ЭКРАН-РАЗРЯДНИК

Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к защитной арматуре, устанавливаемой на электрооборудовании, в частности, на изоляторах или гирляндах изоляторов, предназначенной для защиты от дуги и/или коронного разряда и/или для выравнивания распределения напряжения по изолятору или гирлянде изоляторов. Кроме того, предлагаемая полезная модель относится также к разрядникам для защиты электрооборудования от молниевых перенапряжений. С помощью таких устройств могут защищаться, например, высоковольтные установки, изоляторы и другие элементы высоковольтных линий электропередачи, а также электрооборудование.
Уровень техники
Известен, в частности, из патента US 6455782, экран, предназначенный для выравнивания распределения напряжения по гирлянде изоляторов или распределения напряженности электрического поля вдоль полимерных изоляторов. Такие экраны также обеспечивают возможность ограничения напряженности электрического поля в изоляционном стержне изолятора, на котором они установлены. Кроме того, экран позволяет защищать элементы электроустановки от коронных разрядов.
В то же время необходимо отметить, что указанный экран не решает задачи защиты электрооборудования, на котором установлен, от перенапряжений, вызванных, например, молниевыми разрядами.
Раскрытие полезной модели
Задачей, которую решает настоящая полезная модель, является создание надежного и обладающей невысокой стоимостью в производстве устройства, обеспечивающего улучшение распределения напряженности электрического поля около элементов электроустановок или линий электропередач, на которых он установлен, а также обеспечивающего защиту указанных элементов электрооборудования или линии электропередачи от молниевых перенапряжений. Другими словами, задачей полезной модели является обеспечение устройства, сочетающего в себе свойства разрядника и экрана.
Задача настоящей полезной модели решена с помощью экрана для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи, выполненный с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи и содержащий продолговатый проводник, выполненный с обеспечением возможности электрического контакта с указанным или соседнем с ним элементом электрооборудования или линии электропередачи и, по меньшей мере, частичного огибания указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран отличается тем, что содержит слой изоляции, по меньшей мере, частично покрывающий указанный продолговатый проводник, и, по меньшей мере, первый основной электрод, установленный поверх слоя изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое изоляции. Огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи продолговатым проводником преимущественно обеспечивается с зазором между проводником с нанесенным на него слоем изоляции, электродами и другими элементами, и элементом электрооборудования или линии электропередачи на участке огибания.
Экран преимущественно выполнен с возможностью огибания элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом в пределах угла до 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов включительно.
В предпочтительном варианте осуществления экрана разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником.
Экран в некоторых вариантах осуществления может содержать второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, в таком случае разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником или вторым основным электродом предпочтительно меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником.
В преимущественных вариантах осуществления экран содержит, по меньшей мере, один промежуточный электрод, установленный поверх слоя изоляции, причем длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом и первым основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником. При этом разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и промежуточным электродом преимущественно меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником. Между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера. Если на экране предусмотрено два или более промежуточных электрода, то между ними также могут быть выполнены разрядные камеры. В том случае, когда экран содержит второй основной электрод, установленный с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то разрядная камера может быть выполнена также и между промежуточным электродом и вторым основным электродом.
В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один промежуточный электрод может быть установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем если первый основной электрод также установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, то между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Если экран содержит второй основной электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то между промежуточным электродом и вторым основным электродом также может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Когда на экране установлены, по меньшей мере, частично в слое изоляции, по меньшей мере, два промежуточных электрода, то между смежными промежуточными электродами также могут быть выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции.
В некоторых вариантах осуществления экран может содержать средства крепления продолговатого проводника на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Указанные средства крепления преимущественно выполнены с обеспечением электрического соединения продолговатого проводника с элементом электрооборудования или линии электропередачи.
В предпочтительном варианте выполнения коэффициент жесткости изгиба экрана составляет не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м.
Задача настоящей полезной модели также решается с помощью линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один экран для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности элемента электрооборудования или линии электропередачи. Задача полезной модели решается благодаря тому, что экран выполнен по любому из вышеописанных вариантов.
