RU2633996C1

RU2633996C1 - Overshoot suppression device

Info

Publication number: RU2633996C1
Application number: RU2016128048A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Шпиганович; Сергей Евгеньевич Медведев; Николай Андреевич Шарапов
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2017-10-23

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: overshoot suppression device comprises the outer polymeric enclosure with edges, at a minimum one variable resistors column, which is placed between two end electrodes in the isolating frame. Within the frame, there are two inserted into each other metallic cylinder without the single base. The inner metallic cylinder is isolated from the outer one and comprises inside at a minimum one variable resistor unit, which is isolated from the cylinder's walls and has the electrical connection of one contact element to its base by dint of the pressure current-conducting element, which is linked to the electric transmission line and to the second contact element that puts the pressure on it. On the inner cylinder outer surface, there are the primary insulated winding made of the conductive material, one end of which is linked to the inner cylinder, and the second end is linked to the outer earthed cylinder; and the secondary insulated winding made of the conductive material, the ends of which are removed from the frame.

EFFECT: level increase of the electric transmission line protection against the lightning overvoltage.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите линий электропередач от перенапряжений.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the protection of power lines from overvoltage.

Наиболее близким к заявленному изобретению является известное устройство для защиты от перенапряжений (RU 2313842, МПК Н01С 7/12, Н01Т 4/02, дата публикации 27.12.2007), включающее наружную полимерную оболочку с ребрами, по меньшей мере, одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе, выполненном со средней частью цилиндрической формы с сетчатой поверхностью и двумя концевыми частями, внешний диаметр которых больше внешнего диаметра средней части; каркас изготовлен из волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, и, по меньшей мере, средняя часть каркаса выполнена со спирально-перекрестной намоткой волокнистого материала с образованием окон; наружная оболочка герметично соединена с концевыми частями каркаса, внутреннее пространство устройства заполнено одним изоляционным материалом. Концевые части каркаса получены путем дополнительной рядовой намотки волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим. На концевых частях изоляционного каркаса выполнена резьба. В качестве изоляционного материала используется полимерная композиция на основе низкомолекулярного кремнийорганического каучука с наполнителем из β-эвкриптита. В качестве волокнистого материала используется стекловолокно. В качестве волокнистого материала используется базальтовое волокно. Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность к грозовым перенапряжениям, а также отсутствие возможности контроля срабатывания устройства и счетчика количества срабатываний.Closest to the claimed invention is a known device for surge protection (RU 2313842, IPC Н01С 7/12, Н01Т 4/02, publication date 12/27/2007), including an outer polymer shell with ribs, at least one varistor column, placed between two end electrodes in an insulating frame made with a middle part of a cylindrical shape with a mesh surface and two end parts, the outer diameter of which is larger than the outer diameter of the middle part; the frame is made of a fibrous material impregnated with a polymer binder, and at least the middle part of the frame is made with a spiral-cross winding of the fibrous material with the formation of windows; the outer shell is hermetically connected to the end parts of the frame, the inner space of the device is filled with one insulating material. The end parts of the frame are obtained by additional ordinary winding of a fibrous material impregnated with a polymer binder. Threads are made on the ends of the insulating frame. As an insulating material, a polymer composition based on low molecular weight silicone rubber with a β-eucryptite filler is used. Glass fiber is used as the fibrous material. Basalt fiber is used as the fibrous material. The disadvantages of this device are its low sensitivity to lightning overvoltages, as well as the lack of the ability to control the operation of the device and the counter of the number of operations.

Задачей настоящего изобретения является устранение в линиях электропередач высокочастотных перенапряжений, а также получение альтернативной электроэнергии.The present invention is the elimination of high-frequency overvoltage in power lines, as well as obtaining alternative electricity.

