RU2146847C1 - Pulse-operated air-gap lightning arrester - Google Patents
Pulse-operated air-gap lightning arrester Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146847C1 RU2146847C1 RU98107542A RU98107542A RU2146847C1 RU 2146847 C1 RU2146847 C1 RU 2146847C1 RU 98107542 A RU98107542 A RU 98107542A RU 98107542 A RU98107542 A RU 98107542A RU 2146847 C1 RU2146847 C1 RU 2146847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- main
- electrode
- discharge
- main electrode
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
Description
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно - к импульсным грозовым разрядникам для защиты элементов линий электропередачи и высоковольтных установок от перенапряжений.Technical field
The present invention relates to the field of high-voltage technology, and more specifically to pulsed lightning arresters for protecting elements of power lines and high-voltage installations from overvoltages.
Уровень техники
Известно устройство для ограничения перенапряжений в виде вентильного разрядника, состоящего из одного или нескольких (в зависимости от класса напряжения) последовательно соединенных стандартных элементов. Каждый элемент содержит диски нелинейных резисторов с искровыми промежутками между ними, при этом каждый комплект искровых промежутков и нелинейных резисторов помещен в герметизированный фарфоровый чехол (см. Техника высоких напряжений. /Под ред. Разевига Д.В. М.: Энергия, 1976, с. 300). Такой разрядник обладает высокой надежностью, однако сложность и значительная стоимость вентильных разрядников ограничивает его применение.State of the art
A device is known for limiting overvoltages in the form of a valve arrester consisting of one or several (depending on the voltage class) series-connected standard elements. Each element contains disks of nonlinear resistors with spark gaps between them, and each set of spark gaps and nonlinear resistors is placed in a sealed porcelain case (see High Voltage Techniques. / Ed. By Razevig D.V. M.: Energy, 1976, p. . 300). Such a spark gap has high reliability, however, the complexity and significant cost of valve arresters limits its use.
Известно также устройство для ограничения перенапряжений, выполненное в виде трубчатого разрядника, содержащего винипластовую трубку, заглушенную с одной стороны металлической крышкой, являющейся одним из концевых электродов. На этой крышке укреплен внутренний стержневой электрод. На открытом конце трубки расположен другой концевой электрод. Искровое перекрытие происходит между стержневым электродом и концевым электродом, расположенным на открытом конце трубки, т.е. эти электроды являются основными. Трубка разрядника отделена от силового провода внешним искровым промежутком (см. Техника высоких напряжений. /Под ред. Разевига Д.В. М.: Энергия, 1976, с. 289). It is also known a device for limiting overvoltages, made in the form of a tubular arrester containing a vinyl plastic tube, which is sealed on one side by a metal cover, which is one of the end electrodes. An internal rod electrode is mounted on this cover. At the open end of the tube is another end electrode. Spark overlap occurs between the rod electrode and the end electrode located at the open end of the tube, i.e. These electrodes are basic. The spark gap tube is separated from the power wire by an external spark gap (see. High Voltage Technique. / Under the editorship of DV Razevig, M .: Energy, 1976, p. 289).
Недостатком известного разрядника является невысокая надежность защиты, поскольку его работа сопровождается выхлопом сильно ионизированного генерируемого газа, что в случае попадания в зону выхлопа разрядника проводов смежных фаз или заземленных конструкций может инициировать перекрытие воздушной изоляции. Разрядник известной конструкции имеет, кроме того, ограниченный диапазон отключаемых токов и недолговечен, т.к. при протекании тока разряда происходит выгорание винипластовой трубки. A disadvantage of the known arrester is the low reliability of protection, since its operation is accompanied by the exhaust of highly ionized generated gas, which, if the wires of adjacent phases or grounded structures get into the exhaust zone of the arrester, can initiate overlap of the air insulation. The arrester of known design has, in addition, a limited range of disconnected currents and is short-lived, because when the discharge current flows, the vinyl-plastic tube burns out.
Известен импульсный искровой грозовой разрядник (RU 2096882 C1), содержащий первый и второй основные электроды, расположенные на одной из стенок полого изоляционного корпуса из твердого диэлектрика, заключенную между основными электродами зону формирования разряда, дополнительный электрод, отделенный от первого основного электрода стенкой полого корпуса и соединенный со вторым основным электродом, и электрически связанные с основными электродами контактные элементы для подключения первого и второго основных электродов к частям защищаемого контура, находящимся под различным потенциалом. Known pulsed spark lightning arrester (RU 2096882 C1) containing the first and second main electrodes located on one of the walls of the hollow insulating body made of solid dielectric, a discharge formation zone enclosed between the main electrodes, an additional electrode separated from the first main electrode by the wall of the hollow body and connected to the second main electrode, and contact elements electrically connected to the main electrodes for connecting the first and second main electrodes to the parts are protected th circuit under different potentials.
