WO2018203771A1 - Разрядник с напорными камерами - Google Patents

Разрядник с напорными камерами Download PDF

Info

Publication number
WO2018203771A1
WO2018203771A1 PCT/RU2017/000294 RU2017000294W WO2018203771A1 WO 2018203771 A1 WO2018203771 A1 WO 2018203771A1 RU 2017000294 W RU2017000294 W RU 2017000294W WO 2018203771 A1 WO2018203771 A1 WO 2018203771A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
discharge
electrodes
chambers
insulating body
arrester
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000294
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Георгий Викторович ПОДПОРКИН
Original Assignee
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
Priority to KR1020197035580A priority Critical patent/KR102438557B1/ko
Application filed by Акционерное общество "НПО "Стример" filed Critical Акционерное общество "НПО "Стример"
Priority to CN201780090457.8A priority patent/CN110731037B/zh
Priority to PE2019002291A priority patent/PE20200058A1/es
Priority to US16/610,842 priority patent/US11469594B2/en
Priority to RU2019139631A priority patent/RU2730085C1/ru
Priority to BR112019023233A priority patent/BR112019023233A2/pt
Priority to PCT/RU2017/000294 priority patent/WO2018203771A1/ru
Priority to MX2019013155A priority patent/MX2019013155A/es
Priority to UAA201911578A priority patent/UA124286C2/ru
Priority to MYPI2019006449A priority patent/MY196171A/en
Publication of WO2018203771A1 publication Critical patent/WO2018203771A1/ru
Priority to ZA2019/07299A priority patent/ZA201907299B/en
Priority to CONC2019/0013685A priority patent/CO2019013685A2/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/02—Means for extinguishing arc
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • 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
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • 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
    • H01T4/06—Mounting arrangements for a plurality of overvoltage arresters
    • 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
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

