WO2015167359A1 - Экран-разрядник - Google Patents

Экран-разрядник Download PDF

Info

Publication number
WO2015167359A1
WO2015167359A1 PCT/RU2015/000156 RU2015000156W WO2015167359A1 WO 2015167359 A1 WO2015167359 A1 WO 2015167359A1 RU 2015000156 W RU2015000156 W RU 2015000156W WO 2015167359 A1 WO2015167359 A1 WO 2015167359A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
discharge
insulation layer
main electrode
screen
elongated conductor
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000156
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Георгий Викторович ПОДПОРКИН
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority to CN201580000556.3A priority Critical patent/CN105409074B/zh
Priority to ZA2015/07456A priority patent/ZA201507456B/en
Publication of WO2015167359A1 publication Critical patent/WO2015167359A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure

Definitions

  • the present invention relates to protective fittings installed on electrical equipment, in particular, on insulators or strings of insulators, designed to protect against arcing and / or corona discharge and / or to equalize the distribution of voltage across the insulator or string of insulators.
  • the present invention also relates to arresters for protecting electrical equipment from lightning surges. Such devices can protect, for example, high-voltage installations, insulators and other elements of high-voltage power lines, as well as electrical equipment. State of the art
  • Such screens also provide the possibility of limiting the electric field in the insulating rod of the insulator on which they are installed. In addition, the screen allows you to protect electrical components from corona discharges.
  • this screen does not solve the problem of protecting the electrical equipment on which it is installed from overvoltages caused, for example, by lightning discharges.
  • the problem that the present invention solves is the creation of a reliable and low-cost device for manufacturing that improves the distribution of electric field strength near the elements of electrical installations or power lines on which it is installed, as well as protects these elements of electrical equipment or power lines from lightning overvoltages.
  • the object of the invention is to provide a device that combines the properties of a spark gap and a screen.
  • the objective of the present invention is solved with the help of a screen for leveling the electric field in the vicinity of an element of electrical equipment or power line, made with the possibility of mechanical fastening on the specified or adjacent element of electrical equipment or power line and containing an elongated conductor made with the possibility of electrical contact with the specified or an adjacent element of electrical equipment or a power line and at least partially about the envelope of the specified element of electrical equipment or power lines.
  • the screen is characterized in that it comprises an insulation layer at least partially covering said elongated conductor, and at least a first main electrode mounted on top of the insulation layer and / or at least partially in the insulation layer.
  • the rounding of an element of an electric equipment or power line by an elongated conductor is advantageously provided with a gap between the conductor with an insulation layer applied thereon, electrodes and other elements, and an element of an electric equipment or power line on the envelope.
  • the screen is predominantly configured to bend an element of electrical equipment or a power line with an insulating body within an angle of up to 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330 or 360 degrees inclusive.
  • the discharge voltage of the sliding discharge over the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor is less than the discharge voltage of the discharge through the air gap between the first main electrode and the elongated conductor.
  • the shield in some embodiments may comprise a second main electrode mounted to provide electrical contact with an elongated conductor, in which case a discharge discharge voltage across the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor or second main electrode is preferably less than the discharge voltage of the air discharge between the first main electrode and elongated conductor.
  • the shield comprises at least one intermediate electrode mounted on top of the insulation layer, the length of the discharge gap along the surface of the insulation layer between the intermediate the electrode and the first main electrode is less than the length of the discharge gap along the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor.
  • the discharge voltage of the sliding discharge along the surface of the insulation layer between the first main electrode and the intermediate electrode is predominantly less than the discharge voltage of the air discharge between the first main electrode and the elongated conductor.
  • a discharge chamber may be provided between the intermediate electrode and the first main electrode. If two or more intermediate electrodes are provided on the screen, discharge chambers can also be made between them. In the case where the screen contains a second main electrode installed to provide electrical contact with the elongated conductor, the discharge chamber can also be made between the intermediate electrode and the second main electrode.
  • the implementation of at least one intermediate electrode may be installed at least partially in the insulation layer, and if the first main electrode is also installed at least partially in the insulation layer, then between the intermediate electrode and the first main electrode a discharge chamber may be formed that extends to the surface of the insulation layer. If the screen contains a second main electrode installed at least partially in the insulation layer to provide electrical contact with the elongated conductor, a discharge chamber can also be formed between the intermediate electrode and the second main electrode, which extends to the surface of the insulation layer. When at least two intermediate electrodes are installed at least partially in the insulation layer on the screen, discharge chambers can also be formed between adjacent intermediate electrodes that extend to the surface of the insulation layer.
  • the shield may comprise means for attaching an elongated conductor to an electrical component or power line.
  • Said fastening means are advantageously designed to provide an electrical connection to the elongated conductor with an element of electrical equipment or a power line.
  • the bending stiffness coefficient of the screen is at least 1 N / m, 10 N / m, 25 N / m, 50 N / m, 75 N / m, 100 N / m, 200 N / m, 300 N / m , 400 N / m, 500 N / m or 1000 N / m.
  • the objective of the present invention is also solved by using a power line containing supports with insulators, at least one electrically conductive wire connected to the insulators by means of fasteners, and at least one screen for leveling the electric field in the vicinity of the element of electrical equipment or power lines.
  • the objective of the invention is solved due to the fact that the screen is made according to any of the above options.
  • the shield is mounted on the insulator using fastening means, wherein the discharge discharge voltage across the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor and / or the attachment means is less than the discharge voltage across the air gap between the first main electrode and the elongated conductor and / or fastening means and / or insulator.
  • the technical result achieved is to reduce the cost of lightning protection and increase its efficiency due to the fact that the screen used to improve the structure of the electric field around the elements of electrical installations or power lines also provides protection of these elements from lightning surges. This allows you to abandon the use of additional lightning protection devices, as well as conveniently provide lightning protection for elements of electrical installations, power lines, electrical insulators or strings of insulators, since the arrester screen can be installed on almost any device.
  • An additional technical result is the provision of a device for lightning protection, having the convenience of installation on power lines or in electrical installations.
  • the technical result of the invention is to increase the voltage of the occurrence of a corona discharge on the screen surface due to a decrease in the electric field strength due to the presence of an insulation layer over the metal base of the screen. At the same time, the level of radio interference from the power line is significantly reduced. Also, thanks to the insulation layer, it is possible to install additional intermediate electrodes, the presence of which also reduces the onset voltage of the corona discharge due to the distribution of electric field intensity more extensive in space (this effect is enhanced when electrodes are installed on the outer surface of the screen, remote from the protected elements). Besides, thanks to the combination of the screen and the arrester, it is possible to reduce the space occupied by these elements, since now one device, and not two, performs the functions of the screen and the arrester.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a screen in accordance with the present invention.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a screen in accordance with the present invention.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a screen with intermediate electrodes.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a screen with intermediate electrodes and discharge chambers.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a power line with screens mounted on a polymer insulator in accordance with the present invention.
  • FIG. 6 shows an installation option for determining the bending stiffness coefficient of the dielectric element of the arrester in the initial state.
  • FIG. 7 shows an installation option for determining a bending stiffness coefficient of a dielectric element of a spark gap in a state of applied bending force.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a screen in accordance with the present invention.
  • the screen for leveling the electric field near (in the vicinity) of the element of electrical equipment or power lines is an elongated conductor 1 with a layer of insulation 2 applied to it.
  • the specified conductor can be made in various forms, for example, in the form of a monolithic metal bar (for example, steel, aluminum, copper or from another metal or alloy), preferably of circular cross section, however, in some embodiments, it may have different from circular cross section or consist of several lived. Tape or shaped products may also be used depending on the conditions of use.