В этом известном разряднике полый изоляционный корпус выполнен в форме трубчатого тела, а расстояние между основными электродами определяется соотношением
L≥0,06 U0,75,
где L - расстояние между основными электродами, м;
U - номинальное напряжение разрядника, кВ.In this known arrester, the hollow insulating body is made in the form of a tubular body, and the distance between the main electrodes is determined by
L≥0.06 U 0.75 ,
where L is the distance between the main electrodes, m;
U is the rated voltage of the arrester, kV.
Это устройство является наиболее близким к заявленному и принято в качестве прототипа. При перенапряжении, приложенном к основным электродам, между ними в зоне формирования разряда, в воздухе развивается поверхностный скользящий разряд. За счет весьма большой длины пути перекрытия импульсное грозовое перекрытие не переходит в силовую дугу, и электроустановка, которую защищает указанный разрядник, способна продолжать работу без отключения. Указанный разрядник отличается простотой, надежностью и невысокой стоимостью, однако при больших токах короткого замыкания надежность предотвращения установления силовой дуги все еще недостаточна высока. Кроме того, он имеет относительно большие размеры. This device is the closest to the claimed and adopted as a prototype. During overvoltage applied to the main electrodes between them in the zone of discharge formation, a surface sliding discharge develops in air. Due to the very large length of the overlapping path, a pulsed lightning shutter does not go into the power arc, and the electrical installation that the specified arrester protects is able to continue working without shutting down. The specified arrester is simple, reliable and low cost, however, with high short-circuit currents, the reliability of preventing the establishment of a power arc is still not high enough. In addition, it has a relatively large size.
Сущность изобретения
Основной задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности защиты высоковольтных установок от грозовых перенапряжений при значительных токах короткого замыкания на линиях электропередач при сохранении простоты конструкции и технологичности в изготовлении, легкости установки его на линии электропередачи или высоковольтной установке.SUMMARY OF THE INVENTION
The main task solved by the present invention is to increase the reliability of protection of high-voltage installations from lightning overvoltages at significant short-circuit currents on power lines while maintaining the simplicity of design and manufacturability in manufacturing, ease of installation on a power line or high-voltage installation.
Дополнительные задачи состоят в уменьшение габаритов разрядника. Additional tasks are to reduce the dimensions of the arrester.
Решение основной из названных задач достигается согласно настоящему изобретению тем, что в импульсном искровом грозовом разряднике, содержащем первый и второй основные электроды, расположенные на одной из стенок полого изоляционного корпуса из твердого диэлектрика, заключенную между основными электродами зону формирования разряда, дополнительный электрод, отделенный от первого основного электрода стенкой полого изоляционного корпуса и соединенный со вторым основным электродом, и электрически связанные с основными электродами контактные элементы для подключения первого и второго основных электродов к частям защищаемого контура, находящимся под различным потенциалом, зона формирования поверхностного разряда заполнена заключенным в изоляционную оболочку дисперсным изоляционным материалом, стойким к воздействию электрического разряда. The solution to the main of these problems is achieved according to the present invention in that in a pulsed lightning spark gap containing the first and second main electrodes located on one of the walls of the hollow solid dielectric insulating casing, a discharge formation zone, an additional electrode separated from the main electrodes, is separated from the first main electrode by the wall of the hollow insulating casing and connected to the second main electrode, and electrically connected to the main electrodes Actual elements for connecting the first and second main electrodes to parts of the protected circuit that are at different potentials, the surface discharge formation zone is filled with dispersed insulating material enclosed in an insulating sheath that is resistant to electric discharge.
Предпочтительным вариантом дисперсного изоляционного материала является кварцевый песок Предпочтительный диапазон размеров частиц дисперсного изоляционного материала соответствует 20-300 мкм. A preferred embodiment of the particulate insulation material is silica sand. A preferred particle size range of the particulate insulation material is 20-300 microns.
Решение дополнительной задачи, связанной с уменьшением габаритных размеров разрядника, обеспечивается тем, что в нем расстояние между основными электродами определяется соотношением
L>0,006 U0,75,
где L - расстояние между основными электродами, м;
U - номинальное напряжение разрядника, кВ.The solution to the additional problem associated with a decrease in the overall dimensions of the spark gap is ensured by the fact that in it the distance between the main electrodes is determined by the ratio
L> 0.006 U 0.75 ,
where L is the distance between the main electrodes, m;
U is the rated voltage of the arrester, kV.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в различных вариантах, различающихся выбором дисперсного изоляционного материала, формой выполнения его основных элементов и их расположением. Так, полый корпус может быть выполнен V-образным, в форме открытого с концов трубчатого тела, в форме петли или стакана. В состав разрядника может входить один или несколько дополнительных разрядных модулей с идентичными или различными параметрами. The present invention can be implemented in various ways, differing in the choice of dispersed insulating material, the form of its basic elements and their location. So, the hollow body can be made V-shaped, in the form of a tubular body open at the ends, in the form of a loop or a glass. The arrester may include one or more additional discharge modules with identical or different parameters.
Защита от грозовых перенапряжений при использовании описанного разрядника основана на следующем принципе. При возникновении грозового перенапряжения в зоне формирования разряда возникает поверхностный скользящий разряд. За счет применения эффекта скользящего разряда в разряднике по изобретению обеспечиваются весьма низкие разрядные напряжения разрядника, т. е. обеспечивается срабатывание разрядника до пробоя изоляции защищаемого элемента линии электропередачи. Согласно изобретению в разряднике обеспечивается развитие разряда между частицами дисперсного изоляционного материала. На начальной стадии процесса при грозовом перенапряжении импульсный стримерный канал разряда легко проходит между частицами. После прохождения импульсного тока грозового перенапряжения начинает формироваться канал силовой дуги, причем благодаря заполнению разрядной зоны частицами дисперсного материала он разветвляется на множество отдельных каналов в пространстве между частицами. Вследствие этого происходит его интенсивное охлаждение и увеличение общего сопротивления канала. Кроме того частицы изоляционного материала захватывают электроны из канала разряда. Указанные два фактора приводят к ограничению протекающего тока и погасанию канала. The protection against lightning surges when using the described arrester is based on the following principle. When a lightning overvoltage occurs in the discharge formation zone, a surface sliding discharge occurs. Due to the application of the sliding discharge effect in the arrester according to the invention, very low discharge voltages of the arrester are provided, i.e., the arrester is triggered before the breakdown of the insulation of the protected element of the power line. According to the invention, a discharge is developed in the spark gap between the particles of the dispersed insulating material. At the initial stage of the process, during a lightning overvoltage, a pulsed streamer discharge channel easily passes between particles. After the pulse current of the lightning overvoltage passes, the channel of the power arc begins to form, and due to the filling of the discharge zone with particles of dispersed material, it branches into many separate channels in the space between the particles. As a result of this, intense cooling occurs and an increase in the total channel resistance. In addition, particles of insulating material trap electrons from the discharge channel. These two factors lead to a limitation of the flowing current and the extinction of the channel.
Наиболее высокая надежность работы разрядника будет достигнута при выборе длины пути искрового перекрытия между основными электродами в соответствии с указанным выше соотношением. The highest reliability of the spark gap will be achieved when choosing the length of the path of the spark overlap between the main electrodes in accordance with the above ratio.
Перечень фигур чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - схема импульсного грозового разрядника согласно изобретению;
на фиг. 2 - схема импульсного грозового разрядника, установленного в разрыве токопровода внутри изоляционного ввода;
на фиг. 3 - схема импульсного грозового разрядника, согнутого в виде петли;
на фиг. 4 - схема импульсного грозового разрядника, выполненного на разделке кабельного ввода;
на фиг. 5 - схематичное изображение разрядника с трубчатым изоляционным телом в виде удлиненного стакана;
на фиг. 6 - схематичное изображение разрядника в виде гирлянды из разрядных модулей;
на фиг. 7 - схематичное изображение разрядника с основными электродами, расположенными внутри изоляционного тела;
на фиг. 8 - схематичное изображение разрядника по фиг. 6 с изолятором на дополнительном электроде;
на фиг. 9 - схематичное изображение разрядника по фиг. 5 с дополнительно включенным нелинейным резистором.List of drawings
The invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 is a diagram of a pulsed lightning arrester according to the invention;
in FIG. 2 is a diagram of a pulsed lightning arrester installed in a gap in the current lead inside the insulating input;
in FIG. 3 is a diagram of a pulsed lightning arrester, bent in the form of a loop;
in FIG. 4 is a diagram of a pulsed lightning arrester made on the cutting cable entry;
in FIG. 5 is a schematic illustration of a spark gap with a tubular insulating body in the form of an elongated glass;
in FIG. 6 is a schematic illustration of a spark gap in the form of a garland of discharge modules;
in FIG. 7 is a schematic illustration of a spark gap with main electrodes located inside an insulating body;
in FIG. 8 is a schematic illustration of the arrester of FIG. 6 with an insulator on an additional electrode;
in FIG. 9 is a schematic illustration of the arrester of FIG. 5 with an optional non-linear resistor.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 показан искровой грозовой разрядник по изобретению, содержащий полый корпус в форме трубчатого тела 1, выполненного из твердого диэлектрика. В средней части трубчатого тела 1 на наружной поверхности его цилиндрической стенки расположен первый основной электрод 2. Второй основной электрод выполнен из двух частей, расположенных на концах трубчатого тела 1 (концевых электродов), обозначенных как 3.1 и 3.2. Внутри трубчатого тела 1 от одного его конца до другого проходит дополнительный электрод 4, электрически соединенный с обеими частями второго основного электрода, т.е. с концевыми электродами 3.1 и 3.2. Зона 5 формирования поверхностного разряда, заключенная между первым основным электродом 2 и концевыми электродами 3.1 и 3.2, заполнена дисперсным материалом, заключенным в изоляционную оболочку 7 и образующим дисперсную изоляционную среду, в которой формируется поверхностный скользящий разряд. В качестве дисперсного изоляционного материала может использоваться практически любой изоляционный материал, удовлетворяющий основному требованию стойкости к воздействию электрического разряда (включая термостойкость, механическую прочность, химическую стойкость и т.п. ). Желательно также, чтобы дисперсный материал был достаточно стабильным и устойчивым к воздействиям окружающей среды. Всем указанным требованиям в полной мере удовлетворяют, в частности, порошок фторопласта (политетрафторэтилена) и кварцевый песок. Наилучшие результаты были получены при использовании порошка фторопласта с диаметром частиц 20-50 мкм и кварцевого песка с диаметром частиц 100-300 мкм, а также их смесей при любом соотношении компонентов. С учетом низкой стоимости и широкой доступности кварцевого песка именно он представляется наиболее предпочтительным вариантом дисперсного изоляционного материала.Information confirming the possibility of carrying out the invention
In FIG. 1 shows a spark thunder spark gap according to the invention, comprising a hollow body in the form of a
Для подачи напряжения на первый основной электрод 2 служит металлический контактный элемент 8, который соединен с наружным хомутом 9, используемым для крепления разрядника, например, на опоре, и с зажимом 10, служащим для подключения разрядника к элементу электропередачи, находящемуся под некоторым потенциалом (например к опоре с нулевым потенциалом). При помощи одного или двух других контактных элементов (зажимов) 11, соединенных с концевыми электродами 3.1 и 3.2, разрядник подключается непосредственно или через искровой воздушный промежуток (не изображен) к другому элементу электропередачи, находящемуся под другим потенциалом, (например, к проводу ЛЭП) электрически параллельно защищаемому элементу электропередачи (например изолятору). To supply voltage to the first
В изображенном на фиг. 2 варианте применения разрядника по настоящему изобретению он при помощи контактных элементов (зажимов 11) включен в разрыв токопровода 12 и служит в качестве ввода через проводящую стену 13. Металлический хомут 9 служит для крепления разрядника в проводящей стене 13 и имеет потенциал земли. Контактный элемент 8 может подключаться к основному электроду 2 непосредственно или, как показано на фиг. 2, через искровой промежуток. In the depicted in FIG. 2 application of the arrester of the present invention, it is connected to the gap of the
В варианте разрядника, изображенном на фиг. 3, в отличие от вариантов, описанных выше, трубчатое изоляционное тело 1 и дополнительный электрод 4 изогнуты в виде петли, первый основной электрод 2 изогнут по дуге с радиусом, соответствующим радиусу изгиба наружной боковой поверхности трубчатого тела, а части второго основного электрода 3, т.е. концевые электроды 3.1 и 3.2 соединены между собой перемычкой 14. Такая форма выполнения разрядника обеспечивает дополнительное уменьшение его длины при сохранении оптимального расстояния между основными электродами 2, 3. In the embodiment of the arrester shown in FIG. 3, in contrast to the options described above, the tubular insulating
На фиг. 4 приведена схема импульсного грозового разрядника, выполненного на разделке кабельного ввода. Изоляционным трубчатым телом 1 разрядника служит изоляция разделки, в качестве дополнительного электрода 4 разрядника используется жила кабеля. Первый основной электрод 2 гальванически соединен с металлической оболочкой 15 кабеля и установлен на ее границе с разделкой 1. Второй основной электрод 3 соединен с жилой кабеля 4 и установлен на конце кабеля. Разделка кабеля заключена в изоляционную оболочку 7, охватывающую зону 5 формирования разряда и заполненную дисперсным изоляционным материалом 6. Жила кабеля 4 при помощи контактного элемента-зажима 11 подключается к электроустановке, а оболочка 15 кабеля при помощи контактного элемента-зажима 10 подключается к земле. In FIG. 4 shows a diagram of a pulsed lightning arrestor made on the cutting cable entry. The insulating tubular body of the
На фиг. 5 показано схематичное изображение варианта разрядника с трубчатым изоляционным телом 1 в виде удлиненного стакана с полусферическим дном, на котором снаружи установлен первый основной электрод 2 в форме полусферы соответствующего радиуса. Второй основной электрод 3 установлен на противоположном конце стакана 1, на его наружной поверхности, а соединенный с ним дополнительный электрод 4 установлен на внутренней поверхности изоляционного стакана 1. Изоляционный стакан 1 вместе с электродами 2, 3, 4 заключен в изоляционную оболочку 7, заполненную дисперсным изоляционным материалом 6. Подвод напряжения к первому основному электроду 2 осуществляется с помощью зажима 10, а ко второму основному электроду 3 - с помощью зажима 11. In FIG. 5 shows a schematic illustration of a variant of a spark gap with a tubular
Достоинством этого варианта разрядника, как и варианта по фиг. 3, являются меньшие габариты по сравнению с вариантом, показанным на фиг. 1. The advantage of this embodiment of the arrester, as well as that of FIG. 3 are smaller than the embodiment shown in FIG. 1.
На фиг. 6 показан вариант разрядника по настоящему изобретению, содержащего дополнительно несколько последовательно скрепленных разрядных модулей, образующих гирлянду. Второй основной электрод 3 разрядника гальванически соединен с первым основным электродом 2 первого дополнительного разрядного модуля, второй основной электрод первого разрядного модуля гальванически соединен с первым основным электродом последующего (второго) разрядного модуля и т. д. Подвод напряжения осуществляется к первому основному электроду 2 разрядника при помощи контактного элемента-зажима 10 и ко второму основному электроду 3 последнего модуля при помощи контактного элемента-зажима 11. In FIG. 6 shows an embodiment of a spark gap of the present invention, further comprising a plurality of consecutively connected discharge modules forming a garland. The second
Все разрядные модули заключены в общую изоляционную оболочку 7, заполненную дисперсным изоляционным материалом 6. Еще одной особенностью данного варианта разрядника является то, что его полый корпус, как и корпуса разрядных модулей, выполнен не в виде трубчатого тела, как в предыдущих вариантах, а имеет форму, близкую к V-образной, закругленную в месте расположения первого основного электрода 2. Такая форма облегчает сборку модулей в гирлянду. Следует, однако, отметить, что сборка гирлянды может в принципе осуществляться с использованием модулей различного размера и формы. При этом различные группы модулей могут быть заключены в отдельные оболочки. All the discharge modules are enclosed in a common insulating
Достоинством этого варианта разрядника является возможность создания разрядника на высокие номинальные напряжения, используя модули разрядников, разработанные на более низкие номинальные напряжения. The advantage of this version of the arrester is the ability to create an arrester for high rated voltages, using arrester modules designed for lower rated voltages.
На фиг. 7 показан вариант разрядника с основными электродами 2 и 3, расположенными внутри изоляционного трубчатого тела 1 и дополнительным электродом 4 в виде наружной металлической трубки, охватывающей трубчатое тело 1. Трубчатое тело 1 одновременно выполняет функцию изолирующей оболочки 7, внутри которой заключена зона 5 формирования разряда, заполненная дисперсным изоляционным материалом 6. Первый 2 и второй 3 основные электроды подключены соответственно к зажимам 10 и 11. In FIG. 7 shows a variant of a spark gap with the
На фиг. 8 показан вариант разрядника по фиг. 7, дополнительно снабженный изолятором 16, расположенном на дополнительном электроде 4. Первый основной электрод 2 может быть подключен, например к проводу линии электропередачи, дополнительный электрод 4 в виде металлической трубки может быть использован для закрепления разрядника на заземленной проводящей опоре. In FIG. 8 shows a variant of the arrester of FIG. 7, additionally equipped with an
На фиг. 9 показано схематичное изображение разрядника по фиг. 5 с резистором 17, включенным между основным электродом 3 и зажимом 11, т. е. последовательно с разрядником, и имеющим нелинейную зависимость сопротивления от тока. При малых токах, порядка миллиампер, сопротивление составляет мегомы, а при больших токах, порядка сотен ампер, сопротивление нелинейного резистора составляет единицы Ом и менее. In FIG. 9 is a schematic illustration of the arrester of FIG. 5 with a resistor 17 connected between the
Работа разрядника будет сначала описана со ссылкой на фиг. 1. The operation of the arrester will first be described with reference to FIG. 1.