Definitions

  • the invention relates to surge arresters for surge protection, for example, lightning, electrical installations, high voltage power lines and electrical networks.
  • the invention also relates to elements of high voltage power lines equipped with such arresters.
  • Lightning discharges are one of the most dangerous phenomena for the operation of high-voltage power lines.
  • the air gap between the current-carrying element of the power line and the grounded element overlaps. After the end of the lightning overvoltage pulse, this overlap under the influence of an industrial frequency voltage applied to the current-carrying element passes into a power arc of an industrial frequency.
  • WO2010082861 proposed a spark gap arrester for electrical equipment or a power line, containing an insulating body made of a solid dielectric, two main electrodes mechanically connected to the insulating body, and two or more intermediate electrodes, made with the possibility of forming a discharge (for example, streamer) between each of the main electrodes and adjacent intermediate electrode and between adjacent bubbled intermediate electrodes, wherein adjacent electrodes are disposed between the main electrodes with a mutual offset, at least along the longitudinal axis of the insulating body.
  • a discharge for example, streamer
  • the arrester according to the specified international application is characterized in that the intermediate electrodes are located inside the insulating body and are separated from its surface by an insulation layer whose thickness is chosen to exceed the calculated channel diameter D k of the specified discharge, while discharge chambers extending to the surface of the insulating body are made between adjacent intermediate electrodes ( cavity), area S whose cross section in the zone of formation of the discharge channel is selected from the condition S ⁇ D K - g, where d is the minimum distance between adjacent intermediate electrodes.
  • the discharge arcs Due to the arising blast and the elongation of the channels between the electrodes, the discharge arcs are cooled, the total resistance of all discharge arcs increases, i.e. the total resistance of the arrester increases, and the surge current of the lightning surge is limited.
  • the lightning overvoltage current is diverted through the support into the ground and an accompanying current of industrial frequency flows after it. When the current passes through zero, the arc goes out, and the power line continues uninterrupted operation.
  • the objective of the present invention is to reduce the duration of the accompanying current in the multielectrode arrester by providing arc extinction after the passage of the lightning surge pulse until the accompanying current having an industrial frequency passes through zero.
  • the objective of the present invention is solved by using a surge arrester to protect electrical components or power lines from overvoltage, containing an insulating body made using a dielectric, and two (mainly five) or more electrodes, mechanically associated with an insulating body.
  • the electrodes are arranged to allow the formation, under the influence of an overvoltage (including an overvoltage pulse), of an electric discharge between adjacent electrodes.
  • the electrodes are located inside the insulating body and are separated from its surface by an insulation layer, the adjacent electrodes extending into one or more discharge chambers having exits to the surface of the insulating body.
  • a distinctive feature of the present invention is that at least a portion of the discharge chambers (one or two or more discharge chambers) is provided with one or more pressure chambers connected to the exits of the discharge chambers through the discharge gaps between the electrodes (mainly adjacent).
  • the pressure chambers are also connected to the discharge chambers, since the discharge gaps between the electrodes are part of the discharge chambers.
  • pressure chambers may be located near the electrodes.
  • pressure chambers may be located along the electrodes.
  • One or more pressure chambers can be limited by metal elements, for example, made using sheet metal, at least partially covering the electrodes.
  • the metal elements may at least partially encompass two electrodes extending into adjacent discharge chambers.
  • Pressure chambers can be combined for one or several discharge chambers or separate for discharge chambers. Separation of pressure chambers from each other can be accomplished by damping metal elements (for example, from sheet metal, in particular, such as tubes) in the parts restricting the pressure chambers.
  • the metal elements may be tubes covering the electrodes and restricting the pressure chambers, for example, they may be tubes next to the electrodes restricting the pressure chambers in the transverse (“diametric”) direction.
  • Pressure chambers can be plugged in the part located between the electrodes, for example, by clamping the tubes in the transverse direction, thereby limiting the pressure chambers in the longitudinal direction.
  • One or more pressure chambers can be connected to the exits from the corresponding discharge chambers not by one but by two or more channels (for example, passing through the discharge gaps or going to them).
  • the dimensions of the pressure chambers in the directions along adjacent electrodes should be smaller than the dimensions of the pressure chambers in directions perpendicular to these directions along adjacent electrodes.
  • the dimensions of the pressure chambers (one or more) in the directions along adjacent electrodes near which the pressure chambers are located should be less than the distances between adjacent electrodes in the discharge chambers.
  • the dimensions of the pressure chambers (one or more) in directions perpendicular to these directions along adjacent electrodes should be greater than the distances between adjacent electrodes in the discharge chambers.
  • the volumes of the pressure chambers should be at least half of the total volumes of the discharge chambers and the outputs to which they are connected. In addition, the volumes of the pressure chambers should preferably be no more than ten total volumes of the discharge chambers and the outputs with which they are connected. In cases where the discharge chamber is one, the volume of the pressure chamber should preferably be at least half of the total volume of the discharge chamber and the outlet with which it is connected. For one discharge chamber, it may also be preferable that the volume of the pressure chamber is not more than ten total volumes of the discharge chamber and the outlet with which it is connected.
  • the objective of the present invention is also solved by a method of manufacturing a spark gap according to any of the above options using a mold configured to form an insulating body of the spark gap and mandrels configured to form pressure chambers, discharge chambers and outputs of the discharge chambers on the surface of the insulating body in the formed insulating body body.
  • the method comprises the following steps: placing in the form of electrodes and mandrels, the mandrels being placed between the electrodes; filling the mold with dielectric material and curing it; removing the insulating body from the mold; extraction from the insulating body of the mandrels.
  • the objective of the present invention is also solved by using an insulator-arrester for mounting, as a single insulator or as part of a column or a string of insulators, a high-voltage wire in an electrical installation or on a power line.
  • the insulator-arrester contains an insulating element and reinforcement in the form of first and second reinforcement elements installed at its ends, the first reinforcing element being configured connection, directly or by means of a fixing device, with a high-voltage wire or with a second reinforcement element of a previous high-voltage insulator of said column or garland, and the second reinforcement element is made with the possibility of connection with a support or with a first reinforcement element of a subsequent high-voltage insulator of said column or garland.
  • Such an insulator-arrester contains a spark gap according to any of the above options and / or a spark gap made in accordance with the above method.
  • the arrester is installed with the possibility of forming, under the influence of lightning overvoltage, an electric discharge between the first element of the valve and at least one electrode adjacent to it, as well as the second element of the valve and at least one electrode adjacent to it.
  • the objective of the present invention is also solved by using a spark gap screen containing an insulating and / or metal base, made with the possibility of mechanical fastening on an element of an electric equipment or power line with at least partial bending of the specified or neighboring element of an electric equipment or power line.
  • the arrester screen comprises an arrester according to any of the above options and / or an arrester made in accordance with the above method, mounted at a distance from the envelope element of the electrical equipment or power line.
  • the objective of the present invention is also solved by using a power line containing poles, single insulators and / or insulators, assembled in columns or garlands, and at least one wire under high voltage, connected directly or by means of fasteners with elements of reinforcement single insulators and / or first insulators of columns or strings of insulators, wherein each single insulator or each column or string of insulators is fixed (secured) to one of the supports by an element of its reinforcement adjacent to the indicated support.
  • the power line comprises at least one spark gap according to any of the above options and / or at least one spark gap made in accordance with the above method and / or at least one shield gap according to the above option and / or at least one of the insulators is an insulator-arrester according to the above option.
  • the gas flow from the pressure chamber will ensure the removal from the discharge gap of heated air (gas). Since the gas in the pressure chamber has a low temperature (corresponding to the temperature of the gas before the start of the spark discharge), the gas temperature in the discharge gap decreases and, thereby, the resistance of the discharge gap increases.
  • the duration of the accompanying current in the multi-electrode spark gap is reduced up to the duration of the overvoltage pulse depending on the parameters of the lightning overvoltage and the size of the discharge chambers. That is, only an overvoltage pulse current can flow through the arrester to the ground.
  • FIG. 1 is a sectional view of a spark gap according to the invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of a pressure chamber in accordance with a first particular embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a side view of a pressure chamber in accordance with a first particular embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a sectional view of a pressure chamber in accordance with a second particular embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a side view of a pressure chamber in accordance with a second particular embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of a spark gap in accordance with a second particular embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of a spark gap in accordance with a third particular embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of a spark gap in accordance with a third particular embodiment of the invention, AA shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 shows a view of a spark gap in accordance with a third particular embodiment of the invention in volume.
  • FIG. 10 shows the mandrel used in the manufacture of the arrester shown in FIG. 7-9.
  • FIG. 11 is a sectional view of a spark gap in accordance with a fourth particular embodiment of the invention.
  • the drawings show arresters containing several discharge chambers and more than two electrodes (in particular, five electrodes, but there may be more).
  • the present invention encompasses a case and a spark gap with one discharge chamber formed in the insulating body by two (or more) electrodes, also located in the insulating body.
  • a discharge chamber including a discharge gap, has, on the one hand, an outlet to the surface of an insulating body made using a dielectric, and on the other hand, is connected to a pressure chamber (one or more) bounded by an insulating body and not having an outlet to the surface of the insulating body .
  • the pressure chamber is connected to the outlet of the discharge chamber by the discharge chamber itself, moreover, on the way from the pressure chamber to the exit there is also a discharge gap. Due to this configuration of the spark gap, the high gas pressure generated during the expansion of the spark discharge channel allows, on the one hand, to compress the air in the pressure chambers, and on the other hand to create a gas stream blowing the discharge arcs from the chambers to the outside. This ensures that the discharge arc is extinguished after a lightning overvoltage pulse passes before the accompanying current having an industrial frequency passes through zero.
  • the implementation of the present invention is possible in various ways, which are further described in relation to a spark gap with many discharge chambers and, thus, consisting of several spark gap with a single pressure chamber. All options described below in relation to a spark gap with five electrodes and four discharge chambers between them can also be performed in a spark gap with two electrodes and one discharge chamber between them, unless otherwise stated and two or more discharge chambers are not required for implementation .
  • the following described arresters with a plurality of discharge chambers have advantages over a discharger with a single discharge chamber, namely, due to the plurality of discharge gaps, it is possible to reduce the discharge voltage as well as the discharge quenching voltage in each discharge gap as compared to a spark gap consisting of a single discharge chamber, which makes it possible to use less durable and cheaper materials in the manufacture of a spark gap with several discharge chambers.
  • the present invention which provides discharge chambers with pressure chambers, provides additional advantages for an arrester with a plurality of discharge chambers due to the fact that, as described below, the discharge is quenched immediately after the pulse current due to overvoltage, and therefore, discharge arcs taken from several discharge chambers to the outside of the insulating body cannot be united there into a single discharge arc, since the discharge is immediately extinguished.
  • the present invention eliminates the conditions for the resumption of the discharge arcs in the discharge chambers and, therefore, the discharge arcs from neighboring discharge chambers cannot be combined, since they go out earlier than when they begin to touch, even when the discharge chambers are very close (at distances less than the length of the outlet of the discharge chamber to the outside of the insulating body). Thanks to this, it is possible to arrange a larger number of discharge chambers on the same length of the spark gap, which has a positive effect on reducing the discharge quenching voltage and increasing the life of the spark gap, since the effect of the discharge on the materials of which the spark gap is made is reduced. In addition, this simplifies the manufacture of spark gap electrodes, since they can have minimal dimensions and can be made in the form of metal balls.
  • FIG. 1 shows an example of a surge arrester with a plurality of discharge chambers for protecting electrical components or power lines from overvoltages, for example, lightning overvoltages, in a section.
  • the arrester contains an insulating body 1, made using a dielectric, and six electrodes 2, mechanically connected to the insulating body.
  • the minimum number of electrodes is five, and the discharge gaps between them (and, accordingly, the discharge chambers) can be at least four.
  • the electrodes are arranged with the possibility of formation, under the influence of overvoltage (mainly pulsed, for example, lightning), an electric discharge between adjacent electrodes.
  • overvoltage mainly pulsed, for example, lightning
  • the electrodes are installed with the formation of discharge gaps between them, which are of such size and shape that they can be pierced by electric discharges when overvoltage is applied to the electrodes (for example, due to lightning strike), however, in the absence of overvoltage, electric discharges between the electrodes cannot be formed - this is necessary so that the voltage on the current-carrying elements of the power line or other electrical installations does not close to the ground.
  • the electrodes 2 are located inside the insulating body 1 and are separated from its surface by an insulation layer. Neighboring electrodes 2 exit (and sometimes protrude) into the discharge chambers 3, having exits to the surface of the insulating body. When a lightning overvoltage is applied to one of the electrodes 2, the discharge gaps between adjacent electrodes 2 are punched by spark discharges 5 and a current begins to flow through the arrester caused by the charge received by the protected element of the electrical installation or power line, for example, as a result of a lightning strike.
  • the spark discharge channel expands and creates a high gas pressure due to the limited volume of the discharge chamber. Since the discharge chambers are open to the surrounding space, gas begins to flow out of the chambers and this gas stream blows spark discharges in the form of discharge arcs from the chambers to the outside. As a result of this, the discharge arcs lengthen and their resistance increases.
  • the discharge chambers 3 are equipped with pressure chambers 4 located near the electrodes 2 and connected to the outputs of the discharge chambers, and hence with the discharge chambers 3, through the discharge gaps between adjacent electrodes 2
  • the pressure chambers can be connected to the exits from the discharge chambers in one channel, as shown in FIG. 1-10.
  • the pressure chambers can be connected to the exits from the discharge chambers with two or more channels, which makes it possible to distribute gas flows for more efficient removal of hot gas from the discharge chamber and increase the resistance of the discharge gap (gap).
  • the discharge gaps between the electrodes are part of the discharge chambers, separate the electrodes and connect the outputs from the discharge chambers to the pressure chambers.
  • a gas for example, air
  • the high pressure of a gas generated as a result of an increase in the temperature of the air (gas) in the region of the spark discharge propagates into both chambers - pressure and discharge, however, gas escapes from the discharge chamber and a pressure (high pressure) of gas is created in the pressure chamber.
  • the gas pressure in the pressure chamber creates an additional gas flow from the pressure chamber to the discharge chamber and exits it through the space between the electrodes (i.e., the discharge gap, or rather the place where the discharge was formed) and further outward from the spark gap. Due to this additional gas flow provided by the increased pressure in the pressure chamber formed at the beginning of the spark discharge, the channel of the spark discharge removed from the discharge chamber can be broken and, thereby, the accompanying current will be stopped even before the industrial frequency current passes through zero - to the best option immediately after the flow of a charge caused by a lightning strike.
  • the gas flow from the pressure chamber ensures the removal of heated gas from the discharge gap. Since the gas in the pressure chamber has a low temperature (corresponding to the temperature of the gas before the spark starts), the gas temperature in the discharge gap decreases when high-temperature gas is displaced by low-temperature gas and, thereby, the resistance of the discharge gap increases. Therefore, after the rupture of the discharge arc, taken from the discharge chamber to the outside of the arrester, i.e.
  • the discharge in the discharge gap of the discharge chamber cannot resume, since the overvoltage is already reduced due to the discharge to lower values at which the discharge arc cannot resume when the discharge gap resistance is increased to normal (approximately corresponding to the resistance before the spark discharge a) due to the flow of cold gas from the pressure chamber.
  • the obtained technical solution effectively separates the tasks of creating conditions for an electric discharge and providing the gas flow parameters required for effective extinction of the discharge arc by selecting the appropriate configuration of the pressure and / or discharge chambers. Thanks to this, it is possible to independently improve the processes occurring in the arrester.
  • pressure chambers are located along the electrodes. Due to this, it is possible not to increase or increase the dimensions of the spark gap insignificantly.
  • other configurations and arrangements of pressure chambers are possible if the condition specified in the claims is fulfilled — the pressure chamber and the outlet of the discharge chamber must be separated and connected by a discharge gap, that is, the space between the electrodes. It is in this configuration that increased pressure can be created in the pressure chamber due to a spark discharge between the electrodes, and the gas flow from the pressure chamber can displace the gas between the electrodes, heated by the spark discharge, through the outlet of the pressure chamber to the outside of the insulating body.
  • such an arrangement may correspond to finding the outlet of the discharge chamber outward above the line defined by the electrodes (for example, their middle or another line), or a horizontal plane passing through such a line, and the pressure chamber may be under the electrodes (for example , their middle or other line), or a horizontal plane passing through such a line.
  • the position of the arrester is not limited to that shown in the figures and may be different from that shown by turning, tilting and / or bending to the sides necessary for this or relative to the required axis of rotation, tilt and / or bending.
  • Pressure chamber arrester shown in FIG. 1 it is difficult to manufacture due to the fact that the removal of embedded elements forming the pressure chambers 4 is possible only through cutouts in the insulating body 1, connecting the pressure chambers and the outer surface of the insulating body closest to them (in Fig. 1 this is the lower surface).
  • the pressure chamber in FIG. 1 has a large size, as a result of which the embedded element cannot pass through the exit from the discharge chamber.
  • the cutout in the insulating body after removing the embedded element necessary for the formation of the pressure chamber, must be covered with a dielectric layer, which is not technologically advanced, and the cut itself, even subsequently covered by a dielectric, is a weakening of the insulating body.
  • the pressure created in the pressure chambers can knock out a dielectric layer covering the notch.
  • FIG. 2 shows another embodiment of a spark gap, in which there is no need to remove the embedded element forming the pressure chamber.
  • Pressure chambers 9 can be limited by metal elements 6, at least partially covering electrodes 8. These metal elements can be made of sheet metal or of bulk metal pieces by cutting, drilling, milling and other operations known from the prior art. In addition, metal elements can be made by casting or extrusion.
  • the metal elements 6 can be made of copper, aluminum, steel and other metals or their alloys, and electrodes 8 can be made of tungsten, steel or other metals or their alloys.
  • metal limiters (shapers) 6 of the pressure chambers 9 reduces the need to ensure the strength characteristics of the insulating body at the location of the pressure chambers, so that the insulating body can be made not only of solid, rigid and / or durable dielectrics, but also of soft enough, for example, using silicone rubber, including quite flexible and soft.
  • the need for such amplification can be dictated by the fact that, in contrast to the discharge chambers 3, where gases under the action of high pressure exit and the pressure decreases (i.e., is limited in magnitude), in the pressure chambers the gas pressure can increase to very high values, so how gas can escape from the pressure chamber only through the discharge gap into the discharge chamber, and during the start and increase of the discharge, gas from the discharge gap only enters the pressure chamber, preventing its exit.
  • the presence of metal elements 6 prevents the deformation of the insulating body and mechanically strengthens the design of the arrester.
  • the metal elements 6 can at least partially encompass two electrodes protruding into adjacent discharge chambers, that is, serve to electrically and mechanically connect such electrodes. In the event that the same electrode enters adjacent discharge chambers, the metal element can be mounted on it or located next to it in order to ensure the manufacturability of the arrester.
  • the metal elements may be tubes covering the electrodes and restricting the pressure chambers next to the electrodes in the transverse direction of the tube (in other words, in the diametric or transverse longitudinal axis of the tube of the plane).
  • Pressure chambers can be limited in the longitudinal direction with plugs 7, as shown in FIG. 2, clamping the tubes in the transverse direction, for example, in the middle part 11 of the tubes 10 in FIG. 4 or on that part (longitudinal and / or transverse) of the tube that does not cover the electrode.
  • this result can also be achieved by connecting the tubes with a blocking element, for example, by welding, soldering, glue or other methods.
  • each of the electrodes of the discharge chamber in the form of rods is fixed with its own metal tube having an inner diameter larger than the diameter (transverse size) of the electrode by crimping the tube with the electrode inserted into it.
  • a pressure chamber is formed near the electrode, mainly along it.
  • the cross section of the formed pressure chamber may have a different shape.
  • the cross section of the tube at the attachment point of the electrode may have a shape close to eight (8), that is, the diameter of the compression part of the tube and the pressure chamber can be close to or coincide.
  • An example of such compression of the electrode 8 with the formation of a cross section of a tube 6 or 10 with a shape close to eight can be seen in FIG. 3 and 5, respectively.
  • the pressure chamber thus obtained can be plugged at the required distance from the end of the tube or have access to any volume, free space or adjacent discharge chamber (in the latter case, the electrodes of neighboring discharge chambers can be fixed with the same tube).
  • the electrode is shorter along the length of the tube than the pressure chamber, the latter may have a wider cross section in the place where the electrode is absent (if sufficiently short electrodes are used, between which there may be some distance in the spark gap).
  • FIG. 1 and 6 show separate pressure chambers 4 and 9, respectively, that is, each discharge chamber is connected to its own separate pressure chamber.
  • pressure chambers 4 are separated by dielectric sections (more precisely, when pressure chambers were made, 4 sections of the insulating body 1 between them were left in place).
  • pressure chambers 9 are implemented using tubes 10 located in the insulating body 12 and are separated from each other (pressure chambers having outputs to adjacent discharge chambers are meant) perform metal elements in the middle part 11 not passing gas. For example, when performing metal elements from sheet metal, this can be done by clamping (plugging) in the parts 11 that limit the pressure chambers 9 in the longitudinal direction.
  • discharges 13 pass between adjacent electrodes 8, which are discharged out of the discharge chambers due to gas pressure, and discharges 13 are discharged (burst) due to gas pressure from pressure chambers 9.
  • FIG. 7 and 8 show another embodiment of a spark gap of the present invention.
  • the insulator body 21 of the arrester is preferably made using an elastic dielectric, for example, silicone rubber or other polymers.
  • an elastic dielectric allows not only to bend the insulating body and the arrester, but also provides the possibility of manufacturing an arrester with pressure chambers in accordance with this embodiment of the arrester.
  • electrodes 22 of a spherical shape can have another shape, for example elongated or flattened, however, spherical electrodes have an advantage in application due to the fact that they are cheap to manufacture and can be used as balls from bearings, shot or other similar metal products.
  • the electrodes 22 exit into the discharge chambers having outputs of 23 discharge chambers to the surface of the insulating body.
  • These outputs can be made of the same or variable section along its length. For example, they can expand or contract. Their cross section may be round, oval, square, rectangular or any other suitable shape.
  • pressure chambers 24 are located.
  • the dimensions of the pressure chambers 24 are in the directions along adjacent electrodes 22, around which the pressure chambers 24 are located, that is, in the horizontal direction in FIG. 7, approximately the same with the size of the outputs 23 and the distance between the electrodes 21 in the same direction. This is provided so that the embedded element forming the pressure chamber and called the “mandrel” can be pulled out of the insulating body.
  • the size of the pressure chamber in the direction along the adjacent electrodes near which it is located is less than the distance between adjacent electrodes in the discharge chamber to which the pressure chamber is connected. It is advisable that the mandrel used to form the pressure chamber, after the formation of the insulating body, could be pulled out unhindered. However, even if the distance between the electrodes is less than the transverse size of the mandrel in the part that forms the pressure chambers (as shown in Fig.
  • the mandrel can be pulled out of the insulating body due to the fact that the insulating body is made of elastic material and the electrodes can move apart when removing the mandrel and, after removal, can snap into place due to the elastic properties of the material with which the insulating body is made.
  • the volume of the pressure chamber should preferably be at least half the volume of the discharge chamber and the outlet with which it is connected. This is necessary so that a sufficient amount of gas is compressed in the pressure chamber to blow hot gas from the space between the electrodes after the discharge arc leaves the insulating body.
  • the volume of the pressure chamber is preferably greater than the volume of the discharge chamber and the outlet with which it is connected. This can be achieved by lengthening the pressure chamber, however, this will increase the thickness of the insulating body and is only possible to a certain extent.
  • Another way to increase the volume of the pressure chamber is to increase its size in the transverse direction, that is, in a plane perpendicular to the direction along adjacent electrodes, near which the pressure chamber is located.
  • FIG. 8 shows a cross section of the arrester in FIG. 7 in such a plane AA.
  • the pressure chamber 24 has transverse dimensions in this plane several times larger than the width of the outlet 23 in the same plane, as well as its size in the plane perpendicular to the one shown. Due to this, it is possible to provide an increased volume of the pressure chamber, which is larger than the volume of the discharge chamber and the outlet, without increasing the thickness of the insulating body (the size of the insulating body 21 in the vertical direction in Figs. 7 and 8).
  • the dimensions of the pressure chambers in the directions perpendicular to the indicated directions along the neighboring electrodes are larger than the distances between the neighboring electrodes in the discharge chambers.
  • the dimensions of the pressure chambers in the directions along the adjacent electrodes, near which the pressure chambers are located are smaller than the dimensions of the pressure chambers in the directions perpendicular to the indicated directions along the neighboring electrodes.
  • the volume of the pressure chamber should preferably be no more than ten volumes of the discharge chambers and the outlets with which they are connected, since only under this condition it is possible to create a pressure that provides a sufficient gas flow for the present invention.
  • FIG. 9 shows a three-dimensional image of an insulating body 21 with electrodes 22 located inside it, outputs 23 and pressure chambers 24. Electrodes 22 in the form of balls are placed in the insulating body 21 along the longitudinal dimension of the insulating body, and there are discharge chambers between the electrodes 22, which, on the one hand , go to the outputs 23, and are connected to the pressure chambers 24 on the other side.
  • One of the electrodes (the second on the left) is shown as “transparent” in order to more clearly represent the location of the pressure chambers, i.e. through it, part 26 of the pressure chamber 24 is visible, while in the neighboring pressure chambers 26, a part similar to part 26 is not visible behind the “opaque” electrodes 22, but only part 25 is visible. Thanks to the part 26 of the pressure chamber, which is shown explicitly behind With a “transparent” electrode, it is possible to more clearly visualize the relative positions of the electrodes, pressure chambers and outputs in the insulator body of the arrester.
  • the spark gap in accordance with the present invention requires a shorter length.
  • the arrester shown in FIG. 7-9 possibly in the following way.
  • a shape matrix
  • mandrels are also necessary that will ensure the formation of pressure chambers, discharge chambers and the discharge chambers exits to the surface of the insulating body in the formed insulating body - that is, one mandrel will ensure the execution of the pressure chamber, discharge chamber and exit from the discharge chamber immediately.
  • FIG. 10 An example of such a mandrel is shown in FIG. 10.
  • the dorn consists of a rod 27, one end (Fig. 10 - upper) attached to the matrix, and the other end connected to the flat part 28.
  • the flat part 28 is necessary for the formation of the pressure chamber, and the rod 27 is necessary for the formation of the discharge chamber (approximately near (slightly higher in FIG. 10) the junction of parts 27 and 28) and the discharge chamber exit the insulating body.
  • the flat portion 28 mainly contains inclined shoulders 29, which will ensure the removal of the mandrel from the manufactured insulating body without tearing pieces of dielectric due to the fact that these shoulders will compress the insulating body gradually as it is removed from the insulating body.
  • the method comprises the following steps:
  • Electrodes and mandrels are placed in the mold.
  • the mandrels are placed between the electrodes. This can be done as follows: mandrels are installed in the mold, and then electrodes are placed between them.
  • the mold is filled with dielectric material and cured.
  • the solidified dielectric material must be resilient - this is necessary so that later on, after removing the mandrels, the insulating body takes the shape that it had before the mandrels were removed.
  • Operations 3) and 4) can occur simultaneously or in reverse order.
  • a dielectric material is meant a change in the physical properties of the material in which the shape given by the matrix and mandrels continues to be maintained after removing the insulating body from the matrix and removing mandrels from it.
  • curing does not mean that the insulating body becomes hard or brittle. This means that it becomes non-liquid and can no longer arbitrarily change its shape.
  • the dielectric material used in the manufacture of the insulating body is polymeric
  • curing can be understood as polymerisation of the polymer, i.e. its crosslinking by long chains of polymers. The following can be used to cure the insulating body. technological processes such as vulcanization, heating, chemical curing, etc.
  • FIG. 11 shows a variant of a spark gap in which the pressure chambers of several discharge chambers are combined into one common pressure chamber 30.
  • the spark gap in FIG. 1 and 11 coincide with the exception of pressure chambers; therefore, the description of the arrester in FIG. 1 also applies to the arrester in FIG. 11 (except pressure chamber 30).
  • the difference between them is that during successive discharges between the electrodes 2, excess pressure is created in one pressure chamber 30, and since this pressure chamber is connected to the outlets 3 through the discharge gaps between the electrodes, and after the discharge arcs 5 are taken out of the discharge chambers, the pressure in the pressure chamber the chamber 30 creates gas flows that carry high-temperature gas out of the discharge chambers and extinguish the arcs 5.
  • the advantage of the arrester configuration in FIG. 11 is that in order to create a pressure chamber for a plurality of discharge chambers, one embedded element is enough, which after the manufacture of the insulating body (curing of the dielectric material) can be removed from through the end surface, which can then be tightly and firmly closed (sealed). It also simplifies the manufacturing process of the arrester.
  • the described configurations of the arrester and / or arrester manufactured in accordance with the above method can be used both individually and as part of other devices and elements of electrical installations or power lines.
  • the extreme electrodes (first and last) of the arrester can protrude or go outside the insulating body so that they receive overvoltage. Overvoltage can come through direct (direct) contact or through the spark gap.
  • the extreme electrodes may have a shape different from the shape of the electrodes between them (intermediate). They can be, for example, in the form of rods (straight or curved) or other volumetric parts, including complex shapes. A prerequisite for them is that they must form discharge gaps with the intermediate electrodes.
  • the arrester in accordance with the present invention can be used, for example, as part of an insulator-arrester, being placed, for example, on the insulating body of the insulator.
  • the insulator-arrester contains an insulating body and reinforcement in the form of first and second reinforcing elements installed at its ends, the first reinforcing element being configured to connection, directly or by means of a fixing device, with a high-voltage wire or with a second reinforcement element of a previous high-voltage insulator of said column or garland, and the second reinforcement element is made with the possibility of connection with a support or with a first reinforcement element of a subsequent high-voltage insulator of said column or garland.
  • Such an insulator-arrester contains a surge arrester according to any of the above options, installed with the possibility of forming, under the influence of lightning overvoltage, an electric discharge between the first element of the valve and at least one electrode adjacent to it, as well as the second element of the valve and at least , one adjacent electrode. It is assumed that the arrester is installed with the possibility of developing discharges in the arrester in the discharge chambers between adjacent electrodes between the formation of an electric discharge between the first armature element and at least one electrode adjacent to it, as well as the second armature element and at least at least one electrode adjacent to it.
  • the arrester can also be installed around (i.e. with the envelope) various elements of electrical installations or power lines, thereby forming a screen for protection against corona discharge (corona ring, corona shield) - for this, the envelope arrester can be equipped with fasteners on the envelope of the electrical installation or power lines.
  • the arrester shield thus obtained comprises an insulating body adapted to be mechanically fixed to an element of an electric equipment or power line, with at least partially rounding said or adjacent element of an electric equipment or power line.
  • the arrester screen also comprises a arrester according to any of the above options, mounted at a distance from the envelope element of the electrical equipment or power line.
  • the arrester is separated from the envelope element of the electrical equipment or the power line by an air gap along the arrester through which the fastening elements of the insulating body can pass.
  • the arrester in accordance with the present invention can be used both by itself and as part of the above-mentioned protective elements - an insulator-arrester and / or screen to protect against corona discharge.
  • Power lines usually contain poles, single insulators and / or insulators, assembled into columns or garlands, and at least one wire under high electric voltage connected directly or by means of fastening devices to fittings of single insulators and / or first insulators of columns or strings of insulators, each a single insulator or each column or string of insulators is fixed (fixed) to one of the supports by means of an element of its reinforcement adjacent to the specified support.
  • the power line comprises at least one spark gap according to any of the above options and / or at least one shield screen according to the above embodiment and / or at least one of the insulators is an insulator-gap according to the above option.
  • the use to protect a high-voltage power line or other types of electrical installations from lightning surge arrester in accordance with the present invention alone or as a part of insulator dischargers or shields can improve the reliability of the power line, increase the service life of electrical equipment and reduce the cost of their operation.

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Insulators (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Представлен разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из диэлектрика, и пять или более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между соседними электродами, причем электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции. Соседние электроды выступают в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела. По меньшей мере, часть разрядных камер снабжена напорными камерами, расположенными около электродов и соединенными с разрядными камерами через разрядные промежутки между соседними электродами. Благодаря изобретению дуга разряда гасится после прохождения импульса грозового перенапряжения до перехода сопровождающего тока, имеющего промышленную частоту, через ноль, преимущественно, сразу после импульса грозового перенапряжения.

Description

РАЗРЯДНИК С НАПОРНЫМИ КАМЕРАМИ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к разрядникам для защиты от перенапряжений, например, грозовых, электроустановок, высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей. Изобретение также относится к элементам высоковольтных линий электропередачи, снабженных такими разрядниками.
Уровень техники
Молниевые разряды являются одним из наиболее опасных явлений для эксплуатации высоковольтных линий электропередачи. При грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между токонесущим элементом линии электропередачи и заземленным элементом. После окончания импульса грозового перенапряжения это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к токонесущему элементу, переходит в силовую дугу промышленной частоты.
В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, выполненных с возможностью формирования разряда (например, стримерного) между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, причем смежные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. Разрядник по указанной международной заявке характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр Dk канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры (полости), площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S < DK - g , где д - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.
При воздействии на такой мультикамерный разрядник импульса грозового перенапряжения электрическими разрядами пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объемы которых весьма малы, при расширении канала создается высокое давление газов, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее выдуваются наружу в окружающий воздух.
Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами разрядные дуги охлаждаются, суммарное сопротивление всех разрядных дуг увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. Ток грозового перенапряжения отводится через опору в землю и вслед за ним протекает сопровождающий ток промышленной частоты. При переходе тока через ноль дуга гаснет, и линия электропередачи продолжает бесперебойную работу.
Такой принцип работы мультикамерного разрядника является достаточно эффективным, поскольку конструкция разрядника получается простой, надежной и недорогой. В то же время вышеописанный разрядник обладает таким недостатком, как значительная длительность сопровождающего тока. Причиной этого является то, что сопровождающий ток имеет промышленную частоту и для гашения дуги необходим его переход через ноль. Частота переходов через ноль задается промышленной частотой и, следовательно, не может произвольно меняться. В связи с этим требуются дополнительные меры, направленные на гашение дуги непосредственно после протекания тока грозового разряда.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является снижение длительности сопровождающего тока в мультиэлектродном разряднике путем обеспечения гашения дуги после прохождения импульса грозового перенапряжения до перехода сопровождающего тока, имеющего промышленную частоту, через ноль.
Задача настоящего изобретения решается с помощью разрядника для защиты элементов электрооборудования или линии электропередачи от перенапряжений, содержащий изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и два (преимущественно пять) или более электродов, механически связанных с изоляционным телом. Электроды расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием перенапряжения (в том числе, импульса перенапряжения), электрического разряда между соседними электродами.
В разряднике согласно настоящему изобретению электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем соседние электроды выходят в одну или несколько разрядных камер, имеющих выходы на поверхность изоляционного тела. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, по меньшей мере, часть разрядных камер (одна или две или более разрядных камер) снабжена одной или более напорных камер, соединенных с выходами из разрядных камер через разрядные промежутки между электродами (преимущественно соседними). В таком варианте выполнения напорные камеры также соединены с разрядными камерами, так как разрядные промежутки между электродами входят в состав разрядных камер. В частном варианте напорные камеры могут быть расположены около электродов.
В некоторых вариантах осуществления напорные камеры могут быть расположены вдоль электродов. Одна или более напорных камер могут быть ограничены с помощью металлических элементов, например, изготовленных с использованием листового металла, по меньшей мере, частично охватывающих электроды. Металлические элементы могут, по меньшей мере, частично охватывать по два электрода, выходящих в соседние разрядные камеры. Напорные камеры могут быть объединенными для одной или нескольких разрядных камер или отдельными для разрядных камер. Отделение напорных камер друг от друга может осуществляться путем заглушения металлических элементов (например, из листового металла, в частности, таких как трубки) в частях, ограничивающих напорные камеры.
В частном варианте металлические элементы могут представлять собой трубки, охватывающие электроды и ограничивающие напорные камеры, например, это могут быть трубки рядом с электродами, ограничивающими напорные камеры в поперечном («диаметральном») направлении. Напорные камеры могут быть заглушены в части, расположенной между электродами, например, с помощью пережатия трубок в поперечном направлении, тем самым ограничивая напорные камеры в продольном направлении.
Одна или более напорных камер могут быть соединены с выходами из соответствующих разрядных камер не одним, а двумя или более каналами (например, проходящими через разрядные промежутки или выходящими к ним). В одном из вариантов размеры напорных камер в направлениях вдоль соседних электродов (например, вдоль линий, соединяющих центры соседних электродов), около которых расположены напорные камеры, должны быть меньше размеров напорных камер в направлениях, перпендикулярных указанным направлениям вдоль соседних электродов.
В другом варианте размеры напорных камер (одной или нескольких) в направлениях вдоль соседних электродов, около которых расположены напорные камеры, должны быть меньше расстояний между соседними электродами в разрядных камерах. Кроме того, может быть предусмотрено, что размеры напорных камер (одной или нескольких) в направлениях, перпендикулярных указанным направлениям вдоль соседних электродов, должны быть больше расстояний между соседними электродами в разрядных камерах.
В предпочтительно варианте объемы напорных камер должны быть не меньше половины суммарных объемов разрядных камер и выходов, с которыми они соединены. Кроме того, объемы напорных камер преимущественно должны быть не больше десяти суммарных объемов разрядных камер и выходов, с которыми они соединены. В тех случаях, когда разрядная камера одна, объем напорной камеры предпочтительно должен быть не меньше половины суммарного объема разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена. Для одной разрядной камеры также может быть предпочтительно что объем напорной камеры не больше десяти суммарных объемов разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью способа изготовления разрядника по любому из вышеописанных вариантов с использованием формы, выполненной с возможностью формирования изоляционного тела разрядника, и дорнов, выполненных с возможностью формирования в формируемом изоляционном теле напорных камер, разрядных камер и выходов разрядных камер на поверхность изоляционного тела. Способ содержит следующие этапы: размещение в форме электродов и дорнов, причем дорны размещают между электродами; заполнение формы диэлектрическим материалом и его отверждение; извлечение изоляционного тела из формы; извлечение из изоляционного тела дорнов.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью изолятора- разрядника для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор-разрядник содержит изоляционный элемент и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды.
Такой изолятор-разрядник содержит разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или разрядник, выполненный в соответствии с вышеописанным способом. Разрядник установлен с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью экрана- разрядника, содержащего изоляционное и/или металлическое основание, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания указанного или соседнего с ним элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран-разрядник содержит разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или разрядник, выполненный в соответствии с вышеописанным способом, установленный на расстоянии от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или по меньшей мере, один разрядник, выполненный в соответствии с вышеописанным способом, и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту. Благодаря настоящему изобретению достигается такой технический результат, как гашения дуги разряда после прохождения импульса грозового перенапряжения до перехода сопровождающего тока, имеющего промышленную частоту, через ноль. Это происходит вследствие того, что высокое давление газов, формируемое при расширении канала искрового разряда, позволяет, с одной стороны, сжать воздух, находящийся в напорных камерах, а с другой стороны создать поток газа, выдувающего разрядные дуги из камер наружу.
После того, как поток газа, создаваемый за счет повышенного давления, образующегося в результате роста температуры воздуха (газа) в области искрового разряда, вынесет разрядную дугу с места начала искрового разряда (то есть из разрядного промежутка) наружу камеры и удлинит его, поток газа из напорной камеры обеспечит вынос из разрядного промежутка нагретого воздуха (газа). Так как газ в напорной камере имеет низкую температуру (соответствующую температуре газа до начала искрового разряда), температура газа в разрядном промежутке снижается и, тем самым, повышается сопротивление разрядного промежутка.
Следовательно, при разрыве разрядной дуги, вынесенной из разрядной камеры наружу разрядника, то есть ее гашении (чему также способствует дополнительный поток газа, выходящий из напорных камер), разряд в разрядном промежутке разрядной камеры возобновиться не может, так как перенапряжение уже снижено благодаря произошедшему разряду до меньших величин, при которых разрядная дуга не может возобновиться при сопротивлении разрядного промежутка, повышенном до нормального благодаря потоку газа из напорной камеры.
Таким образом снижается длительность сопровождающего тока в мультиэлектродном разряднике вплоть до длительности импульса перенапряжения в зависимости от параметров грозового перенапряжения и размеров разрядных камер. То есть, через разрядник на землю может протекать только ток импульса перенапряжения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид разрядника в соответствии с изобретением в разрезе.
На фиг. 2 представлен вид напорной камеры в соответствии с первым частным вариантом изобретения в разрезе.
На фиг. 3 представлен вид напорной камеры в соответствии с первым частным вариантом изобретения сбоку. На фиг. 4 представлен вид напорной камеры в соответствии со вторым частным вариантом изобретения в разрезе.
На фиг. 5 представлен вид напорной камеры в соответствии со вторым частным вариантом изобретения сбоку.
На фиг. 6 показан вид разрядника в соответствии со вторым частным вариантом изобретения в разрезе.
На фиг. 7 показан вид разрядника в соответствии с третьим частным вариантом изобретения в разрезе.
На фиг. 8 показан вид разрядника в соответствии с третьим частным вариантом изобретения в разрезе А-А, указанном на фиг. 7.
На фиг. 9 показан вид разрядника в соответствии с третьим частным вариантом изобретения в объеме.
На фиг. 10 показан дорн, используемый при изготовлении разрядника, показанного на фиг. 7-9.
На фиг. 11 показан вид разрядника в соответствии с четвертым частным вариантом изобретения в разрезе.
Осуществление изобретения
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи и частные варианты осуществления. Такое описание дается с целью пояснения изобретения на частных примерах и не предназначено для ограничения объема охраны настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения. В то же время при необходимости в формуле изобретения могут быть приведены признаки из описания с целью более точного определения объема охраны.
На чертежах показаны разрядники, содержащие несколько разрядных камер и более двух электродов (в частности, пять электродов, но их может быть и больше). В то же время настоящее изобретение охватывает случай и разрядника с одной разрядной камерой, образуемой в изоляционном теле двумя (или более) электродами, размещенными также в изоляционном теле. Такая разрядная камера, включающая в себя разрядный промежуток, имеет с одной стороны выход на поверхность изоляционного тела, выполненного с использованием диэлектрика, а с другой стороны соединена с напорной камерой (одной или более), ограниченной изоляционным телом и не имеющей выхода на поверхность изоляционного тела.
Таким образом, напорная камера соединена с выходом из разрядной камеры посредством самой разрядной камеры, причем на пути из напорной камеры в выход находится и разрядный промежуток. Благодаря такой конфигурации разрядника высокое давление газов, формируемое при расширении канала искрового разряда, позволяет, с одной стороны, сжать воздух, находящийся в напорных камерах, а с другой стороны создать поток газа, выдувающего разрядные дуги из камер наружу. Это обеспечивает гашение дуги разряда после прохождения импульса грозового перенапряжения до перехода сопровождающего тока, имеющего промышленную частоту, через ноль.
Реализация настоящего изобретения возможна в различных вариантах, которые далее описываются по отношению к разряднику со множеством разрядных камер и, таким образом, состоящих из нескольких разрядников с одной напорной камерой. Все варианты, далее описанные по отношению к разряднику с пятью электродами и четырьмя разрядными камерами между ними, также могут быть выполнены и в разряднике с двумя электродами и одной разрядной камерой между ними, если не сказано другое и для реализации не требуется две или более разрядных камеры.
Далее описанные разрядники со множеством разрядных камер имеют преимущества перед разрядником с одной разрядной камерой, заключающейся в том, что благодаря множеству разрядных промежутков удается снизить разрядное напряжение, а также напряжение гашения разряда в каждом разрядном промежутке по сравнению с разрядником, состоящим из одной разрядной камеры, что позволяет использовать при изготовлении разрядника с несколькими разрядными камерами менее прочные и более дешевые материалы.
В то же время настоящее изобретение, заключающееся в снабжении разрядных камер напорными камерами, обеспечивает дополнительные преимущества для разрядника со множеством разрядных камер благодаря тому, что, как это описано далее, разряд гасится сразу после протекания импульсного тока, вызванного перенапряжением, и, следовательно, разрядные дуги, вынесенные из нескольких разрядных камер наружу изоляционного тела, не могут там объединиться в единую разрядную дугу, так как разряд сразу же гасится.
Объединение разрядных дуг в единую разрядную дугу представляет собой значительную проблему в разрядниках из уровня техники, так как даже при разрыве разрядной дуги снаружи изоляционного тела внутри разрядной камеры оставались все условия для возобновления разрядной дуги, которая вновь выносилась наружу и, следовательно, разрядная дуга горела длительное время (до полупериода промышленной частоты напряжения в линии электропередачи) и часто отдельные разрядные дуги из соседних разрядных камер объединялись в одну дугу. Для исключения объединения разрядных дуг приходилось разносить разрядные камеры в пространстве, удаляя их друг от друга, что приводило к уменьшению количества разрядных камер на длину разрядника (вдоль линии расположения камер).
Настоящее изобретение устраняет условия для возобновления разрядных дуг в разрядных камерах и, следовательно, разрядные дуги из соседних разрядных камер не могут объединиться, так как они гаснут ранее того момента, когда начнут соприкасаться, даже в тех случаях, когда разрядные камеры расположены очень близко (на расстояниях менее длины выхода разрядной камеры наружу изоляционного тела). Благодаря этому удается расположить на той же самой длине разрядника большее количество разрядных камер, что положительно сказывается на снижении напряжения гашения разряда и повышении срока службы разрядника, так как действие разряда на материалы, из которых выполнен разрядник, снижается. Кроме того, это упрощает изготовление электродов разрядника, так как они могут иметь минимальные размеры и выполняться в виде металлических шариков.
На фиг. 1 показан пример разрядника со множеством разрядных камер для защиты элементов электрооборудования или линии электропередачи от перенапряжений, например, грозовых перенапряжений, в разрезе. Разрядник содержит изоляционное тело 1 , выполненное с использованием диэлектрика, и шесть электродов 2, механически связанных с изоляционным телом. В то же время необходимо учитывать, что в соответствии с настоящим изобретением минимальное количество электродов равно пяти, а разрядных промежутков между ними (и, соответственно, разрядных камер) может быть как минимум четыре.
Электроды расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием перенапряжения (преимущественно импульсного, например, грозового), электрического разряда между соседними электродами. Для этого электроды установлены с формированием разрядных промежутков между ними, которые имеют такой размер и форму, что могут пробиваться электрическими разрядами при приложении к электродам перенапряжения (например, вследствие удара молнии), однако при отсутствии перенапряжения электрические разряды между электродами сформироваться не могут - это необходимо для того, чтобы напряжение на токонесущих элементах линии электропередачи или других электроустановок, не замыкалось на землю.
В разряднике согласно настоящему изобретению электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1 и отделены от его поверхности слоем изоляции. Соседние электроды 2 выходят (а иногда и выступают) в разрядные камеры 3, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела. При подаче на один из электродов 2 грозового перенапряжения разрядные промежутки между соседними электродами 2 пробиваются искровыми разрядами 5 и через разрядник начинает протекать ток, вызванный зарядом, полученным защищаемым элементом электроустановки или линией электропередачи, например, в результате молниевого удара.
По мере протекания тока канал искрового разряда расширяется и за счет ограниченного объема разрядной камеры создает высокое давление газов. Поскольку разрядные камеры открыты в окружающее пространство, газ начинает вытекать из камер и этот поток газа выдувает искровые разряды в виде разрядных дуг из камер наружу. Вследствие этого разрядные дуги удлиняются и растет их сопротивление.
Для того, чтобы обеспечить не только удлинение искровых каналов, но и их разрыв, разрядные камеры 3 снабжены напорными камерами 4, расположенными около электродов 2 и соединенными с выходами разрядных камер, а значит и с разрядными камерами 3, через разрядные промежутки между соседними электродами 2. Напорные камеры могут быть соединены с выходами из разрядных камер одним каналом, как это показано на фиг. 1-10. В других вариантах Напорные камеры могут быть соединены с выходами из разрядных камер двумя или более каналами, что позволяет распределить потоки газа для более эффективного выноса горячего газа из разрядной камеры и повышения сопротивления разрядного промежутка (зазора).
Разрядные промежутки между электродами (пространство между ними) входят в состав разрядных камер, разделяют электроды и соединяют выходы из разрядных камер с напорными камерами. Во время начала искрового разряда и расширения его канала высокое давление газа (например, воздуха), образующееся в результате роста температуры воздуха (газа) в области искрового разряда, распространяется в обе камеры - напорную и разрядную, однако из разрядной камеры газ выходит наружу, а в напорной камере создается напор (повышенное давление) газа. Таким образом, благодаря разделению камер разрядным промежутком в них могут быть обеспечены разные процессы при одном и том же источнике, запускающем эти процессы.
Как только искровой разряд перестает формировать высокое давление в этих камерах (например, когда канал искрового разряда выдут наружу из разрядной камеры и выхода из разрядной камеры), напор газа в напорной камере создает дополнительный поток газа из напорной камеры в разрядную камеру и выход из нее через пространство между электродами (т.е. разрядный промежуток, а точнее говоря место формирования разряда) и далее наружу из разрядника. Благодаря такому дополнительному потоку газа, обеспеченному повышенным давлением в напорной камере, сформированным при начале искрового разряда, канал искрового разряда, вынесенный из разрядной камеры, может быть разорван и, тем самым, сопровождающий ток будет прекращен еще до перехода тока промышленной частоты через ноль - в оптимальном варианте сразу после протекания заряда, вызванного молниевым ударом.
Кроме того, поток газа из напорной камеры обеспечивает вынос из разрядного промежутка нагретого газа. Так как газ в напорной камере имеет низкую температуру (соответствующую температуре газа до начала искрового разряда), температура газа в разрядном промежутке снижается при вытеснении высокотемпературного газа низкотемпературным газом и, тем самым, повышается сопротивление разрядного промежутка. Следовательно, после разрыва разрядной дуги, вынесенной из разрядной камеры наружу разрядника, то есть ее гашении (чему также способствует дополнительный поток газа, выходящий из напорных камер), разряд в разрядном промежутке разрядной камеры возобновиться не может, так как перенапряжение уже снижено благодаря произошедшему разряду до меньших величин, при которых разрядная дуга не может возобновиться при сопротивлении разрядного промежутка, повышенном до нормального (примерно соответствующего сопротивлению до начала искрового разряда) благодаря потоку холодного газа из напорной камеры.
Полученное техническое решение эффективно разделяет задачи формирования условий для электрического разряда и обеспечения требуемых для эффективного гашения разрядной дуги параметров потока газа путем подбора соответствующей конфигурации напорной и/или разрядной камер. Благодаря этому обеспечивается возможность независимого усовершенствования процессов, протекающих в разряднике.
В показанных на фигурах вариантах осуществления напорные камеры расположены вдоль электродов. Благодаря этому удается не увеличивать или увеличивать несущественно габариты разрядника. В то же время возможны и другие конфигурации и расположения напорных камер при выполнении условия, указанного в формуле изобретения - напорная камера и выход из разрядной камеры должны быть разделены между собой и соединяться разрядным промежутком, то есть пространством между электродами. Именно в такой конфигурации в напорной камере может быть создано повышенное давление благодаря искровому разряду между электродами, а поток газа из напорной камеры может вытеснить газ между электродами, разогретый благодаря искровому разряду, через выход из напорной камеры наружу изоляционного тела.
В варианте расположения, показанном на фигурах, такому расположению может соответствовать нахождение выхода разрядной камеры наружу над линией, задаваемой электродами (например, их средней или другой линией), или горизонтальной плоскостью, проходящей через такую линию, а напорная камера может находиться под электродами (например, их средней или другой линией), или горизонтальной плоскостью, проходящей через такую линию. Однако положение разрядника не ограничивается показанным на фигурах и может быть другим, получаемым из показанного поворотами, наклонами и/или изгибами в необходимые для этого стороны или относительно требуемых осей поворота, наклона и/или изгиба.
Разрядник с напорными камерами, показанный на фиг. 1, затруднен в изготовлении ввиду того, что извлечение закладных элементов, формирующих напорные камеры 4 возможно только через вырезы в изоляционном теле 1, соединяющие напорные камеры и ближайшую к ним внешнюю поверхность изоляционного тела (на фиг. 1 это нижняя поверхность). Причиной этому является то, что напорная камера на фиг. 1 имеет большой размер, вследствие чего закладной элемент не может пройти через выход из разрядной камеры. Однако вырез в изоляционном теле после извлечения закладного элемента, необходимого для формирования напорной камеры, требуется закрывать слоем диэлектрика, что нетехнологично, а сам вырез, даже закрытый впоследствии диэлектриком, является ослаблением изоляционного тела. Кроме того, при мощных разрядах давление, создаваемое в напорных камерах, может выбить слой диэлектрика, закрывающий вырез.
На фиг. 2 показан другой вариант выполнения разрядника, в котором нет необходимости извлекать закладной элемент, формирующий напорную камеру. Напорные камеры 9 могут быть ограничены с помощью металлических элементов 6, по меньшей мере, частично охватывающих электроды 8. Указанные металлические элементы могут быть выполнены из листового металла или из объемных металлических кусков путем их резания, сверления, фрезерования и других известных из уровня техники операций. Кроме того, металлические элементы могут быть выполнены и путем литья или экструзии. Металлические элементы 6 могут быть изготовлены из меди, алюминия, стали и других металлов или их сплавов, а электроды 8 могут быть выполнены из вольфрама, стали или других металлов или их сплавов.
Наличие подобных металлических ограничителей (формирователей) 6 напорных камер 9 снижает необходимость обеспечения прочностных характеристик изоляционного тела в месте нахождения напорных камер, благодаря чему изоляционное тело может изготавливаться не только из твердых, жестких и/или прочных диэлектриков, но и из достаточно мягких, например, с использованием силиконовой резины, в том числе достаточно гибкой и мягкой.
Необходимость такого усиления может диктоваться тем, что, в отличие от разрядных камер 3, где газы под действием высокого давления выходят наружу и давление снижается (т.е. ограничено по величине), в напорных камерах давление газа может возрастать до весьма высоких величин, так как газ может выходить из напорной камеры только через разрядных промежуток в разрядную камеру, а во время начала и нарастания разряда газ из разрядного промежутка только поступает в напорную камеру, препятствуя его выходу. В связи с этим наличие металлических элементов 6 препятствует деформации изоляционного тела и механически усиливает конструкцию разрядника.
Кроме того, использование таких металлических элементов упрощает изготовление разрядника, поскольку нет необходимости извлекать закладные элементы из изоляционного тела, предназначенные для формирования полостей напорных камер при формировании изоляционного тела из полимеров путем заполнения соответствующих форм. Указанные металлические элементы одновременно ограничивают напорные камеры и представляют собой закладные элементы, которые не требуется извлекать.
Металлические элементы 6 могут, по меньшей мере, частично охватывать по два электрода, выступающих в соседние разрядные камеры, то есть служить и для электрического и механического соединения таких электродов. В том случае, если в соседние разрядные камеры выходит один и тот же электрод, металлический элемент может крепиться на нем или располагаться рядом с ним с целью обеспечения технологичности изготовления разрядника.
В частном варианте осуществления изобретения металлические элементы могут представлять собой трубки, охватывающие электроды и ограничивающие напорные камеры рядом с электродами в поперечном направлении трубки (другими словами, в диаметральной или поперечной продольной оси трубки плоскости). Такое техническое решение позволяет решить задачу формирования напорных камер, ограниченных металлическими элементами, достаточно простым образом. Напорные камеры могут быть ограничены в продольном направлении с помощью заглушек 7, как это показано на фиг. 2, пережатия трубок в поперечном направлении, например, в средней части 11 трубок 10 на фиг. 4 или на той части (продольной и/или поперечной) трубки, которая не охватывает электрод. Кроме того, такой результат может быть достигнут также путем соединения трубок с перекрывающим элементом, например, сваркой, пайкой, клеем или другими способами.
Для этого каждый из электродов разрядной камеры в виде стержней фиксируется с помощью своей металлической трубки, имеющей внутренний диаметр больше, чем диаметр (поперечный размер) электрода, путем обжатия трубки при введенном в нее электроде. Одновременно с этим, за счет превышения внутренним диаметром трубки диаметра электрода, рядом с электродом, преимущественно вдоль него, формируется напорная камера.
В зависимости от величины превышения внутренним диаметром трубки диаметра электрода сечение образованной напорной камеры может иметь различную форму. В частном варианте сечение трубки в месте крепления электрода может иметь форму, близкую к восьмерке (8), то есть диаметр обжимающей части трубки и напорной камеры могут быть близки или совпадать. Пример такого обжатия электрода 8 с образованием сечения трубки 6 или 10 с формой, близкой к восьмерке, можно увидеть на фиг. 3 и 5, соответственно.
Полученная таким образом напорная камера может быть заглушена на необходимом расстоянии от конца трубки или иметь выход в какой-либо объем, свободное пространство или соседнюю разрядную камеру (в последнем случае электроды соседних разрядных камер могут быть закреплены одной и той же трубкой). Кроме того, если электрод по длине трубки короче, чем напорная камера, последняя может иметь более широкое сечение в том месте, где электрод отсутствует (если используются достаточно короткие электроды, между которыми в разряднике может быть некоторое расстояние).
На фиг. 1 и 6 показаны отдельные напорные камеры 4 и 9, соответственно, то есть каждая разрядная камера соединена со своей отдельной напорной камерой. На фиг. 1 напорные камеры 4 отделены между собой участками диэлектрика (точнее, при выполнении напорных камер 4 участки изоляционного тела 1 между ними были оставлены на месте).
На фиг. 6 напорные камеры 9 реализованы с помощью трубок 10, размещенных в изоляционном теле 12, и отделены друг от друга (имеются ввиду напорные камеры, имеющие выходы в соседние разрядные камеры) путем выполнения металлических элементов в средней части 11 не пропускающими газ. Например, при выполнении металлических элементов из листового металла это может быть сделано путем их пережатия (заглушения) в частях 11 , ограничивающих напорные камеры 9 в продольном направлении. При срабатывании разрядника, показанного на фиг. 6, между соседними электродами 8 проходят разряды 13, которые за счет давления газа выносятся наружу из разрядных камер, а за счет напора газа из напорных камер 9 разряды 13 гасятся (разрываются).
На фиг. 7 и 8 показан другой вариант выполнения разрядника по настоящему изобретению. Изоляционное тело 21 разрядника преимущественно выполнено с использованием упругого диэлектрика, например, силиконовой резины или других полимеров. Применение упругого диэлектрика позволяет не только изгибать изоляционное тело и разрядник, но и обеспечивает возможность изготовления разрядника с напорными камерами в соответствии с этим вариантом выполнения разрядника.
В изоляционном теле размещены электроды 22 шарообразной формы. Они могут иметь и другую форму, например удлиненную или сплющенную, однако шарообразные электроды имеют преимущество в применении благодаря тому, что они дешевы в изготовлении и в качестве них могут использоваться шарики из подшипников, дробь или другие подобные металлические изделия.
Электроды 22 выходят в разрядные камеры, имеющие выходы 23 разрядных камер на поверхность изоляционного тела. Эти выходы могут быть выполнены одинакового или переменного сечения вдоль своей длины. Например, они могут расширяться или сужаться. Их сечение может быть круглым, овальным, квадратным, прямоугольным или любой другой подходящей формы.
В части изоляционного тела 21 , противоположной месту выполнения выходов
23 из разрядных камер, расположены напорные камеры 24. Размеры напорных камер 24 в направлениях вдоль соседних электродов 22, около которых расположены напорные камеры 24, то есть в горизонтальном направлении на фиг. 7, примерно одинаково с размером выходов 23 и расстоянию между электродами 21 в том же направлении. Это предусмотрено для того, чтобы закладной элемент, формирующий напорную камеру и называемый «дорн», мог быть вытащен из изоляционного тела.
В преимущественном варианте размер напорной камеры в направлении вдоль соседних электродов, около которых она расположена, меньше расстояния между соседними электродами в разрядной камере, с которой соединена напорная камера. Это желательно для того, чтобы дорн, используемый для формирования напорной камеры, после окончания формирования изоляционного тела, мог быть беспрепятственно вытащен. Однако даже если расстояние между электродами будет меньше поперечного размера дорна в той части, которая формирует напорные камеры (как это показано на фиг. 7), то дорн может быть вытащен из изоляционного тела за счет того, что изоляционное тело выполнено из упругого материала и электроды могут раздвинуться при извлечении дорна и, после извлечения, могут встать на место благодаря упругим свойствам материала, с использованием которого выполнено изоляционное тело.
Объем напорной камеры преимущественно должен быть не менее половины объема разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена. Это необходимо для того, чтобы в напорной камере было сжато количество газа, достаточное для выдувания горячего газа из пространства между электродами после того, как разрядная дуга выйдет из изоляционного тела.
Предпочтительно, чтобы объем напорной камеры преимущественно был больше объема разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена. Это возможно достичь удлинением напорной камеры, однако это будет увеличивать толщину изоляционного тела и возможно только до некоторой величины. Другим способом увеличения объема напорной камеры является увеличение ее размеров в поперечном направлении, то есть в плоскости, перпендикулярной направлению вдоль соседних электродов, около которых расположена напорная камера.
На фиг. 8 показано сечение разрядника на фиг. 7 в такой плоскости А-А. На фиг. 8 видно, что напорная камера 24 имеет поперечные размеры в этой плоскости в несколько раз больше ширины выхода 23 в этой же плоскости, а также своего размера в плоскости, перпендикулярной изображенной. Благодаря этому удается обеспечить увеличенный объем напорной камеры, который больше объема разрядной камеры и выхода, без увеличения толщины изоляционного тела (размера изоляционного тела 21 в вертикальном направлении на фиг. 7 и 8).
Поскольку размер напорной камеры по направлению вдоль соседних электродов преимущественно не больше расстояния между электродами, то размеры напорных камер в направлениях, перпендикулярных указанным направлениям вдоль соседних электродов, оказываются больше расстояний между соседними электродами в разрядных камерах. Таким образом, размеры напорных камер в направлениях вдоль соседних электродов, около которых расположены напорные камеры, меньше размеров напорных камер в направлениях, перпендикулярных указанным направлениям вдоль соседних электродов. Это основное отличие фиг. 7 и 8 от фиг. 1-6, которое обеспечивает возможность изготовления надежного разрядника с напорными камерами удобным и технологичным способом.
Необходимо отметить, что объем напорной камеры предпочтительно должен быть не более десяти объемов разрядных камер и выходов, с которыми они соединены, поскольку только при таком условии обеспечивается возможность создать давление, обеспечивающее достаточный для настоящего изобретения поток газа.
На фиг. 9 показано объемное изображение изоляционного тела 21 с расположенными внутри него электродами 22, выходами 23 и напорными камерами 24. Электроды 22 в виде шаров размещены в изоляционном теле 21 вдоль продольного измерения изоляционного тела, а между электродами 22 расположены разрядные камеры, которые, с одной стороны, переходят в выходы 23, а с другой стороной соединены с напорными камерами 24. Один из электродов (второй слева) в целях более наглядного представления расположения напорных камер показан «прозрачным», т.е. через него видно часть 26 напорной камеры 24, в то время как у сосдених напорных камер 26 часть, аналогичная части 26, не видна за «непрозрачными» электродами 22, а видна только часть 25. Благодаря части 26 напорной камеры, показанной в явном виде за «прозрачным» электродом, возможно более наглядно представить взаимное расположение электродов, напорных камер и выходов в изоляционном теле разрядника.
Видно, что благодаря поперечной ориентации напорной камеры относительно продольного направления разрядника (т.е. когда размеры напорных камер в направлениях вдоль соседних электродов, около которых расположены напорные камеры, меньше размеров напорных камер в направлениях, перпендикулярных указанным направлениям вдоль соседних электродов) в изоляционном теле удается разместить большее количество электродов и разрядных камер вдоль изоляционного тела (линии, проходящей через электроды). Это благоприятно сказывается на свойствах разрядника, т.к. снижается разрядное напряжение и напряжение гашения разряда в отдельных разрядных камера, в то время как разрядное напряжение всего разрядника может быть получено достаточно большим за счет последовательного включения разрядных камер. Таким образом, для обеспечения заданного разрядного напряжения разряднику в соответствии с настоящим изобретением требуется меньшая длина.
Изготавливать разрядник, показанный на фиг. 7-9, возможно следующим способом. Для реализации этого способа необходима форма (матрица), в которой возможно сформировать изоляционное тело разрядника требуемой формы, Кроме того, для осуществления способа также необходимы дорны, которые будут обеспечивать формирование в формируемом изоляционном теле напорных камер, разрядных камер и выходов разрядных камер на поверхность изоляционного тела - то есть один дорн будет обеспечивать выполнение сразу напорной камеры, разрядной камеры и выхода из разрядной камеры.