В предпочтительном варианте осуществления экран установлен на изоляторе с помощью средства крепления, причем разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления и/или изолятором.
Достигаемым техническим результатом является снижение затрат на молниезащиту и повышение ее эффективности благодаря тому, что экран, применяемый для улучшения структуры электрического поля вокруг элементов электроустановок или линий электропередач, также обеспечивает защиту этих элементов от молниевых перенапряжений. Это позволяет отказаться от применения дополнительных устройств молниезащиты, а также удобным образом обеспечивать молниезащиту для элементов электроустановок, линий электропередач, электрических изоляторов или гирлянд изоляторов, поскольку экран-разрядник обладает возможностью установки практически на любом устройстве. Дополнительным техническим результатом является обеспечение устройства для молниезащиты, обладающего удобством установки на линиях электропередач или в электроустановках.
Кроме того, техническим результатом полезной модели является увеличение напряжения возникновения коронного разряда на поверхности экрана благодаря уменьшению напряженности электрического поля вследствие наличия слоя изоляции поверх металлического основания экрана. При этом значительно снижается уровень радиопомех от линии электропередачи. Также благодаря слою изоляции обеспечена возможность установки дополнительных промежуточных электродов, наличие которых также снижает напряжение начала коронного разряда ввиду более протяженного в пространстве распределения напряженности электрического поля (этот эффект усиливается при установке электродов на внешней поверхности экрана, удаленной от защищаемых элементов). Кроме того, благодаря комбинации экрана и разрядника удается уменьшить занимаемое этими элементами место, так как теперь одно устройство, а не два, выполняет функции экрана и разрядника.
Краткое описание чертежей
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления экрана в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления экрана в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 3 показан вариант осуществления экрана с промежуточными электродами.
На фиг. 4 показан вариант осуществления экрана с промежуточными электродами и разрядными камерами.
На фиг. 5 изображен вариант выполнения линии электропередачи с установленными на полимерном изоляторе экранами в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 6 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в исходном состоянии.
На фиг. 7 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в состоянии приложенного усилия изгиба.
Одинаковые позиции на чертежах обозначены одинаковыми указателями и при описании позиции с указателем по отношению к одному чертежу такое описание по отношению к другим фигурам может быть опущено.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления экрана в соответствии с настоящей полезной моделью. Экран для выравнивания напряженности электрического поля около (в окрестности) элемента электрооборудования или линии электропередачи представляет собой продолговатый проводник 1 с нанесенным на него слоем 2 изоляции. Указанный проводник может быть выполнен в различных формах, например, в виде монолитного металлического прутка (например, стального, алюминиевого, медного или из другого металла или сплава) предпочтительно круглого сечения, однако в некоторых вариантах осуществления может иметь отличающиеся от круглого сечения или состоять из нескольких жил. Также могут быть использованы ленточные или профилированные изделия в зависимости от условий применения. Признак «продолговатый» означает то, что длина указанного проводника значительно больше (в 4 и более раз) ширины и/или толщины. Вследствие продолговатости обычно возможно указать продольное направление, проходящее вдоль проводника (в частном варианте через его концы), то есть в наиболее длинном измерении.
Экран выполнен с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи. Это закрепление может обеспечиваться различными способами, например, путем закрепления слоя изоляции, если этот слой по своим механическим свойствам обеспечивает такое закрепление (то есть, например, является твердым и имеет выступы/углубления/отверстия для закрепления с помощью ответных крепежных компонентов или ответных частей элемента электрооборудования или линии электропередачи), или, например, закрепление экрана в целом путем зажима поверх изоляции. Кроме того, возможность закрепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи может обеспечиваться формой экрана в месте крепления, например, прямой, изогнутой, кольцеобразной, спиралевидной и т.п.