Возникающее перенапряжение, соответствующее напряжению на защищаемом элементе, через элементы 8-11 разрядника подается на основные электроды 2 и 3. Поскольку дополнительный электрод 4 соединен с концевыми электродами 3.1 и 3.2, указанное перенапряжение приложено также между электродами 2 и 4 к трубчатому телу 1, выполняющему функции изоляции. Наличие дополнительного электрода 4 резко усиливает напряженность поля вблизи электрода 2. Наибольшая напряженность поля достигается на краю электрода 2 за счет проявления краевого эффекта. Вследствие этого при относительно низких значениях воздействующего перенапряжения вблизи кромки электрода 2, в зоне 5 формируется канал скользящего разряда, который, подпитываясь емкостным током, замыкающимся на электроде 4, скользит по наружной поверхности трубчатого тела 1 в сторону концевого электрода, например, 3.1. The resulting overvoltage, corresponding to the voltage on the protected element, is supplied to the
При перенапряжениях, ненамного превышающих напряжение срабатывания разрядника, канал разряда формируется в зоне разряда 5 обычно в одну из сторон к концевому электроду 3.1 или 3.2. При значительных перенапряжениях канал разряда развивается в обе стороны, т. е. к концевому электроду 3.1 и к концевому электроду 3.2, как это показано на фиг. 1. Как продемонстрировали экспериментальные исследования, при выборе в качестве дисперсного изоляционного материала кварцевого песка и/или фторопласта со средними размерами частиц в рекомендуемом интервале, наличие дисперсной изоляционной среды 6, в которой происходит развитие канала импульсного скользящего разряда, практически не влияет на величину разрядных напряжений. Так например, разрядные напряжения разрядника при толщине изоляции (стенки трубчатого тела 1) 2 мм и L=20 см при воздействии грозового импульса составляют примерно 60 кВ как при отсутствии дисперсной изоляционной среды, так и при ее наличии. Опыты, проведенные с различными дисперсными изоляционными материалами при выборе размеров частиц в интервале 20-300 мкм, дали близкие значения разрядных напряжений. When overvoltages are slightly higher than the operating voltage of the spark gap, the discharge channel is formed in the
После прохождения импульсного тока грозового перенапряжения начинает формироваться канал силовой дуги. Поскольку зона 5 формирования разряда заполнена дисперсной средой, этот канал разветвляется на множество отдельных каналов. При этом происходит его интенсивное охлаждение и увеличение общего сопротивления канала. Кроме того, развитие лавин электронов затрудняется тем, что частицы изоляционного материала захватывают электроны из канала разряда. Указанные процессы приводят к ограничению протекающего тока и погасанию канала силовой дуги. Таким образом, дисперсная изоляционная среда оказывает сильное тормозящее влияние на формирование канала силовой дуги. Эффективность гашения дуги в кварцевом песке и фторопласте, а также в их смесях подтверждена экспериментально. Например для разрядников класса 10 кВ при L= 20 см происходит эффективное ограничение перенапряжений без возникновения силовой дуги промышленной частоты даже для весьма значительных токов короткого замыкания (1 кА). After the passage of the pulsed lightning surge current, a channel of the power arc begins to form. Since the
Дополнительный технический эффект, обеспечиваемый при заполнении зоны 5 формирования разряда дисперсным материалом, заключается в демпфировании ударной волны, возникающей в разряднике при возникновении силовой дуги. Эффект демпфирования тем значительнее, чем больше толщина слоя дисперсного изоляционного материала. Экспериментально установлено, что в случае применения кварцевого песка или фторопласта вполне удовлетворительное демпфирование обеспечивается при толщине слоя в интервале 5-20 мм. Эффект демпфирования также способствует повышению стабильности и надежности работы разрядника. An additional technical effect provided when filling the
Необходимое расстояние между основными электродами (длина L) зависит от класса напряжения разрядника, а также от значения тока короткого замыкания сети. Чем выше класс напряжения и чем больше ток короткого замыкания, тем больше должна быть длина L. Для минимальных токов однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, составляющих единицы ампер, необходимая минимальная длина Lmin может быть описана аппроксимирующей формулой Lmin=0,01+0,023 Uном или более точной формулой Lmin=0,006 Uном 0,75, где Uном - номинальное линейное напряжение в кВ, а значение Lmin измеряется в м. Таким образом, значение L может быть уменьшено в 10 раз по сравнению с прототипом.The required distance between the main electrodes (length L) depends on the voltage class of the arrester, as well as on the value of the short circuit current of the network. The higher the voltage class and the greater the short-circuit current, the greater the length L. For minimum currents of a single-phase earth fault in insulated neutral networks of units of amperes, the required minimum length L min can be described by the approximating formula L min = 0, 01 + 0.023 U nom or more accurate formula L min = 0.006 U nom 0.75 , where U nom is the nominal line voltage in kV, and the value of L min is measured in m. Thus, the value of L can be reduced by 10 times compared with the prototype.
Верхняя граница L определяется, исходя из условия соответствия напряжения срабатывания разрядника характеристикам защищаемого объекта, т.е. напряжение срабатывания разрядника должно быть ниже, чем разрядное напряжение защищаемого объекта. Как было показано выше, при оптимальном выборе параметров дисперсного изоляционного материала его присутствие практически не влияет на величину разрядных напряжений и, следовательно, на максимальное значение L. Поэтому оно может выбираться аналогичным соответствующему значению в известных разрядниках, например в соответствии с соотношением L<0,5 Uном 0,75.The upper boundary L is determined on the basis of the condition that the rated voltage of the arrester corresponds to the characteristics of the protected object, i.e. the operating voltage of the arrester should be lower than the discharge voltage of the protected object. As was shown above, with an optimal choice of parameters of dispersed insulating material, its presence practically does not affect the value of discharge voltages and, therefore, the maximum value of L. Therefore, it can be chosen similar to the corresponding value in known arresters, for example, in accordance with the relation L <0, 5 U nom 0.75 .
