RU2808500C1 - Device for protecting insulation of electrical equipment from lightning and switching overvoltages - Google Patents
Device for protecting insulation of electrical equipment from lightning and switching overvoltages Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808500C1 RU2808500C1 RU2022135381A RU2022135381A RU2808500C1 RU 2808500 C1 RU2808500 C1 RU 2808500C1 RU 2022135381 A RU2022135381 A RU 2022135381A RU 2022135381 A RU2022135381 A RU 2022135381A RU 2808500 C1 RU2808500 C1 RU 2808500C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- varistors
- fibrous material
- parts
- winding
- Prior art date
Links
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 22
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 238000004382 potting Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 10
- GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N (2S,3R)-N-[(2S)-3-(cyclopenten-1-yl)-1-[(2R)-2-methyloxiran-2-yl]-1-oxopropan-2-yl]-3-hydroxy-3-(4-methoxyphenyl)-2-[[(2S)-2-[(2-morpholin-4-ylacetyl)amino]propanoyl]amino]propanamide Chemical compound C1(=CCCC1)C[C@@H](C(=O)[C@@]1(OC1)C)NC([C@H]([C@@H](C1=CC=C(C=C1)OC)O)NC([C@H](C)NC(CN1CCOCC1)=O)=O)=O GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N 0.000 description 9
- 229940125797 compound 12 Drugs 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 6
- 229910000174 eucryptite Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 3
- 239000004447 silicone coating Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100153586 Caenorhabditis elegans top-1 gene Proteins 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100370075 Mus musculus Top1 gene Proteins 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 1
- 238000009422 external insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004590 silicone sealant Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции устройств типа ОПН (ограничитель перенапряжений с нелинейными вольтамперными характеристиками) для защиты изоляции электрооборудования от кратковременных грозовых перенапряжений микросекундного диапазона и более длительных перенапряжений - коммутационных, дуговых и феррорезонансных миллисекундного или секундного диапазона и способам их изготовления. При необходимости предложенное устройство можно использовать в подвесном исполнении (и с искровым промежутком) для защиты изоляторов ЛЭП только от перенапряжений грозового характера.The invention relates to electrical engineering, in particular to the design of devices of the arrester type (overvoltage limiter with nonlinear current-voltage characteristics) to protect the insulation of electrical equipment from short-term lightning overvoltages of the microsecond range and longer-term overvoltages - switching, arc and ferroresonant overvoltages of the millisecond or second range and methods for their manufacture. If necessary, the proposed device can be used in a suspended version (and with a spark gap) to protect power line insulators only from lightning overvoltages.
Существуют различные конструкции ОПН в зависимости от типа наружной изоляции - фарфоровая, полимерная и т.д.There are various designs of surge arresters depending on the type of external insulation - porcelain, polymer, etc.
ОПН с полимерной наружной изоляцией состоит из колонки оксидноцинковых варисторов, заключенных в жесткий высокопрочный изоляционный корпус с эластичным ребристым покрытием из силиконового каучука. Указанный корпус имеет расчетную (минимальную) толщину для обеспечения механических нагрузок и взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. На данный момент полимерные ОПН превзошли по масштабам использования и производства фарфоровые ОПН.An arrester with polymer outer insulation consists of a column of zinc oxide varistors enclosed in a rigid, high-strength insulating housing with an elastic ribbed coating made of silicone rubber. The specified housing has a design (minimum) thickness to ensure mechanical loads and explosion safety of the structure during the passage of short circuit currents. At the moment, polymer surge arresters have surpassed porcelain surge arresters in terms of use and production.
Ограничители перенапряжений с полимерной изоляцией, как и любой другой электрический аппарат, также могут в эксплуатации повреждаться, например, из-за внутреннего электрического пробоя, что может привести к последующему взрыву корпуса, обусловленному ростом внутреннего давления газов при термическом разложении материалов электрической дугой, образующейся внутри корпуса при коротком замыкании по каналу пробоя. Если повреждение ОПН сопровождается взрывным разрушением корпуса и внутренних элементов в виде осколков, то это может представлять опасность для персонала подстанции и расположенного рядом с ним оборудования. Отсюда, параметры указанного корпуса и внутренних элементов являются определяющими для обеспечения длительной работоспособности конструкции в различных температурных режимах (от минус 40°С до плюс 90°С). Ясно, что жесткость и неподатливость к рабочим температурным изменениям изоляционного корпуса ОПН (с наружными металлическими фланцами на его концах) необходима для обеспечения надежного электрического контакта между внутренними рабочими элементами конструкции, т.е. между варисторами и/или варистор - внутренние металлические контактные электроды. Отсюда, ослабление жесткости указанного корпуса безусловно приведет к ослаблению электрического контактов между указанными внутренними рабочими элементами, образованию искровых дужек между ними. Это, в свою очередь приведет к выгоранию металлических электродов на торцевых поверхностях рабочих варисторов, их пробою и выходу из строя всей конструкции.Surge suppressors with polymer insulation, like any other electrical device, can also be damaged in operation, for example, due to internal electrical breakdown, which can lead to a subsequent explosion of the housing due to an increase in internal gas pressure during thermal decomposition of materials by an electric arc formed inside housing in the event of a short circuit along the breakdown channel. If damage to the surge arrester is accompanied by explosive destruction of the housing and internal elements in the form of fragments, then this can pose a danger to substation personnel and equipment located near them. Hence, the parameters of the specified body and internal elements are decisive for ensuring long-term operability of the structure in various temperature conditions (from minus 40°C to plus 90°C). It is clear that the rigidity and intractability to operating temperature changes of the insulating casing of the surge arrester (with external metal flanges at its ends) is necessary to ensure reliable electrical contact between the internal working elements of the structure, i.e. between varistors and/or varistors - internal metal contact electrodes. Hence, the weakening of the rigidity of the specified housing will certainly lead to a weakening of the electrical contacts between the specified internal working elements and the formation of spark arcs between them. This, in turn, will lead to burnout of the metal electrodes on the end surfaces of the working varistors, their breakdown and failure of the entire structure.
Поскольку склонность к появлению хрупкости (или значительное ее возрастание) при низких температурных режимах (минус 40°С и ниже) индивидуальна для каждого материала, разрушения с образованием трещин и сколов происходят как внутри самого изоляционного материала корпуса аппарата (например, связующее - стеклонить), так и между слоями отдельных материалов. При этом, разрушение целостности связано с затрудненностью движения дислокаций из-за значительного повышения предела текучести материала. Начиная с некоторой температуры, т.н. критической температуры хрупкости (или порога хладноломкости), хрупкое разрушение наступает раньше, чем состояние пластической текучести, особенно на соприкасающихся поверхностях. В частности, на теле стеклопластиковой изоляции, армированной стеклянными нитями с концевыми металлическими электродами, отсутствие релаксации между стеклянной нитью и связующим, а также между соприкасающимися поверхностями указанного корпуса с внутренними рабочими элементами (колонка варисторов и варистор - концевые электроды) приводит к разрушению целостности конструкции ОПН при механических (особенно изгибающих) нагрузках и импульсных воздействиях.Since the tendency to brittleness (or its significant increase) at low temperatures (minus 40°C and below) is individual for each material, destruction with the formation of cracks and chips occurs both inside the insulating material of the device body (for example, the binder is glass fiber), and between layers of individual materials. At the same time, the destruction of integrity is associated with difficulty in the movement of dislocations due to a significant increase in the yield strength of the material. Starting from a certain temperature, the so-called. critical brittleness temperature (or cold brittleness threshold), brittle fracture occurs earlier than the state of plastic fluidity, especially on contacting surfaces. In particular, on the body of fiberglass insulation reinforced with glass threads with end metal electrodes, the lack of relaxation between the glass thread and the binder, as well as between the contacting surfaces of the specified body with the internal working elements (column of varistors and varistor - end electrodes) leads to destruction of the integrity of the surge arrester structure under mechanical (especially bending) loads and impulse effects.
