RU2149488C1

RU2149488C1 - Lightning surge protective device for overhead power transmission lines

Info

Publication number: RU2149488C1
Application number: RU98113364A
Authority: RU
Inventors: Ф.А. Гиндуллин; Ю.И. Кузнецов
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-05-20

Abstract

FIELD: high-voltage engineering; lightning protective gear. SUBSTANCE: device has PVC insulating holder one of whose ends is screwed to grounded metal case which is clamped to supporting structure of line being protected. PVC holder has longitudinal slits filled with different-size destructible wire lengths. Wire lengths are screwed to insulating holder on one end to form spark gaps of different length to ensure sequential flash-over of mentioned spark gaps. Other ends of wire lengths are screwed to metal ring and form, together with additional metal rings and external spark gap, multisection spark gap between wires and current-carrying conductor of line being protected. EFFECT: improved reliability and simplified design of lightning protective device. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области техники высоких напряжении и может быть использовано в схемах грозозащиты высоковольтных электротехнических установок. The invention relates to the field of high voltage engineering and can be used in lightning protection schemes of high-voltage electrical installations.

Известен трубчатый разрядник (А. с. СССР N 162212, МПК H 01 T 9/00, опубл. в 1964 г.) для защиты от перенапряжений, который выполнен в виде армированной винипластовой дугогасительной трубки со встроенными в нее электродами. Гашение дуги происходит за счет продольного дутья, создаваемого высоким давлением внутри трубки, которое образуется в результате интенсивного выделения газа под воздействием высокой температуры при протекании тока промышленной частоты. Known tubular arrester (A. S. USSR N 162212, IPC H 01 T 9/00, published in 1964) for surge protection, which is made in the form of a reinforced vinyl-plastic arrester with integrated electrodes. The quenching of the arc occurs due to the longitudinal blast created by high pressure inside the tube, which is formed as a result of intense gas evolution under the influence of high temperature during the flow of industrial frequency current.

Основными недостатками этого устройства являются; наличие предельных значений отключаемых токов короткого замыкания, изменение первоначальных дугогасящих параметров трубки после срабатывания, изменяющее пределы токов гашения, на которые оно рассчитано, наличие крутой вольт-секундной характеристики в области малых времен, в которой устройство не выполняет функцию защиты от атмосферных перенапряжений. The main disadvantages of this device are; the presence of limit values of disconnected short-circuit currents, a change in the initial arcing parameters of the tube after operation, changing the limits of the quenching currents for which it is designed, the presence of a steep volt-second characteristic in the short-time region, in which the device does not perform the function of protection against atmospheric overvoltages.

Наиболее близким из известных технических решений к предложенному нами является устройство для защиты от атмосферных перенапряжений (А.с. СССР N 658639, МПК H 02 H 9/00, опубл. 22.04.79 г.), содержащее ряд разрушаемых электрическим током проволочек, закрепленных на диэлектрическом стержне в прорезях вдоль образующих и сдвинутых относительно друг друга в осевом направлении, причем одним концом эти проволочки закреплены на металлическом стержне, заземленном на опоре линии, а вторые концы проволочек для обеспечения последовательности срабатывания образуют искровой промежуток различной величины с токоведущим проводом линии электропередачи. The closest known technical solutions to the proposed by us is a device for protection against atmospheric overvoltages (A.S. USSR N 658639, IPC H 02 H 9/00, publ. 04/22/79,), containing a number of wires destroyed by electric current, fixed on the dielectric rod in the slots along the generatrices and axially shifted relative to each other, with one end of these wires fixed to a metal rod grounded on the line support, and the second ends of the wires to ensure the sequence of operation of the samples form a spark gap of varying magnitude with current wire transmission line.