Продолговатый проводник, входящий в состав экрана, выполнен таким образом, чтобы был обеспечен электрический контакт с указанным элементом электрооборудования или линии электропередачи и, по меньшей мере, частичное огибание указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи при установке на него. Электрический контакт может обеспечиваться, например, дополнительным проводником, соединяющим продолговатый проводник и элемент электрооборудования или линии электропередачи, или контактом продолговатого проводника и указанного элемента. Для обеспечения возможности электрического контакта продолговаты проводник может иметь открытую поверхность (без слоя изоляции в этом месте) для непосредственного или через промежуточный элемент электрического контакта с элементом электрооборудования или линии электропередачи. Кроме того, для обеспечения возможности электрического контакта продолговатый проводник может иметь форму, способствующую установлению электрического контакта с указанными элементом электрооборудования или линии электропередачи или промежуточным элементом, например, прямую, изогнутую, кольцеобразную, спиралевидную и т.п., иметь выступы/углубления/отверстия и т.п. В том случае, если в месте обеспечения электрического контакта расположен слой изоляции, проводник может иметь форму, обеспечивающую возможность снятия слоя изоляции (предпочтительно простым и удобным способом) или проникновения через слой изоляции металлического объекта (то есть, например, прокалывания/прорезания слоя изоляции иглой/ножом и т.п.) для осуществления электрического контакта с продолговатым проводником в/под слоем изоляции - например, иметь прямую, изогнутую, кольцеобразную, спиралевидную и т.п. форму или иметь выступы/углубления/отверстия и т.п.
Продолговатый проводник, входящий в состав экрана, выполнен таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное огибание указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи при установке на него. Соответственно, по меньшей мере, часть продолговатого проводника (а значит, и экран в целом) может иметь форму окружности/круга/эллипса/тороида или представлять собой сектор окружности/круга/эллипса/тороида, при этом огибанием/охватыванием считается такая конфигурация, когда защищаемый элемент или линия, проходящая, например, вдоль защищаемого элемента, расположены внутри окружности/круга/эллипса/тороида или сектора окружности/круга/эллипса/тороида (предпочтительно в геометрическом центре). Кроме того, в зависимости от конфигурации электрооборудования (т.е. распределения электрического поля), по меньшей мере, часть продолговатого проводника (а значит, и экран в целом) может иметь форму параболы, гиперболы и любой другой кривой второго или более порядка необходимого размера.
В предпочтительном варианте продолговатый проводник выполнен с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи, в частности, в показанном на фиг. 1 варианте он содержит прямолинейные концы 3, которые могут быть использованы для закрепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Например, элемент электрооборудования или линии электропередачи может содержать средство крепления, которое фиксирует экран за концы 3. В других вариантах концы проводника могут иметь части, предназначенные для охвата элемента электрооборудования или линии электропередачи, или части, позволяющие фиксировать концы проводника друг относительно друга, обеспечивая, например, охват элемента электрооборудования или линии электропередачи с фиксацией за счет упругих сил. На фиг.2 показан вариант экрана, содержащего средства 7 крепления экрана на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Указанные средства 7 установлены на концах проводника 1 и позволяют с помощью болтового, винтового, зажимного или другого соединения обжимать элементами средства 7 элемент электрооборудования или линии электропередачи, тем самым фиксируя экран на этом элементе.
Желательно, чтобы экран обладал достаточной механической прочностью (жесткостью). Механическая прочность (жесткость) необходима для того, чтобы экран сохранял свою форму. Поскольку часть экрана, огибающая элемент электрооборудования или линии электропередачи, находится в подвешенном состоянии, при недостаточной механической прочности/жесткости эта часть будет опускаться по направлению к земле и, следовательно, экран не будет обладать возможностью создания (коррекции) необходимого распределения электрического поля, так как форма экрана будет отличаться от заданной и необходимой для создания требуемого распределения электрического поля. Прочность/жесткость экрана может быть обеспечена, например, за счет механических свойств продолговатого проводника и/или нанесенного на него слоя изоляции.
