases, which complicates its installation and maintenance, and also limits the scope.

Таким образом, 5 выходов разрядных камер между соседними радиальными ребрами одновременно снижает вероятность слияния разрядных дуг в одну дугу и минимизирует вес разрядника, то есть достигается оптимальное сочетание эксплуатационных свойств разрядника.Thus, the 5 outputs of the discharge chambers between adjacent radial ribs simultaneously reduces the likelihood of merging of the discharge arcs into one arc and minimizes the weight of the arrester, that is, an optimal combination of the operational properties of the arrester is achieved.

По достижении разрядом концевого электрода, закрепленного на опоре, импульсный ток разряда (например, грозового) стекает в землю, так как опора заземлена, и благодаря этому электрооборудование (защищаемый объект) оказывается защищено от этого перенапряжения.When the discharge reaches the end electrode mounted on the support, the pulse current of the discharge (for example, lightning) flows to the ground, since the support is grounded, and due to this, the electrical equipment (protected object) is protected from this overvoltage.

Описанные примеры реализации полезной модели представлены с целью ее подробного пояснения и не являются ограничивающими объем охраны, который определяется формулой полезной модели. Описанные варианты осуществления полезной модели могут совмещаться в различных комбинациях, обеспечивающих одновременное получение дополнительных технических результатов, указанных по отношению к этим вариантам.The described examples of the utility model implementation are presented for the purpose of its detailed explanation and are not limiting the scope of protection, which is determined by the utility model formula. The described embodiments of the utility model can be combined in various combinations, providing simultaneous receipt of additional technical results indicated in relation to these options.

Claims

1. A multi-chamber spark gap, including an elongated insulating body with ribs on its outer surface and internal discharge electrodes that exit into the discharge chambers having exits to the surface of the insulating body, with 5 outputs of the discharge chambers between radial ribs.

2. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the elongated insulating body is provided with a rod element located along the discharge electrodes at a distance from them.

3. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the discharge electrodes are installed in the insulating element with the formation of discharge gaps in the discharge chambers, the dimensions of which are less than the thickness of the dielectric layer from which the insulation element is made, separating the discharge gaps from the outer surface of the insulating element.

4. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that it is equipped with an end electrode protruding from the insulating body and electrically connected to the internal discharge electrode.

5. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the insulating body with ribs is made using silicone rubber.

6. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the outputs of the discharge chambers are provided with protrusions.

7. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the ribs are made of different sizes and / or have a diameter that varies along the edge of the rib.

8. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the ribs are made of the same size and / or have a diameter that is constant along the edge of the rib.

9. The multi-chamber spark gap according to claim 1, characterized in that the ribs are located in planes passing through the discharge electrodes.