Недостатками указанного устройства являются: а) крутая вольт-секундная характеристика (ВСХ) устройства в области малых времен (например, кривая 1 для ВЛ 10 кВ на фиг. 2); в этой области ВСХ устройства лежит выше ВСХ защищаемой изоляции линии электропередачи (кривая 2 для изолятора ШС-10 А) и не выполняет функцию защиты от атмосферных перенапряжений; б) сложность конструкции, которая предусматривает наличие шарнирного соединения для обеспечения минимально допустимого расстояния от токоведущих частей до заземленных, регламентируемого Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ). The disadvantages of this device are: a) a steep volt-second characteristic (VSC) of the device in the field of short times (for example, curve 1 for a 10 kV overhead line in Fig. 2); in this area, the VSH of the device is higher than the VSH of the protected insulation of the power line (curve 2 for the ShS-10 A insulator) and does not perform the function of protection against atmospheric overvoltages; b) the complexity of the design, which provides for the existence of a swivel to ensure the minimum allowable distance from live parts to grounded, regulated by the Rules of Electrical Installations (PUE).

Основной технической задачей предложенного устройства является повышение надежности защиты изоляции линий электропередачи за счет расширения рабочего диапазона срабатывания устройства, а также упрощение конструкции. The main technical task of the proposed device is to increase the reliability of the insulation protection of power lines by expanding the operating range of the device’s response, as well as simplifying the design.

Расширение рабочего диапазона срабатывания устройства обеспечивается пологостью вольт-секундной характеристики в области малых времен. Пологость ВСХ достигается тем, что в известном устройстве искровой промежуток между разрушаемыми проволочками и токоведущими проводом защищаемой линии представляет из себя несколько секций, образованных параллельно установленными токопроводящими кольцами или пластинами, закрепленными на изоляционном стержне, что делает электрическое поле между токоведущим проводом и разрушаемыми проволочками более однородным. Упрощение конструкции достигается тем, что в известном устройстве разрушаемые проволочки образуют изоляционный промежуток с заземленным корпусом устройства, обеспечивая этим минимально допустимое по ПУЭ расстояние от токоведущих частей до заземленных. The expansion of the operating range of the device is provided by the canopy of the volt-second characteristics in the field of small times. GCF flatness is achieved by the fact that in the known device the spark gap between the destructible wires and the current-carrying wire of the protected line consists of several sections formed in parallel by installed conductive rings or plates mounted on an insulating rod, which makes the electric field between the current-carrying wire and destructible wires more uniform . Simplification of the design is achieved by the fact that in the known device, the destructible wires form an insulating gap with a grounded device casing, thereby ensuring the minimum permissible distance from current-carrying parts to grounded parts in terms of PUE.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты линий электропередач от атмосферных перенапряжений, содержащем ряд разрушаемых электрическим током проволочек, закреплен на изоляционном держателе, причем один конец каждой из проволочек имеет разную величину искрового зазора, а другие концы проволочек закреплены на изоляционном держателе, согласно предложенному решению указанные искровые зазоры одними концами проволочек образованы с заземленным на опоре линии электропередачи металлическим корпусом, а со стороны других концов проволочек установлен многосекционный электрод, выполненный в виде параллельных токопроводящих колец или пластин, укрепленных между собой, при этом изоляционный держатель одним концом укреплен в упомянутом металлическом корпусе. The specified technical result is achieved by the fact that in the device for protecting power lines from atmospheric overvoltages, containing a number of wires destroyed by electric current, is fixed on an insulating holder, with one end of each of the wires having a different spark gap, and the other ends of the wires are fixed on an insulating holder, according to the proposed solution, the indicated spark gaps at one ends of the wires are formed with a metal case grounded on the power line support, and with on the sides of the other ends of the wires, a multi-sectional electrode is installed, made in the form of parallel conductive rings or plates, fixed to each other, while the insulating holder is fixed at one end in the said metal case.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественные всем признакам заявляемого устройства, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентноспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed device. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентноспособности "изобретательский уровень". From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the invention on the achievement of the indicated technical result is not known. Therefore, the invention meets the condition of patentability "inventive step".

На приведенном чертеже (фиг. 1) представлена конструкция устройства для защиты воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, а на фиг. 2 - вольт-секундные характеристики. The drawing (Fig. 1) shows the design of a device for protecting overhead power lines from atmospheric overvoltages, and in FIG. 2 - volt-second characteristics.

