RU2757107C1

RU2757107C1 - Device for protecting air power lines against atmospheric overvoltage

Info

Publication number: RU2757107C1
Application number: RU2021111107A
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Карасёв; Евгений Алексеевич Юданов; Андрей Алексеевич КАРАСЁВ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Мзва"
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-04-20
Publication date: 2021-10-11

Abstract

FIELD: electric power.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric power and high-voltage technology, in particular to devices for the protection of insulated wires, line insulators and equipment, mainly 6-35 kV, against atmospheric overvoltages. The device consists of a nonlinear surge arrester equipped with a fixing end electrode and a discharge end electrode made in the form of a rod, as well as at least one additional electrode located at a distance from the discharge end electrode with the formation of a spark gap between the two indicated electrodes and the ability to reset overvoltage to the grounded parts of the supports through a nonlinear surge arrester and an additional electrode during the breakdown of the specified spark gap.

EFFECT: increased protection against overvoltage of any electric power element of voltage class 6-35 kV, simple in design, reliable during long-term operation, and also allowing providing a higher degree of protection of its elements from fraudsters.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и высоковольтной техники, в частности к устройствам защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования, преимущественно 6-35 кВ, от атмосферных перенапряжений.The invention relates to the field of electric power and high-voltage technology, in particular to devices for the protection of insulated wires, line insulators and equipment, mainly 6-35 kV, against atmospheric overvoltages.

Известна линия электропередачи, включающая по меньшей мере одну заземленную опору, по меньшей мере, один силовой провод, закрепленный на этой опоре, по меньшей мере, один изолятор указанного силового провода от указанной опоры, а также средства защиты указанного изолятора от грозовых перенапряжений в виде, по меньшей мере, одного импульсного искрового разрядника с двумя основными электродами, при этом указанный импульсной искровой разрядник выполнен в виде разрядника с поверхностным разрядом, причем длина искрового перекрытия между двумя основными электродами разрядника больше, чем длина искрового перекрытия защищаемого изолятора, а напряжение срабатывания указанного разрядника ниже, чем разрядное напряжение защищаемого изолятора (RU 2096882 C1, опубл. 20.11.1997).Known power line, including at least one grounded support, at least one power wire fixed on this support, at least one insulator of the specified power wire from the specified support, as well as means of protection of the specified insulator against lightning overvoltages in the form, of at least one impulse spark gap with two main electrodes, wherein said impulse spark gap is made in the form of a surface discharge gap, and the length of the spark overlap between the two main electrodes of the gap is greater than the length of the spark gap of the insulator to be protected, and the trigger voltage of the said gap lower than the discharge voltage of the protected insulator (RU 2096882 C1, publ. 20.11.1997).

В данной линии электропередачи защитное устройство от грозовых перенапряжений характеризуется достаточно ограниченными функциональными возможностями, а именно: защищает только изоляторы линии и исключительно от грозовых перенапряжений, не срабатывая, например, от перекрытий, вызванных другими причинами (мокроразрядное перекрытие или перекрытие, обусловленное загрязненной поверхностью изолятора).In this power transmission line, the lightning surge protection device is characterized by rather limited functionality, namely: it protects only line insulators and exclusively against lightning surge voltages, without triggering, for example, from overlaps caused by other reasons (wet-discharge overlap or overlap caused by a contaminated insulator surface) ...

Известно также устройство грозозащиты воздушной линии электропередачи, содержащее опору с изолирующей траверсой, к которой прикреплен провод, и элемент грозозащиты; изолирующая траверса выполнена из одного поддерживающего изолятора, воспринимающего растягивающие нагрузки, и одного опорного изолятора, воспринимающего сжимающие нагрузки, к точке связи которых между собой прикреплен провод, при этом другим концом поддерживающий изолятор прикреплен к опоре выше места прикрепления к этой стойке другого конца опорного изолятора, а опорный изолятор представляет собой элемент грозозащиты, выполненный в виде ограничителя перенапряжений, снабженного устройством типа пиропатрона для выброса сигнального блинкера при выходе ограничителя перенапряжений из строя (RU 2400894 C1, опубл. 27.09.2010).It is also known a lightning protection device for an overhead power transmission line, comprising a support with an insulating traverse to which the wire is attached, and a lightning protection element; the insulating traverse is made of one supporting insulator, which receives tensile loads, and one supporting insulator, which perceives compressive loads, to the connection point of which a wire is attached to each other, while the other end of the supporting insulator is attached to the support above the point of attachment to this post of the other end of the supporting insulator, and the support insulator is a lightning protection element made in the form of a surge arrester equipped with a squib-type device for ejecting a signal blinker when the surge arrester fails (RU 2400894 C1, publ. 09/27/2010).