Пример такого дорна показан на фиг. 10. Дорн состоит из стержня 27, одним концом (на фиг. 10 - верхним) крепящийся к матрице, а другим концом соединенный с плоской частью 28. Плоская часть 28 необходима для формирования напорной камеры, а стержень 27 необходим для формирования разрядной камеры (примерно около (чуть выше на фиг. 10) места соединения частей 27 и 28) и выхода разрядной камеры наружу изоляционного тела. Плоская часть 28 преимущественно содержит наклонные плечи 29, которые обеспечат извлечение дорна из изготовленного изоляционного тела без вырывания кусков диэлектрика за счет того, что эти плечи будут сжимать изоляционное тело постепенно по мере его извлечения из изоляционного тела.
Способ содержит следующие этапы:
1) В форме размещают электроды и дорны. Дорны размещают между электродами. Это может быть выполнено так: в форму устанавливают дорны, а затем между ними размещают электроды.
2) Форму заполняют диэлектрическим материалом и отверждают его.
Диэлектрический материал в отвержденном виде должен быть упругим - это необходимо для того, чтобы в дальнейшем после извлечения дорнов изоляционное тело приняло ту форму, которую имело до извлечения дорнов.
3) Изоляционное тело извлекают из формы.
4) Из изоляционного тела извлекают дорны.
Операции 3) и 4) могут происходить одновременно или в обратной последовательности. Под отверждением диэлектрического материала понимается такое изменение физических свойств материала, при котором форма, заданной матрицей и дорнами, продолжает сохраняться после извлечения изоляционного тела из матрицы и удаления из него дорнов. Таким образом, отверждение не означает что изоляционное тело становится твердым или хрупким. Это означает, что оно становится не жидким и уже не может произвольно изменить свою форму. Например, в том случае, когда диэлектрический материал, используемый при изготовлении изоляционного тела, является полимерным, то под отверждением может пониматься полимеризация полимера, т.е. его сшивка длинными цепочками полимеров. Для отверждения изоляционного тела могут использоваться такие технологические процессы, как вулканизация, нагрев, химическое отверждение и т.п.
На фиг 11 показан вариант разрядника, в котором напорные камеры нескольких разрядных камер объединены в одну общую напорную камеру 30. Конструктивно разрядники на фиг. 1 и 11 совпадают за исключением напорных камер, поэтому описание разрядника на фиг. 1 также подходит и к разряднику на фиг. 11 (кроме напорной камеры 30). Разница между ними в том, что при последовательных разрядах между электродами 2 избыточное давление создается в одной напорной камере 30, и поскольку эта напорная камера соединена с выходами 3 через разрядные промежутки между электродами, и после выноса разрядных дуг 5 из разрядных камер наружу давление в напорной камере 30 создает потоки газа, которые выносят из разрядных камер высокотемпературный газ и гасят дуги 5.
Преимуществом конфигурации разрядника на фиг. 11 является то, что для выполнения напорной камеры для множества разрядных камер достаточно одного закладного элемента, который после изготовления изоляционного тела (отверждения диэлектрического материала) может быть извлечен из через торцевую поверхность, которая в дальнейшем может быть плотно и прочно закрыта (загерметизирована). Это также упрощает процесс изготовления разрядника.
Описанные конфигурации разрядника и/или разрядники, изготовленные в соответствии с вышеописанным способом, могут применяться как по отдельности, так и в составе других устройств и элементов электроустановок или линий электропередачи. Крайние электроды (первый и последний) разрядника могут выступать или выходить наружу изоляционного тела для того, чтобы на них поступало перенапряжение. Перенапряжение может поступать при непосредственном (прямом) контакте или через искровой промежуток. Кроме того, крайние электроды могут иметь форму, отличающуюся от формы электродов между ними (промежуточных). Они могут быть, например, иметь форму стержней (прямых или изогнутых) или других объемных деталей, в том числе сложной формы. Обязательным условием для них является то, что они должны образовывать с промежуточными электродами разрядные промежутки.
Разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться, например, в составе изолятора-разрядника, будучи размещенным, например, на изоляционном теле изолятора. Изолятор-разрядник содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды.
Такой изолятор-разрядник содержит разрядник по любому из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом. При этом предполагается, что разрядник установлен с обеспечением возможности развития разрядов в самом разряднике в разрядных камерах между соседними электродами между формированием электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
Разрядник также может устанавливаться вокруг (т.е. с огибанием) различных элементов электроустановок или линий электропередач, образуя тем самым экран для защиты от коронного разряда (corona ring, corona shield) - для этого огибающий разрядник может быть снабжен элементами крепления на огибаемом элементе электроустановки или линии электропередачи. Получаемый таким образом экран- разрядник содержит изоляционное тело, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания указанного или соседнего с ним элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран-разрядник также содержит разрядник по любому из вышеописанных вариантов, установленный на расстоянии от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи. Преимущественно разрядник отделен от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи воздушным зазором вдоль разрядника, через который могут проходить элементы крепления изоляционного тела.
В составе линий электропередач разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться как сам по себе, так и в составе вышеуказанных защитных элементов - изолятора-разрядника и/или экрана для защиты от коронного разряда. Линии электропередачи обычно содержат опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или, по меньшей мере, один экран- разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту.
Применение для защиты высоковольтной линии электропередачи или других видов электроустановок от грозовых перенапряжений разрядника в соответствии с настоящим изобретением самого по себе или в составе изоляторов-разрядников или экранов позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы электрооборудования и снизить затраты на их эксплуатацию.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Разрядник для защиты элементов электрооборудования или линии электропередачи от перенапряжений, содержащий изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и два или более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с обеспечением возможности формирования, под воздействием перенапряжения, электрического разряда между электродами, причем электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем электроды выходят, по меньшей мере, в одну разрядную камеру, имеющию выход на поверхность изоляционного тела, отличающийся тем, что разрядная камера снабжена одной или более напорных камер, соединенных с выходом из разрядной камеры через разрядный промежуток между электродами.
2. Разрядник по п. 1 , отличающийся тем, что содержит пять или более электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с обеспечением возможности формирования, под воздействием перенапряжения, электрического разряда между соседними электродами, причем электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем соседние электроды выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела
3. Разрядник по п. 2, отличающийся тем, что две или более разрядных камер снабжены одной или более напорных камер, соединенных с выходами из разрядных камер через разрядные промежутки между электродами.
4. Разрядник по п. 3, отличающийся тем, что напорные камеры нескольких разрядных камер объединены.
5. Разрядник по п. 1 или 3, отличающийся тем, что одна или более напорных камер ограничены с помощью металлических элементов, по меньшей мере, частично охватывающих электроды.
6. Разрядник по п. 5, отличающийся тем, что металлические элементы, по меньшей мере, частично охватывают по два электрода, выходящих в соседние разрядные камеры.
7. Разрядник по п. 5, отличающийся тем, что металлические элементы представляют собой трубки, охватывающие электроды и ограничивающие напорные камеры.
8. Разрядник по п. 7, отличающийся тем, что напорные камеры ограничены в продольном направлении с помощью заглушения трубок в части, расположенной между электродами.
9. Разрядник по п. 1 или 3, отличающийся тем, что одна или более напорных камер соединены с выходами из соответствующих разрядных камер двумя или более каналами.
10. Разрядник по п. 1 или 3, отличающийся тем, что размер одной или более напорных камер в направлении вдоль соседних электродов, около которых расположены напорные камеры, меньше размер той же напорной камеры в направлении, перпендикулярном указанному направлению вдоль соседних электродов.
11. Разрядник по п. 1 или 3, отличающийся тем, что размер одной или более напорных камер в направлении вдоль соседних электродов, около которых расположены напорные камеры, меньше расстояния между соседними электродами в разрядной камере.
12. Разрядник по п. 1 или 3, отличающийся тем, что размер одной или более напорных камер в направлении, перпендикулярном направлению вдоль соседних электродов, больше расстояния между соседними электродами в разрядной камеры.
13. Разрядник по п. 1 , отличающийся тем, что объем напорной камеры не меньше половины суммарного объема разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена.
14. Разрядник по п. 1 , отличающийся тем, что объем напорной камеры не больше десяти суммарных объемов разрядной камеры и выхода, с которыми она соединена.
15. Способ изготовления разрядника по любому из пунктов 1-14 с использованием формы, выполненной с возможностью формирования изоляционного тела разрядника, и одного или более дорнов, выполненных с возможностью формирования в формируемом изоляционном теле одной или более напорных камер, одной или более разрядных камер и выходов разрядных камер на поверхность изоляционного тела, содержащий следующие этапы:
- размещение в форме электродов и дорнов, причем дорны размещают между электродами;
- заполнение формы диэлектрическим материалом и его отверждение, причем диэлектрический материал в отвержденном виде является упругим;
- извлечение изоляционного тела из формы; - извлечение из изоляционного тела дорнов.
16. Изолятор-разрядник для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционный элемент и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что содержит разрядник по любому из пунктов 1-14 и/или разрядник, выполненный в соответствии со способом по пункту 15, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
17. Экран-разрядник, содержащий изоляционное и/или металлическое основание, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания указанного или соседнего с ним элемента электрооборудования или линии электропередачи, отличающийся тем, что содержит разрядник по любому из пунктов 1-14 и/или разрядник, выполненный в соответствии со способом по пункту 15, установленный на расстоянии от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи.
18. Линия электропередачи, содержащая опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один разрядник по любому из пунктов 1-14 и/или по меньшей мере, один разрядник, выполненный в соответствии со способом по пункту 15 и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по пункту 16 и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по пункту 17.
PCT/RU2017/000294 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами WO2018203771A1 (ru)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112019023233A BR112019023233A2 (pt) 2017-05-05 2017-05-05 limitador de tensão com câmaras de pressurização
CN201780090457.8A CN110731037B (zh) 2017-05-05 2017-05-05 具有增压室的避雷器
PE2019002291A PE20200058A1 (es) 2017-05-05 2017-05-05 Pararrayos con camaras de presurizacion
US16/610,842 US11469594B2 (en) 2017-05-05 2017-05-05 Arrester with pressurizing chambers
RU2019139631A RU2730085C1 (ru) 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами
KR1020197035580A KR102438557B1 (ko) 2017-05-05 2017-05-05 가압 챔버를 구비한 어레스터
PCT/RU2017/000294 WO2018203771A1 (ru) 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами
MYPI2019006449A MY196171A (en) 2017-05-05 2017-05-05 Arrester With Pressurizing Chambers
UAA201911578A UA124286C2 (ru) 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами
MX2019013155A MX2019013155A (es) 2017-05-05 2017-05-05 Pararrayos con cámaras de presurización.
ZA2019/07299A ZA201907299B (en) 2017-05-05 2019-11-04 Arrester with pressurizing chambers
CONC2019/0013685A CO2019013685A2 (es) 2017-05-05 2019-12-04 Pararrayos con cámaras de presurización