Устройство состоит из винипластового изоляционного держателя 1, один конец которого с помощью винта 2 закреплен на заземленном металлическом корпусе 3, который крепится хомутами 4 на опоре 5 защищаемой линии электропередачи. На винипластовом изоляционном держателе 1 выполнены продольные прорези 6, в которых заложены разрушаемые (взрывающиеся) проволочки 7 различной длины. Одни концы проволочек 7 закреплены винтами 8 на изоляционном держателе 1, образуя при этом искровой промежуток 9 различной длины, что обеспечивает последовательность перекрытия данных искровых промежутков 9. Другие концы проволочек 7 крепятся винтами 10 на металлическом кольце 11 и совместно с дополнительными металлическими кольцами 12 и внешним искровым зазором 13 образует многосекционный искровой промежуток между проволочками 7 и токоведущим проводом 14 защищаемой линии, величина которого регламентируется ПУЭ. Для установки точной величины внешнего искрового зазора 13 относительно последнего дополнительного металлического кольца 11 в торец свободного конца изоляционного держателя вкручивается винт 15. The device consists of a vinyl-plastic insulating holder 1, one end of which with a screw 2 is mounted on a grounded metal housing 3, which is attached with clamps 4 to the support 5 of the protected transmission line. On the vinyl-plastic insulating holder 1, longitudinal slots 6 are made, in which are destroyed (exploding) wires 7 of various lengths. Some ends of the wires 7 are fixed with screws 8 on the insulating holder 1, forming a spark gap 9 of various lengths, which ensures the sequence of overlapping of these spark gaps 9. The other ends of the wires 7 are fastened with screws 10 on the metal ring 11 and together with additional metal rings 12 and the outer spark gap 13 forms a multi-section spark gap between the wires 7 and the conductive wire 14 of the protected line, the value of which is regulated by the PUE. To set the exact value of the external spark gap 13 relative to the last additional metal ring 11, a screw 15 is screwed into the end of the free end of the insulating holder.

Длина проволочек 7 и соответственно изоляционного держателя 1 выбирается, исходя из номинального напряжения линии электропередачи согласно "Правил техники безопасности" и ПУЭ. Селективность срабатывания обеспечивается различной величиной искового промежутка 9 между концами разрушаемых проволочек 7 и заземленным металлическим корпусом 3 устройства. The length of the wires 7 and, respectively, of the insulating holder 1 is selected based on the rated voltage of the power line according to the "Safety Rules" and the PUE. The selectivity of the operation is ensured by the different size of the gap 9 between the ends of the destructible wires 7 and the grounded metal casing 3 of the device.

Устройство работает следующим образом:
при появлении атмосферного перенапряжения на токопроводящем проводе или элементах опоры происходит импульсный пробой многосекционного искрового промежутка и наименьшего промежутка между проволочками 7 и заземленным металлическим корпусом 3 устройства и импульсный ток промышленной частоты, который является током короткого замыкания (К.З.) на землю. При достижении максимума тока К. 3. происходит электрический взрыв проволочки 7, в результате чего происходит гашение дуги тока К.3. Электрический взрыв проволочки 7 происходит при условии

где: H_к.з. - энергия, выделяемая в проволочке при протекании тока К.3.; h_исп. - удельное действие или интеграл тока. При первом перекрытии взрывается самая длинная проволочка 7, при втором - следующая по длине проволочка 7 и т. д. После срабатывания всех проволочек 7 производится замена устройства (РВД). Замена может производиться без снятия напряжения, т.к. заземленный металлический корпус 3 устройства имеет расстояние до токоведущего провода 14 защищаемой линии больше минимально допустимого по ПУЭ.The device operates as follows:
when atmospheric overvoltage appears on a conductive wire or support elements, a pulsed breakdown of a multi-section spark gap and the smallest gap between the wires 7 and the grounded metal case 3 of the device and a pulsed current of industrial frequency, which is a short circuit current (KZ) to the ground. When the maximum current K. 3 is reached, an electric explosion of the wire 7 occurs, as a result of which the current arc K.3 is extinguished. The electric explosion of wire 7 occurs under the condition

where: H _short - the energy released in the wire during the flow of current K.3 .; h _isp. - specific action or current integral. At the first overlap, the longest wire 7 explodes, at the second - the next longest wire 7, etc. After all the wires 7 are triggered, the device (RVD) is replaced. Replacement can be carried out without stress relief, as the grounded metal case 3 of the device has a distance to the current-carrying wire 14 of the protected line is more than the minimum allowable for PUE.