Указанное техническое решение обеспечивает определенную степень грозозащищенности воздушных линий электропередачи с неизолированными проводами, не предусматривая ничего конкретного в отношении грозозащиты линий электропередачи с изолированными проводами и другого электроэнергетического оборудования 6-35 кВ. Тем не менее, линии с изолированными проводами требуют такой защиты от перенапряжений, так как при перенапряжении (например, грозовом) происходит перекрытие изолятора и, как следствие этого, пробой изоляции провода, при этом электрическая дуга горит в местах пробоя вплоть до момента отключения линии и нередко приводит к пережогу провода. The specified technical solution provides a certain degree of lightning protection of overhead power transmission lines with bare wires, without providing for anything specific in relation to lightning protection of power transmission lines with insulated wires and other electric power equipment 6-35 kV. Nevertheless, lines with insulated wires require such overvoltage protection, since during an overvoltage (for example, a thunderstorm), the insulator overlaps and, as a consequence, breakdown of the wire insulation, while the electric arc burns at the breakdown points until the line is disconnected and often leads to wire burnout.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоящее из нелинейного ограничителя перенапряжений и закрепленного на нелинейном ограничителе перенапряжений, по меньшей мере, одного электрода, выполненного в виде стержня со сферической, конической, цилиндрической или выполненной крестообразной формы бобышкой на своем конце и, по меньшей мере, одного дополнительного электрода, расположенного на заданном расстоянии от первого электрода, для напряжений 6-20 кВ расстояние между упомянутыми электродами выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм (RU 2584824 C1, опубл. 20.05.2016).The closest technical solution in relation to the proposed one is a protection device for insulated wires, linear insulators and equipment of 6-35 kV overhead power transmission lines from atmospheric overvoltages, consisting of a nonlinear surge arrester and fixed on a nonlinear surge arrester of at least one electrode made in in the form of a rod with a spherical, conical, cylindrical or cruciform boss at its end and at least one additional electrode located at a given distance from the first electrode, for voltages of 6-20 kV, the distance between these electrodes is selected from the range 3-100 mm, and for a voltage of 35 kV - from the range 101-140 mm (RU 2584824 C1, publ. 05/20/2016).

Тем не менее, это техническое решение не обеспечивает необходимую в ходе продолжительной эксплуатации степень защищенности его элементов от такого прозаического, но одновременно широко распространенного, типа мошенничества, когда, мошенники свободно демонтируют и воруют, в частности, дорогостоящие нелинейные ограничители перенапряжений, входящие в комплект заявляемого устройства.Nevertheless, this technical solution does not provide the degree of protection of its elements necessary during long-term operation from such a prosaic, but at the same time widespread, type of fraud, when fraudsters freely dismantle and steal, in particular, expensive nonlinear surge arresters included in the set of the claimed devices.

