РАЗРЯДНИК, ИЗОЛЯТОР С РАЗРЯДНИКОМ И ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ДАННЫЙ ИЗОЛЯТОР

Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к разрядникам высокого напряжения, изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или ошиновки электрических установок, а также линий электропередачи и электрических сетей. Полезная модель относится также к линиям электропередачи, использующим подобные изоляторы.
Уровень техники
Широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи нашел высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционной ребристой части и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции. Недостатком такого изолятора является то, что при грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между металлическими фланцами, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, которая может повредить изолятор.
k
к
В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO 2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционную часть, выполненную из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционной частью, 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 изоляционной части. Разрядник по полезной модели характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционной части и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр D канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционной части разрядные камеры (полости), площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S<D·g, где g - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.
В международной заявке WO 2009120114 раскрыт высоковольтный изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционную часть, арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. 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. Изолятор содержит мультиэлектродную систему (МЭС) из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционной частью и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС, причем МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора.
Усовершенствованием описанных технических решений является разрядник по патенту RU 111359 U1, выбранный в качестве прототипа. Электроды этого разрядника, входящие в состав МЭС, выполнены в виде цилиндров, торцевые поверхности которых имеют форму поверхностей второго порядка, например, в виде полусфер.
В ходе исследований разрядника-прототипа было выявлено, что в случае использования таких разрядников на изоляторах, предназначенных для эксплуатации на линиях электропередач с относительно невысокими рабочими напряжениями, наблюдалось ухудшение способности таких разрядников к гашению разряда после окончания импульса перенапряжения. Вследствие того, что разряд между электродами имеет большую длительность, происходит эрозия поверхностей электродов, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и скорому выходу разрядника из строя. Ввиду того, что для использования разрядника при относительно невысоких рабочих напряжениях разрядные промежутки между электродами МЭС с целью обеспечения возможности развития разряда при начале импульса перенапряжения должны быть малы, изменить расстояния между электродами в сторону увеличения, что обеспечило бы улучшение гасящей способности разрядника, не представляется возможным.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике путем улучшения способности разрядника к гашению разрядов после окончания импульса перенапряжения. Дополнительной задачей является повышение технологичности изготовления разрядника, а также увеличение надежности и срока эксплуатации разрядника и элементов электрооборудования и линий электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с полезной моделью.
Задача настоящей полезной модели решается с помощью разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую из пяти и более электродов, механически связанных с изоляционным телом. Электроды расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между смежными электродами. При этом электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды выходят в разрядные камеры, имеющие выходы на поверхность изоляционного тела. По меньшей мере, часть электродов выполнена в виде цилиндров, причем, по меньшей мере, часть торцевой поверхности каждого из указанных электродов выполнена в форме части поверхности второго порядка.
Отличительным признаком настоящей полезной модели является то, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления.
Развития полезной модели предусматривают, что:
- по меньшей мере, одно углубление занимает от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру;
- по меньшей мере, одно углубление имеет глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода;
- по меньшей мере, одно углубление выполнено под углом от 0 до 50 градусов к оси, соединяющей смежные электроды в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы разрядных камер на поверхность диэлектрика;
- по меньшей мере, одно углубление содержит электроотрицательный материал;
- поверхности второго порядка могут представлять собой цилиндрическую поверхность, коническую поверхность, поверхность вращения, сферическую поверхность, параболическую поверхность, гиперболическую поверхность или эллиптическую поверхность;
- изоляционное тело выполнено из твердого диэлектрика или из полимерного материала, например, из силикона;
- изоляционное тело выполнено в виде бруска, ленты или цилиндра;
- изоляционное тело выполнено в виде кольца, причем электроды установлены в секторе не более 350°.
Задачу настоящей полезной модели решает также изолятор, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, для крепления провода в электроустановке или на линии электропередачи. Такой изолятор содержит изоляционную часть 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 проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды.
Отличительным признаком изолятора является то, что он содержит разрядник в соответствии с любым 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.