Указанная возможность механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи предусматривает обеспечение электрического контакта с указанным элементом электрооборудования или линии электропередачи для того, чтобы потенциал экрана был равен потенциалу элемента электрооборудования или линии электропередачи в целях корректирования напряженности электрического поля вокруг элемента электрооборудования или линии электропередачи. Электрический контакт предпочтительно обеспечивается тем, что концы 3 или средства крепления 7 не содержат изоляции и могут непосредственно контактировать с элементом электрооборудования или линии электропередачи, который, преимущественно, также выполнен из металла. Однако в некоторых вариантах концы проводника или средства крепления могут быть покрыты слоем изоляции при условии обеспечения возможности электрического контакта экрана с элементом электрооборудования или линии электропередачи, на котором он крепится. Электрический контакт может быть обеспечен путем выполнения части слоя изоляции, прилегающей к элементам электрооборудования или линии электропередачи, с достаточной для целей полезной модели степенью электропроводности, например, путем ввода в слой изоляции соответствующих увеличивающих проводимость диэлектрического материала добавок. В другом варианте крепежные элементы могут быть выполнены с возможностью локального прокалывания, разрезания или удаления слоя изоляции с последующим обеспечением электрического контакта.
Продолговатый проводник 1 выполнен с обеспечением возможности, по меньшей мере, частичного огибания (охватывания) элемента электрооборудования или линии электропередачи, на котором он будет устанавливаться, или линии, проходящей, например, вдоль указанного элемента электрооборудования или линии электропередачи. В оптимальном варианте экран имеет круглую форму, однако могут быть и другие конфигурации экрана, например, в виде сектора, эллипса и других форм. Огибание преимущественно осуществляется в плоскости, перпендикулярной продольному направлению продольного элемента электроустановки или линии электропередачи, однако вместо прямого угла между указанным направлением и плоскостью могут быть и другие углы (например, в пределах до 15, 30, 45, 60, 75, 80, 85 градусов или любой угол в диапазоне, например, от 30 до 90 градусов) или огибание может происходить не в плоскости, а быть криволинейным.
Часть окружности или телесного угла, в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи экраном, предпочтительно составляет не менее 180 градусов и может составлять угол до 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов (включительно) или любой диапазон, составленный с помощью указанных значений (например, 180-360 градусов или другой). Угол преимущественно определяется исходя из места крепления экрана или местоположения элемента электрооборудования или линии электропередачи, для корректировки распределения электрического поля вокруг которого экран предназначен. В том случае, когда экран образует плоскость, место начала угла может быть определено как пересечение этой плоскости с защищаемым элементом электрооборудования или линии электропередачи (его центральной точкой или осью) или как точка на плоскости, наиболее удаленная от всех участков экрана (в случае выполнения экрана в виде диска или окружности это будет центр диска или окружности). В некоторых вариантах применения часть окружности или телесного угла, в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи экраном, может составлять и менее 180 градусов в зависимости от электрического поля (например, его показателя напряженности), которое необходимо изменить, и может составлять до или более 30, 60, 90, 120, 150 или 180 градусов (включительно) или любой диапазон, составленный с помощью указанных значений (например, 30-180 градусов или другой).
В соответствии с полезной моделью экран содержит слой 2 изоляции, по меньшей мере, частично покрывающий продолговатый проводник 1. Покрытие может быть и полным при условии обеспечения, как уже указывалось, электрического контакта проводника с элементом электрооборудования или линии электропередачи, для корректировки напряженности электрического поля вокруг которого предназначен экран.
Поверх слоя 2 изоляции и/или, по меньшей мере, частично в слое 2 изоляции установлен, по меньшей мере, первый основной электрод 4 (или же с покрытием, например, частичным, установленного на слое 2 электрода 4 (или других электродов) дополнительным слоем изоляции). Слова «по меньшей мере, первый основной электрод» обозначает возможность размещения на экране второго основного электрода, как это будет описано далее, или других дополнительных основных электродов. Первый основной электрод 4 установлен таким образом, чтобы обеспечивать возможность передачи или получения разряда молниевого перенапряжения на или от других окружающих объектов (в одном из вариантов, от такого же экрана-разрядника, как это будет описано по отношению к фиг. 5). Для этого основной электрод 4 может быть установлен на слое 2 изоляции или в слое 2 изоляции таким образом, чтобы выступать из слоя 2 или иметь возможность соединения с электрическим проводником, подводящим или отводящим разряд молниевого перенапряжения.
