RU2125309C1

RU2125309C1 - Overvoltage protective device

Info

Publication number: RU2125309C1
Application number: RU97119564A
Authority: RU
Inventors: А.А. Алексеенко; А.Л. Виткин; Г.М.-о. Иманов; Г.Д. Кадзов; С.В. Коваленко; М.Г. Корень; А.М. Пилипенко; В.Е. Розет
Original assignee: Акционерное общество открытого типа НИИ. "Электрокерамика"
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; protection of high-voltage equipment of AC and DC power stations and substations against voltage surges and overvoltages. SUBSTANCE: protective device has external insulating enclosure, at least one safety valve, insulating cylinder provided with longitudinal partition made of insulating material which divides its inner space into two parts; first part accommodates nonlinear resistor in the form of at least one column placed in loose heat-conducting insulating material; second part has gas escape channel. Insulating cylinder wall in vicinity of resistor opposite to each column has at least one row of through holes arranged along entire height of column. Total cross- sectional area of through holes is larger than that of gas escape channel. EFFECT: improved reliability and explosion safety of device. 2 cl, 3 dwg

Description

Устройство для защиты от перенапряжений относится к электротехнике и предназначено для защиты электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Device for surge protection refers to electrical engineering and is intended to protect high voltage electrical equipment of stations and substations of alternating and direct current from atmospheric and switching overvoltages.

Известно устройство для защиты от перенапряжений. Оно содержит сердечник, состоящий из блоков распределенного нелинейного резистора, изготовленного из окиси цинка, и алюминиевых блоков. Имеется армированная стеклом эпоксидная оболочка. Оболочка изготовлена путем намотки пропитанного материала на собранные в комплект блоки. Сердечник заключен в полимерный кожух, на поверхности которого выполнены юбки изоляторов. A device for surge protection is known. It contains a core consisting of blocks of a distributed nonlinear resistor made of zinc oxide and aluminum blocks. There is a glass-reinforced epoxy sheath. The shell is made by winding the impregnated material onto the assembled blocks. The core is enclosed in a polymer casing, on the surface of which skirts of insulators are made.

Недостатком устройства является отсутствие канала для выхода газов, поэтому такая конструкция не обеспечивает необходимую взрывобезопастность. The disadvantage of this device is the lack of a channel for the exit of gases, so this design does not provide the necessary explosion safety.

Известно устройство для защиты от перенапряжений. Оно содержит нелинейный резистор, выполненный в виде параллельных колонок, размещенных в цилиндрическом изоляционном корпусе, заполненном изоляционным теплопроводным материалом, и канал для выхода газов. Канал для выхода газов выполнен в виде коаксиального изоляционному корпусу двухслойного изоляционного цилиндра, а параллельные колонки размещены между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью цилиндра. A device for surge protection is known. It contains a non-linear resistor made in the form of parallel columns placed in a cylindrical insulating casing filled with insulating heat-conducting material, and a gas outlet channel. The gas outlet channel is made in the form of a coaxial insulating body of a two-layer insulating cylinder, and parallel columns are placed between the inner surface of the body and the outer surface of the cylinder.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую взрывобезопасность, поскольку дуга, образующаяся при перекрытии колонок резисторов в аварийном режиме, и горячие газы, касаясь внутренней поверхности корпуса непосредственно или через небольшой слой изоляционного материала, могут вызвать его разрушение в результате резкого перепада температур. Кроме того, в указанной конструкции приходится применять достаточно толстостенный корпус из высокопрочной массы, чтобы выдержать внутреннее давление газов при перекрытии до срабатывания всей системы взрывобезопасности (внутренний цилиндр - клапан). The disadvantage of this device is that it does not provide the necessary explosion safety, since the arc formed when overlapping resistor columns in emergency mode and hot gases, touching the inner surface of the housing directly or through a small layer of insulating material, can cause its destruction as a result of a sharp temperature difference. In addition, in this design it is necessary to use a sufficiently thick-walled casing of high-strength mass to withstand the internal gas pressure during shutdown until the entire explosion-proof system is triggered (inner cylinder - valve).