Рассмотрим в качестве аналогаLet us consider as an analogue
Устройство для защиты изоляции электрооборудования высших классов напряжений от грозовых и коммутационных перенапряжений (ОПН) фирмы ABB (www.abb.com/arrestersonline, High Voltage Surge Arresters ABB). Указанной фирмой разработаны различные конструкции высоковольтных ОПН с полимерной изоляцией и технологии их изготовления.A device for protecting the insulation of electrical equipment of higher voltage classes from lightning and switching overvoltages (OSV) from ABB (www.abb.com/arrestersonline, High Voltage Surge Arresters ABB). This company has developed various designs of high-voltage surge arresters with polymer insulation and technologies for their manufacture.
Например, литая конструкция ОПН серии PEXLIM. Отдельные модули нелинейных варисторов удерживаются при помощи стяжек из отвержденного стеклопластика, жестко закрепленных между собою и между концевыми металлическими фланцами, которые также служат электродами. Затем, на колонку наматывается рубашка из огнеупорного отвержденного стекложгута, что и формирует конструкцию открытой оболочки модуля. В результате обеспечивается высокая механическая прочность и отличная взрывобезопасность. Затем модуль помещают в вулканизационный пресс, и непосредственно на активные части под высоким давлением и при высокой температуре наносят внешнюю силиконовую оболочку с полной герметизацией активных частей. В случае образования внутренней дуги вследствие перегрузки нелинейных элементов, происходит прожигание и разрыв эластичного силиконового материала, позволяя образующимся газам быстро выйти наружу без взрывного разрушения с разлетом осколков внутренних компонентов.For example, the cast structure of the PEXLIM series arrester. The individual nonlinear varistor modules are held in place by cured fiberglass ties that are rigidly secured to each other and to metal end flanges that also serve as electrodes. Then, a jacket made of fire-resistant cured glass rope is wound onto the column, which forms the structure of the open shell of the module. The result is high mechanical strength and excellent explosion safety. The module is then placed in a vulcanizing press, and an outer silicone shell is applied directly to the active parts under high pressure and high temperature, completely sealing the active parts. In the event of an internal arc being formed due to overloading of non-linear elements, the elastic silicone material is burned and ruptured, allowing the resulting gases to quickly escape without explosive destruction with the scattering of fragments of internal components.
К недостаткам указанной литой конструкции можно отнести следующие: жесткое соединение внутренних элементов конструкции (отвержденная стеклопластиковая арматура и огнеупорный стекложгут с колонкой оксидно-цинковых варисторов, жестко скрепленные между концевыми металлическими электродами) будет способствовать механическому повреждению хрупких варисторов даже при незначительных механических (изгибающих) нагрузках вследствие различных коэффициентов их термического расширения. Кроме того, существует возможность затекания силиконового покрытия между контактными электродами варисторов и/или варистор - внутренний концевой электрод при заливке эластичного силикона (жидкого, твердого) высокой температуры под большим давлением, способствует обрыву электрического контакта между ними, образованию микродуги, выгоранию тонких алюминиевых электродов, пробою рабочих варисторов и в конечном итоге взрыву ОПН.The disadvantages of this cast structure include the following: the rigid connection of internal structural elements (cured fiberglass reinforcement and fire-resistant glass bundle with a column of zinc oxide varistors, rigidly fastened between the end metal electrodes) will contribute to mechanical damage to fragile varistors even under minor mechanical (bending) loads due to different coefficients of their thermal expansion. In addition, there is the possibility of silicone coating flowing between the contact electrodes of varistors and/or the varistor is an internal end electrode when pouring elastic silicone (liquid, solid) at high temperatures under high pressure, which contributes to the breakdown of the electrical contact between them, the formation of a micro-arc, and burnout of thin aluminum electrodes, breakdown of working varistors and ultimately explosion of the arrester.
В качестве ближайшего аналога выбрано устройство для защиты от перенапряжений [RU 2313842, опубл. 27.12.2007]. Устройство включает наружную полимерную оболочку с ребрами, по меньшей мере, одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе. Каркас выполнен со средней цилиндрической частью с сетчатой поверхностью и двумя концевыми частями, внешний диаметр которых больше внешнего диаметра средней части. Каркас изготовлен из волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим. 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.As the closest analogue, a device for surge protection was selected [RU 2313842, publ. 12/27/2007]. The device includes an outer polymer shell with ribs, at least one column of varistors placed between two end electrodes in an insulating frame. The frame is made with a middle cylindrical part with a mesh surface and two end parts, the outer diameter of which is greater than the outer diameter of the middle part. The frame is made of fibrous material impregnated with a polymer binder. At least the middle part of the frame is made with spiral-cross winding of fibrous material to form windows. The outer shell is hermetically connected to the end parts of the frame. The internal space of the device is filled with one insulating material. The end parts of the frame are obtained by additional row winding of fibrous material impregnated with a polymer binder.
Недостатком описанного устройства в варианте исполнения: средняя часть каркаса ОПН выполнена со спирально-перекрестной намоткой волокнистого материала, концевые части - с рядовой намоткой того же материала, является низкая механическая прочность на изгиб и растяжение. Также, можно указать на низкую электрическую прочность вдоль стеклянных волокон и низкую теплопроводность. Заливочный компаунд для заполнения внутренней полости каркаса имеет низкую теплопроводность, вследствие чего ухудшается теплоотвод от варисторов при их срабатывании. Кроме того, может происходить затекание компаунда между варисторами и варистор-компенсаторами, вследствие чего может происходить обрыв контакта и выгорание электродов между варисторами, их электрический пробой. Все это в совокупности приводит к снижению надежности устройства.The disadvantage of the described device in the embodiment: the middle part of the surge arrester frame is made with spiral-cross winding of fibrous material, the end parts are made with row winding of the same material, and there is low mechanical strength in bending and tension. You can also point out the low electrical strength along the glass fibers and low thermal conductivity. The filling compound for filling the internal cavity of the frame has low thermal conductivity, as a result of which the heat removal from the varistors deteriorates when they are activated. In addition, the compound may leak between the varistors and varistor-compensators, as a result of which the contact may break, the electrodes between the varistors may burn out, and their electrical breakdown may occur. All this together leads to a decrease in the reliability of the device.