  • the sign "oblong" means that the length of the specified conductor is significantly greater (4 or more times) of the width and / or thickness. Due to its elongation, it is usually possible to indicate the longitudinal direction along the conductor (in a particular embodiment, through its ends), that is, in the longest dimension.
  • the screen is made with the possibility of mechanical fastening on the specified or adjacent element of electrical equipment or power lines.
  • This fastening can be achieved in various ways, for example, by fixing the insulation layer, if this layer by its mechanical properties provides such fastening (that is, for example, it is solid and has protrusions / recesses / holes for fixing with mate fasteners or mate elements electrical equipment or power lines), or, for example, securing the screen as a whole by clamping over insulation.
  • the ability to fasten the screen to an element of electrical equipment or power lines can be provided by the shape of the screen at the place of attachment, for example, straight, curved, ring-shaped, spiral, etc.
  • the elongated conductor included in the shield is designed so that electrical contact with the specified element of the electrical equipment or power line is ensured and at least partial bending of the specified element of the electrical equipment or power line when installed on it.
  • the electrical contact may be provided, for example, by an additional conductor connecting the elongated conductor and the element of electrical equipment or power lines, or the contact of the elongated conductor and said element.
  • the conductor may have an open surface (without an insulation layer at this point) for direct or through an intermediate element of electrical contact with the element of electrical equipment or power lines.
  • the elongated conductor may have a shape conducive to establishing electrical contact with the specified element of electrical equipment or power lines or an intermediate element, for example, straight, curved, annular, spiral, etc., have protrusions / recesses / holes etc.
  • the conductor may take the form providing the ability to remove the insulation layer (preferably in a simple and convenient way) or to penetrate a metal object through the insulation layer (that is, for example, piercing / cutting the insulation layer with a needle / knife, etc.) to make electrical contact with the elongated conductor in / under the layer isolation - for example, have a straight, curved, annular, spiral, etc. shape or have protrusions / recesses / holes, etc.
  • the elongated conductor included in the screen is designed so as to provide at least partial bending of the specified element of electrical equipment or power lines when installed on it. Accordingly, at least a portion of the elongated conductor (and hence the screen as a whole) may be in the form of a circle / circle / ellipse / toroid or may be a sector of a circle / circle / ellipse / toroid, with such a configuration being considered as enveloping / enclosing when the element to be protected or a line running, for example, along the element to be protected, is located inside a circle / circle / ellipse / toroid or sector of a circle / circle / ellipse / toroid (preferably in the geometric center).
  • At least a portion of the elongated conductor may take the form of a parabola, hyperbola and any other curve of the second or more order of the required size .
  • the elongated conductor is mechanically secured to an element of the electrical equipment or power line, in particular, as shown in FIG. 1 option, it contains straight ends 3, which can be used to secure the screen on the element of electrical equipment or power lines.
  • an element of an electrical equipment or power line may include fastening means that fixes the screen at the ends 3.
  • the ends of the conductor may have parts designed to enclose an element of electrical equipment or a power line, or parts that allow the ends of the conductor to be fixed relative to each other, providing for example, the coverage of an element of electrical equipment or power lines with fixation due to elastic forces.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a screen comprising means 7 for attaching a screen to an element of electrical equipment or a power line. These means 7 are installed at the ends of the conductor 1 and allow using crimped, screw, clamp or other connection to compress elements means 7 element of electrical equipment or power lines, thereby fixing the screen on this element.
  • the screen has sufficient mechanical strength (rigidity).
  • Mechanical strength rigidity
  • the strength / rigidity of the screen can be provided, for example, due to the mechanical properties of the elongated conductor and / or the insulation layer applied to it.
  • the indicated possibility of mechanical fixing on an element of an electric equipment or power line provides for electrical contact with the indicated element of an electric equipment or power line so that the screen potential is equal to the potential of an element of electric equipment or power line in order to correct the electric field strength around the element of electric equipment or power line.
  • the electrical contact is preferably provided in that the ends 3 or the fastening means 7 do not contain insulation and can directly contact an element of electrical equipment or a power line, which is mainly also made of metal.
  • the ends of the conductor or the fastening means may be coated with an insulation layer, provided that the screen is electrically contacted with the electrical component or power line on which it is attached.
  • Electrical contact can be achieved by performing a part of the insulation layer adjacent to the elements of the electrical equipment or power line with a degree of electrical conductivity sufficient for the purposes of the invention, for example, by introducing appropriate additives that increase the conductivity of the dielectric material into the insulation layer.
  • the fasteners may be configured to locally pierce, cut, or remove the insulation layer, with subsequent electrical contact.
  • the elongated conductor 1 is made with the possibility of at least partial bending (covering) of the element of electrical equipment or a power line on which it will be installed, or a line running, for example, along a specified item of electrical equipment or a power line.
  • the screen has a round shape, but there may be other screen configurations, for example, in the form of a sector, ellipse, and other shapes.
  • the envelope is mainly carried out in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the longitudinal element of the electrical installation or transmission line, however, instead of the right angle between the specified direction and the plane, there may be other angles (for example, within 15, 30, 45, 60, 75, 80, 85 degrees or any angle in the range, for example, from 30 to 90 degrees) or the envelope can occur not in a plane, but be curved.
  • the part of the circle or solid angle in which the electrical element or power line is bent around by the screen is preferably not less than 180 degrees and can be up to 210, 240, 270, 300, 330 or 360 degrees (inclusive) or any range composed using specified values (for example, 180-360 degrees or other).
  • the angle is mainly determined based on the location of the shield or the location of the element of electrical equipment or power lines, to adjust the distribution of the electric field around which the screen is intended.
  • the place of the beginning of the corner can be defined as the intersection of this plane with the protected element of the electrical equipment or power line (its center point or axis) or as the point on the plane farthest from all parts of the screen (in the case of the screen in the form of a disk or circle, this will be the center of the disk or circle).
  • the part of the circle or solid angle in which the electrical element or power line is bent around by the screen can be less than 180 degrees depending on the electric field (for example, its strength indicator), which must be changed, and can be up to or more 30, 60, 90, 120, 150 or 180 degrees (inclusive) or any range compiled using the specified values (for example, 30-180 degrees or another).
  • the shield comprises an insulation layer 2, at least partially covering the elongated conductor 1.
  • the coating can be complete provided that, as already mentioned, the electrical contact of the conductor with the element of electrical equipment or power line, for adjusting the electric field around which the screen is intended.
  • At least a first main electrode 4 (or with a coating, for example, partially installed on the layer 2 of the electrode 4 (or other electrodes) with an additional layer is installed isolation).
  • the words "at least the first main electrode” means the possibility of placing on the screen a second main electrode, as will be described later, or other additional main electrodes.
  • the first main electrode 4 is installed in such a way as to provide the possibility of transmitting or receiving a discharge of lightning overvoltage to or from other surrounding objects (in one embodiment, from the same screen-arrester, as will be described in relation to Fig. 5).
  • the main electrode 4 can be installed on the insulation layer 2 or in the insulation layer 2 so as to protrude from the layer 2 or be able to connect with an electrical conductor supplying or discharging a lightning overvoltage discharge.
  • FIG. 1 also shows the operating principle of a spark gap in accordance with the present invention.
  • a sliding discharge 6 can develop before it hits a conductor 1, in particular, at the end 3 of a conductor on which there is no insulation.
  • the rounding by the elongated conductor occurs within an angle of about 340 degrees; however, due to the fact that the parts of the elongated conductor extending to the center of the circle in order to be able to fasten, taking into account the insulation layer applied to them, close the circle (that is, lie adjacent to each other), we can say that in this case the envelope is carried out 360 degrees ( taking into account the insulation layer).
  • the screen uses a second main electrode 8, placed on top of the insulation layer 2 and galvanically connected to the conductor 1, for example, by means of a connecting conductor passing through the insulation layer 2.
  • a sliding discharge will develop along the surface of the insulation layer 2 until it encounters a second main electrode 8 having an electric potential that matches the potential of the conductor 1, and hence of the electrical component or power line on which the screen is mounted.