Известно устройство для защиты от перенапряжений, принятое за прототип. Оно содержит нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в цилиндрическом изоляционном корпусе в электроизоляционном теплопроводящем сыпучем материале, и канал для выхода газов, выполненный в изоляционном цилиндре. По всей высоте изоляционного цилиндра размещена перегородка из изоляционного материала, разделяющая его внутреннюю полость на две части, в первой из которых размещен нелинейный резистор в сыпучем электроизоляционном теплопроводящем материале, а во второй - указанный канал для выхода газов. A device for surge protection, adopted as a prototype. It contains a non-linear resistor made in the form of at least one column placed in a cylindrical insulating casing in an electrically insulating heat-conducting bulk material, and a gas outlet channel made in an insulating cylinder. A partition made of insulating material is placed along the entire height of the insulating cylinder, dividing its internal cavity into two parts, the first of which contains a nonlinear resistor in a bulk electrically insulating heat-conducting material, and the second one has a specified channel for the exit of gases.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимой взрывобезопасности, поскольку с достаточно большой вероятностью местом возникновения электрической дуги является область примыкания колонки резистора к стенке изоляционного цилиндра. В этом случае вследствие очень высокой скорости нарастания давления и температуры (за промежуток времени, меньший 1 мс) образующиеся газы могут не успеть пройти к каналу для выхода газов раньше, чем произойдет процесс разрушения несущей стенки корпуса, и вероятен выброс элементов колонки резисторов под действием большого термодинамического воздействия. Кроме того, в данной конструкции приходится применять достаточно толстостенный изоляционный корпус из высокопрочного материала, так как ему возможно придется выдерживать большую термодинамическую нагрузку в случае повреждения аппарата и возникновения дуги короткого замыкания. The disadvantage of this device is that it does not provide the necessary explosion safety, since with a high probability the place of occurrence of the electric arc is the area of contact of the resistor column to the wall of the insulating cylinder. In this case, due to the very high rate of increase in pressure and temperature (for a period of time shorter than 1 ms), the gases formed may not have time to pass to the gas outlet channel before the destruction of the bearing wall of the housing occurs, and the elements of the resistor column are likely to be ejected under the action of a large thermodynamic effects. In addition, in this design it is necessary to use a sufficiently thick-walled insulating casing made of high-strength material, since it may have to withstand a large thermodynamic load in the event of damage to the apparatus and the occurrence of a short circuit arc.

Изобретение решает задачу увеличения надежности устройства и повышения его взрывобезопасности. The invention solves the problem of increasing the reliability of the device and increasing its explosion safety.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем внешнюю изоляционную оболочку, по меньшей мере один предохранительный клапан, изоляционный цилиндр с продольной перегородкой из изоляционного материала, разделяющей его внутреннюю полость на две части, в первой из которых размещен нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в сыпучем электроизоляционном теплопроводном материале, а во второй - канал для выхода газов, новым является то, что стенка изоляционного цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки имеет по меньшей мере один вертикальный ряд сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки. Суммарная площадь сечения всех отверстий больше площади поперечного сечения канала для выхода газов. The problem is solved due to the fact that in the device for overvoltage protection, containing an external insulating shell, at least one safety valve, an insulating cylinder with a longitudinal partition of insulating material, dividing its internal cavity into two parts, the first of which contains non-linear a resistor made in the form of at least one column placed in a bulk electrically insulating heat-conducting material, and in the second a gas outlet, the new fact is that the wall is made of The cylinder in the zone of the resistor opposite each column has at least one vertical row of through holes located along the entire height of the column. The total cross-sectional area of all openings is greater than the cross-sectional area of the channel for the exit of gases.

Суть изобретения заключается в следующем. В известном устройстве при горении электрической дуги в зоне соприкосновения колонки резисторов со стенкой изоляционного цилиндра выход раскаленных газов в канал затруднен. Поэтому для обеспечения взрывобезопасности устройства стенка цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки снабжена по меньшей мере одним вертикальным рядом сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки. Таким образом, образующиеся при горении электрической дуги газы выходят наружу через указанные отверстия и разрушения устройства не происходит. При этом суммарная площадь сечения всех отверстий должна быть больше площади поперечного сечения канала для выхода газов. Таким образом обеспечиваются равные условия взрывобезопасности при возникновении электрической дуги в любой точке внутри устройства. The essence of the invention is as follows. In the known device, when burning an electric arc in the zone of contact of the column of resistors with the wall of the insulating cylinder, the output of hot gases into the channel is difficult. Therefore, to ensure the explosion safety of the device, the cylinder wall in the zone of the resistor opposite each column is provided with at least one vertical row of through holes located along the entire height of the column. Thus, the gases generated during the burning of the electric arc exit through these openings and the destruction of the device does not occur. In this case, the total cross-sectional area of all openings should be greater than the cross-sectional area of the channel for the exit of gases. This ensures equal conditions of explosion safety in the event of an electric arc at any point inside the device.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a device.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез устройства. In FIG. 2 shows a cross section of the device.

На фиг. 3 изображен изоляционный цилиндр. In FIG. 3 shows an insulating cylinder.