Задача настоящей полезной модели решается также с помощью линии электропередачи, содержащей опоры, изоляторы и, по меньшей мере, один электрический провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры изоляторов, каждый из которых закреплен на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой.
Отличительным признаком указанной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный выше, то есть используется для крепления провода в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, содержит изоляционную часть 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 проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды. При этом изолятор содержит разрядник в соответствии с любым 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.
Применение в линии электропередачи изоляторов, содержащих вышеописанный разрядник, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии электропередачи.
Таким образом, техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике. Увеличение срока службы происходит за счет снижения междуэлектродной емкости в результате уменьшения площади поверхности электродов, на которой осуществляется разряд грозового перенапряжения, что приводит к улучшению способности разрядника к гашению разрядов после окончания импульса перенапряжения. Указанный результат позволяет увеличить надежность и срок эксплуатации разрядника, а также изолятора и линии электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с полезной моделью. В совокупности отмеченные преимущества снижают затраты на обслуживание и эксплуатацию линий электропередач и их электрооборудования. Кроме того, благодаря тому, что задача настоящей полезной модели решается за счет выполнения в электродах углублений, достигается высокая технологичность изготовления разрядника, поскольку способы выполнения углублений хорошо известны и широко применяются в уровне техники.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен разрядник в разрезе.
На фиг.2 представлен изолятор с установленным на нем разрядником по фиг 1.
На фиг.3 представлена часть линии электропередачи, в которой использованы изоляторы по фиг.2.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий
На фиг.1 показано изоляционное тело 1 и мультиэлектродная система, состоящая из m (m≥5) электродов 2, механически связанных с изоляционным телом 1. Смежные электроды выходят в разрядные камеры 3. Электроды 2 выполнены в виде цилиндров. На торцевых поверхностях электродов 2 выполнены углубления 4.
Электроды 2 расположены с обеспечением возможности формирования электрического разряда между смежными электродами, под воздействием грозового перенапряжения между элементами электрооборудования или линии электропередачи, защищаемыми разрядником.
В разряднике согласно настоящей полезной модели электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1 и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды 2 выходят в разрядные камеры 3, выходящие на поверхность изоляционного тела 1. Электроды 2 выполнены в виде цилиндров, причем торцевые поверхности каждого из указанных электродов 2 выполнены в форме поверхности второго порядка, в данном случае в форме сферической поверхности. Поверхности второго порядка могут также представлять собой любой из следующих вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность. Благодаря такому исполнению разрядные промежутки между электродами 2 в разрядных камерах 3 увеличиваются в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам разрядных камер 3 на поверхность изоляционного тела 1, а длина поверхности электрода 2 в направлении от минимального расстояния между электродами 2 к выходу из разрядной камеры 3 превышает минимальное расстояние между электродами 2 в три и более раз.
Такое выполнение разрядных камер обеспечивает формирование разряда с дугой, которая исходит из разных участков поверхностей электродов, поскольку при начале разряда, который начинается между смежными электродами в той части поверхностей электродов, которые имеют минимальное расстояние между электродами, в разрядной камеры происходит повышение давления, которое выталкивает разряд к выходу разрядной камеры на поверхность изоляционного тела. Поскольку разрядная дуга становится изогнутой и перемещается в сторону выхода разрядной камеры на поверхность изоляционного тела, то место на поверхности электродов, с которого исходит разрядная дуга, также перемещается по направлению от минимального расстояния между электродами к выходу из разрядной камеры. Увеличенное расстояние между теми местами на поверхностях электродов, с которых начинается дуга, обуславливает необходимость увеличения напряжения для поддержания дуги, которое обеспечивается импульсом грозового перенапряжения, начинающимся с малых значений напряжения и развивающимся до больших.
Отличительным признаком настоящей полезной модели является то, что на торцевых поверхностях электродов выполнены углубления 4.