Заявитель ставил перед собой практическую задачу разработки универсального защитного устройства для изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования, преимущественно, 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, универсального в работе, то есть обеспечивающего высокую защищенность от перенапряжений любого электроэнергетического элемента класса напряжений 6-35 кВ, простого в конструктивном исполнении, надежного при длительной эксплуатации, а также позволяющего обеспечить более высокую степень защищенности его элементов от мошенников, свободно демонтирующих и ворующих, в частности, дорогостоящие нелинейные ограничители перенапряжений. The applicant set himself the practical task of developing a universal protective device for insulated wires, line insulators and equipment, mainly 6-35 kV overhead power transmission lines against atmospheric overvoltages, universal in operation, that is, providing high protection against overvoltage of any electrical power element of voltage class 6- 35 kV, simple in design, reliable during long-term operation, and also allowing to provide a higher degree of protection of its elements from fraudsters who freely dismantle and steal, in particular, expensive non-linear surge arresters.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в устройстве защиты воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоящем из нелинейного ограничителя перенапряжений, снабженного крепежным концевым электродом и выполненного в виде стержня разрядным концевым электродом, а также, по меньшей мере, одного дополнительного электрода, расположенного на расстоянии от разрядного концевого электрода нелинейного ограничителя с образованием между двумя указанными электродами искрового промежутка и возможностью сброса перенапряжения на заземленные части опор через нелинейный ограничитель перенапряжений и дополнительный электрод при пробое указанного искрового промежутка, согласно изобретению, крепежный концевой электрод нелинейного ограничителя перенапряжений жестко прикреплен к проводу воздушной линии электропередач с образованием электрического соединения провода и крепежного концевого электрода, а дополнительный электрод закреплен непосредственно или через промежуточные крепежные элементы на заземленной части опоры, при этом крепежный концевой электрод и дополнительный электрод выполнены в виде изогнутых стержней, имеющих крайние участки, к проводу прикреплен крайний участок крепежного концевого электрода, а крайний участок дополнительного электрода образует искровой зазор со стержнем разрядного концевого электрода нелинейного ограничителя вдоль, по меньшей мере, части крайнего участка дополнительного электрода.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that in a device for protecting overhead power lines from atmospheric overvoltages, consisting of a nonlinear surge arrester equipped with a fixing end electrode and made in the form of a rod with a discharge end electrode, as well as at least one additional electrode, located at a distance from the discharge end electrode of the nonlinear arrester with the formation of a spark gap between the two indicated electrodes and the possibility of overvoltage relief to the grounded parts of the supports through the nonlinear surge arrester and the additional electrode upon breakdown of the specified spark gap, according to the invention, the fastening end electrode of the nonlinear surge arrester is rigidly attached to the wire of the overhead power line to form an electrical connection between the wire and the fixing end electrode, and the additional electrode is fixed directly or through the intermediate fasteners on the grounded part of the support, while the fastening end electrode and the additional electrode are made in the form of bent rods having extreme sections, the extreme section of the fastening end electrode is attached to the wire, and the extreme section of the additional electrode forms a spark gap with the rod of the discharge end electrode of nonlinear limiter along at least a part of the edge portion of the additional electrode.

Технический результат достигается также тем, что соединение крепежного концевого электрода нелинейного ограничителя с проводом может быть выполнено неразъемным.The technical result is also achieved by the fact that the connection of the fastening end electrode of the nonlinear limiter with the wire can be made one-piece.

Технический результат достигается также тем, что неразъемное соединение может быть выполнено из металла.The technical result is also achieved by the fact that the permanent connection can be made of metal.

Технический результат достигается также тем, что соединение крепежного концевого электрода к проводу может быть выполнено в виде прокалывающего изоляцию зажима.The technical result is also achieved by the fact that the connection of the fastening end electrode to the wire can be made in the form of a clip piercing the insulation.

Технический результат достигается также тем, что, по крайней мере, часть соединения крепежного концевого электрода к проводу может быть выполнено клеевым.The technical result is also achieved in that at least a part of the connection of the fastening end electrode to the wire can be made with adhesive.

Технический результат достигается также тем, что нелинейный ограничитель перенапряжений может быть выполнен в виде аппарата, состоящего из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус.The technical result is also achieved by the fact that the nonlinear surge arrester can be made in the form of an apparatus consisting of one column of series-connected varistors, enclosed in a sealed polymer case.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежа на котором показан общий вид устройства защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования, в данном случае, 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, выполненного согласно настоящему изобретению. The essence of the invention is illustrated with the help of the drawing, which shows a general view of a device for protecting insulated wires, line insulators and equipment, in this case, 6-35 kV overhead power transmission lines against atmospheric overvoltages, made according to the present invention.