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000294 WO2018203771A1 (ru) 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018203771A1 true WO2018203771A1 (ru) 2018-11-08

Family

ID=64016931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000294 WO2018203771A1 (ru) 2017-05-05 2017-05-05 Разрядник с напорными камерами

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11469594B2 (ru)
KR (1) KR102438557B1 (ru)
CN (1) CN110731037B (ru)
BR (1) BR112019023233A2 (ru)
CO (1) CO2019013685A2 (ru)
MX (1) MX2019013155A (ru)
MY (1) MY196171A (ru)
PE (1) PE20200058A1 (ru)
RU (1) RU2730085C1 (ru)
UA (1) UA124286C2 (ru)
WO (1) WO2018203771A1 (ru)
ZA (1) ZA201907299B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109834912A (zh) * 2019-02-15 2019-06-04 武汉水院电气有限责任公司 用于生产多腔室间隙防雷装置的模具针

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010082861A1 (ru) * 2009-01-19 2010-07-22 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
RU151863U1 (ru) * 2014-05-19 2015-04-20 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Мультиэлектродный экран-разрядник
RU2548169C2 (ru) * 2013-06-10 2015-04-20 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Мультикамерный изолятор-разрядник и способ его изготовления

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0871965B1 (en) * 1995-11-17 2005-11-23 STREAMER,Electric Company,Inc. An electric power transmission line with protection devices against lightning overvoltages
AU775100B2 (en) * 1999-05-25 2004-07-15 Kyushu Electric Power Co., Inc. Creeping discharge lightning arrestor
FR2884365B1 (fr) 2005-04-08 2013-10-11 Renault Sas Bougie multi-etincelles a chambre ouverte
CN101779349B (zh) 2007-06-21 2013-05-29 埃普科斯股份有限公司 用于防雷电及过压保护的装置和模块
EP2276039B1 (en) * 2008-03-27 2019-07-17 AKTSIONERNOE OBSCHESTVO "NPO "Streamer" High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator
CN204391493U (zh) * 2014-12-12 2015-06-10 张国传 一种用于架空输配电线路的释雷装置
CN105938978A (zh) * 2016-06-01 2016-09-14 武汉大学 用于交流架空输电线路的多间隙避雷绝缘子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010082861A1 (ru) * 2009-01-19 2010-07-22 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
RU2548169C2 (ru) * 2013-06-10 2015-04-20 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Мультикамерный изолятор-разрядник и способ его изготовления
RU151863U1 (ru) * 2014-05-19 2015-04-20 Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" Мультиэлектродный экран-разрядник

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109834912A (zh) * 2019-02-15 2019-06-04 武汉水院电气有限责任公司 用于生产多腔室间隙防雷装置的模具针
CN109834912B (zh) * 2019-02-15 2024-04-05 武汉水院电气有限责任公司 用于生产多腔室间隙防雷装置的模具针

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200003865A (ko) 2020-01-10
UA124286C2 (ru) 2021-08-18
CO2019013685A2 (es) 2020-04-01
CN110731037B (zh) 2022-05-13
KR102438557B1 (ko) 2022-08-30
BR112019023233A2 (pt) 2020-05-19
MX2019013155A (es) 2020-08-03
US20200161855A1 (en) 2020-05-21
MY196171A (en) 2023-03-17
PE20200058A1 (es) 2020-01-15
CN110731037A (zh) 2020-01-24
ZA201907299B (en) 2021-01-27
RU2730085C1 (ru) 2020-08-17
US11469594B2 (en) 2022-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101343188B1 (ko) 피뢰기 및 피뢰기가 설치된 송전선
RU2346368C1 (ru) Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником
RU2537037C2 (ru) Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством
RU2470430C1 (ru) Мультикамерный разрядник, высоковольтный изолятор с мультикамерным разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор
WO2018203771A1 (ru) Разрядник с напорными камерами
RU2619765C1 (ru) Разрядник с напорными камерами
RU2510651C1 (ru) Разрядник с направляющими для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений и изолятор линии электропередачи, снабженный таким разрядником
RU2730173C1 (ru) Разрядник мультикамерный с выступающими электродами
CN115152109A (zh) 具有保护火花间隙的避雷器
RU2619909C1 (ru) Мультикамерный разрядник с общей напорной камерой
RU2666905C2 (ru) Разрядник с открытыми выходами из разрядных камер
RU2817898C2 (ru) Разрядник трубчатый
RU2667510C2 (ru) Разрядник с общими напорными камерами, разрядник-изолятор, экран-разрядник и линия электропередачи
RU2794217C1 (ru) Разрядник с электродами, имеющими отверстия
RU2809503C2 (ru) Способ изготовления ограничителя перенапряжений
RU2808757C2 (ru) Ограничитель перенапряжений
RU2783384C2 (ru) Разрядник с мультикамерными шайбами
CN107768048A (zh) 工频续流断弧装置
WO2023128838A1 (ru) Ограничитель перенапряжений
EA025691B1 (ru) Разрядник с полостями для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений, а также изолятор и линия электропередачи, снабженные таким разрядником
RU173089U1 (ru) Длинноискровой разрядник
EA044019B1 (ru) Разрядник с защитным искровым промежутком
RU50055U1 (ru) Токоотводящее устройство для грозозащиты электрооборудования и линия электропередачи, снабженная таким устройством
US1898882A (en) Lightning arrester
EA016980B1 (ru) Усиленный разрядник для защиты электрооборудования от грозовых перенапряжений и изолятор и линия электропередачи, снабженные таким разрядником

Legal Events

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

Ref document number: 17908330

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112019023233

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197035580

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112019023233

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20191105

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17908330

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1