Аналогичным образом функционируют и варианты искровых разрядников, изображенные на фиг. 2-9. The spark gap variants depicted in FIG. 2-9.
Вариант разрядника, приведенный на фиг. 2, функционирует с тем отличием, что при перенапряжении на токопроводе 12 сначала пробивается искровой промежуток между контактным элементом 8 и основным электродом 2, после чего перенапряжение оказывается приложенным между основными электродами 2 и 3. The arrester embodiment shown in FIG. 2, it operates with the difference that during overvoltage on the
Особенность работы вариантов по фиг. 3 и 5 состоит в том, что заполнение дисперсным изоляционным материалом 6 внутренней полости трубчатого тела 1 усиливает демпфирующий эффект. A feature of the operation of the variants of FIG. 3 and 5 consists in the fact that the filling of dispersed insulating
При работе варианта по фиг. 6 разрядные модули первоначально действуют как элементы делителя напряжения, приложенного ко всей гирлянде. В результате образования канала разряда в любом из разрядных модулей напряжение, приложенное к другим модулям, скачкообразно повышается, что приводит к практически одновременному формированию разрядов во всех модулях. When the embodiment of FIG. 6-bit modules initially act as elements of a voltage divider applied to the entire garland. As a result of the formation of the discharge channel in any of the discharge modules, the voltage applied to the other modules increases stepwise, which leads to the almost simultaneous formation of discharges in all modules.
Отличие работы варианта по фиг. 7, 8 состоит в том, что при перенапряжении, приложенном к зажимам 10 и 11, которые подключены к первому основному электроду 2 и ко второму основному электроду 3 соответственно, канал разряда развивается в дисперсной изоляционной среде 6, заполняющей зону 5 формирования разряда, расположенную не снаружи, а внутри трубчатого тела 1 между основными электродами 2 и 3. The difference in operation of the embodiment of FIG. 7, 8 consists in the fact that when an overvoltage is applied to the
При этом изолятор 16, имеющийся в варианте по фиг. 8, предотвращает развитие перекрытия между первым основным электродом 2 и дополнительным электродом 4, т. е. обеспечивает развитие канала разряда в зоне 5 формирования разряда между основными электродами 2 и 3. In this case, the
Изолятор 16 может одновременно играть роль линейного изолятора линии, т. е. разрядник может совмещать в себе функции собственно разрядника, а также линейного изолятора с арматурой. The
Вариант разрядника по фиг. 9 с последовательно включенным нелинейным резистором 17 имеет следующие особенности работы. При приложении перенапряжения к зажимам разрядника 10 и 11 вдоль изоляционного трубчатого тела 1 между основными электродами 2 и 3 развивается канал скользящего разряда. При замыкании каналом основных электродов 2 и 3 практически все перенапряжение (за исключением падения напряжения на канале разряда) оказывается приложенным к нелинейному резистору 17. Под действием приложенного перенапряжения через нелинейный резистор 17 протекает значительный ток перенапряжения, причем сопротивление этого резистора резко падает. При этом падение напряжения на разряднике определяется падением напряжения на нелинейном резисторе 17, которое обеспечивается соответствующим выбором его параметров. Таким образом обеспечивается ограничение напряжения на защищаемом объекте. После завершения перенапряжения и уменьшения тока через нелинейный резистор 17, вследствие его нелинейной характеристики, сопротивление резистора вновь увеличивается и напряжение на нем остается практически неизменным. Соответственно напряжение на разряднике в целом не падает до нуля, как в других рассмотренных ранее вариантах разрядника, а сохраняется на некотором заданном уровне. Таким образом в рассмотренном варианте разрядника нет резкого среза напряжения при его срабатывании, и этот вариант может быть использован для защиты от перенапряжений объектов, для которых такой резкий срез напряжения нежелателен, например для защиты электрических двигателей, генераторов, трансформаторов и т. п. The arrester embodiment of FIG. 9 with a series-connected non-linear resistor 17 has the following operating features. When overvoltage is applied to the terminals of the
Все приведенные варианты импульсного грозового разрядника обеспечивают при грозовых перенапряжениях скользящий разряд по поверхности полого изоляционного корпуса в дисперсной изоляционной среде. Все они просты в изготовлении и, благодаря заполнению зоны формирования разряда дисперсным материалом, обладают повышенной надежностью в работе, поскольку обеспечивают эффективное гашение дугового разряда и демпфирование ударной волны. Таким образом, решение поставленной технической задачи достигается во всех приведенных вариантах разрядника. При этом их габаритные размеры могут быть выбраны существенно меньшими, чем у известных разрядников, особенно при использовании вариантов, представленных на фиг. 3, 5, 7, 8, 9. All of the above versions of a pulsed lightning arrester provide a thunderstorm during a lightning overvoltage discharge across the surface of a hollow insulating casing in a dispersed insulating medium. All of them are simple to manufacture and, due to the filling of the discharge formation zone with dispersed material, they have increased reliability in operation, since they provide effective quenching of the arc discharge and shock wave damping. Thus, the solution of the technical problem is achieved in all of the above versions of the arrester. At the same time, their overall dimensions can be selected significantly smaller than that of known arresters, especially when using the options presented in FIG. 3, 5, 7, 8, 9.