Предлагаемое устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоит из нелинейного ограничителя перенапряжений 1, представляющего собой защищенный аппарат в виде одной колонки последовательно соединенных варисторов. Нелинейный ограничитель перенапряжений 1 заключается в герметичный полимерный корпус и рассчитывается на номинальный разрядный ток не более 5 кА для напряжений 6-20 кВ и на номинальный разрядный ток не более 10 кА для напряжений 35 кВ. Нелинейный ограничитель перенапряжений 1, снабжен крепежным концевым электродом 2 и разрядным концевым электродом 3, выполненным в виде стержня. Он крепится своим крепежным электродом 2 на проводе 4 воздушной линии электропередачи с помощью крепежа 5 и, например, зажима 6 с функцией прокола изоляции (прокалывающего зажима). Для примера, на чертеже приведена конструкция нелинейного ограничителя перенапряжений 1 для наиболее распространенных опор воздушных линий 10 кВ со штыревыми изоляторами 7. Искровой промежуток при этом образован разрядным электродом 3 нелинейного ограничителя перенапряжений 1 и дополнительным электродом 8, закрепленным непосредственно или через промежуточные крепежные элементы 9 на заземленной части опоры 10. Крепежный концевой электрод 2 и дополнительный электрод 8 выполнены в виде изогнутых стержней, имеющих крайние участки. Электрод 2 снабжен крайним участком 11, а дополнительный электрод 8 снабжен крайним участком 12. При этом к проводу 4 прикреплен крайний участок 11 крепежного электрода 2, удерживающий нелинейный ограничитель перенапряжений 1, а крайний участок 12 дополнительного электрода образует искровой зазор со стержнем разрядного концевого электрода 3, по меньшей мере, вдоль части участка 12. Разрядный электрод 3 выполняется, например, в виде прямолинейного стержня со сферической или конической бобышкой на своем конце или в виде геометрической фигуры любой формы. Крайний изогнутый участок 12 дополнительного электрода 8 располагается напротив разрядного электрода 3 на заданном расстоянии от него, причем для напряжений 6-20 кВ расстояние между стержнем электрода 3 и участком 12 электрода 8 выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм. The proposed device for the protection of insulated wires, linear insulators and equipment 6-35 kV overhead power lines against atmospheric overvoltage, consists of a nonlinear surge arrester 1, which is a protected device in the form of one column of series-connected varistors. Non-linear surge arrester 1 is enclosed in a sealed polymer case and is designed for a rated discharge current of no more than 5 kA for voltages of 6-20 kV and for a rated discharge current of no more than 10 kA for voltages of 35 kV. The nonlinear surge arrester 1 is equipped with a fixing end electrode 2 and a discharge end electrode 3 made in the form of a rod. It is attached with its fixing electrode 2 to the wire 4 of the overhead power line using fasteners 5 and, for example, a clamp 6 with the function of insulation piercing (piercing clamp). For example, the drawing shows the design of a nonlinear surge arrester 1 for the most common supports of 10 kV overhead lines with pin insulators 7. The spark gap is formed by the discharge electrode 3 of the nonlinear surge arrester 1 and an additional electrode 8, fixed directly or through intermediate fasteners 9 on the grounded part of the support 10. The fixing end electrode 2 and the additional electrode 8 are made in the form of curved rods having edge sections. Electrode 2 is provided with an edge section 11, and an additional electrode 8 is provided with an edge section 12. In this case, the edge section 11 of the fastening electrode 2 is attached to the wire 4, which holds the nonlinear surge arrester 1, and the edge section 12 of the additional electrode forms a spark gap with the rod of the discharge end electrode 3 , at least along a part of the section 12. The discharge electrode 3 is made, for example, in the form of a rectilinear rod with a spherical or conical boss at its end or in the form of a geometric figure of any shape. The extreme curved section 12 of the additional electrode 8 is located opposite the discharge electrode 3 at a predetermined distance from it, and for voltages of 6-20 kV, the distance between the rod of the electrode 3 and the section 12 of the electrode 8 is selected from the range 3-100 mm, and for a voltage of 35 kV, from range 101-140 mm.

Электрод 3 и участок 12 располагаются напротив друг друга и могут быть полностью или частично закрыты, как и зажим 6, кожухами.The electrode 3 and the section 12 are located opposite each other and can be completely or partially covered, like the clamp 6, with covers.

Конструкция электродов 3 и 8 и способ крепления предложенного защитного устройства позволяют сохранять величину искрового промежутка L постоянной в любых погодных условиях. При воздействии на провода 4 индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи воздушной линии, или при прямых ударах молнии в провода воздушной линии, искровой промежуток защитного устройства между электродами 3 и 8 пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений 1, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор 10 через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через нелинейный ограничитель перенапряжений за счет возврата сопротивления нелинейного ограничителя перенапряжений до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование электрической дуги в искровом промежутке невозможно, и электрическая дуга гаснет.The design of the electrodes 3 and 8 and the method of fastening the proposed protective device make it possible to keep the value of the spark gap L constant in all weather conditions. When the wires 4 are affected by inductive overvoltages caused by lightning discharges near the overhead line, or with direct lightning strikes into the wires of the overhead line, the spark gap of the protective device between electrodes 3 and 8 breaks down and connects a non-linear surge arrester 1 to the wire, which, due to a decrease in its own resistance in this moment effectively relieves overvoltage to the grounded parts of the supports 10 through the electrodes, bypassing the insulators, which protects them from overlap and damage, and the wire from burnout. After removing the overvoltage when exposed to power frequency voltage, the current through the nonlinear surge arrester due to the return of the resistance of the nonlinear surge arrester to its original values is limited to a value at which the existence of an electric arc in the spark gap is impossible, and the electric arc extinguishes.