Устройство содержит внешнюю изоляционную полимерную оболочку 1 из кремнийорганической резины с размещенным в ней изоляционным цилиндром 2 из стеклопластика с продольной изоляционной перегородкой 3, выполненной также из стеклопластика. Перегородка 3 отделяет канал 4 для выхода газов от нелинейного резистора 5, выполненного в данном конкретном случае в виде трех колонок, размещенных в кварцевом песке 6. Цилиндр 2 снабжен фланцами 7 и герметизирован металлическими крышками 8. Нижняя крышка выполнена с отверстием, которое закрыто предохранительным клапаном 9. В стенке цилиндра 2 напротив колонок резистора 5 выполнены вертикальные ряды сквозных отверстий 10. Суммарная площадь сечения всех отверстий 10 больше площади поперечного сечения канала 4. Между оболочкой 1 и цилиндром 2 размещен клей герметик 11 для их плотного прилегания. The device comprises an external insulating polymer shell 1 made of silicone rubber with an insulating fiberglass cylinder 2 placed therein with a longitudinal insulating partition 3, also made of fiberglass. The partition 3 separates the gas outlet channel 4 from the non-linear resistor 5, made in this particular case in the form of three columns placed in quartz sand 6. The cylinder 2 is provided with flanges 7 and sealed with metal covers 8. The bottom cover is made with an opening that is closed by a safety valve 9. In the wall of the cylinder 2 opposite the columns of the resistor 5 there are vertical rows of through holes 10. The total cross-sectional area of all openings 10 is greater than the cross-sectional area of the channel 4. Between the shell 1 and the cylinder 2 times eschen adhesive sealant 11 for their snug fit.

Устройство для защиты от перенапряжений работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При возникновении перенапряжений устройство ограничивает их до заданной величины в соответствии с вольт-амперной характеристикой нелинейных резисторов 5. Выделяющееся при этом тепло отводится через песок 6, цилиндр 2 и полимерную оболочку 1 в атмосферу. За счет наличия отверстий 10 в цилиндре 2 песок 6 контактирует с оболочкой 1, что позволяет значительно улучшить теплоотвод. Device for surge protection works as follows. In normal operating mode, the device is affected by the operating voltage of the network. When overvoltages occur, the device limits them to a predetermined value in accordance with the current-voltage characteristic of non-linear resistors 5. The heat generated in this case is removed through sand 6, cylinder 2 and the polymer shell 1 to the atmosphere. Due to the presence of holes 10 in the cylinder 2, the sand 6 is in contact with the shell 1, which can significantly improve heat dissipation.

При повреждении колонки резисторов 5, которое перешло в горение дуги тока короткого замыкания (ТКЗ), в пространстве, где горит электрическая дуга, начнут резко возрастать температура и давление. При этом перегородка 3 разрушается, освобождая для распространения раскаленных газов полость 4, которую она ограничивала. Поскольку эта полость сообщается с предохранительным клапаном 9, последний, когда давление достигает уровня срабатывания, приходит в действие и сбрасывает давление внутри цилиндра 2. Одновременно раскаленные газы через отверстия 10 в несущем изоляционном цилиндре 2 будут воздействовать на оболочку 1. Произойдет ее разрушение и раскаленные газы вырвутся наружу, так как оболочка 1 не является несущей и ее прочность на разрыв значительно меньше, чем цилиндра 2. При выхлопе газов наружу произойдет электрическое перекрытие устройства по воздуху. В результате наружная электрическая дуга зашунтирует электрическую дугу внутри корпуса устройства. Это в свою очередь приведет к существенному снижению энергии, выделяющейся внутри аппарата, что в свою очередь повысит взрывобезопасность аппарата, то есть способность пропускать без взрывного разрушения токи большей величины, чем в устройствах, не имеющих описанных отличительных признаков. In case of damage to the column of resistors 5, which turned into the burning of an arc of a short circuit current (TKZ), in the space where the electric arc burns, temperature and pressure will sharply increase. In this case, the partition 3 is destroyed, freeing the cavity 4, which it limited for the distribution of hot gases. Since this cavity communicates with the safety valve 9, the latter, when the pressure reaches the response level, comes into action and relieves the pressure inside the cylinder 2. Simultaneously, the hot gases through the openings 10 in the carrier insulating cylinder 2 will act on the shell 1. It will be destroyed and the hot gases will break out, since the shell 1 is not bearing and its tensile strength is much less than cylinder 2. When the gases are exhausted, the device will be electrically shut off by air . As a result, the external electric arc shunts the electric arc inside the device. This, in turn, will lead to a significant reduction in the energy released inside the apparatus, which in turn will increase the explosion safety of the apparatus, that is, the ability to transmit larger amounts of current without explosive destruction than in devices that do not have the distinguishing features described.

Источники информации. Sources of information.

1. ЕПВ, 0233022, H 01 C 7/12, 19.08.87. 1. EPO, 0233022, H 01 C 7/12, 08.19.87.

2. Положительное решение от 23.09.96 по заявке на изобретение 95112941/07 от 25.07.95 кл. H 01 C 7/12. 2. A positive decision of 09/23/96 on the application for invention 95112941/07 from 07/25/95 cl. H 01 C 7/12.

Claims

1. Device for overvoltage protection, containing an external polymer insulating sheath, at least one safety valve, an insulating cylinder with a longitudinal partition of insulating material, dividing its internal cavity into two parts, the first of which contains a non-linear resistor made in the form of at least one column placed in a bulk electrically insulating heat-conducting material, and in the second part there is a channel for the exit of gases, characterized in that the wall of the insulating cylinder in the zone azmescheniya resistor opposite each column comprises at least one vertical row of through-holes arranged along the column height.

2. The device according to claim 1, characterized in that the total cross-sectional area of the through holes is greater than the cross-sectional area of the gas outlet channel.