  • the second main electrode 8 in FIG. 2 was absent, a sliding discharge could develop until the end of the insulation layer 2 or to the fastening means 7.
  • discharge 5 may absent.
  • One or more electrodes may have protrusions designed to reduce the distance between the electrodes and / or objects with which a spark discharge is performed, to reduce the discharge voltage and increase the probability of discharge occurring precisely through those discharge gaps that form the protrusions.
  • the overvoltage from a lightning discharge is on an element of electrical equipment or a power line on which a surge arrester is installed, then due to the fact that the first main electrode 4, which has excellent potential, is separated from the conductor 1 that receives the potential of the element of electric equipment or power line with which it is connected , insulation layer 2, retains a potential different from lightning, and a sliding discharge 6 of reverse polarity develops on the surface of insulation layer 2, since the potential difference als between the electrode 4 and the conductor 1 is sufficient for the formation of creepage.
  • the discharge voltage of the sliding discharge over the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor is less than the discharge voltage of the discharge through the air gap between the first main electrode and the elongated conductor.
  • the discharge voltage through the air gap can be determined as follows:
  • H is the length of the discharge gap (gap) in meters
  • the discharge voltage of a sliding discharge along a dielectric (insulation) layer covering a metal conductor can be determined, for example, by the following formula:
  • c is a coefficient taking into account the shape of the insulation layer and the metal conductor
  • S is the length of the moving discharge
  • b is the thickness of the insulation layer
  • ⁇ is the relative dielectric constant of the insulation layer
  • ⁇ 0 is the absolute dielectric constant, it has a value of 8.85-10 "12 F / m
  • the thickness of the insulation layer and its relative dielectric constant it is possible to choose a combination where the discharge voltage for a sliding discharge is less than the discharge voltage of the discharge through the air gap, since the discharge voltage for the air gap has an approximately linear dependence on its length, and the discharge voltage for a sliding discharge has a much smaller dependence on the length of the sliding discharge, in particular to the extent of 0.2. Based on this, it is possible to provide conditions under which the discharge will occur along the surface of the insulation layer along the screen, and not directly to an elongated conductor or an element of electrical equipment or a power line on which the screen is mounted.
  • the screen further comprises several intermediate electrodes 9 mounted on top of the insulation layer 2, and, as you can see, the length of the discharge gap along the surface of the insulation layer between the intermediate electrode closest to the first main electrode and the first main electrode is less than the length of the discharge gap along the surface of the insulation layer between the first main electrode and the elongated conductor.
  • the discharge voltage of the sliding discharge along the surface of the insulation layer between the first main electrode and the intermediate electrode should preferably be less than the discharge voltage of the air discharge between the first main electrode and the elongated conductor so that the lightning overvoltage discharge passes over the surface of the insulation layer, and not directly through air gap.
  • a discharge from one of the intermediate electrodes (including the one closest or farthest from the first main electrode) to an elongated conductor or any element connected to it can also occur through the air gap, however, for the purposes of the present invention, it is preferable surface discharge.
  • the discharges between the intermediate electrodes, as well as between the intermediate and main electrodes, as well as between the intermediate electrode and the elongated conductor do not have to be surface, they can pass, including, at a certain distance from the layer surface isolation, i.e. in the air.
  • the intermediate electrodes 12 can be installed on top of the insulation layer 2 with a slight deviation from the layer 2.
  • discharge chambers are made between the intermediate electrodes 12, for example, by inserting the ends of the electrodes 12 into cups 14 made of a dielectric and containing a bottom and side walls, forming discharge chambers, the exits from the discharge chambers being preferably opposite the bottoms. Since the dielectric cups 14 are attached to the insulation layer 2 by their bottom parts, the discharges 13 occurring in the discharge chambers inside the dielectric cups 14 between the ends of the intermediate electrodes 12 protruding into the discharge chambers exit the discharge chambers away from the elongated conductor 1 and, preferably, away from the elements with which the conductor 1 is connected. At the same time, the outputs from one or more discharge chambers can be directed to the conductor or the elements connected to it.
  • discharge chambers can also be formed, for example, also using dielectric glasses.
  • the main electrodes can protrude into the discharge chambers of the dielectric cups on their own or have taps that can be designed to create, as one of the electrodes, the discharge gaps in the discharge chambers that are separated from the main electrodes at some distances.
  • the second main electrode 8 has a galvanic connection with the conductor 1, however, in some embodiments, such a connection may not be provided and overvoltage discharge from the electrode 8 to the conductor 1 or the elements connected to it, may occur on the surface of the insulation layer 2 or directly, through an air gap.
  • the implementation of at least one intermediate electrode may be installed at least partially in the insulation layer, and if the first main electrode is also installed at least partially in the insulation layer, then between the intermediate electrode and the first main electrode a discharge chamber may be formed that extends to the surface of the insulation layer.
  • a discharge chamber can also be formed between the intermediate electrode and the second main electrode, which extends to the surface of the insulation layer.
  • discharge chambers can also be formed between adjacent intermediate electrodes that extend to the surface of the insulation layer. In such cases, discharge chambers are formed in the insulation layer itself, and electrodes protrude into them, forming discharge gaps between them.
  • the outputs of such discharge chambers are usually openings connecting the discharge chambers and the surface of the insulation layer.
  • FIG. 5 shows a power line comprising supports 18 with insulators 15, at least one electrically conductive wire 19 connected to the insulators 15 by means of fasteners, and two shields 20 for leveling the electric field in the vicinity of the insulator 15, which is an element power lines (can also be used for other electrical equipment).
  • the screens 20 are made according to one of the above options and due to this also provide protection for the power line from lightning surges.
  • one shield or more than two screens may be installed for one insulator or other element of a power line or electrical equipment.
  • a lightning discharge occurs on the wire 19 through the fastening devices, the overvoltage falls on the lower terminal 17 of the insulator 15.
  • a screen 20 is installed, made using an elongated conductor with an insulation layer applied over it, on top of which the first main electrode 4 is installed. Since the elongated screen conductor and the first main electrode are separated by an insulation layer, and the elongated conductor has the potential of the insulator terminator on which it is installed, between the conductor and the first main electrode, a lightning discharge overvoltage is observed, which, in case of a breakdown voltage is exceeded, causes a sliding discharge 6 on the surface of the insulation layer. Due to the sliding discharge, the potential of the main electrode 4 of the lower screen becomes close to the potential of the terminal 17 and, accordingly, the wire 19.
  • the electrodes 4 can be interconnected by a conductor or by using additional electrodes.
  • the screen is mounted on the insulator using the fastening means, which can be part of the screen or be an element placed on the terminal.
  • the fastening means which can be part of the screen or be an element placed on the terminal.
  • a deformer 25 is applied to the screen 20 from above, with the help of which a force F is transmitted to the screen 20, aimed at the deflection of the screen h 20 down (in this case, the direction is determined in accordance with the measurement scheme in Fig. 6 and 7, and not as in operation).
  • the deflection value h of the dielectric element in the lower part 24 of the screen 20 below the point of application of force F, because in the upper part 23 of the screen 20, in the place where the force F is directly applied by the deformer 25, deformation of the screen 20 (for example, the insulation layer) may occur, not related to its deflection, in the case when the screen (in particular, the layer insulation) is made using deformable (for example, elastic or soft) materials, while in the lower part 24 of the screen 20 under the place of application of force F, such deformation is not observed, because no force is applied to it and the movement of the surface of the lower part 24 of the screen under the place of application of force F occurs only due to the deflection of the screen 20.
  • deformation of the screen 20 for example, the insulation layer
  • gaskets 22 may be located.
  • the gaskets 22 may be flat or in the shape of gutters. The gaskets 22 make it possible to distribute the deforming force from the bases 21 to the large length of the screen 20 and, thereby, reduce the distortion of the measured value of the deflection of the screen 20.
  • the gaskets 22 can preferably freely change their angular position relative to the bases 21, in some cases, the gaskets 22 and the bases 21 can have a swivel joint. It is believed that the gaskets 22, as well as the base 21, are made of weakly deformable material (for example, with respect to the dielectric element).
  • its minimum bending stiffness (bending stiffness coefficient) can have a value of at least 1 N / m, 10 N / m, 25 N / m, 50 N / m, 75 N / m, 100 N / m, 200 N / m, 300 N / m, 400 N / m, 500 N / m or 1000 N / m (depending on the materials used in the manufacture of the screen, the shape and size of the screen).