На фиг. 1 также показан принцип работы экрана-разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью. При попадании через искровой разряд 5 на первый основной электрод 4 перенапряжения ввиду того, что первый основной электрод 4 отделен слоем 2 изоляции от продолговатого проводника 1, имеющего отличающийся потенциал, совпадающий с потенциалом элемента электрооборудования или линии электропередачи, по поверхности слоя 2 изоляции будет развиваться скользящий разряд 6, доходящий до того места, где у него есть возможность попасть на проводник 1 или элемент, с ним соединенный. В результате образуется канал разряда, по которому протекает разрядный ток, выравнивающий потенциалы проводника 1 и первого основного электрода 4. На фиг. 1 показано, что скользящий разряд 6 может развиваться до попадания на проводник 1, в частности, на конец 3 проводника, на котором нет изоляции.
В показанных на фигурах экранах-разрядниках огибание продолговатым проводником происходит в пределах угла примерно 340 градусов; однако ввиду того, что части продолговатого проводника, проходящие к центру окружности для обеспечения возможности закрепления, с учетом нанесенного на них слоя изоляции замыкают окружность (то есть прилегают друг к другу), то можно сказать, что в данном случае огибание осуществляется на 360 градусов (с учетом слоя изоляции).
В показанном на фиг. 2 экране применяется второй основной электрод 8, размещенный поверх слоя 2 изоляции и гальванически соединенный с проводником 1, например, с помощью соединительного проводника, проходящего через слой 2 изоляции. В таком варианте осуществления экрана-разрядника скользящий разряд будет развиваться по поверхности слоя 2 изоляции до встречи со вторым основным электродом 8, имеющим электрический потенциал, совпадающий с потенциалом проводника 1, а значит и элемента электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран. В том случае, если бы второй основной электрод 8 на фиг.2 отсутствовал, то скользящий разряд мог бы развиваться до окончания слоя 2 изоляции или до средства крепления 7. В некоторых случаях может предусматриваться соединение первого основного электрода 4 с каким-либо объектом среди окружающих объектов с помощью электрического проводника, и в таком случае разряд 5 может отсутствовать. Один или более электродов могут иметь выступы, предназначенные для уменьшения расстояния между электродами и/или объектами, с которыми осуществляется искровой разряд, для снижения разрядного напряжения и повышения вероятности осуществления разряда именно через те разрядные промежутки, которые образуют выступы.
Если перенапряжение от молниевого разряда оказывается на элементе электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран-разрядник, то вследствие того, что первый основной электрод 4, обладающий отличным потенциалом, отделен от проводника 1, принимающего потенциал элемента электрооборудования или линии электропередачи, с которым соединен, слоем 2 изоляции, сохраняет потенциал, отличающийся от молниевого, и по поверхности слоя 2 изоляции развивается скользящий разряд 6 обратной полярности, поскольку разность потенциалов между электродом 4 и проводником 1 достаточная для формирования скользящего разряда.
Для обеспечения возможности работы экрана в соответствии с полезной моделью в качестве разрядника, разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником. Разрядное напряжение через воздушный промежуток может быть определено следующим образом:
B
U≈500H,
где H - длина разрядного промежутка (зазора) в метрах;
B
U - разрядное напряжение, в кВ.
Разрядное напряжение скользящего разряда по слою диэлектрика (изоляции), покрывающему металлический проводник, может быть определено, например, по такой формуле:
CK
0
0,2
0,4
U=c·S·(b/(εε))
0
-12
где c - коэффициент, учитывающий форму слоя изоляции и металлического проводника, S - длина скользящего разряда, b - толщина слоя изоляции, ε - относительная диэлектрическая проницаемость слоя изоляции, а ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость, имеет значение 8,85·10 Ф/м.
Очевидно, что меняя толщину слоя изоляции и его относительную диэлектрическую проницаемость, возможно подобрать такое сочетание, когда разрядное напряжение для скользящего разряда будет меньше разрядного напряжения разряда через воздушный зазор, так как напряжение разряда для воздушного зазора имеет примерно линейную зависимость от его длины, а разрядное напряжения для скользящего разряда имеет гораздо меньшую зависимость от длины скользящего разряда, в частности в степени 0,2. Исходя из этого, возможно обеспечить условия, при которых разряд будет происходить по поверхности слоя изоляции вдоль экрана, а не напрямую к продолговатому проводнику или элементу электрооборудования или линии электропередачи, на котором установлен экран.
В соответствии с другим вариантом осуществления полезной модели, показанном на фиг. 3, экран дополнительно содержит несколько промежуточных электродов 9, установленных поверх слоя 2 изоляции, причем, как видно, длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом, ближайшим к первому основному электроду, и первым основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником. При этом разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и промежуточным электродом преимущественно должно быть меньше разрядного напряжения воздушного разряда между первым основным электродом и продолговатым проводником для того, чтобы разряд перенапряжения молниевого разряда проходил по поверхности слоя изоляции, а не напрямую через воздушный зазор.
Разряд с одного из промежуточных электродов (в том числе ближайшего или наиболее удаленного от первого основного электрода) на продолговатый проводник или любой соединенный с ним элемент может осуществляться и через воздушный промежуток, однако для целей настоящей полезной модели предпочтителен поверхностный разряд. В то же время необходимо понимать, что разряды между промежуточными электродами, а также между промежуточными и основными электродами, а также между промежуточным электродом и продолговатым проводником не обязательно должны быть поверхностными, они могут проходить, в том числе, и на некотором расстоянии от поверхности слоя изоляции, т.е. в воздухе. На фиг. 3 показано, что может наблюдаться комбинация видов разрядов, то есть между промежуточным электродом и первым основным электродом 4 и между самими промежуточными электродами 9 происходят разряды 10 на некотором расстоянии от поверхности, а между промежуточным электродом, ближайшим к средству 7 крепления, и продолговатым проводником 2 наблюдается разряд 11, проходящий по поверхности слоя 2 изоляции.
Как показано на фиг. 4, промежуточные электроды 12 могут быть установлены поверх слоя 2 изоляции с небольшим отступлением от слоя 2. При этом между промежуточными электродами 12 выполнены разрядные камеры, например, путем ввода концов электродов 12 в стаканы 14, выполненные из диэлектрика и содержащие дно и боковые стенки, образующие разрядные камеры, причем выходы из разрядных камер выполнены, предпочтительно, напротив доньев. Поскольку диэлектрические стаканы 14 крепятся к слою 2 изоляции своими донными частями, то разряды 13, происходящие в разрядных камерах внутри диэлектрических стаканов 14 между концами промежуточных электродов 12, выступающих в разрядные камеры, выходят из разрядных камер в сторону от продолговатого проводника 1 и, предпочтительно, в сторону от элементов, с которыми соединен проводник 1. В то же время выходы из одной или более разрядных камер могут быть направлены на проводник или элементы, с ним соединенные.
Между промежуточными электродами 12 и первым основным электродом 4 и вторым основным электродом 8 также могут быть выполнены разрядные камеры, например, также с использованием диэлектрических стаканов. Основные электроды могут выступать в разрядные камеры диэлектрических стаканов сами по себе или иметь отводы, которые могут быть предназначены для создания в качестве одного из электродов разрядных зазоров в разрядных камерах, отстоящих от основных электродов на некоторых расстояниях. На фиг. 4 показано, что второй основной электрод 8 имеет гальваническое соединение с проводником 1, однако в некоторых вариантах такое соединение может не предусматриваться и разряд перенапряжения с электрода 8 на проводник 1 или элементы, с ним соединенные, может происходить по поверхности слоя 2 изоляции или напрямую, через воздушный зазор.
В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один промежуточный электрод может быть установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, причем если первый основной электрод также установлен, по меньшей мере, частично в слое изоляции, то между промежуточным электродом и первым основным электродом может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Если экран содержит второй основной электрод, установленный, по меньшей мере, частично в слое изоляции с обеспечением электрического контакта с продолговатым проводником, то между промежуточным электродом и вторым основным электродом также может быть выполнена разрядная камера, выходящая на поверхность слоя изоляции. Когда на экране установлены, по меньшей мере, частично в слое изоляции, по меньшей мере, два промежуточных электрода, то между смежными промежуточными электродами также могут быть выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции. Разрядные камеры в таких случаях формируются в самом слое изоляции, а электроды выступают в них, образуя в них между собой разрядные зазоры. Выходы таких разрядных камер обычно представляют собой отверстия, соединяющие разрядные камеры и поверхность слоя изоляции.
На фиг. 5 показана линия электропередачи, содержащая опоры 18 с изоляторами 15, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод 19, связанный с изоляторами 15 посредством крепежных устройств, и два экрана 20 для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности изолятора 15, который представляет собой элемент линии электропередачи (также может применяться и для другого электрооборудования). Экраны 20 выполнены по одному из вышеописанных вариантов и благодаря этому также обеспечивают защиту линии электропередачи от молниевых перенапряжений. В некоторых вариантах для одного изолятора или другого элемента линии электропередачи или электрооборудования может быть установлен один экран или больше двух экранов.
При разряде молнии на проводе 19 через крепежные устройства перенапряжение попадает на нижний оконцеватель 17 изолятора 15. На оконцевателе 17 с помощью крепежного узла 7 установлен экран 20, выполненный с использованием продолговатого проводника с нанесенным на него слоем изоляции, поверх которого установлен первый основной электрод 4. Поскольку продолговатый проводник экрана и первый основной электрод разделены слоем изоляции, а продолговатый проводник имеет потенциал оконцевателя изолятора, на котором он установлен, между проводником и первым основным электродом наблюдается перенапряжение молниевого разряда, которое, в случае превышения напряжения пробоя, вызывает скользящий разряд 6 по поверхности слоя изоляции. Вследствие скользящего разряда потенциал основного электрода 4 нижнего экрана становится близок к потенциалу оконцевателя 17 и, соответственно, провода 19.
Ввиду того, что разность потенциалов между первыми основными электродами 4 верхнего и нижнего экранов 20, установленных на оконцевателях 16 и 17 изолятора 15, соответственно, теперь близка к перенапряжению молниевого разряда, то между электродами 4 происходит электрический воздушный разряд 5. В некоторых вариантах осуществления электроды 4 могут быть соединены между собой проводником или с помощью дополнительных электродов.
Далее, поскольку между первым основным электродом 4 и проводником верхнего экрана теперь также установилась разница потенциалов, близкая к перенапряжению, то по поверхности слоя изоляции верхнего экрана 20 также происходит скользящий разряд 6, попадающий на крепежный узел 7 и верхний оконцеватель 16 изолятора 15, имеющий соединение с заземленной опорой линии электропередачи. Ввиду того, что развитие разрядов и передача потенциала перенапряжения молниевого разряда происходит достаточно быстро, все указанные разряды могут существовать одновременно, благодаря чему заряд, полученный от молнии, уходит в землю. При переходе напряжения промышленной частоты через ноль дуга гаснет, и линия электропередачи восстанавливает свою работоспособность, а экраны готовы к отводу разряда следующего молниевого перенапряжения на землю.
Экран установлен на изоляторе с помощью средства крепления, которое может входить в состав экрана или быть элементом, размещенным на оконцевателе. Для обеспечения работоспособности указанной конструкции желательно обеспечить условие, при котором разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности слоя изоляции между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления меньше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между первым основным электродом и продолговатым проводником и/или средством крепления и/или изолятором.
Одной из характеристик, через которые возможно определить необходимые механические свойства экрана (в частности, продолговатого проводника и/или слоя изоляции), является жесткость изгиба. Она может быть определена, например, в соответствии со способом, для иллюстрации которого приведены фиг.6 и 7. Согласно этом способу часть экрана 20 в разогнутом прямолинейном виде (например, продолговатый проводник вместе с изоляцией) или заготовка для изготовления экрана в прямолинейном виде укладывается на два основания 21, расположенные друг от друга на расстоянии L, имеющем величину, например, от 10 до 20 толщин d экрана (например, толщин продолговатого проводника вместе с изоляцией), т.е. в показанном на фиг. 6 и 7 предпочтительном варианте, например, L=20d (ввиду того, что экран чаще всего имеет круглое сечение, толщина d может соответствовать диаметру экрана, измеряемому, например, по внешней поверхности слоя изоляции).
Далее в плоскости, расположенной примерно в середине (в предпочтительном варианте строго в середине) между двумя основаниями 21, на которые уложен экран 20, к экрану 20 сверху прикладывается деформатор 25, с помощью которого на экран 20 передается усилие F, направленное на прогиб h экрана 20 вниз (в данном случае направление определяется в соответствии со схемой измерения на фиг. 6 и 7, а не как при эксплуатации). В результате измерения величины усилия F и прогиба (изгиба) h возможно определить коэффициент жесткости изгиба k=F/h, где F - усилие, приложенное к диэлектрическому элементу, h - величина прогиба диэлектрического элемента.
В преимущественном варианте величину h прогиба диэлектрического элемента желательно измерять в нижней части 24 экрана 20 под местом приложения усилия F, т.к. в верхней части 23 экрана 20, в том месте, где с помощью деформатора 25 непосредственно прикладывается усилие F, может происходить деформация экрана 20 (например, слоя изоляции), не связанная с его прогибом, в том случае, когда экран (в частности, слой изоляции) выполнен с использованием деформируемых (например, эластичных или мягких) материалов, в то время как в нижней части 24 экрана 20 под местом приложения усилия F такой деформации не наблюдается, т.к. к ней не прикладывается усилие и перемещение поверхности нижней части 24 экрана под местом приложения усилия Р происходить только вследствие прогиба экрана 20.
В связи с возможностью деформации экрана 20, не связанной с изгибом, в том случае, когда экран выполнен с использованием деформируемых (например, эластичных или мягких) материалов, не только деформатором 25, но и основаниями 21, для предотвращения деформации нижней поверхности экрана 20 основаниями 21, которая может привести к искажению величины h прогиба, между экраном 20 и основаниями 21 могут быть расположены жесткие прокладки 22. Прокладки 22 могут быть плоскими или иметь форму желобов. Прокладки 22 позволяют распределить деформирующее усилие от оснований 21 на большую длину экрана 20 и, тем самым, снизить искажение измеряемой величины h прогиба экрана 20. Прокладки 22 предпочтительно могут свободно изменять свое угловое положение относительно оснований 21, в некоторых случаях прокладки 22 и основания 21 могут иметь шарнирное соединение. Считается, что прокладки 22, также как и основания 21, выполнены из слабо деформируемого материала (например, по отношению к диэлектрическому элементу).
В том случае, если при воздействии на экран происходит необратимая деформация (например, экран раскалывается или трескается), то можно считать, что экран является хрупким, не гибким и/или его коэффициент жесткости на изгиб без разрушения материала заведомо велик и экран не будет произвольно менять свою форму (без разрушения).
В предпочтительном варианте для предотвращения изменения формы экрана его минимальная жесткость изгиба (коэффициент жесткости изгиба) может иметь значение не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении экрана, формы и размеров экрана).
В настоящем описании слова «имеет», «содержит», «включает в себя» и т.п. применяются для указания на наличие указываемых признаков, элементов, компонентов действий, значений или т.п. и не предотвращают возможность наличия или добавления одного или более других признаков, элементов, компонентов, действий, значений и т.п.
Рассмотренные в данном описании варианты и модификации выполнения разрядника по полезной модели и изоляторов-разрядников, построенных с использованием таких разрядников, приведены лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой полезной модели.