Данные защитные устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз. При необходимости защитные устройства могут устанавливаться на каждую опору по три штуки (по одному на каждую фазу). Такая установка рекомендуется при защите: воздушной линии электропередачи 6-35 кВ с пролетами более 80 метров, локальных объектов на воздушной линии электропередачи, воздушной линии электропередачи с аномально высокими сопротивлениями заземления опор, особо ответственных воздушных линий электропередачи и других. These protective devices are installed one for each support in a phase sequence. If necessary, three protective devices can be installed on each support (one for each phase). Such an installation is recommended for the protection of: overhead power transmission line 6-35 kV with spans of more than 80 meters, local objects on the overhead power transmission line, overhead power transmission line with abnormally high grounding resistance of supports, especially critical overhead power lines and others.

Заявляемое устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений универсально в действии, обеспечивает высокую защищенность от перенапряжений любого электроэнергетического элемента класса напряжений 6-35 кВ, простое по своему конструктивному исполнению, надежно при длительной эксплуатации, а также практически исключает демонтаж и воровство входящих в его комплект элементов, в частности, дорогостоящих нелинейных ограничителей перенапряжений, так как последние жестко закрепляются на находящемся под напряжением линейном проводе посредством крепежа и зажима с функцией прокола изоляции, а дополнительный электрод закрепляется непосредственно или через промежуточные крепежные элементы на заземленной части опоры воздушной линии электропередачи. При этом жесткое соединение крепежного электрода 2 нелинейного ограничителя перенапряжений 1 может быть усилено и выполнено в виде неразъемного соединения, например, металлического, что повысит антивандальные качества описываемого устройства. Возможно также использование клеевого неразъемного соединения для крепежа нелинейного ограничителя перенапряжений 1.The claimed device for the protection of insulated wires, line insulators and equipment 6-35 kV overhead power transmission lines against atmospheric overvoltages is universal in operation, provides high overvoltage protection of any electric power element of the voltage class 6-35 kV, simple in its design, reliable during long-term operation, and also practically eliminates the dismantling and theft of the elements included in its set, in particular, expensive nonlinear surge arresters, since the latter are rigidly fixed on the live line wire by means of fasteners and a clamp with the function of insulation puncture, and the additional electrode is fixed directly or through intermediate fasteners elements on the grounded part of the overhead transmission line support. In this case, the rigid connection of the fastening electrode 2 of the nonlinear surge arrester 1 can be strengthened and made in the form of a permanent connection, for example, metal, which will increase the anti-vandal qualities of the described device. It is also possible to use an adhesive permanent connection for fastening a non-linear surge arrester 1.

Claims

1. A device for protecting overhead power lines from atmospheric overvoltage, consisting of a nonlinear surge arrester equipped with a fastening end electrode and made in the form of a rod with a discharge end electrode, as well as at least one additional electrode located at a distance from the discharge end electrode of the nonlinear limiter with the formation of a spark gap between the two indicated electrodes and the possibility of overvoltage relief to the grounded parts of the supports through the nonlinear surge arrester and an additional electrode upon breakdown of the specified spark gap, characterized in that the fastening end electrode of the nonlinear surge arrester is rigidly attached to the wire of the overhead power line to form an electrical connection wires and a fastening end electrode, and an additional electrode is fixed directly or through intermediate fasteners on the grounded part of the support, while m the fastening end electrode and the additional electrode are made in the form of bent rods having extreme sections, the edge section of the fastening end electrode is attached to the wire, and the extreme section of the additional electrode forms a spark gap with the rod of the discharge end electrode of the nonlinear limiter along at least part of the extreme section additional electrode.

2. The device according to claim 1, characterized in that the connection of the fixing end electrode of the nonlinear limiter with the wire is made one-piece.

3. The device according to claim 2, characterized in that the permanent connection is made of metal.

4. The device according to claim. 1, characterized in that the connection of the fastening end electrode to the wire is made in the form of a clip piercing the insulation.

5. The device according to claim 1, characterized in that at least part of the connection of the fastening end electrode to the wire is made with adhesive.

6. The device according to claim. 1, characterized in that the nonlinear surge arrester is made in the form of an apparatus consisting of one column of series-connected varistors, enclosed in a sealed polymer case.