УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электроэнергетики и предназначена для защиты сетей высокого напряжения от грозовых перенапряжений, вызывающих перекрытие подвесной изоляции.
Известно устройство защиты от перенапряжений высоковольтных линий (патент FR №2825525, кл. Н01Т 1/16, H01Т 4/10, H01В 17/42, 17/46, 2002 г.), монтируемое на траверсе (пилоне) высоковольтной опоры и содержащее последовательное соединение внешнего искрового промежутка и нелинейного сопротивления в виде колонки варисторов в изоляционном корпусе, имеющем по торцам металлические фланцы, причем один из фланцев жестко соединен с устройством подвеса нелинейного сопротивления в виде промежуточной перекладины, которая в свою очередь жестко соединена с траверсой (пилоном). Ко второму фланцу шарнирно присоединен изолятор, на котором закреплен внешний искровой промежуток в виде рогового разрядника. Данное устройство защиты от перенапряжений принято за прототип.
Недостатком описанной конструкции является то, что разрядные характеристики рогового разрядника не стабильны, зависят от многих факторов, в числе которых, положение рогового разрядника относительно высоковольтного провода и поддерживающего провод подвесного изолятора. При различных отклонениях относительного положения рогового разрядника, особенно при качаниях и отклонениях высоковольтного провода под действием ветра при различных погодных условиях, меняется влияние электрических полей подвесного изолятора и высоковольтного провода на характеристики рогового разрядника, изменяя разрядное напряжение. К тому же, по своей физической природе роговые разрядники имеют достаточно большой разброс значений разрядного напряжения. Все это ухудшает защитные характеристики устройства защиты от перенапряжений, снижая надежность работы высоковольтной линии в грозовой период. Кроме того, жесткое крепление нелинейного сопротивления к промежуточной перекладине и траверсе (пилону) не позволяет по месту оптимизировать положение устройства защиты от перенапряжений при возможных применениях на высоковольтной линии различных типов подвесной изоляции, отличающихся как высотой подвеса, так и электрическими характеристиками (например, различные типы гирлянд изоляторов или полимерных подвесных изоляторов). Оптимальное решение в данном случае заключается в выборе (изменении) как высоты подвеса устройства защиты от перенапряжений, так и удаленности его расположения от подвесного изолятора, при которых взаимное влияние электрических полей подвесной изоляции, высоковольтного провода и внешнего искрового разрядника было бы минимальным и не изменяло бы существенно разрядных характеристик, как подвесного изолятора, так и внешнего искрового промежутка.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение разрядных характеристик внешнего искрового промежутка устройства защиты от перенапряжений высоковольтных линий путем минимизации возможных отклонений значений его разрядного напряжения, тем самым повышение надежности работы высоковольтной линии в грозовой период.
Технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от перенапряжений высоковольтных линий, монтируемом на траверсе высоковольтной опоры и содержащем последовательное соединение внешнего искрового промежутка и нелинейного сопротивления в виде колонки варисторов в изоляционном корпусе, имеющем по торцам металлические фланцы, причем один из фланцев соединен с устройством подвеса нелинейного сопротивления к траверсе, а ко второму фланцу присоединен внешний искровой промежуток, электроды внешнего искрового промежутка выполнены в виде двух тороидов, жестко смонтированных соосно один против другого на изоляторе с образованием фиксированного внешнего искрового промежутка, при этом один конец изолятора шарнирно соединен с фланцем нелинейного сопротивления, а второй конец изолятора соединен с высоковольтным проводом линии.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в устройстве защиты от перенапряжений высоковольтных линий, монтируемом на траверсе высоковольтной опоры и содержащем последовательное соединение внешнего искрового промежутка и нелинейного сопротивления в виде колонки варисторов в изоляционном корпусе, имеющем по торцам металлические фланцы, причем один из фланцев соединен с устройством подвеса нелинейного сопротивления к траверсе, а ко второму фланцу присоединен внешний искровой промежуток, электрод внешнего искрового промежутка, присоединяемый к фланцу нелинейного сопротивления, выполнен в виде дуги окружности с радиусом, равным разности высоты подвеса высоковольтного провода относительно траверсы и величины внешнего искрового промежутка, и расположен электрод внешнего искрового промежутка перпендикулярно высоковольтному проводу, а вторым электродом является высоковольтный провод линии.
Устройство подвеса нелинейного сопротивления к траверсе имеет узел регулировки его высотного положения, а крепление самого устройства подвеса к траверсе высоковольтной опоры выполнено разъемным с возможностью установки и регулировки его положения по месту.
Узел регулировки высотного положения выполнен в виде системы отверстий и пазов.
Крепление устройства подвеса к траверсе высоковольтной опоры выполнено с помощью хомутов.
Сущность полезной модели поясняется фигурами: на фиг.1 схематически изображена установка устройства защиты от перенапряжений с внешним искровым промежутком в виде тороидов на опоре промежуточной высоковольтной линии; на фиг.2 - установка устройства защиты от перенапряжений с внешним искровым промежутком в виде тороидов на угловой или анкерной опоре высоковольтной линии; на фиг.3 - установка устройства защиты от перенапряжений с электродом внешнего искрового промежутка в виде дуги окружности; на фиг.4 изображен вид по стрелке А на фиг.3; на фиг.5 - вид по стрелке Б на фиг.3; на фиг.6 изображено сечение В-В на фиг.3.
Устройство защиты от перенапряжений высоковольтной линии содержит последовательное соединение внешнего искрового промежутка L с нелинейным сопротивлением 1 в виде колонки варисторов в изоляционном корпусе, имеющем по торцам металлические фланцы 2 и 3. Фланец 2 соединен с устройством подвеса 4, а фланец 3 присоединен к внешнему искровому промежутку L. В устройстве защиты от перенапряжений высоковольтной линии (фиг.1) электроды внешнего искрового промежутка выполнены в виде тороидов 5 и 6 жестко смонтированных соосно один против другого на изоляторе 7 с образованием фиксированного внешнего искрового промежутка L. Тороид 5 электрически соединен с металлическим оконцевателем 8 изолятора 7, а оконцеватель 8 соединен с помощью шарнира 9 с фланцем 3 нелинейного сопротивления. Тороид 6 электрически соединен с металлическим оконцевателем 10 изолятора 7, а оконцеватель 10 соединен посредством арматуры 11 с высоковольтным проводом 12. Высоковольтный провод 12 подвешен к траверсе 13 высоковольтной опоры с помощью подвесного изолятора 14 (промежуточная опора). Шарнир 9 допускает качание изолятора 7 как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной плоскости, отслеживая пляску и качание высоковольтного провода 12 под воздействием ветра.
Кроме механических соединений элементы устройства защиты от перенапряжений соединены электрическими перемычками 15 и 16 для гарантированного обеспечения цепи разряда при грозовых перенапряжениях.
Для угловой или анкерной опоры, у которой обводящая высоковольтная перемычка (шлейф) поддерживается подвесным изолятором 17 (фиг.2), механическое соединение нелинейного сопротивления 1, изолятора 7 с внешним искровым промежутком, поддерживающего изолятора 17 и устройства подвеса 4 образуют замкнутую механическую систему, которая ограничивает качание шлейфа высоковольтного провода 12 под воздействием ветра.
Диаметр тороидов 5 и 6, параметры изолятора 7 для каждого класса напряжения высоковольтной линии рассчитываются исходя, во-первых, из обеспечения допустимой напряженности электрического поля для изоляции изолятора 7 при наибольшем рабочем напряжении высоковольтной линии, а, во вторых, исходя из гарантированного недопущения пути разряда: тороид 6 - часть длины изолятора 7 между тороидами - тороид 5 при максимально возможной степени загрязнения изоляции для данного региона эксплуатации высоковольтной линии. Разряд должен происходить только через искровой промежуток L между тороидами, и, как подтверждает опыт, диаметр тороида должен быть близок по величине к значению искрового промежутка L.