Наличие многосекционного искрового промежутка обеспечивает пологую вольт-секундную характеристику срабатывания предлагаемого устройства - кривая 3 на фиг. 2. На фиг. 2 видно, что ВСХ (кривая 2) защищаемой изоляции (например, ШС - 10 А), т.е. в этом диапазоне времен устройство-аналог не защищает изоляцию линий электропередачи 10 кВ, в то время как предложенное устройство имеет ВСХ (кривая 3), лежащую ниже ВСХ изоляции (кривая 2). Амплитуда токов молнии, приводящих к перекрытию изоляции линий электропередачи 10 кВ, составляет около 5 кА, а их вероятность - около 1. Крутизна фронта токов молнии, при которых амплитуда токов достигает 5 кА за время 0,6-1,7 мкс, лежит в диапазоне от 0,8 до 1. Это означает, что для линий электропередачи 10 кВ эффективность предложенного устройства как минимум выше 80%. The presence of a multi-section spark gap provides a gentle volt-second response characteristic of the proposed device — curve 3 in FIG. 2. In FIG. Figure 2 shows that the VSH (curve 2) of the protected insulation (for example, AL - 10 A), i.e. in this time range, the analog device does not protect the insulation of 10 kV power lines, while the proposed device has a BCX (curve 3) lying below the BCX isolation (curve 2). The amplitude of lightning currents, leading to overlapping insulation of 10 kV power lines, is about 5 kA, and their probability is about 1. The steepness of the front of lightning currents, at which the amplitude of the currents reaches 5 kA in a time of 0.6-1.7 μs, lies in the range from 0.8 to 1. This means that for power lines 10 kV, the efficiency of the proposed device is at least above 80%.

Таким образом, РВД повышает надежность защиты изоляции линий электропередачи при воздействии на них атмосферных перенапряжений, выполняется из дешевых материалов, несложно в изготовлении, монтаже и отключении линии при разрядах молнии в них, что повышает надежность электроснабжения потребителей. Thus, the WFD increases the reliability of protecting the insulation of power lines when exposed to atmospheric overvoltages, is made of cheap materials, it is easy to manufacture, install and disconnect the line during lightning discharges in them, which increases the reliability of power supply to consumers.

Предлагаемое устройство может заменить как более эффективное трубчатые разрядники, искровые промежутки, в районах сильного гололеда - грозозащитный трос и устройство для защиты от атмосферных перенапряжений - аналог. The proposed device can replace tubular arresters, spark gaps as more effective, in areas of severe ice - a lightning protection cable and a device for protection against atmospheric overvoltages - an analogue.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более надежную защиту изоляции линии электропередачи и повышает надежность электроснабжения потребителей. За счет создания искрового промежутка между заземленным металлическим корпусом и разрушаемыми проволочками обеспечивается более высокая электробезопасность при монтаже и демонтаже устройства и упрощается конструкция устройства-аналога. The proposed device in comparison with the prototype provides more reliable protection of the insulation of the power line and increases the reliability of power supply to consumers. By creating a spark gap between the grounded metal casing and the destructible wires, higher electrical safety is ensured during installation and dismantling of the device and the design of the analog device is simplified.

Claims

A device for protecting power lines from atmospheric overvoltages, comprising a series of electrically destroyed wires mounted on an insulating holder, one end of each of the wires having a different spark gap, and the other ends of the wires fixed on an insulating holder, characterized in that said spark gaps are one the ends of the wires are formed with a metal case grounded on the power line support, and on the side of the other ends of the wires it is installed multisection electrode made in the form of parallel conductive plates or rings, mounted on an insulating carrier with gaps between them, wherein the insulating holder is fastened at one end to said metal body.