Помимо описанных, возможны и другие варианты осуществления изобретения, отличающиеся, в частности, особенностями конструкции отдельных элементов, выбором дисперсного изоляционного материала, диапазоном размеров его частиц, соотношением размеров отдельных элементов и т.д. In addition to those described, other embodiments of the invention are possible, differing, in particular, by the structural features of the individual elements, the choice of dispersed insulating material, the range of particle sizes, the aspect ratio of the individual elements, etc.
Claims (15)
20 < d < 300 (мкм).3. The pulse arrester according to claim 1 or 2, characterized in that the particle size d of the dispersed insulating material is selected in the range
20 <d <300 (μm).
L≥0,006 U0,75
где L - расстояние между основными электродами, м;
U - номинальное напряжение разрядника, кВ.4. The pulse arrester according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the distance between the main electrodes is determined by the ratio
L≥0.006 U 0.75
where L is the distance between the main electrodes, m;
U is the rated voltage of the arrester, kV.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107542A RU2146847C1 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Pulse-operated air-gap lightning arrester |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107542A RU2146847C1 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Pulse-operated air-gap lightning arrester |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98107542A RU98107542A (en) | 2000-01-27 |
| RU2146847C1 true RU2146847C1 (en) | 2000-03-20 |
Family
ID=20205081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98107542A RU2146847C1 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Pulse-operated air-gap lightning arrester |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2146847C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA025065B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Method for manufacturing discharge element for lightning protector |
| RU187095U1 (en) * | 2018-12-06 | 2019-02-19 | Акционерное общество "НПО "Стример" | MULTI-CAMERA DISCHARGE WITH TIP |
| EP3747100B1 (en) * | 2018-01-30 | 2022-03-16 | Hitachi Energy Switzerland AG | Surge arrestor dimensioning in a dc power transmission system |
-
1998
- 1998-04-21 RU RU98107542A patent/RU2146847C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA025065B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Method for manufacturing discharge element for lightning protector |
| EP3747100B1 (en) * | 2018-01-30 | 2022-03-16 | Hitachi Energy Switzerland AG | Surge arrestor dimensioning in a dc power transmission system |
| RU187095U1 (en) * | 2018-12-06 | 2019-02-19 | Акционерное общество "НПО "Стример" | MULTI-CAMERA DISCHARGE WITH TIP |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2235398C2 (en) | High-voltage bushing | |
| US5220480A (en) | Low voltage, high energy surge arrester for secondary applications | |
| US6108187A (en) | Electric power transmission line with protection devices against lightning overvoltages | |
| KR960000924B1 (en) | Earth line and carrier system | |
| RU2299508C2 (en) | Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device | |
| US5903427A (en) | Arc containing device | |
| RU2096882C1 (en) | Power transmission line with pulse lightning arrester | |
| RU2312441C2 (en) | Power transmission line | |
| RU95119890A (en) | ELECTRIC TRANSMISSION LINE WITH PULSE THUNDER DISCHARGE | |
| RU2146847C1 (en) | Pulse-operated air-gap lightning arrester | |
| RU2191454C2 (en) | Impulse lighting arrester for electric power line (modifications) and column of impulse arresters | |
| RU171093U1 (en) | ROOF MULTI-CAMERA DISCHARGE | |
| AU4780200A (en) | Creeping discharge lightning arrestor | |
| US2288428A (en) | Device for protecting electrical apparatus from voltage surges | |
| RU2273929C1 (en) | Multipole overvoltage protective system and method ensuring reliable operation of multipole overvoltage protective system | |
| US3858089A (en) | Electrical protective device using a reed relay | |
| SU1498404A3 (en) | High-voltage installation | |
| RU2666358C2 (en) | Power transmission line with ground wire, protected by discharger | |
| RU2121741C1 (en) | Surge gap spark lightning arrester for electric power line | |
| AU2021330108B2 (en) | Surge arrester for fire mitigation | |
| RU2100885C1 (en) | Air-gap surge arrester for power transmission lines | |
| RU2149488C1 (en) | Lightning surge protective device for overhead power transmission lines | |
| RU98107542A (en) | PULSED SPARKING THUNDER DISCHARGE | |
| US3896352A (en) | Lightning arresters and surge diverters | |
| RU173089U1 (en) | LONG SPARK DISCHARGE |