Желательно, чтобы, по меньшей мере, одно углубление 4 занимало от 1 до 30% поверхности электрода, выступающей в разрядную камеру. В то же время предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно углубление 4 имело глубину не менее одного линейного размера углубления вдоль поверхности электрода. Удовлетворительный результат достигается тогда, когда, по меньшей мере, одно углубление 4 выполнено под углом от 0 до 50 градусов к оси, соединяющей смежные электроды 2 в плоскости, проходящей через указанную ось и выходы 5 разрядных камер 3 на поверхность диэлектрика. Наилучший результат может быть достигнут в том случае, когда указанный угол составляет 25 градусов. Дополнительно повысить дугогасительную способность разрядника возможно путем размещения, по меньшей мере, в одном углублении 4 электроотрицательного материала.
При окончании импульса перенапряжения в разрядной камере 3 происходят процессы, обратные процессу развития разряда. В то же время благодаря наличию в электродах 2 углублений 4 удается снизить междуэлектродную емкость, в результате чего напряжение разрыва дуги разряда после окончания импульса грозового перенапряжения повышается. Это свойство полезно для разрядников и изоляторов, снабженных такими разрядниками, применяемых на линиях электропередачи с относительно невысокими эксплуатационными напряжениями.
Таким образом, благодаря представленной конфигурации разрядника удается обеспечить меньший износ электродов, поскольку разрядная дуга разрывается практически сразу после окончания импульса перенапряжения (точнее говоря, в ближайший момент перехода напряжения через ноль).
Изоляционное тело 1 из силикона может быть выполнено в виде ленты. В то же время изоляционное тело может быть выполнено из твердого диэлектрика, который в некоторых случаях выдерживают более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Такие изоляционные тела могут быть выполнены в виде бруска или цилиндра.
Изолятор, показанный на фиг.2 и содержит изоляционную часть 5 и арматуру в виде установленных на его концах элементов 6 и 7 арматуры, причем первый элемент 6 арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства 8 (выполненного, например, в виде двух параллельных пластин с одним или более отверстий для заведения стержневых элементов, удерживающих провод), с проводом или с арматурой предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды. Второй элемент 7 арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом 6 арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды.
Изолятор на фиг.2 содержит разрядник 9, разрез которого показан на фиг.1, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом 6 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом разрядника 9, а также вторым элементом 7 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом 2 разрядника 9.
На фиг.2 показано, что возможность формирования разрядов обеспечивается с помощью подводов 10 и 11, которые подводят электрическое напряжение от первого и второго элементов 6 и 7 арматуры к разряднику 9 на расстояние, при котором может быть сформирован разряд в случае появления перенапряжения в результате удара молнии В изоляторе, показанном на фиг.2, разрядник 9 выполнен, например, из силикона в виде кольца, охватывающего полную окружность ребра изоляционной части 5, причем выходы разрядных камер смотрят в сторону от изоляционной части 5. При таком расположении разрядника 9 на изоляционной части 5 выходы разрядных камер 3 (см. фиг.1) будут иметь слегка искаженную форму, что при экспериментальном подборе или расчете соотношения размеров разрядных камер и диаметра изоляционной части не ухудшит свойства разрядника 9, поскольку расстояние между разрядными камерами разрядника 9 не уменьшается, а расстояние между электродами 2 также может быть подобрано соответствующим. Электроды 2 разрядника 9, показанные на фиг.1, должны быть установлены в секторе не более 350°. Подводы 10 и 11 установлены предпочтительно напротив крайних электродов 2 разрядника 9.
Благодаря применению в составе изолятора разрядника 9 вышеописанной конструкции, удается увеличить надежность работы изолятора в связи с тем, что в разряднике обеспечена большая долговечность электродов.
Линия электропередачи, показанная на фиг.3 содержит опоры 12, изоляторы, собранные в колонки или гирлянды 14, и электрический провод 15, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов. Вместо гирлянд 14 изоляторов могут быть установлены одиночные изоляторы. В такой линии электропередачи каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой.
Отличительным признаком указанной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный на фиг.2 и описанный выше.
Применение в линии электропередачи изоляторов, содержащих вышеописанный разрядник, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии.