Устройство защиты изолированных проводов и линейных изоляторов воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений

Полезная модель относится к области электроэнергетики и высоковольтной техники, в частности к устройствам защиты изолированных проводов и линейных изоляторов от атмосферных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи воздушной линии, или при прямых ударах молнии в провода воздушной линии.
Известно устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоящее из нелинейного ограничителя перенапряжений (аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус), рассчитанного на номинальный разрядный ток не более 5 кА для напряжений 6-20 к В и на номинальный разрядный ток не более 10 кА для напряжений 35 кВ и закрепленного на заземленной части опоры линии посредством крепежных элементов, закрепленного на нелинейном ограничителе перенапряжений по меньшей мере одного электрода, выполненного в виде стержня со сферической, конической, цилиндрической или выполненной крестообразной формы бобышкой на своем конце и по меньшей мере одного дополнительного электрода, расположенного на заданном расстоянии от первого электрода и закрепленного на проводе при помощи прокалывающего изоляцию зажима, или закрепленного на изоляторе, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме, причем для напряжений 6-20 кВ расстояние между упомянутыми электродами выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм (RU 2584824, H02G 7/00, опубл. 20.05.2016 г.).
При воздействии на провода индуктированных перенапряжений (вызванных грозовыми разрядами вблизи воздушной линии или при прямых ударах молнии в провода воздушной линии) искровой промежуток защитного устройства пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через нелинейный ограничитель перенапряжений за счет возврата сопротивления нелинейного ограничителя перенапряжений до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование электрической дуги в искровом промежутке невозможно, и электрическая дуга гаснет.
Однако, данное устройство имеет недостаток, который не связан с функционированием, но связан с конструктивом известного устройства. Несмотря на простоту конструктива устройство достаточно металлоемко в части, относящейся к размещению и закреплению нелинейного ограничителя перенапряжений на металлической полосе, которая закреплена на профильном уголковом элементе (закрепляемом на заземленной части опоры воздушной линии). При этом металлическая полоса на свободном конце (на котором монтируется нелинейный ограничитель перенапряжений) выполнена с отверстием, необходимым для укрепления нелинейного ограничителя перенапряжений. А для точной регулировки расстояния между электродами профильный уголковый элемент так же выполнен с рядом отверстий под болты, которыми этот элемент крепится на заземленной части опоры воздушной линии. В итоге получается сложная деталь с достаточным собственным весом, к которому добавляется вес нелинейного ограничителя перенапряжений. Считается, что такая конструкция держателя относится к категории сложной конструкции, так как полоса имеет разворот, не совпадающий с профилем уголкового элемента. Поэтому можно считать, что держатель выполнен из двух отдельных деталей: изогнутой полосы для нелинейного ограничителя перенапряжений и уголкового элемента для закрепления на нем сваркой этой полосы и прикрепления к заземленной части опоры воздушной линии. Так же конструкция перегружена болтовыми креплениями.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, который заключается в упрощении конструкции при сохранении ею функционального предназначения за счет использования элементов из стандартного металлического профиля.
Под упрощением конструкции понимается не уменьшение деталей в устройстве, а замена штампованных фасонных элементов на элементы из стандартного профиля и уменьшение количества болтовых креплений.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройств защиты изолированных проводов и линейных изоляторов воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, содержащем нелинейный ограничитель перенапряжений в виде смонтированной в корпусе одной колонки последовательно соединенных варисторов, закрепленный через изолирующую подвеску на заземленной части опоры воздушной линии посредством держателя, первый электрод, выполненный в виде металлического стержня с бобышкой на своем конце, и второй электрод, расположенный на расстоянии от первого электрода и выполненный в виде изогнутого металлического прута и закрепленный на изолированном проводе при помощи прокалывающего изоляцию зажима, первый электрод выполнен в виде отрезка металлического прута, концевой частью, несущей резьбу, ввернутого в корпус нелинейного ограничителя перенапряжений, а держатель выполнен в виде металлического уголка, прикрепляемого к заземленной части опоры воздушной линии, к которому приварен одним концом отрезок металлического прута, другим концом с резьбой ввинченный в корпус нелинейного ограничителя перенапряжений, при этом на конце первого электрода бобышка выполнена в виде отрезка металлического прута длиной не менее трех диаметров прута первого электрода, приваренного к пруту первого электрода перпендикулярно его продольной оси и поперечно ориентированного в вертикальном направлении отрезка металлического прута второго электрода.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид устройства защиты изолированных проводов и линейных изоляторов;
фиг. 2 - держатель нелинейного ограничителя перенапряжений в разобранном виде.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается новая конструкция устройства защиты изолированных проводов и линейных изоляторов воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений (грозовые разряды вблизи воздушной линии или прямые удары молнии в эти провода).
Устройство состоит из нелинейного ограничителя перенапряжений 1 (ОПН), представляющего собой защищенный аппарат в виде заключенной в отдельный корпус одной колонки последовательно соединенных варисторов. Защитная функция ОПН состоит в том, что при номинальной работе ОПН пропускает ничтожно малый ток - доли миллиампера. Если происходит импульсный скачек напряжения, сопротивление ограничителя мгновенно падает до единиц Ом, варисторы при этом переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения, преобразовывая энергию импульса в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. ОПН возвращается вновь в непроводящее состояние после окончания волны перенапряжения. ОПН может эффективно ограничивать высокочастотные скачки перенапряжения за счет мгновенного перехода в проводящее состояние. В корпусе ОПН находится полупроводниковый элемент, имеющий нелинейную величину сопротивления. Обычно в роли подобных элементов используются вилитовые диски. Их изготавливают из оксида цинка с добавлением определенных примесей. На концах дисков есть электрические выводы: один подводится к электрической сети, которую требуется защитить, а другой заземляется. Конструктивно торцевые части ОПН представляют собой металлические фланцы с центральными отверстиями с резьбой M10x10, которые являются электродами колонки последовательно соединенных варисторов.
ОПН прикреплен с помощью держателя 2 напрямую или через изолирующую подвеску 3 (фиг. 1) к заземленной части опор (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи. Держатель согласно настоящей полезной модели выполнен в виде металлического уголка 4, прикрепляемого к заземленной части опоры воздушной линии. Этот уголок 4 выполнен с рядом сквозных отверстий 5 под болтовые крепежные элементы 6, посредством которых затягивается хомут 7 или скоба, прижимающий уголок к ножке изолирующей подвески 3 или непосредственно к металлическому элементу заземленной части опоры (фиг. 1 и 2). Уголок изготавливается из металлического уголкового профиля.
К уголку приварен одним концом отрезок металлического прута 8, на другом конце которого выполнена резьба 9, посредством которой корпус ОПН со стороны одного металлического фланца (электрода) навинчивается на этот прут. При этом обеспечивается электрическая связь ОПН с заземленной частью воздушной опоры. Таким образом ОПН подвешивается относительно заземленной части опоры воздушной линии.
Со стороны другого металлического фланца (электрода) в ОПН навинчивается первый электрод 10 устройства, который выполнен в виде отрезка металлического прута с концевой частью, несущей резьбу 11 и вворачиваемой в корпус ОПН. Металлический прут электрода 10 на свободном конце выполнен с бобышкой 12. Бобышка 12 выполнена в виде отрезка металлического прута длиной не менее трех диаметров прута первого электрода. То есть концевая часть первого электрода с бобышкой выполнена Т-образной формы.
Второй электрод 13 расположен на расстоянии А от первого электрода и выполнен в виде изогнутого металлического прута, который закреплен на изолированном проводе 14 при помощи прокалывающего изоляцию зажима 15. Второй электрод на подвесе зажима 15 расположен ориентировано висящим вниз. Его высота выбирается таким образом, чтобы металлический прут второго электрода был напротив Т-образной части первого электрода. При этом образующий бобышку отрезок металлического прута приварен к несущему его пруту перпендикулярно продольной оси этого прута и поперечно ориентированного в вертикальном направлении отрезка металлического прута второго электрода. Таким образом, если под действием ветровой нагрузки первый электрод будет качаться относительно второго электрода в горизонтальном направлении, или наоборот (второй электрод будет качаться относительно первого электрода в горизонтальном направлении), то за счет развитой длины бобышки всегда будет сохраняться гарантированное расстояние А между электродами (от первого электрода для напряжений 6-20 кВ расстояние между электродами выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм). При этом такк же сохраняется воздушный зазор при колебаниях первого электрода в вертикальном направлении.
Применение стального уголка позволяет использовать тот же уголок, который используется для конструкции воздушных опор. В качестве прута используется проволока катанка - это горячекатаный материал круглого диаметра. Изделие изготавливается из стандартной углеродистой стали, соответствует нормам ГОСТ 30136 (95). Может использоваться арматура гладкая А1 катанка 12 мм, которая относится к рабочему типу прутьев. Сечение прутьев этого типа правильной круглой формы, без ребер, производится из углеродистой стали методом горячего катания. И уголок и катанка и пруты относятся к категории стандартизированных профилей широкого применения. В качестве прокалывающего изоляцию зажима можно использовать любые влагозащитные зажимы с зубьями, которые применяются для СИП.
При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи воздушной линии, или при прямых ударах молнии в провода воздушной линии искровой промежуток А защитного устройства пробивается и подсоединяет к проводу ОПН, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через нелинейный ограничитель перенапряжений за счет возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование электрической дуги в искровом промежутке невозможно, и электрическая дуга гаснет.