Landscapes

  • Insulators (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Представлен экран-разрядник, предназначенный для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи и обеспечения возможности разряда грозового перенапряжения при молниевом ударе. Экран-разрядник выполнен с возможностью механического закрепления на указанном элементе электрооборудования или линии электропередачи и содержит продолговатый проводник, выполненный с обеспечением возможности электрического контакта с указанным элементом электрооборудования или линии электропередачи. Форма продолговатого проводника обеспечивает, по меньшей мере, частичное огибание указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи. Отличительным признаком экрана-разрядника является наличие слоя изоляции, который, по меньшей мере, частично покрывает указанный продолговатый проводник, и, по меньшей мере, первого основного электрода, установленного поверх слоя изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое изоляции.

Description

ЭКРАН-РАЗРЯДНИК
Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к защитной арматуре, устанавливаемой на электрооборудовании, в частности, на изоляторах или гирляндах изоляторов, предназначенной для защиты от дуги и/или коронного разряда и/или для выравнивания распределения напряжения по изолятору или гирлянде изоляторов. Кроме того, предлагаемое изобретение относится также к разрядникам для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений. С помощью таких устройств могут защищаться, например, высоковольтные установки, изоляторы и другие элементы высоковольтных линий электропередачи, а также электрооборудование. Предшествующий уровень техники
Известен, в частности, из патента US6455782, экран, предназначенный для выравнивания распределения напряжения по гирлянде изоляторов или распределения напряжённости электрического поля вдоль полимерных изоляторов.
Такие экраны также обеспечивают возможность ограничения напряжённости электрического поля в изоляционном стержне изолятора, на котором они установлены. Кроме того, экран позволяет защищать элементы электроустановки от коронных разрядов.
В то же время необходимо отметить, что указанный экран не решает задачи защиты электрооборудования, на котором установлен, от перенапряжений, вызванных, например, молниевыми разрядами.
Сущность изобретения
Задачей, которую решает настоящее изобретение, является создание надежного и обладающей невысокой стоимостью в производстве устройства, обеспечивающего улучшение распределения напряженности электрического поля около элементов электроустановок или линий электропередач, на которых он установлен, а также обеспечивающего защиту указанных элементов электрооборудования или линии электропередачи от молниевых перенапряжений. Другими словами, задачей изобретения является обеспечение устройства, сочетающего в себе свойства разрядника и экрана. Задача настоящего изобретения решена с помощью экрана для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи, выполненный с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи и содержащий продолговатый проводник, выполненный с обеспечением возможности электрического контакта с указанным или соседнем с ним элементом электрооборудования или линии электропередачи и, по меньшей мере, частичного огибания указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран отличается тем, что содержит слой изоляции, по меньшей мере, частично покрывающий указанный продолговатый проводник, и, по меньшей мере, первый основной электрод, установленный поверх слоя изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое изоляции. Огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи продолговатым проводником преимущественно обеспечивается с зазором между проводником с нанесенным на него слоем изоляции, электродами и другими элементами, и элементом электрооборудования или линии электропередачи на участке огибания.
Экран преимущественно выполнен с возможностью огибания элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом в пределах угла до 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов включительно.
В предпочтительном варианте осуществления экрана разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником.
Экран в некоторых вариантах осуществления может содержать второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, в таком случае разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником или вторым основным электродом предпочтительно меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником.
В преимущественных вариантах осуществления экран содержит, по меньшей мере, один промежуточный электрод, установленный поверх слоя изоляции, причем длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом и первым основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником. При этом разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и промежуточным электродом преимущественно меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником. Между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера. Если на экране предусмотрено два или более промежуточных электрода, то между ними также могут быть выполнены разрядные камеры. В том случае, когда экран содержит второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то разрядная камера может быть выполнена также и между промежуточным электродом и вторым основным электродом.
В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один промежуточный электрод может быть установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем если первый основной электрод также установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, то между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Если экран содержит второй основной электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то между промежуточным электродом и вторым основным электродом также может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Когда на экране установлены, по меньшей мере, частично в слое изоляции, по меньшей мере, два промежуточных электрода, то между смежными промежуточными электродами также могут быть выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции.
В некоторых вариантах осуществления экран может содержать средства крепления продолговатого проводника на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Указанные средства крепления преимущественно выполнены с обеспечением электрического соединения продолговатого проводника с элементом электрооборудования или линии электропередачи.
В предпочтительном варианте выполнения коэффициент жесткости изгиба экрана составляет не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м. Задача настоящего изобретения также решается с помощью линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один экран для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи. Задача изобретения решается благодаря тому, что экран выполнен по любому из вышеописанных вариантов.
В предпочтительном варианте осуществления экран установлен на изоляторе с помощью средства крепления, причем разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления и/или изолятором.
Достигаемым техническим результатом является снижение затрат на молниезащиту и повышение ее эффективности благодаря тому, что экран, применяемый для улучшения структуры электрического поля вокруг элементов электроустановок или линий электропередач, также обеспечивает защиту этих элементов от молниевых перенапряжений. Это позволяет отказаться от применения дополнительных устройств молниезащиты, а также удобным образом обеспечивать молниезащиту для элементов электроустановок, линий электропередач, электрических изоляторов или гирлянд изоляторов, поскольку экран-разрядник обладает возможностью установки практически на любом устройстве. Дополнительным техническим результатом является обеспечение устройства для молниезащиты, обладающего удобством установки на линиях электропередач или в электроустановках.
Кроме того, техническим результатом изобретения является увеличение напряжения возникновения коронного разряда на поверхности экрана благодаря уменьшению напряжённости электрического поля вследствие наличия слоя изоляции поверх металлического основания экрана. При этом значительно снижается уровень радиопомех от линии электропередачи. Также благодаря слою изоляции обеспечена возможность установки дополнительных промежуточных электродов, наличие которых также снижает напряжение начала коронного разряда ввиду более протяженного в пространстве распределения напряженности электрического поля (этот эффект усиливается при установке электродов на внешней поверхности экрана, удаленной от защищаемых элементов). Кроме того, благодаря комбинации экрана и разрядника удается уменьшить занимаемое этими элементами место, так как теперь одно устройство, а не два, выполняет функции экрана и разрядника. Перечень фигур, чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления экрана в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления экрана в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 показан вариант осуществления экрана с промежуточными электродами.
На фиг. 4 показан вариант осуществления экрана с промежуточными электродами и разрядными камерами.
На фиг. 5 изображен вариант выполнения линии электропередачи с установленными на полимерном изоляторе экранами в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в исходном состоянии.
На фиг. 7 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в состоянии приложенного усилия изгиба.
Одинаковые позиции на чертежах обозначены одинаковыми указателями и при описании позиции с указателем по отношению к одному чертежу такое описание по отношению к другим фигурам может быть опущено.
Сведения, подтверждающие возможность осуществление изобретения
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления экрана в соответствии с настоящим изобретением. Экран для выравнивания напряженности электрического поля около (в окрестности) элемента электрооборудования или линии электропередачи представляет собой продолговатый проводник 1 с нанесенным на него слоем 2 изоляции. Указанный проводник может быть выполнен в различных формах, например, в виде монолитного металлического прутка (например, стального, алюминиевого, медного или из другого металла или сплава) предпочтительно круглого сечения, однако в некоторых вариантах осуществления может иметь отличающиеся от круглого сечения или состоять из нескольких жил. Также могут быть использованы ленточные или профилированные изделия в зависимости от условий применения. Признак «продолговатый» означает то, что длина указанного проводника значительно больше (в 4 и более раз) ширины и/или толщины. Вследствие продолговатости обычно возможно указать продольное направление, проходящее вдоль проводника (в частном варианте через его концы), то есть в наиболее длинном измерении.
Экран выполнен с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи. Это закрепление может обеспечиваться различными способами, например, путем закрепления слоя изоляции, если этот слой по своим механическим свойствам обеспечивает такое закрепление (то есть, например, является твердым и имеет выступы/углубления/отверстия для закрепления с помощью ответных крепежных компонентов или ответных частей элемента электрооборудования или линии электропередачи), или, например, закрепление экрана в целом путем зажима поверх изоляции. Кроме того, возможность закрепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи может обеспечиваться формой экрана в месте крепления, например, прямой, изогнутой, кольцеобразной, спиралевидной и т.п.
Продолговатый проводник, входящий в состав экрана, выполнен таким образом, чтобы был обеспечен электрический контакт с указанным элементом электрооборудования или линии электропередачи и, по меньшей мере, частичное огибание указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи при установке на него. Электрический контакт может обеспечиваться, например, дополнительным проводником, соединяющим продолговатый проводник и элемент электрооборудования или линии электропередачи, или контактом продолговатого проводника и указанного элемента. Для обеспечения возможности электрического контакта продолговаты проводник может иметь открытую поверхность (без слоя изоляции в этом месте) для непосредственного или через промежуточный элемент электрического контакта с элементом электрооборудования или линии электропередачи. Кроме того, для обеспечения возможности электрического контакта продолговатый проводник может иметь форму, способствующую установлению электрического контакта с указанными элементом электрооборудования или линии электропередачи или промежуточным элементом, например, прямую, изогнутую, кольцеобразную, спиралевидную и т.п., иметь выступы/углубления/отверстия и т.п. В том случае, если в месте обеспечения электрического контакта расположен слой изоляции, проводник может иметь форму, обеспечивающую возможность снятия слоя изоляции (предпочтительно простым и удобным способом) или проникновения через слой изоляции металлического объекта (то есть, например, прокалывания/прорезания слоя изоляции иглой/ножом и т.п.) для осуществления электрического контакта с продолговатым проводником в/под слоем изоляции - например, иметь прямую, изогнутую, кольцеобразную, спиралевидную и т.п. форму или иметь выступы/углубления/отверстия и т.п.
Продолговатый проводник, входящий в состав экрана, выполнен таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное огибание указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи при установке на него. Соответственно, по меньшей мере, часть продолговатого проводника (а значит, и экран в целом) может иметь форму окружности/круга/эллипса/тороида или представлять собой сектор окружности/круга/эллипса/тороида, при этом огибанием/охватыванием считается такая конфигурация, когда защищаемый элемент или линия, проходящая, например, вдоль защищаемого элемента, расположены внутри окружности/круга/эллипса/тороида или сектора окружности/круга/эллипса/тороида (предпочтительно в геометрическом центре). Кроме того, в зависимости от конфигурации электрооборудования (т.е. распределения электрического поля), по меньшей мере, часть продолговатого проводника (а значит, и экран в целом) может иметь форму параболы, гиперболы и любой другой кривой второго или более порядка необходимого размера.
В предпочтительном варианте продолговатый проводник выполнен с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи, в частности, в показанном на фиг. 1 варианте он содержит прямолинейные концы 3, которые могут быть использованы для закрепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Например, элемент электрооборудования или линии электропередачи может содержать средство крепления, которое фиксирует экран за концы 3. В других вариантах концы проводника могут иметь части, предназначенные для охвата элемента электрооборудования или линии электропередачи, или части, позволяющие фиксировать концы проводника друг относительно друга, обеспечивая, например, охват элемента электрооборудования или линии электропередачи с фиксацией за счет упругих сил. На фиг. 2 показан вариант экрана, содержащего средства 7 крепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Указанные средства 7 установлены на концах проводника 1 и позволяют с помощью болтового, винтового, зажимного или другого соединения обжимать элементами средства 7 элемент электрооборудования или линии электропередачи, тем самым фиксируя экран на этом элементе.
Желательно, чтобы экран обладал достаточной механической прочностью (жесткостью). Механическая прочность (жесткость) необходима для того, чтобы экран сохранял свою форму. Поскольку часть экрана, огибающая элемент электрооборудования или линии электропередачи, находится в подвешенном состоянии, при недостаточной механической прочности/жесткости эта часть будет опускаться по направлению к земле и, следовательно, экран не будет обладать возможностью создания (коррекции) необходимого распределения электрического поля, так как форма экрана будет отличаться от заданной и необходимой для создания требуемого распределения электрического поля. Прочность/жесткость экрана может быть обеспечена, например, за счет механических свойств продолговатого проводника и/или нанесенного на него слоя изоляции.
Указанная возможность механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи предусматривает обеспечение электрического контакта с указанным элементом электрооборудования или линии электропередачи для того, чтобы потенциал экрана был равен потенциалу элемента электрооборудования или линии электропередачи в целях корректирования напряженности электрического поля вокруг элемента электрооборудования или линии электропередачи. Электрический контакт предпочтительно обеспечивается тем, что концы 3 или средства крепления 7 не содержат изоляции и могут непосредственно контактировать с элементом электрооборудования или линии электропередачи, который, преимущественно, также выполнен из металла. Однако в некоторых вариантах концы проводника или средства крепления могут быть покрыты слоем изоляции при условии обеспечения возможности электрического контакта экрана с элементом электрооборудования или линии электропередачи, на котором он крепится. Электрический контакт может быть обеспечен путем выполнения части слоя изоляции, прилегающей к элементам электрооборудования или линии электропередачи, с достаточной для целей изобретения степенью электропроводности, например, путем ввода в слой изоляции соответствующих увеличивающих проводимость диэлектрического материала добавок. В другом варианте крепежные элементы могут быть выполнены с возможностью локального прокалывания, разрезания или удаления слоя изоляции с последующим обеспечением электрического контакта.
Продолговатый проводник 1 выполнен с обеспечением возможности, по меньшей мере, частичного огибания (охватывания) элемента электрооборудования или линии электропередачи, на котором он будет устанавливаться, или линии, проходящей, например, вдоль указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи. В оптимальном варианте экран имеет круглую форму, однако могут быть и другие конфигурации экрана, например, в виде сектора, эллипса и других форм. Огибание преимущественно осуществляется в плоскости, перпендикулярной продольному направлению продольного элемента электроустановки или линии электропередачи, однако вместо прямого угла между указанным направлением и плоскостью могут быть и другие углы (например, в пределах до 15, 30, 45, 60, 75, 80, 85 градусов или любой угол в диапазоне, например, от 30 до 90 градусов) или огибание может происходить не в плоскости, а быть криволинейным.
Часть окружности или телесного угла, в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи экраном, предпочтительно составляет не менее 180 градусов и может составлять угол до 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов (включительно) или любой диапазон, составленный с помощью указанных значений (например, 180-360 градусов или другой). Угол преимущественно определяется исходя из места крепления экрана или местоположения элемента электрооборудования или линии электропередачи, для корректировки распределения электрического поля вокруг которого экран предназначен. В том случае, когда экран образует плоскость, место начала угла может быть определено как пересечение этой плоскости с защищаемым элементом электрооборудования или линии электропередачи (его центральной точкой или осью) или как точка на плоскости, наиболее удаленная от всех участков экрана (в случае выполнения экрана в виде диска или окружности это будет центр диска или окружности). В некоторых вариантах применения часть окружности или телесного угла, в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи экраном, может составлять и менее 180 градусов в зависимости от электрического поля (например, его показателя напряженности), которое необходимо изменить, и может составлять до или более 30, 60, 90, 120, 150 или 180 градусов (включительно) или любой диапазон, составленный с помощью указанных значений (например, 30-180 градусов или другой).
В соответствии с изобретением экран содержит слой 2 изоляции, по меньшей мере, частично покрывающий продолговатый проводник 1. Покрытие может быть и полным при условии обеспечения, как уже указывалось, электрического контакта проводника с элементом электрооборудования или линии электропередачи, для корректировки напряженности электрического поля вокруг которого предназначен экран.
Поверх слоя 2 изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое 2 изоляции установлен, по меньшей мере, первый основной электрод 4 (или же с покрытием, например, частичным, установленного на слое 2 электрода 4 (или других электродов) дополнительным слоем изоляции). Слова «по меньшей мере, первый основной электрод» обозначает возможность размещения на экране второго основного электрода, как это будет описано далее, или других дополнительных основных электродов. Первый основной электрод 4 установлен таким образом, чтобы обеспечивать возможность передачи или получения разряда молниевого перенапряжения на или от других окружающих объектов (в одном из вариантов, от такого же экрана-разрядника, как это будет описано по отношению к фиг. 5). Для этого основной электрод 4 может быть установлен на слое 2 изоляции или в слое 2 изоляции таким образом, чтобы выступать из слоя 2 или иметь возможность соединения с электрическим проводником, подводящим или отводящим разряд молниевого перенапряжения.
На фиг. 1 также показан принцип работы экрана-разрядника в соответствии с настоящим изобретением. При попадании через искровой разряд 5 на первый основной электрод 4 перенапряжения ввиду того, что первый основной электрод 4 отделен слоем 2 изоляции от продолговатого проводника 1 , имеющего отличающийся потенциал, совпадающий с потенциалом элемента электрооборудования или линии электропередачи, по поверхности слоя 2 изоляции будет развиваться скользящий разряд 6, доходящий до того места, где у него есть возможность попасть на проводник 1 или элемент, с ним соединенный. В результате образуется канал разряда, по которому протекает разрядный ток, выравнивающий потенциалы проводника 1 и первого основного электрода 4. На фиг. 1 показано, что скользящий разряд 6 может развиваться до попадания на проводник 1 , в частности, на конец 3 проводника, на котором нет изоляции.
В показанных на фигурах экранах-разрядниках огибание продолговатым проводником происходит в пределах угла примерно 340 градусов; однако ввиду того, что части продолговатого проводника, проходящие к центру окружности для обеспечения возможности закрепления, с учетом нанесенного на них слоя изоляции замыкают окружность (то есть прилегают друг к другу), то можно сказать, что в данном случае огибание осуществляется на 360 градусов (с учетом слоя изоляции).
В показанном на фиг. 2 экране применяется второй основной электрод 8, размещенный поверх слоя 2 изоляции и гальванически соединенный с проводником 1 , например, с помощью соединительного проводника, проходящего через слой 2 изоляции. В таком варианте осуществления экрана-разрядника скользящий разряд будет развиваться по поверхности слоя 2 изоляции до встречи со вторым основным электродом 8, имеющим электрический потенциал, совпадающий с потенциалом проводника 1 , а значит и элемента электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран. В том случае, если бы второй основной электрод 8 на фиг. 2 отсутствовал, то скользящий разряд мог бы развиваться до окончания слоя 2 изоляции или до средства крепления 7. В некоторых случаях может предусматриваться соединение первого основного электрода 4 с каким-либо объектом среди окружающих объектов с помощью электрического проводника, и в таком случае разряд 5 может отсутствовать. Один или более электродов могут иметь выступы, предназначенные для уменьшения расстояния между электродами и/или объектами, с которыми осуществляется искровой разряд, для снижения разрядного напряжения и повышения вероятности осуществления разряда именно через те разрядные промежутки, которые образуют выступы.
Если перенапряжение от молниевого разряда оказывается на элементе электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран- разрядник, то вследствие того, что первый основной электрод 4, обладающий отличным потенциалом, отделен от проводника 1 , принимающего потенциал элемента электрооборудования или линии электропередачи, с которым соединен, слоем 2 изоляции, сохраняет потенциал, отличающийся от молниевого, и по поверхности слоя 2 изоляции развивается скользящий разряд 6 обратной полярности, поскольку разность потенциалов между электродом 4 и проводником 1 достаточная для формирования скользящего разряда.
Для обеспечения возможности работы экрана в соответствии с изобретением в качестве разрядника, разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником. Разрядное напряжение через воздушный промежуток может быть определено следующим образом:
UB=500H,
где Н - длина разрядного промежутка (зазора) в метрах;
UB - разрядное напряжение, в кВ. Разрядное напряжение скользящего разряда по слою диэлектрика (изоляции), покрывающему металлический проводник, может быть определено, например, по такой формуле:
UcK=c S°'2-(b/(££o))0'4
где с - коэффициент, учитывающий форму слоя изоляции и металлического проводника, S - длина скользящего разряда, b - толщина слоя изоляции, ε - относительная диэлектрическая проницаемость слоя изоляции, а ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость, имеет значение 8,85- 10"12 Ф/м.
Очевидно, что меняя толщину слоя изоляции и его относительную диэлектрическую проницаемость, возможно подобрать такое сочетание, когда разрядное напряжение для скользящего разряда будет меньше разрядного напряжения разряда через воздушный зазор, так как напряжение разряда для воздушного зазора имеет примерно линейную зависимость от его длины, а разрядное напряжения для скользящего разряда имеет гораздо меньшую зависимость от длины скользящего разряда, в частности в степени 0,2. Исходя из этого, возможно обеспечить условия, при которых разряд будет происходить по поверхности слоя изоляции вдоль экрана, а не напрямую к продолговатому проводнику или элементу электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, экран дополнительно содержит несколько промежуточных электродов 9, установленных поверх слоя 2 изоляции, причем, как видно, длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом, ближайшим к первому основному электроду, и первым основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником. При этом разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и промежуточным электродом преимущественно должно быть меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником для того, чтобы разряд перенапряжения молниевого разряда проходил по поверхности слоя изоляции, а не напрямую через воздушный зазор.
Разряд с одного из промежуточных электродов (в том числе ближайшего или наиболее удаленного от первого основного электрода) на продолговатый проводник или любой соединенный с ним элемент может осуществляться и через воздушный промежуток, однако для целей настоящего изобретения предпочтителен поверхностный разряд. В то же время необходимо понимать, что разряды между промежуточными электродами, а также между промежуточными и основными электродами, а также между промежуточным электродом и продолговатым проводником не обязательно должны быть поверхностными, они могут проходить, в том числе, и на некотором расстоянии от поверхности слоя изоляции, т.е. в воздухе. На фиг. 3 показано, что может наблюдаться комбинация видов разрядов, то есть между промежуточным электродом и первым основным электродом 4 и между самими промежуточными электродами 9 происходят разряды 10 на некотором расстоянии от поверхности, а между промежуточным электродом, ближайшим к средству 7 крепления, и продолговатым проводником 2 наблюдается разряд 1 1 , проходящий по поверхности слоя 2 изоляции.
Как показано на фиг. 4, промежуточные электроды 12 могут быть установлены поверх слоя 2 изоляции с небольшим отступлением от слоя 2. При этом между промежуточными электродами 12 выполнены разрядные камеры, например, путем ввода концов электродов 12 в стаканы 14, выполненные из диэлектрика и содержащие дно и боковые стенки, образующие разрядные камеры, причем выходы из разрядных камер выполнены, предпочтительно, напротив доньев. Поскольку диэлектрические стаканы 14 крепятся к слою 2 изоляции своими донными частями, то разряды 13, происходящие в разрядных камерах внутри диэлектрических стаканов 14 между концами промежуточных электродов 12, выступающих в разрядные камеры, выходят из разрядных камер в сторону от продолговатого проводника 1 и, предпочтительно, в сторону от элементов, с которыми соединен проводник 1. В то же время выходы из одной или более разрядных камер могут быть направлены на проводник или элементы, с ним соединенные.
Между промежуточными электродами 12 и первым основным электродом 4 и вторым основным электродом 8 также могут быть выполнены разрядные камеры, например, также с использованием диэлектрических стаканов. Основные электроды могут выступать в разрядные камеры диэлектрических стаканов сами по себе или иметь отводы, которые могут быть предназначены для создания в качестве одного из электродов разрядных зазоров в разрядных камерах, отстоящих от основных электродов на некоторых расстояниях. На фиг. 4 показано, что второй основной электрод 8 имеет гальваническое соединение с проводником 1 , однако в некоторых вариантах такое соединение может не предусматриваться и разряд перенапряжения с электрода 8 на проводник 1 или элементы, с ним соединенные, может происходить по поверхности слоя 2 изоляции или напрямую, через воздушный зазор.
В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один промежуточный электрод может быть установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем если первый основной электрод также установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, то между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Если экран содержит второй основной электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то между промежуточным электродом и вторым основным электродом также может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Когда на экране установлены, по меньшей мере, частично в слое изоляции, по меньшей мере, два промежуточных электрода, то между смежными промежуточными электродами также могут быть выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции. Разрядные камеры в таких случаях формируются в самом слое изоляции, а электроды выступают в них, образуя в них между собой разрядные зазоры. Выходы таких разрядных камер обычно представляют собой отверстия, соединяющие разрядные камеры и поверхность слоя изоляции.
На фиг. 5 показана линия электропередачи, содержащая опоры 18 с изоляторами 15, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод 19, связанный с изоляторами 15 посредством крепежных устройств, и два экрана 20 для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности изолятора 15, который представляет собой элемент линии электропередачи (также может применяться и для другого электрооборудования). Экраны 20 выполнены по одному из вышеописанных вариантов и благодаря этому также обеспечивают защиту линии электропередачи от молниевых перенапряжений. В некоторых вариантах для одного изолятора или другого элемента линии электропередачи или электрооборудования может быть установлен один экран или больше двух экранов.
При разряде молнии на проводе 19 через крепежные устройства перенапряжение попадает на нижний оконцеватель 17 изолятора 15. На оконцевателе 17 с помощью крепежного узла 7 установлен экран 20, выполненный с использованием продолговатого проводника с нанесенным на него слоем изоляции, поверх которого установлен первый основной электрод 4. Поскольку продолговатый проводник экрана и первый основной электрод разделены слоем изоляции, а продолговатый проводник имеет потенциал оконцевателя изолятора, на котором он установлен, между проводником и первым основным электродом наблюдается перенапряжение молниевого разряда, которое, в случае превышения напряжения пробоя, вызывает скользящий разряд 6 по поверхности слоя изоляции. Вследствие скользящего разряда потенциал основного электрода 4 нижнего экрана становится близок к потенциалу оконцевателя 17 и, соответственно, провода 19.
Ввиду того, что разность потенциалов между первыми основными электродами 4 верхнего и нижнего экранов 20, установленных на оконцевателях 16 и 17 изолятора 15, соответственно, теперь близка к перенапряжению молниевого разряда, то между электродами 4 происходит электрический воздушный разряд 5. В некоторых вариантах осуществления электроды 4 могут быть соединены между собой проводником или с помощью дополнительных электродов.
Далее, поскольку между первым основным электродом 4 и проводником верхнего экрана теперь также установилась разница потенциалов, близкая к перенапряжению, то по поверхности слоя изоляции верхнего экрана 20 также происходит скользящий разряд 6, попадающий на крепежный узел 7 и верхний оконцеватель 16 изолятора 15, имеющий соединение с заземленной опорой линии электропередачи. Ввиду того, что развитие разрядов и передача потенциала перенапряжения молниевого разряда происходит достаточно быстро, все указанные разряды могут существовать одновременно, благодаря чему заряд, полученный от молнии, уходит в землю. При переходе напряжения промышленной частоты через ноль дуга гаснет, и линия электропередачи восстанавливает свою работоспособность, а экраны готовы к отводу разряда следующего молниевого перенапряжения на землю.
Экран установлен на изоляторе с помощью средства крепления, которое может входить в состав экрана или быть элементом, размещенным на оконцевателе. Для обеспечения работоспособности указанной конструкции желательно обеспечить условие, при котором разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления и/или изолятором.
Одной из характеристик, через которые возможно определить необходимые механические свойства экрана (в частности, продолговатого проводника и/или слоя изоляции), является жесткость изгиба. Она может быть определена, например, в соответствии со способом, для иллюстрации которого приведены фиг. 6 и 7. Согласно этом способу часть экрана 20 в разогнутом прямолинейном виде (например, продолговатый проводник вместе с изоляцией) или заготовка для изготовления экрана в прямолинейном виде укладывается на два основания 21, расположенные друг от друга на расстоянии L, имеющем величину, например, от 10 до 20 толщин d экрана (например, толщин продолговатого проводника вместе с изоляцией), т.е. в показанном на фиг. 6 и 7 предпочтительном варианте, например, L = 20d (ввиду того, что экран чаще всего имеет круглое сечение, толщина d может соответствовать диаметру экрана, измеряемому, например, по внешней поверхности слоя изоляции).
Далее в плоскости, расположенной примерно в середине (в предпочтительном варианте строго в середине) между двумя основаниями 21 , на которые уложен экран 20, к экрану 20 сверху прикладывается деформатор 25, с помощью которого на экран 20 передается усилие F, направленное на прогиб h экрана 20 вниз (в данном случае направление определяется в соответствии со схемой измерения на фиг. 6 и 7, а не как при эксплуатации). В результате измерения величины усилия F и прогиба (изгиба) h возможно определить коэффициент жесткости изгиба k = F / п, где F - усилие, приложенное к диэлектрическому элементу, h - величина прогиба диэлектрического элемента.
В преимущественном варианте величину h прогиба диэлектрического элемента желательно измерять в нижней части 24 экрана 20 под местом приложения усилия F, т.к. в верхней части 23 экрана 20, в том месте, где с помощью деформатора 25 непосредственно прикладывается усилие F, может происходить деформация экрана 20 (например, слоя изоляции), не связанная с его прогибом, в том случае, когда экран (в частности, слой изоляции) выполнен с использованием деформируемых (например, эластичных или мягких) материалов, в то время как в нижней части 24 экрана 20 под местом приложения усилия F такой деформации не наблюдается, т.к. к ней не прикладывается усилие и перемещение поверхности нижней части 24 экрана под местом приложения усилия F происходить только вследствие прогиба экрана 20.
В связи с возможностью деформации экрана 20, не связанной с изгибом, в том случае, когда экран выполнен с использованием деформируемых (например, эластичных или мягких) материалов, не только деформатором 25, но и основаниями 21 , для предотвращения деформации нижней поверхности экрана 20 основаниями 21 , которая может привести к искажению величины h прогиба, между экраном 20 и основаниями 21 могут быть расположены жесткие прокладки 22. Прокладки 22 могут быть плоскими или иметь форму желобов. Прокладки 22 позволяют распределить деформирующее усилие от оснований 21 на большую длину экрана 20 и, тем самым, снизить искажение измеряемой величины h прогиба экрана 20. Прокладки 22 предпочтительно могут свободно изменять свое угловое положение относительно оснований 21 , в некоторых случаях прокладки 22 и основания 21 могут иметь шарнирное соединение. Считается, что прокладки 22, также как и основания 21 , выполнены из слабо деформируемого материала (например, по отношению к диэлектрическому элементу).
В том случае, если при воздействии на экран происходит необратимая деформация (например, экран раскалывается или трескается), то можно считать, что экран является хрупким, не гибким и/или его коэффициент жесткости на изгиб без разрушения материала заведомо велик и экран не будет произвольно менять свою форму (без разрушения).
В предпочтительном варианте для предотвращения изменения формы экрана его минимальная жесткость изгиба (коэффициент жесткости изгиба) может иметь значение не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении экрана, формы и размеров экрана).
В настоящем описании слова «имеет», «содержит», «включает в себя» и т.п. применяются для указания на наличие указываемых признаков, элементов, компонентов действий, значений или т.п. и не предотвращают возможность наличия или добавления одного или более других признаков, элементов, компонентов, действий, значений и т.п.
Рассмотренные в данном описании варианты и модификации выполнения разрядника по изобретению и изоляторов-разрядников, построенных с использованием таких разрядников, приведены лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Экран для выравнивания напряженности электрического поля около элемента электрооборудования или линии электропередачи, выполненный с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи и содержащий продолговатый проводник, выполненный с обеспечением возможности электрического контакта с указанным или соседним с ним элементом электрооборудования или линии электропередачи и, по меньшей мере, частичного огибания указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи, отличающийся тем, что экран содержит слой изоляции, по меньшей мере, частично покрывающий указанный продолговатый проводник, и, по меньшей мере, первый основной электрод, установленный поверх слоя изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое изоляции.
2. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что выполнен с возможностью огибания элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом в пределах угла до 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов включительно.
3. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником.
4. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, причем разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником или вторым основным электродом меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником.
5. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один промежуточный электрод, установленный поверх слоя изоляции, причем длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом и первым основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
6. Экран по п. 5, отличающийся тем, что разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изолятора между первым основным электродом и промежуточным электродом меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником.
7. Экран по п. 5, отличающийся тем, что содержит разрядную камеру между промежуточным электродом и первым основным электродом.
8. Экран по п. 5, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, два промежуточных электрода, а также разрядные камеры между промежуточными электродами.
9. Экран по п. 5, отличающийся тем, что содержит второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, а также разрядную камеру между промежуточным электродом и вторым основным электродом.
10. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один промежуточный электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем первый основной электрод установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем между промежуточным электродом и первым основным электродом выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции.
1 1. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, два промежуточных электрода, установленных, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем между смежными промежуточными электродами выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции.
12. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один промежуточный электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции, и второй основной электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, причем между промежуточным электродом и вторым основным электродом выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции.
13. . Экран по п. 1 , отличающийся тем, что содержит средства крепления продолговатого проводника на элементе электрооборудования или линии электропередачи.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
14. Экран- по п. 13, отличающийся тем, что средства крепления выполнены с обеспечением электрического соединения продолговатого проводника с элементом электрооборудования или линии электропередачи.
15. Экран по п. 1 , отличающийся тем, что коэффициент жесткости изгиба экрана составляет не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м,
300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м.
16. Линия электропередачи, содержащая опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один экран для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи, отличающаяся тем, что экран выполнен в виде экрана по любому из пунктов 1-15.
17. Линия электропередачи по п. 16, отличающаяся тем, что экран установлен на изоляторе с помощью средства крепления, причем , разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником или средством крепления меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом . и продолговатым проводником или средством крепления или изолятором.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2015/000156 2014-04-30 2015-03-19 Экран-разрядник WO2015167359A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580000556.3A CN105409074B (zh) 2014-04-30 2015-03-19 电晕环避雷器
ZA2015/07456A ZA201507456B (en) 2014-04-30 2015-10-07 Corona ring-arrester

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201400513A EA025237B1 (ru) 2014-04-30 2014-04-30 Экран-разрядник
EA201400513 2014-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015167359A1 true WO2015167359A1 (ru) 2015-11-05

Family

ID=54358955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000156 WO2015167359A1 (ru) 2014-04-30 2015-03-19 Экран-разрядник

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN105409074B (ru)
EA (1) EA025237B1 (ru)
WO (1) WO2015167359A1 (ru)
ZA (1) ZA201507456B (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133064C1 (ru) * 1996-06-25 1999-07-10 Нпо. "Стример" Арматура для крепления электротехнического высоковольтного элемента к опоре электропередачи
RU2299508C2 (ru) * 2005-03-04 2007-05-20 Георгий Викторович Подпоркин Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством
RU2346368C1 (ru) * 2007-08-16 2009-02-10 ОАО "Научно-производственное объединение "Стример" Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
RU2400896C1 (ru) * 2009-10-30 2010-09-27 Юрий Робертович Гунгер Устройство грозозащиты для воздушной линии электропередачи (варианты)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7101296A (en) * 1995-11-17 1997-06-11 Podporkin, Georgy Victorovich An electric power transmission line with protection devices against lightning overvoltages
WO2010082861A1 (ru) * 2009-01-19 2010-07-22 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
CN101763922B (zh) * 2009-12-09 2012-05-23 中国电力科学研究院 输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和装置
CN102709814B (zh) * 2012-04-24 2013-09-18 重庆大学 架空线路绝缘子串的环形并联间隙防雷保护装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133064C1 (ru) * 1996-06-25 1999-07-10 Нпо. "Стример" Арматура для крепления электротехнического высоковольтного элемента к опоре электропередачи
RU2299508C2 (ru) * 2005-03-04 2007-05-20 Георгий Викторович Подпоркин Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством
RU2346368C1 (ru) * 2007-08-16 2009-02-10 ОАО "Научно-производственное объединение "Стример" Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
RU2400896C1 (ru) * 2009-10-30 2010-09-27 Юрий Робертович Гунгер Устройство грозозащиты для воздушной линии электропередачи (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
CN105409074A (zh) 2016-03-16
CN105409074B (zh) 2018-02-16
EA025237B1 (ru) 2016-12-30
ZA201507456B (en) 2017-03-29
EA201400513A1 (ru) 2015-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015167360A1 (ru) Мультиэлектродный экран-разрядник
US4161012A (en) High voltage protection apparatus
RU2537037C2 (ru) Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством
KR100787576B1 (ko) 피뢰장치
US9660433B2 (en) Active lightning arrester
CN107431334B (zh) 用于架空线的绝缘装置
US10236102B2 (en) Lightning arrester
EP2589122A1 (en) Grading devices for a high voltage apparatus
RU151863U1 (ru) Мультиэлектродный экран-разрядник
EP1102372B1 (en) Creeping discharge lightning arrestor
US20190244732A1 (en) Component for Protecting Against Overvoltages and the Use Thereof with Two Varistors and an Arrestor in a Single Component
EP3211435B1 (en) Voltage measuring device for the use in medium or high voltage application
RU149891U1 (ru) Экран-разрядник
WO2015167359A1 (ru) Экран-разрядник
RU187118U1 (ru) Мультикамерный разрядник с крепежным штырем
CN109509601B (zh) 一种耐张避雷器总成
RU2666358C2 (ru) Линия электропередачи с грозотросом, защищенным разрядником
RU173089U1 (ru) Длинноискровой разрядник
US10188093B2 (en) Active electrostatic wildlife guard for electrical power distribution equipment
RU197315U1 (ru) Мультикамерный разрядник с ребрами
EA017328B1 (ru) Устройство для грозозащиты с пружинными электродами и линия электропередачи, снабженная таким устройством
RU2757107C1 (ru) Устройство защиты воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений
US2855598A (en) Device for antennas to overcome precipitation static interference
RU2771244C2 (ru) Диэлектрический элемент длинно-искрового разрядника, грозозащитный разрядник и линия электропередачи с таким разрядником
RU50055U1 (ru) Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201580000556.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15786300

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15786300

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1