Технический результат работы устройства состоит в повышении уровня защиты линии электропередач от грозовых перенапряжений, а также в получении электроэнергии, которую можно использовать для сигнализации о срабатывании устройства, либо, при использовании устройства на линиях в районах с высокой степенью грозовой активности, получение альтернативной электроэнергии.The technical result of the operation of the device is to increase the level of protection of the power line from lightning overvoltages, as well as to obtain electricity that can be used to signal the operation of the device, or, when using the device on lines in areas with a high degree of lightning activity, to obtain alternative electricity.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство ограничения перенапряжения включает наружную полимерную оболочку с ребрами, по меньшей мере, одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе. Внутри каркаса находятся два металлических цилиндра без одного основания и вставленных друг в друга. Внутренний металлический цилиндр изолирован от наружного и содержит внутри, по меньшей мере, один блок варистора, изолированный от его стенок и имеющий электрическое соединение одного контакта с его основанием с помощью прижимного токопроводящего элемента, соединяемого с линией электропередач и давящего на его второй контакт. На наружной поверхности внутреннего цилиндра расположены первичная изолированная обмотка из токопроводящего материала, один конец которой соединен с внутренним цилиндром, а второй с внешним заземленным цилиндром, и вторичная изолированная обмотка из токопроводящего материала, концы которой выведены из каркаса.The essence of the invention lies in the fact that the device for limiting overvoltage includes an outer polymer shell with ribs, at least one column of varistors located between two end electrodes in an insulating frame. Inside the frame are two metal cylinders without one base and inserted into each other. The inner metal cylinder is isolated from the outer and contains at least one varistor block, isolated from its walls and having an electrical connection of one contact with its base using a clamping conductive element connected to the power line and pressing on its second contact. On the outer surface of the inner cylinder there is a primary insulated winding of conductive material, one end of which is connected to the inner cylinder, and the second to an external grounded cylinder, and a secondary insulated winding of conductive material, the ends of which are removed from the frame.

В состав устройства ограничения перенапряжения входит (Фиг. 1) внутренний металлический цилиндр без одного основания 1, внешний металлический цилиндр без одного основания 2, варисторные блоки 3, первичная обмотка 4, вторичная обмотка 5, диэлектрический корпус 6, прижимная пружина 7, крепление подключения фазного провода 8, заземление 9, металлическое основание 10, выводы концов вторичной обмотки 11.The structure of the overvoltage limiting device includes (Fig. 1) an internal metal cylinder without one base 1, an external metal cylinder without one base 2, varistor blocks 3, primary winding 4, secondary winding 5, dielectric housing 6, hold-down spring 7, phase connection mount wires 8, grounding 9, metal base 10, terminals of the ends of the secondary winding 11.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети при номинальном уровне ее напряжения варисторные блоки 3 представляют собой элемент высокого электрического сопротивления и проводят лишь незначительный ток. При возникновении на линии высокочастотного перенапряжения, являющегося следствием прямого удара молнии или индуктированного напряжения, вызванного ударом молнии в непосредственной близости от линии, варисторные блоки 3 приобретают высокую проводимость. Импульс энергии перенапряжения проходит через них и поступает на внутренний цилиндр 1. Так как один конец первичной обмотки 4 соединен с внутренним цилиндром 1, а второй конец соединен с наружным цилиндром 2, то импульс тока пройдет через нее на наружный цилиндр 2 и далее, так как наружный цилиндр соединен с заземленным основанием 10, отведется в землю. Во время срабатывания устройства и устранения перенапряжения внутренний цилиндр 1 вместе с внешним цилиндром 2 представляют собой электрическую емкость. Первичная обмотка 4 подключена одним концом к внутреннему цилиндру 1, а вторым - к внешнему цилиндру 2 и представляет собой индуктивность. Таким образом, данная конструкция представляет собой параллельный колебательный контур, последовательно к которому подключены варисторные блоки (Фиг. 2). Элемент С символизирует емкость между цилиндрами, элементы L₁ и L₂ символизируют индуктивность первичной и вторичной обмоток. Указанный колебательный контур отстроен на резонансную частоту, при которой осуществляется передача электроэнергии в защищаемой линии электропередач. Так как промышленная частота передачи электроэнергии составляет 50-60 Гц, а грозовые перенапряжения в линии имеют частоту, как правило, 1-10⁴ кГц, то на данных частотах параллельный колебательный контур будет иметь высокую проводимость и пропустит импульс грозового перенапряжения через себя. Таким образом, устранится высокочастотное перенапряжение в защищаемой линии. При прохождении импульса перенапряжения через обмотку 4 она создает изменяющийся во времени магнитный поток, направленный вдоль оси ее намотки, уровень которого находится в зависимости от энергии импульса перенапряжения. Так как первичная обмотка 4 намотана на внутренний цилиндр 1, на который, так же, намотана вторичная обмотка 5, то в обмотке 5, вследствие воздействия на нее изменяющегося во времени магнитного потока, наводится электродвижущая сила, создающая разность потенциалов, а следовательно, и напряжение между выводами концов вторичной обмотки 11. Получаемую таким образом энергию можно использовать для сигнализации о срабатывании устройства. Уровень напряжения между выводами концов обмотки 11 свидетельствует об уровне перенапряжения в линии. При использовании устройства на линии электропередач, находящейся в районе с высокой грозовой активностью, концы вторичной обмотки 11 возможно использовать для подключения к накопителю и приемнику электроэнергии.The device operates as follows. In the normal mode of operation of the network at a nominal level of its voltage, the varistor blocks 3 are an element of high electrical resistance and conduct only a small current. When a high-frequency overvoltage arises on the line, resulting from a direct lightning strike or induced voltage caused by a lightning strike in the immediate vicinity of the line, the varistor blocks 3 acquire high conductivity. An overvoltage energy pulse passes through them and enters the inner cylinder 1. Since one end of the primary winding 4 is connected to the inner cylinder 1 and the second end is connected to the outer cylinder 2, the current pulse passes through it to the outer cylinder 2 and beyond, since the outer cylinder is connected to a grounded base 10, will be relegated to the ground. During the operation of the device and the elimination of overvoltage, the inner cylinder 1 together with the outer cylinder 2 represent an electric capacitance. The primary winding 4 is connected at one end to the inner cylinder 1, and the second to the outer cylinder 2 and is an inductance. Thus, this design is a parallel oscillatory circuit, in series to which varistor blocks are connected (Fig. 2). Element C symbolizes the capacitance between the cylinders, elements L ₁ and L ₂ symbolize the inductance of the primary and secondary windings. The specified oscillatory circuit is tuned to the resonant frequency at which the transmission of electricity is carried out in a protected power line. Since the industrial frequency of electric power transmission is 50-60 Hz, and lightning overvoltages in the line have a frequency of, as a rule, 1-10 ⁴ kHz, then at these frequencies the parallel oscillatory circuit will have high conductivity and will let the lightning overvoltage pulse pass through itself. Thus, high-frequency overvoltage in the protected line is eliminated. When the overvoltage pulse passes through the winding 4, it creates a time-varying magnetic flux directed along the axis of its winding, the level of which depends on the energy of the overvoltage pulse. Since the primary winding 4 is wound on the inner cylinder 1, on which the secondary winding 5 is also wound, then in the winding 5, due to the action of a magnetic flux that changes over time, an electromotive force is generated, which creates a potential difference, and hence the voltage between the terminals of the ends of the secondary winding 11. The energy thus obtained can be used to signal the operation of the device. The voltage level between the terminals of the ends of the winding 11 indicates the level of overvoltage in the line. When using the device on a power line located in an area with high lightning activity, the ends of the secondary winding 11 can be used to connect to a drive and a power receiver.