Целью заявляемого устройства является исключение вышеуказанных недостатков, создание защитных аппаратов типа ОПН с высокими электрическими и физико-механическими характеристиками, уменьшение их веса, габаритов, повышение надежности работы без аварий. Это позволит одновременно расширить область их использования, например, в качестве опорных, подвесных, консольных и прочих ОПН с искровым промежутком или без него, в частности, для защиты изоляции высоковольтных линий электропередачи от грозовых перенапряжений. Согласно международному стандарту IEC 660099-8, такие ОПН именуется как серия EGLA.The purpose of the proposed device is to eliminate the above-mentioned disadvantages, to create protective devices of the surge arrester type with high electrical and physical-mechanical characteristics, to reduce their weight and dimensions, and to increase the reliability of operation without accidents. This will simultaneously expand the scope of their use, for example, as support, pendant, cantilever and other surge arresters with or without a spark gap, in particular, to protect the insulation of high-voltage power lines from lightning overvoltages. According to the international standard IEC 660099-8, such arresters are referred to as the EGLA series.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство для защиты изоляции электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений включает наружную полимерную оболочку с ребрами, по меньшей мере, одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе цилиндрической формы с сетчатой поверхностью и двумя концевыми частями, внешний диаметр которых больше внешнего диаметра средней части; на концевых частях изоляционного каркаса выполнена резьба, 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 заливочным материалом, при этом, в качестве нижнего концевого электрода выступает шайба специальной конструкции, в качестве верхнего - шайба-компенсатор, каркас образован спирально-перекрестной намоткой волокнистого материала одного диаметра и толщины по всей длине каркаса, толщина концевых частей каркаса увеличена путем дополнительной рядовой намотки волокнистого материала, полимерное связующее для пропитки волокнистого материала каркаса и заливочный материал дополнительно содержат порошок оксидно-цинкового варистора. В частных случаях реализации изобретения:The essence of the claimed invention is that a device for protecting the insulation of electrical equipment from lightning and switching overvoltages includes an outer polymer shell with ribs, at least one column of varistors placed between two end electrodes in a cylindrical insulating frame with a mesh surface and two end parts , the outer diameter of which is greater than the outer diameter of the middle part; the end parts of the insulating frame are threaded, the frame is made of fibrous material impregnated with a polymer binder, and at least the middle part of the frame is made with spiral-cross winding of the fibrous material to form windows, the outer shell is hermetically connected to the end parts of the frame, the internal space the device is filled with filling material, while a specially designed washer acts as the lower end electrode, a compensator washer acts as the upper one, the frame is formed by spiral-cross winding of fibrous material of the same diameter and thickness along the entire length of the frame, the thickness of the end parts of the frame is increased by additional the ordinary winding of the fibrous material, the polymer binder for impregnating the fibrous material of the frame and the filling material additionally contain zinc oxide varistor powder. In particular cases of implementation of the invention:
- Полимерное связующее для пропитки волокнистого материала каркаса содержит порошок оксидно-цинкового варистора в пределах до 15 объемных частей, а заливочный материал содержит порошок оксидно-цинкового варистора в пределах до 18 объемных частей.- The polymer binder for impregnation of the fibrous frame material contains zinc oxide varistor powder in the range of up to 15 parts by volume, and the potting material contains zinc oxide varistor powder in the range of up to 18 parts by volume.
- Колонка варисторов образована последовательностью варистор, эластичная электропроводящая прокладка, шайба-компенсатор, эластичная электропроводящая прокладка, следующий варистор.- A column of varistors is formed by a sequence of varistors, an elastic conductive gasket, a compensator washer, an elastic conductive gasket, and the next varistor.
- Боковые поверхности двух соседних варисторов связаны армированным стеклонитью силиконовым поясом толщиной до 1 мм и шириной до 15 мм.- The lateral surfaces of two adjacent varistors are connected by a glass-fiber reinforced silicone belt up to 1 mm thick and up to 15 mm wide.
- Угол спирально-перекрестной намотки 50°÷54°, дополнительная рядовая намотка выполнена толщиной не более глубины стандартной резьбы, при этом ее высота на нижней концевой части каркаса 1,6÷2,2 наружного диаметра концевой части, на верхней - 1,1÷1,3 наружного диаметра концевой части.- The angle of spiral-cross winding is 50°÷54°, the additional row winding is made with a thickness no greater than the depth of the standard thread, while its height on the lower end part of the frame is 1.6÷2.2 of the outer diameter of the end part, on the top - 1.1 ÷1.3 outer diameter of the end part.
Техническим результатом является повышение надежности заявляемого ОПН.The technical result is to increase the reliability of the proposed surge arrester.
Перечень чертежей, поясняющих заявляемое техническое решение:List of drawings explaining the proposed technical solution:
Фиг. 1-3. ОПН серии EGLA на ЛЭП средних и более высоких классов напряжений различного типоисполнения:Fig. 1-3. EGLA series surge arresters for power lines of medium and higher voltage classes of various types:
Фиг. 1 - сдвоенный ОПН, установленный консольно на фланцах защищаемого изолятора, предназначенного для подвески токопровода линии электропередач высокого напряжения;Fig. 1 - double surge arrester installed in a cantilever on the flanges of the protected insulator, intended for suspending the conductor of a high voltage power line;
Фиг. 2 - одиночный подвесной ОПН, установленный в параллель с защищаемым изолятором ЛЭП;Fig. 2 - single suspended surge arrester installed in parallel with the protected power line insulator;
Фиг.3 - ОПН консольного типа для защиты опорного изолятора на ЛЭП.Fig. 3 - Cantilever-type surge arrester for protecting the support insulator on power lines.
Фиг. 4. ОПН серии EGLA (1/2 часть) высших классов напряжений:Fig. 4. EGLA series surge arresters (1/2 part) of higher voltage classes:
а) конструкция ОПН;a) design of surge arrester;
б) установленный на границе 2-х варисторов, с шайбой-компенсатором между ними, армированный стеклонитью липкий силиконовый пояс;b) a sticky silicone belt reinforced with glass fiber, installed on the border of 2 varistors, with a compensator washer between them;
в) зона утолщения нижней части стеклопластикового каркаса толщиной не более глубины стандартной резьбы и высотой в пределах 1,6÷2,2 наружного диаметра концевой части каркаса;c) a thickening zone of the lower part of the fiberglass frame with a thickness not exceeding the depth of the standard thread and a height within 1.6÷2.2 of the outer diameter of the end part of the frame;
г) равносимметричные ребра на стеклопластиковом каркасе, оптимальные параметры:d) equisymmetrical ribs on a fiberglass frame, optimal parameters:
s≤30 мм; р ≤25 мм; α=(5÷6)°; r=2,5±0,3 мм.s≤30 mm; p ≤25 mm; α=(5÷6)°; r=2.5±0.3 mm.
На чертежах используются следующие обозначения:The following symbols are used in the drawings:
1 - изоляционный каркас для обеспечения механической прочности конструкции;1 - insulating frame to ensure mechanical strength of the structure;
2, 3 - нижний и верхний металлический фланец;2, 3 - lower and upper metal flange;
4 - наружное изоляционное ребристое покрытие из силикона (защитная оболочка);4 - outer insulating ribbed silicone coating (protective shell);
5 - полупроводящие варисторы с нелинейными вольтамперными характеристиками, в частности, оксидно-цинковые;5 - semiconducting varistors with nonlinear current-voltage characteristics, in particular, zinc oxide;
6 - промежуточные контактные электроды (шайбы-компенсаторы) между варисторами (в дальнейшем - компенсаторы) для регулировки высоты колонки варисторов, изготавливаемые, в частности, из алюминия;6 - intermediate contact electrodes (compensator washers) between varistors (hereinafter referred to as compensators) for adjusting the height of the varistor column, made, in particular, of aluminum;
7 - армированный стеклонитью липкий силиконовый пояс, связывающий боковые поверхности двух соседних варисторов;7 - a sticky silicone belt reinforced with glass fiber, connecting the side surfaces of two adjacent varistors;
8 - шайба специальной конструкции;8 - special design washer;
9 - стальная пружина, закороченная алюминиевой или медной фольгой, предназначенная для гибкого электрического контакта;9 - steel spring short-circuited with aluminum or copper foil, designed for flexible electrical contact;
10, 11 - заливочные отверстия на фланцах 2 и 3;10, 11 - filling holes on flanges 2 and 3;
12 - заливочная теплопроводящая композиция;12 - casting heat-conducting composition;
13 - дугоотводящие электроды;13 - arc electrodes;
14 - монтажный кронштейн;14 - mounting bracket;
15 - опора ЛЭП;15 - power line support;
16 - подвесной изолятор ЛЭП;16 - overhead power line insulator;
17 - ОПН линейный;17 - linear arrester;
18 - фазный провод;18 - phase wire;
19 - опорный изолятор ЛЭП;19 - power line support insulator;
h - высота ОПН типа ЭГЛА без электрода 13;h - height of surge arrester type EGLA without electrode 13;
h1 - искровой промежуток;h1 - spark gap;
h2 - расстояние между защищаемым изолятором 16 или 19 и электродом 13 ОПН 17;h2 is the distance between the protected insulator 16 or 19 and the electrode 13 of the surge arrester 17;
h3 - высота ОПН с электродом 13;h3 - height of surge arrester with electrode 13;
Н - расстояние между точками установки ОПН (фиг. 1), строительная высота защищаемого изолятора 16 с монтажной арматурой на концах;N is the distance between the installation points of the surge arrester (Fig. 1), the construction height of the protected insulator 16 with mounting fittings at the ends;
H1 - высота защищаемого изолятора с фланцами.H1 - height of the protected insulator with flanges.
В качестве нижнего концевого электрода выступает шайба специальной конструкции 8, в качестве верхнего - шайба-компенсатор 6.A specially designed washer 8 acts as the lower end electrode, and a compensator washer 6 acts as the upper end electrode.
На фиг. 1-3 показаны различные варианты подключения ОПН на ЛЭП, на фиг. - конструкция ОПН.In fig. 1-3 show various options for connecting surge arresters to power lines; Fig. - surge arrester design.
Следует отметить, что наиболее уязвимым местом конструкции любого типа с точки зрения возможности проникновения влаги в полость корпуса ОПН и вероятности пробоя внутренней изоляции является место стыка металлического фланца и резиновой изолирующей оболочки. Для надежной защиты данного узла решающее значение имеет не способ нанесения или вид резины, а конструкция узла, отработанность технологии и контроль качества всех применяемых материалов и работ.It should be noted that the most vulnerable point of any type of structure from the point of view of the possibility of moisture penetration into the cavity of the surge arrester housing and the likelihood of breakdown of the internal insulation is the junction of the metal flange and the rubber insulating shell. For reliable protection of this unit, it is not the method of application or type of rubber that is decisive, but the design of the unit, the sophistication of the technology and quality control of all materials and work used.
Проведенный всесторонний анализ существующих конструкций ОПН высших классов напряжений и технологии их изготовления позволил найти оптимальное техническое решение по созданию ОПН нового поколения, а именно обеспечение абсолютно герметичной и одновременно прочной конструкции ОПН с их минимальной массогабаритной характеристикой.A comprehensive analysis of the existing designs of surge arresters of higher voltage classes and their manufacturing technology made it possible to find the optimal technical solution for creating a new generation of surge arresters, namely, ensuring an absolutely sealed and at the same time durable design of surge arresters with their minimum weight and size characteristics.
Все указанные выше факторы нами были учтены при выборе конструкции ОПН, выборе материалов и комплектующих (высокопрочные композиты, трекинго- и атмосферостойкие материалы на основе силиконовых эластомеров, оксидно-цинковые варисторы с высокими удельными характеристиками, необходимые клеи, герметики, минеральные порошки и пр.), а также оптимальной технологии изготовления ОПН.We took into account all the above factors when choosing the design of the surge arrester, choosing materials and components (high-strength composites, tracking and weather-resistant materials based on silicone elastomers, zinc oxide varistors with high specific characteristics, necessary adhesives, sealants, mineral powders, etc.) , as well as optimal technology for manufacturing surge arresters.
В качестве изоляционного каркаса 1 предлагается высокопрочная стеклопластиковая труба (корпус), изготовленная методом спирально-перекрестной намотки на металлическую оправу соответствующего размера пропитанной эпоксидным связующим стеклонити типа Е (без бора и фтора). Для получения необходимой прочности и обеспечения жесткости корпуса, оптимальный угол намотки 50о÷54о с дополнительной продольной (рядовой) подмоткой на нижней части корпуса толщиной не более глубины стандартной резьбы и высотой в пределах 1,6÷2,2 наружного диаметра трубы.As an insulating frame 1, a high-strength fiberglass pipe (body) is proposed, manufactured by the method of spiral-cross winding on a metal frame of the appropriate size with type E glass fiber impregnated with an epoxy binder (without boron and fluorine). To obtain the necessary strength and ensure the rigidity of the body, the optimal winding angle is 50 o ÷ 54 o with additional longitudinal (row) winding on the lower part of the body with a thickness not exceeding the depth of the standard thread and a height within 1.6 ÷ 2.2 of the outer diameter of the pipe.
На стенке каркаса 1 должны быть выполнены специальные окна (круглой, ромбовидной и других форм) для сброса внутреннего давления и обеспечения взрывобезопасности конструкции при возможном внутреннем коротком замыкании. Эти окна заполняются материалом наружного покрытия при одновременной заливке внешней ребристой изоляции из силиконового (жидкого или твердого) компаунда. При возникновении внутренней дуги короткого замыкания указанный заполнитель под действием дугового газа удаляется через указанные окна, обеспечивая быстрый разрыв внешней полимерной защитной оболочки 4 и свободное истечение продуктов горения дуги в атмосферу.Special windows (round, diamond-shaped and other shapes) must be made on the wall of frame 1 to relieve internal pressure and ensure explosion safety of the structure in case of a possible internal short circuit. These windows are filled with the outer covering material while simultaneously pouring the outer ribbed insulation made of silicone (liquid or solid) compound. When an internal short circuit arc occurs, the specified filler, under the action of arc gas, is removed through the specified windows, ensuring rapid rupture of the outer polymer protective shell 4 and the free flow of arc combustion products into the atmosphere.
Очевидно, что чем сильнее перфорирован каркас 1, тем быстрее дуговой газ покидает пределы конструкции ОПН, исключая возможность его взрывного разрушения. Однако, увеличение размера и шага перфорации каркаса 1 ограничено уменьшением механической прочности конструкции в целом. Таким образом, при разработке надежного каркаса ОПН необходимо достижение разумного компромисса между требованиями взрывобезопасности и механической прочности конструкции.It is obvious that the more perforated the frame 1 is, the faster the arc gas leaves the structure of the surge arrester, eliminating the possibility of its explosive destruction. However, an increase in the size and pitch of the perforation of the frame 1 is limited by a decrease in the mechanical strength of the structure as a whole. Thus, when developing a reliable arrester frame, it is necessary to achieve a reasonable compromise between the requirements of explosion safety and mechanical strength of the structure.
На концах каркаса 1 нарезается специальная резьба для крепления нижнего 2 и верхнего 3 фланцев, после чего на ее рабочей поверхности формуется указанное выше ребристое изоляционное покрытие 4 из силиконового каучука.At the ends of the frame 1, a special thread is cut to attach the lower 2 and upper 3 flanges, after which the above-mentioned ribbed insulating coating 4 of silicone rubber is formed on its working surface.
Для улучшения качества пропитки волокнистого наполнителя со связующим, сближения их термоупругих свойств, а также повышения теплопроводности стеклопластикового каркаса 1, в связующее дополнительно вводят мелкодисперсный порошок ZnO варистора и/или эвкриптитовый ситалл (β - эвкриптит) с резко отрицательным коэффициентом объемного расширения в пределах до 15 объемных частей. В связующее также добавляют тиксотропную добавку, например, Аэросил.To improve the quality of impregnation of the fibrous filler with the binder, bring their thermoelastic properties closer together, as well as increase the thermal conductivity of the fiberglass frame 1, fine ZnO varistor powder and/or eucryptite glass-ceramic (β - eucryptite) with a sharply negative coefficient of volumetric expansion in the range of up to 15 are additionally introduced into the binder volumetric parts. A thixotropic additive, for example Aerosil, is also added to the binder.
Необходимо отметить, что добавление порошка окиси цинка в состав связующего способствует также равномерному распределению напряженности электрического поля вдоль конструкции ОПН, повышения срока его службы.It should be noted that the addition of zinc oxide powder to the binder composition also helps to uniformly distribute the electric field strength along the structure of the surge arrester, increasing its service life.
Правильный выбор толщины силиконового покрытия 4 и размеров ребер является важным фактором повышения срока службы и эксплуатационной надежности ОПН с полимерной изоляцией. Проведенные исследования показывают, что при одинаковой длине пути тока утечки поверхностное сопротивление изолятора тем больше, чем меньше вылет ребер. Например, при двух ребрах с вдвое меньшим вылетом поверхностное сопротивление в 1,43 раза больше, чем при одном ребре. А чем больше поверхностное сопротивление, тем меньше ток утечки по поверхности защитной оболочки 4 ОПН при увлажнении и тем выше его электрическая прочность. Кроме того, при уменьшении вылета ребер при той же длине пути тока утечки уменьшается расход довольно дорогого материала защитного покрытия (силиконовой резины). Так что и с экономической точки зрения уменьшение вылета ребер вполне оправдано. К тому же технологически значительно проще обеспечить изготовление защитной оболочки 4 с меньшим вылетом ребер.The correct choice of the thickness of the silicone coating 4 and the size of the fins is an important factor in increasing the service life and operational reliability of surge arresters with polymer insulation. The conducted studies show that with the same length of the leakage current path, the surface resistance of the insulator is greater, the smaller the fin overhang. For example, with two fins with half the overhang, the surface resistance is 1.43 times greater than with one fin. And the higher the surface resistance, the lower the leakage current on the surface of the protective shell 4 of the surge arrester when moistened and the higher its electrical strength. In addition, by reducing the fin overhang at the same leakage current length, the consumption of a rather expensive protective coating material (silicon rubber) is reduced. So, from an economic point of view, reducing the overhang of the ribs is completely justified. In addition, it is technologically much easier to ensure the manufacture of the protective shell 4 with a smaller fin overhang.
Необходимо также преодолеть другое серьезное заблуждение относительно формы ребер. По традиции ребра изготавливались с поднутрением и с капельницами, исключающими увлажнение поднутренной поверхности ливневым дождем. Эта традиция возникла на заре развития электротехники, когда считалось, что ливневый дождь снижает электрическую прочность изоляционной конструкции. Исследования показали, что ливневый дождь практически не влияет на электрическую прочность изоляционной конструкции при перенапряжениях (как коммутационных, так и грозовых), но способствует самоочистке поверхности изоляционной конструкции от проводящих загрязнений, т.к. проводящие вещества растворяются и смываются дождем. Следовательно, для повышения электрической прочности изоляционной конструкции при опасных увлажнениях (росой, туманом, моросящим дождем) вся поверхность изоляционной конструкции должна быть доступна дождю. Приемлемая омываемостъ всей поверхности изоляционной конструкции ливневым дождем обеспечивается при осесимметричной форме ребер с равным наклоном по отношению к поперечному сечению изоляционной конструкции с обеих сторон ребер (угол наклона α=(5÷6)°, вылет ребра ≤30 мм, расстояние между ребрами ≤25 мм, диаметр конца ребер r=2,5±0,3 мм). Кстати, такая форма ребер и наиболее технологична.Another major misconception regarding rib shape must also be overcome. Traditionally, the ribs were made with undercuts and with droppers, which prevented the undercut surface from being moistened by heavy rain. This tradition arose at the dawn of the development of electrical engineering, when it was believed that heavy rain reduced the electrical strength of the insulating structure. Studies have shown that heavy rain has virtually no effect on the electrical strength of the insulating structure during overvoltages (both switching and lightning), but promotes self-cleaning of the surface of the insulating structure from conductive contaminants, because conductive substances dissolve and are washed away by rain. Consequently, in order to increase the electrical strength of the insulating structure during dangerous moisture conditions (dew, fog, drizzling rain), the entire surface of the insulating structure must be accessible to rain. Acceptable washing of the entire surface of the insulating structure by rain rain is ensured with an axisymmetric shape of the ribs with an equal inclination relative to the cross section of the insulating structure on both sides of the ribs (inclination angle α=(5÷6)°, fin extension ≤30 mm, distance between ribs ≤25 mm, rib end diameter r=2.5±0.3 mm). By the way, this form of ribs is the most technologically advanced.
Таким образом, при применении полимерных изоляционных конструкций удачно совмещаются электрические, технологические и экономические требования к изоляционному корпусу ОПН.Thus, when using polymer insulating structures, the electrical, technological and economic requirements for the insulating housing of the surge arrester are successfully combined.
Наряду с проблемой выбора оптимальных размеров и количества окон, весьма важно обеспечить высокое качество заливки аппарата эластичным силиконовым компаундом 12 с целью обеспечения высокой степени герметичности всей конструкции. Для этой цели колонку рабочих нелинейных варисторов 5 ставят в каркас 1 с минимальным внутренним зазором и с последующим заполнением пустоты жидким силиконовым компаундом 12. Указанный компаунд 12 имеет минимальный коэффициент объемного расширения с улучшенными термоупругими свойствами в широком диапазоне рабочих температур (от минус 40°С и до плюс 100°С), а также высокую теплопроводность, что способствует теплоотводу и охлаждению рабочих варисторов 5 при длительной эксплуатации и кратковременном срабатывании ОПН. Это достигается за счет наполнения указанного компаунда 12 различными мелкодисперсными порошками, например, порошком оксидноцинкового варистора и/или эвкриптитового ситалла (с отрицательным коэффициентом объемного расширения) в пределах до 18 объемных частей. Необходимо отметить, что добавление порошка окиси цинка в состав эластичного компаунда способствует также снижению до допустимого уровня напряженности электрического поля вдоль конструкции ОПН, повышению его срока службы.Along with the problem of choosing the optimal size and number of windows, it is very important to ensure high quality filling of the device with elastic silicone compound 12 in order to ensure a high degree of tightness of the entire structure. For this purpose, a column of working nonlinear varistors 5 is placed in frame 1 with a minimum internal gap and then filling the void with liquid silicone compound 12. The specified compound 12 has a minimum coefficient of volumetric expansion with improved thermoelastic properties in a wide range of operating temperatures (from minus 40 ° C and up to plus 100°C), as well as high thermal conductivity, which contributes to heat removal and cooling of working varistors 5 during long-term operation and short-term operation of the arrester. This is achieved by filling the specified compound with 12 different fine powders, for example, zinc oxide varistor and/or eucryptite glass-ceramic powder (with a negative coefficient of volumetric expansion) within up to 18 parts by volume. It should be noted that the addition of zinc oxide powder to the elastic compound also helps to reduce the electric field strength along the arrester structure to an acceptable level and increase its service life.
Для увеличения контактной поверхности электродов на торцевых частях рабочих варисторов 5, а также контактирующих поверхностей верхнего и нижнего варисторов 5 с концевыми электродами, в указанных зонах устанавливают эластичные прокладки из электропроводящего компаунда, например, на основе жидких олигомеров с порошком никеля, алюминия, меди и пр. (на чертежах не показаны).To increase the contact surface of the electrodes on the end parts of the working varistors 5, as well as the contacting surfaces of the upper and lower varistors 5 with the end electrodes, elastic gaskets made of an electrically conductive compound are installed in these areas, for example, based on liquid oligomers with nickel, aluminum, copper powder, etc. (not shown in the drawings).
Для исключения проникновения жидкого силиконового компаунда 12 между варисторами 5 или сочленением варистор-концевой электрод, а также их центровки по отношению к внутренней полости каркаса 1, на боковые поверхности соседних варисторов или варистор-концевой электрод, с натягом наматывают армированный стеклонитью липкий силиконовый пояс с толщиной до 1 мм и шириной до 15 мм. При этом, оставшийся минимальный зазор между указанным силиконовым поясом и внутренним диаметром стеклопластикового каркаса 1 составляет 1,0÷1,8 мм и заполняется указанным выше теплопроводящим жидким силиконовым компаундом 12.To prevent the penetration of liquid silicone compound 12 between the varistors 5 or the varistor-end electrode joint, as well as their alignment with respect to the internal cavity of the frame 1, a glass-fiber reinforced adhesive silicone belt with a thickness of up to 1 mm and width up to 15 mm. In this case, the remaining minimum gap between the specified silicone belt and the inner diameter of the fiberglass frame 1 is 1.0÷1.8 mm and is filled with the above-mentioned heat-conducting liquid silicone compound 12.
Для надежного и гибкого электрического контакта между металлическим фланцем 3 и верхним концевым электродом (компенсатор 6) применяется стальная пружина 9 специальной конструкции - по крайней мере один полный виток пружины с площадкой контакта в виде полного кольца на верхней и нижней частях. Необходимая механическая сила указанной стальной пружины на сжатие составляет в пределах (70÷100) Н. Для обеспечения электрического контакта указанная пружина закорочена алюминиевой или медной фольгой с сечением, достаточным для прохождения допустимого импульсного тока устройства соответствующего класса напряжения.For reliable and flexible electrical contact between the metal flange 3 and the upper end electrode (compensator 6), a steel spring 9 of a special design is used - at least one full turn of the spring with a contact area in the form of a full ring on the upper and lower parts. The required mechanical force of the specified steel spring for compression is within the range of (70÷100) N. To ensure electrical contact, the specified spring is short-circuited with aluminum or copper foil with a cross-section sufficient to pass the permissible pulse current of the device of the corresponding voltage class.
Заявляемая конструкция ОПН с искровым промежутком (серия EGLA) или без него может эксплуатироваться с различным электрооборудованием, в частности, для защиты изоляции линии электропередач средних и более высоких классов напряжений от грозовых перенапряжений.The inventive surge arrester design with or without a spark gap (EGLA series) can be used with various electrical equipment, in particular, to protect the insulation of power lines of medium and higher voltage classes from lightning overvoltages.
На фиг. 4б показан армированный стеклонитью силиконовый пояс 7, установленный на стыке 2-х варисторов 5 с размещенными между ними компенсатором 6 и эластичными прокладками (на чертеже не показаны) по обоим сторонам компенсатора 6. Данная конструкция исключает проникновение жидкого силиконового компаунда 12 между варисторами и другими внутренними элементами конструкции, а также способствует центровке указанных внутренних элементов по отношению к внутренней полости каркаса 1.In fig. Figure 4b shows a glass-fiber reinforced silicone belt 7 installed at the junction of two varistors 5 with a compensator 6 placed between them and elastic gaskets (not shown in the drawing) on both sides of the compensator 6. This design prevents the penetration of liquid silicone compound 12 between the varistors and other internal structural elements, and also contributes to the alignment of these internal elements in relation to the internal cavity of the frame 1.
Технология изготовления предложенных на фиг. 4 ОПН с равносимметричными наружными ребрами заключается в следующем: каркас 1 изготавливается методом спирально-перекрестной намотки с образованием окон на оправу соответствующего размера пропитанной полимерным связующим стеклонити, например, эпоксидным связующим, марки Е. Описанная намотка выполняется одного диаметра и толщины по всей длине каркаса, после чего толщина концевых частей каркаса увеличивается путем дополнительной рядовой (продольной) намотки без окон волокнистого материала с полимерным связующим. Оптимальный угол спирально-перекрестной намотки 50°÷54°, дополнительная рядовая намотка выполняется толщиной не более глубины стандартной резьбы, при этом ее высота на нижней концевой части каркаса должна быть 1,6÷2,2 наружного диаметра концевой части, на верхней - 1,1÷1,3 наружного диаметра концевой части (примерная высота фланца). Такая высота дополнительной намотки нижней части каркаса 1 обеспечивает достаточную механическую прочность конструкции на изгиб (важна для ЭГЛА). Толщина дополнительной намотки без окон должна обеспечить качественную нарезку стандартной резьбы для соединения каркаса 1 с металлическими фланцами 2 и 3. Таким образом, получается единая, прочная конструкция каркаса 1 с окнами в средней части и утолщенными верхней и нижней концевыми частями без окон.The manufacturing technology proposed in Fig. 4 surge arrester with equisymmetrical outer ribs is as follows: frame 1 is made by the method of spiral-cross winding with the formation of windows on a frame of the appropriate size of glass fiber impregnated with a polymer binder, for example, an epoxy binder, grade E. The described winding is performed of the same diameter and thickness along the entire length of the frame, after which the thickness of the end parts of the frame is increased by additional row (longitudinal) winding without windows of fibrous material with a polymer binder. The optimal angle of spiral-cross winding is 50°÷54°, additional row winding is performed with a thickness no greater than the depth of the standard thread, while its height on the lower end part of the frame should be 1.6÷2.2 of the outer diameter of the end part, on the top - 1 ,1÷1.3 outer diameter of the end part (approximate flange height). This height of additional winding of the lower part of the frame 1 provides sufficient mechanical bending strength of the structure (important for EGLA). The thickness of the additional winding without windows should ensure high-quality cutting of standard threads for connecting frame 1 with metal flanges 2 and 3. Thus, a single, strong structure of frame 1 is obtained with windows in the middle part and thickened upper and lower end parts without windows.
В состав полимерного связующего для пропитки волокнистого материала каркаса дополнительно вводят мелкодисперсный порошок оксидно-цинкового варистора, эвкриптитового ситалла и проч. в пределах до 15 объемных частей. Происходит повышение термоупругих свойств при термоударах и тем самым предотвращение механического разрушения изоляционного каркаса 1 при импульсных ударах, повышение теплопроводности, исключение расслоения между колонкой варисторов 6 и жестким изоляционным каркасом 1, повышение пропускной способности рабочих нелинейных варисторов 6, распределение напряженности электрического поля вдоль конструкции ОПН, повышение срока службы аппарата.Fine powder of zinc oxide varistor, eucryptite glass-ceramic, etc. is additionally added to the composition of the polymer binder for impregnation of the fibrous material of the frame. up to 15 parts by volume. There is an increase in thermoelastic properties during thermal shocks and thereby preventing mechanical destruction of the insulating frame 1 during pulse shocks, increasing thermal conductivity, eliminating delamination between the column of varistors 6 and the rigid insulating frame 1, increasing the throughput of working nonlinear varistors 6, distributing the electric field strength along the surge arrester structure, increasing the service life of the device.
На концах каркаса 1 нарезают резьбу, после чего, на указанный каркас 1 с одного конца навинчивают металлический фланец 2 в присутствии эпоксидного клея и специального силиконового герметика. На другой конец каркаса 1 навинчивают второй металлический фланец 3 без герметика и клея.Threads are cut at the ends of frame 1, after which a metal flange 2 is screwed onto said frame 1 from one end in the presence of epoxy glue and a special silicone sealant. A second metal flange 3 is screwed onto the other end of the frame 1 without sealant or glue.
Готовый каркас 1 с закрепленными фланцами 2, 3 устанавливают в специальную пресс-форму на инжекционной машине для формования внешнего ребристого покрытия 4 из твердого (HTV) или жидкого (LSR) силикона. Перед этим, во внутреннюю полость каркаса 1 устанавливают специальное устройство для исключения попадания силиконового компаунда внутрь него.The finished frame 1 with attached flanges 2, 3 is installed in a special mold on an injection machine to mold the outer ribbed coating 4 from solid (HTV) or liquid (LSR) silicone. Before this, a special device is installed into the internal cavity of the frame 1 to prevent the silicone compound from getting inside it.
Производят сушку рабочих варисторов 5 при температуре не ниже 90°С в течение 24 часов, после чего их сортируют по вольтамперным характеристикам и по высоте. При необходимости, между ними устанавливают алюминиевые шайбы-компенсаторы 6 необходимого размера в присутствии эластичных электропроводящих прокладок, после чего, с натягом устанавливают, как это было показано выше, армированный стеклонитью силиконовый пояс 7. Во внутреннюю полость каркаса 1 с фланцем 2 устанавливают последовательно шайбу специальной конструкции 8 с прорезью для заполнения полости заливочным материалом и являющуюся нижним концевым электродом, собранные в колонку варисторы, верхний концевой электрод (компенсатор 6), все это упаковано в оболочку из стеклонити, сверху устанавливают контактную пружину 9, после чего сверху на каркас 1 устанавливают фланец 3, также в присутствии герметика и клея. Через отверстия 10 и 11 на фланцах 2 и 3, внутренняя полость конструкции (пространство между колонкой рабочих варисторов и каркасом 1) заполняют жидким теплопроводящим компаундом 12, в состав которого заранее добавляют необходимые порошки и вулканизирующий состав. При необходимости, собранное изделие устанавливают в термокамеру для окончательной вулканизации указанного жидкого компаунда 12. На собранный ОПН серии EGLA устанавливают дугоотводящий электрод 13.The working varistors 5 are dried at a temperature not lower than 90°C for 24 hours, after which they are sorted by current-voltage characteristics and height. If necessary, aluminum compensator washers 6 of the required size are installed between them in the presence of elastic electrically conductive gaskets, after which, as shown above, a glass-fiber reinforced silicone belt 7 is installed with tension. A special washer is installed sequentially into the internal cavity of the frame 1 with flange 2 structure 8 with a slot for filling the cavity with filling material and which is the lower end electrode, varistors assembled in a column, the upper end electrode (compensator 6), all packed in a glass fiber shell, a contact spring 9 is installed on top, after which a flange is installed on top of the frame 1 3, also in the presence of sealant and glue. Through holes 10 and 11 on flanges 2 and 3, the internal cavity of the structure (the space between the column of working varistors and the frame 1) is filled with liquid heat-conducting compound 12, to which the necessary powders and vulcanizing composition are added in advance. If necessary, the assembled product is installed in a heat chamber for final vulcanization of the specified liquid compound 12. An arc discharge electrode 13 is installed on the assembled EGLA series surge arrester.
В состав компаунда 12 вводят мелкодисперсный порошок оксидно-цинкового варистора (с минимальным коэффициентом линейного расширения) и/или эвкриптитового ситалла (с резко отрицательным коэффициентом линейного расширения) в пределах до 18 объемных частей. Происходит повышение термоупругих свойств при термоударах и тем самым предотвращение механического разрушения изоляционного каркаса 1 при импульсных ударах, повышение теплопроводности, исключение расслоение между колонкой варисторов 6 и жестким изоляционным каркасом 1, повышение пропускной способности рабочих нелинейных варисторов 6, распределение напряженности электрического поля вдоль корпуса ОПН, повышение срока службы аппарата.Finely dispersed powder of a zinc oxide varistor (with a minimum linear expansion coefficient) and/or eucryptite glass ceramic (with a sharply negative linear expansion coefficient) is introduced into the composition of compound 12 in a range of up to 18 parts by volume. There is an increase in thermoelastic properties during thermal shocks and thereby preventing mechanical destruction of the insulating frame 1 during pulse shocks, increasing thermal conductivity, eliminating delamination between the column of varistors 6 and the rigid insulating frame 1, increasing the throughput of working nonlinear varistors 6, distributing the electric field strength along the surge arrester body, increasing the service life of the device.
Возможна совмещенная технология изготовления ОПН, а именно одновременное формование указанных внешних изоляционных ребер 4 и заполнение внутренней полости конструкции твердым или жидким силиконовым компаундом (LSR) по принципу сообщающихся сосудов. Во втором случае, часть жидкого силикона подается во внутреннюю полость корпуса ОПН через заливочные отверстия 10, 11, имеющиеся на фланцах 2 и 3, а другая часть поступает через отверстия, имеющиеся на нижних частях формообразующих ребер пресс-формы. Появление жидкого силикона через симметричные верхние отверстия на периферии пресс-формы говорит о полном и безпустотном заполнении как внутренней полости ОПН, так и внешнего ребристого покрытия 4 одновременно.A combined technology for manufacturing surge arresters is possible, namely the simultaneous molding of the indicated external insulating ribs 4 and filling the internal cavity of the structure with solid or liquid silicone compound (LSR) according to the principle of communicating vessels. In the second case, part of the liquid silicone is supplied to the internal cavity of the surge arrester housing through the filling holes 10, 11 located on the flanges 2 and 3, and the other part enters through the holes located on the lower parts of the forming ribs of the mold. The appearance of liquid silicone through the symmetrical upper holes on the periphery of the mold indicates complete and void-free filling of both the internal cavity of the surge arrester and the external ribbed coating 4 at the same time.
В отличие от других известных способов установки ОПН для защиты изоляции электрических аппаратов различного типоисполнения (например, опорного типа, с оттяжками и проч.), установка ОПН подвесного, консольного типа серии EGLA на опорах ЛЭП является новым малоизученным и ответственным техническим решением.Unlike other known methods of installing surge arresters to protect the insulation of electrical devices of various types (for example, support type, with guy wires, etc.), installing suspended, cantilever-type surge arresters of the EGLA series on power transmission line supports is a new, little-studied and responsible technical solution.
Ниже, в таблице 1 приведены технические характеристики ОПН 170 кВ и 420 кВ серии EGLA, предназначенных для защиты изоляции линии электропередачи от грозовых перенапряжений.Below, Table 1 shows the technical characteristics of surge arresters 170 kV and 420 kV of the EGLA series, designed to protect the insulation of power lines from lightning overvoltages.
В таблице 2 приведены технические характеристики ОПН 36 кВ разной пропускной способностью серии EGLA, предназначенных для защиты изоляции линии электропередачи от грозовых перенапряжений.Table 2 shows the technical characteristics of 36 kV surge arresters of different capacities of the EGLA series, designed to protect the insulation of power lines from lightning overvoltages.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808500C1 true RU2808500C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2074428C1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-02-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт "Электрокерамика" | Device for overload protection |
| RU2144712C1 (en) * | 1998-01-06 | 2000-01-20 | АООТ "НИИ Электрокерамика" | Surge-voltage protective gear |
| RU2172035C1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-08-10 | Алексеенко Анатолий Андреевич | Surge protective gear |
| RU2313842C1 (en) * | 2006-07-20 | 2007-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Surge protective device |
| CN103606818A (en) * | 2013-10-23 | 2014-02-26 | 吉林市能兴电力设备有限公司 | Series gap arrester |
| CN207353033U (en) * | 2017-06-02 | 2018-05-11 | 薛燕芬 | A kind of Zinc-Oxide Arrester |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2074428C1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-02-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт "Электрокерамика" | Device for overload protection |
| RU2144712C1 (en) * | 1998-01-06 | 2000-01-20 | АООТ "НИИ Электрокерамика" | Surge-voltage protective gear |
| RU2172035C1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-08-10 | Алексеенко Анатолий Андреевич | Surge protective gear |
| RU2313842C1 (en) * | 2006-07-20 | 2007-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Surge protective device |
| CN103606818A (en) * | 2013-10-23 | 2014-02-26 | 吉林市能兴电力设备有限公司 | Series gap arrester |
| CN207353033U (en) * | 2017-06-02 | 2018-05-11 | 薛燕芬 | A kind of Zinc-Oxide Arrester |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100211742B1 (en) | Surge arrester with rigid insulating housing | |
| US6225567B1 (en) | Polymeric weathershed surge arrester and method | |
| CN107481820A (en) | A kind of anti-thunder insulator and its manufacture method | |
| CN108428526A (en) | A kind of lightning arrester core body and arrester | |
| RU2808500C1 (en) | Device for protecting insulation of electrical equipment from lightning and switching overvoltages | |
| CN108878084A (en) | Explosion-proof lightning arrester | |
| KR200454411Y1 (en) | Lead Wire Attached Polymer Lightning Arrester | |
| CN208352047U (en) | Explosion-proof lightning arrester | |
| US4827370A (en) | Enclosure for electric device, in particular for surge arrester, including a molded, electrically insulating envelope | |
| JPH07118237B2 (en) | Lightning arrester | |
| CN208507338U (en) | A kind of lightning arrester core body and arrester | |
| CN209561111U (en) | A kind of variable in-line gap composite insulating metal oxide lightning arrester | |
| CN109509601B (en) | Zhang Bilei resistant ware assembly | |
| US8059379B2 (en) | Lightning arrestor | |
| CN202167303U (en) | Lightning-protection overvoltage protector | |
| RU2808757C2 (en) | Surge arrester | |
| RU2809503C2 (en) | Surge arrester manufacturing method | |
| RU2302050C1 (en) | Surge limiter | |
| RU2313842C1 (en) | Surge protective device | |
| JP5073001B2 (en) | Bushing protection terminal | |
| RU180982U1 (en) | NONLINEAR VOLTAGE LIMITER | |
| US20180301252A1 (en) | Caps for power distribution system components | |
| JPS61151912A (en) | Lightning arresting bushing | |
| RU2097863C1 (en) | Surge voltage protective gear | |
| RU226620U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTING OVERHEAD POWER LINES FROM ATMOSPHERIC OVERVOLTAGE |