Внешний искровой промежуток L, образованный тороидами 5 и 6, жестко закрепленными на изоляторе 7, обладает более стабильными разрядными характеристиками чем роговый разрядник, и эти характеристики в меньшей степени подвержены влиянию окружающих электрических полей подвесного изолятора 14 и высоковольтного провода 12, в том числе, при их качаниях и колебаниях под воздействием ветра. Стабильность разрядных характеристик обеспечивается более равномерным электрическим полем между тороидальными электродами по сравнению с роговыми электродами, электрическое поле которых резко неоднородное. Из курса техники высоких напряжений (см., например, М.Бейер и др. «Техника высоких напряжений», перевод с немецкого, Москва, Энергоатомиздат, 1989) известно, что для однородного поля разрядное напряжение определяется зависимостью Пашена, которая хорошо согласуется с известными сегодня теориями пробоя, и является, в том числе, однозначной функцией расстояния между электродами. Для неоднородного поля разрядное напряжение зависит от многих факторов, в том числе, и от полярности напряжения. Стабильность разрядных характеристик при различных положениях внешнего искрового разрядника, образованного тороидами, подтверждена экспериментально при моделировании реальных условий подвеса устройства защиты от перенапряжений высоковольтных линий.
Для промежуточных опор высоковольтной линии может применяться более упрощенная конструкция устройства защиты от перенапряжений, представленная на фиг.3. Электрод 18 внешнего искрового промежутка присоединен к фланцу 3 (фиг.3 и 5) и выполнен в видев виде дуги окружности с радиусом, равным разности высоты подвеса провода 12 относительно траверсы 13 и величины внешнего искрового промежутка L. Вторым электродом является сам высоковольтный провод 12. Электрод в виде дуги окружности ориентируется в направлении перпендикулярном высоковольтному проводу 12, как показано на фиг.4.
Под воздействием ветра высоковольтный провод 12 совершает колебания с радиусом, равным высоте его подвеса к траверсе 13. Электрод 18 выполняется в виде дуги окружности с угловым размером, большим в 1,2÷1,5 раза максимального ожидаемого угла размаха колебаний высоковольтного провода 12. Таким образом, при колебаниях высоковольтного провода 12 величина внешнего искрового промежутка L остается постоянной, резких неоднородностей электрического поля вблизи электрода 18 не возникает, что в совокупности обеспечивает неизменность разрядных характеристик внешнего искрового промежутка.
Для возможности более точной настройки величины внешнего искрового промежутка L в процессе монтажа устройств защиты от перенапряжений при возможных относительно небольших отклонениях высоты подвеса высоковольтного провода, например, при применении других типов изоляторов в гирлянде подвесного изолятора 14 на участках (отпайках) высоковольтной линии, в том числе и применение полимерных подвесных изоляторов различного типа на разных участках высоковольтной линии, устройство подвеса нелинейного сопротивления выполнено из двух частей, соединяемых крепежным узлом 19.
Система отверстий 20 в крепежном узле 19 позволяет дискретно изменять величину внешнего искрового промежутка L путем переустановки в вертикальной плоскости относительного положения устройства подвеса 4 и балки 22, закрепляемой на траверсе 13 (фиг.6). Система пазов 21 в крепежном узле 19 и в устройстве подвеса 4 позволяет плавно отрегулировать величину внешнего искрового промежутка L. Возможное незначительное отклонение от вертикали нелинейного сопротивления 1 не влияет на разрядные характеристики внешнего искрового промежутка.
Разъемное крепление устройства подвеса нелинейного сопротивления к траверсе выполнено креплением балки 22 к траверсе 13 хомутами 23 (фиг.4 и 6) Данный способ крепления (разъемное крепление хомутами), во-первых, не требует применения специального оборудования и обеспечивает удобство монтажа устройства защиты от перенапряжений на траверсе, а во вторых, позволяет регулировать расстояние нелинейного сопротивления и внешнего искрового промежутка от подвесного изолятора 14 путем переустановки мест крепления балки 22 к траверсе 13. Целью регулировки является установление оптимального расстояния, минимизирующего взаимное влияние электрических полей подвесного изолятора и нелинейного сопротивления с внешним искровым промежутком. Отсутствие необходимости в специальном оборудовании при монтаже (например, сварочном или сверлильном) позволяет вести работы по установке устройств защиты от перенапряжений на уже смонтированных высоковольтных линиях в горных условиях, или болотистой местности, куда доступ транспортных спецсредств с оборудованием труднодоступен.
Все вышесказанное справедливо для установки и монтажа устройства защиты от перенапряжений высоковольтных линий, представленного на фиг.1.
Предлагаемые технические решения заявляемой полезной модели в совокупности улучшают разрядные характеристики внешнего искрового промежутка устройства защиты от перенапряжений, тем самым повышают надежность работы высоковольтной линии в грозовой период.