Варисторные блоки в составе устройства имеют высокую чувствительность к возникновению на их контактах перенапряжения. Однако наличие последовательно подключенного к ним колебательного контура исключает ложного срабатывания устройства при нормальном режиме работы линии электропередач при рабочем изменении уровня напряжения в ней. Обусловлено это низкой проводимостью колебательного контура на частоте передачи электроэнергии, поскольку данная частота является его резонансной частотой.Varistor blocks in the device are highly sensitive to the occurrence of overvoltage on their contacts. However, the presence of an oscillatory circuit connected in series to them eliminates false operation of the device during normal operation of the power line with a working change in the voltage level in it. This is due to the low conductivity of the oscillatory circuit at the frequency of electric power transmission, since this frequency is its resonant frequency.

Claims

An overvoltage limiting device comprising an outer polymer shell with ribs, at least one varistor column located between two end electrodes in an insulating frame, characterized in that there are two metal cylinders inside the frame without one base and inserted into each other, an inner metal cylinder isolated from the outside and contains inside at least one varistor unit, isolated from its walls and having an electrical connection of one contact with its base with by pressing a conductive element connected to the power line and pressing on its second contact, on the outer surface of the inner cylinder there is a primary insulated winding of conductive material, one end of which is connected to the inner cylinder and the other end to an external grounded cylinder, and a secondary insulated winding of conductive material, the ends of which are removed from the frame.