МУЛЬТИЭЛЕКТРОДНЫЙ 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
В международной заявке WO 2010082861 описан разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электрода, механически связанных с изоляционным телом, размещенных между основными электродами с возможностью формирования разряда между основными электродами и смежными с ними промежуточными электродами и между смежными промежуточными электродами
Указанный разрядник успешно выполняет роль защиты от молниевых разрядов, однако они не влияют существенным образом на выравнивание распределения напряжения по гирлянде изоляторов или распределения напряженности электрического поля вдоль полимерных изоляторов и, соответственно, не обеспечивает защиту элементов электроустановки или линии электропередачи от коронных разрядов.
Раскрытие полезной модели
Задачей, которую решает настоящая полезная модель, является создание надежного и обладающей невысокой стоимостью в производстве устройства, обеспечивающего защиту элементов электрооборудования или линии электропередачи от молниевых перенапряжений, а также обеспечивающего улучшение распределения напряженности электрического поля около указанных элементов электроустановок или линий электропередач, на которых он установлен,. Другими словами, задачей полезной модели является обеспечение устройства, сочетающего в себе свойства разрядника и экрана.
Задача настоящей полезной модели решается с помощью разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащего изоляционное тело, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания, по меньшей мере, одного элемента электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник также содержит два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электрода, механически связанных с изоляционным телом, размещенных между основными электродами вдоль изоляционного тела с возможностью формирования разряда между основными электродами и смежными с ними промежуточными электродами и между смежными промежуточными электродами. Огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом преимущественно обеспечивается с зазором между изоляционным телом, электродами и другими элементами разрядника, и элементом электрооборудования или линии электропередачи на участке огибания.
В различных вариантах часть окружности или сферы, в которых обеспечено огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом, составляет угол до 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330 или 360 градусов включительно.
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один основной электрод содержит отвод, отступающий или отходящий от поверхности изоляционного тела. Промежуточные электроды предпочтительно размещены с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль изоляционного тела. В предпочтительном варианте реализации разрядник содержит средства крепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи.
В некоторых вариантах осуществления могут быть предусмотрены разрядные камеры между промежуточными электродами и основными электродами и/или между промежуточными электродами. В других вариантах осуществления промежуточные электроды могут быть покрыты слоем изоляции, причем между смежными промежуточными электродами выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции. В таких случаях может предусматриваться, что основные электроды, по меньшей мере, также частично покрыты слоем изоляции, причем между промежуточными электродами и основными электродами выполнены разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции.
В преимущественном варианте выполнения разрядника коэффициент жесткости изгиба изоляционного тела 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 разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Отличительным признаком такой линии электропередачи является выполнение разрядника по любому из вышеописанных вариантов. Указанный разрядник может быть установлен на изоляторе с помощью средства крепления, причем разрядное напряжение между основными электродами и промежуточными электродами предпочтительно меньше разрядного напряжения между основными электродами и элементами электрооборудования или линии электропередачи.
Достигаемым техническим результатом является снижение затрат на обеспечение надежности функционирования электроустановок или линий электропередач вследствие того, что разрядник, обеспечивающий защиту элементов электроустановок или линий электропередач от молниевых перенапряжений, также улучшает структуру электрического поля вокруг этих элементов, то есть выполняет функции экрана. Это позволяет отказаться от применения дополнительных устройств, предназначенных для улучшения распределения напряженности электрического поля вокруг защищаемых от молниевых разрядов 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 тому, что электроды обычно устанавливаются на внешней поверхности экрана, удаленной от защищаемых элементов, что приводит к уменьшению напряженности электрического поля ввиду более протяженного в пространстве распределения напряженности электрического поля. В том случае, если в экране предусмотрен внутренний металлический продолговатый проводник, то это также снижает вероятность коронного разряда вследствие наличия слоя изоляции поверх металлического основания экрана. При этом значительно снижается уровень радиопомех от линии электропередачи. 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 разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 3 изображен вариант выполнения линии электропередачи с установленными на полимерном изоляторе экранами-разрядниками в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг. 4 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в исходном состоянии.
На фиг. 5 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 разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью. Разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи выполнен в виде экрана для выравнивания напряженности электрического поля около (в окрестности) элемента электрооборудования или линии электропередачи. Разрядник представляет собой изоляционное тело 2, выполненное с возможностью механического закрепления на указанном или соседнем с ним элементе электрооборудования или линии электропередачи с использованием, преимущественно, твердого диэлектрика. Закрепление может обеспечиваться различными способами, например, формой изоляционного тела в месте крепления, например, прямой, изогнутой, кольцеобразной, спиралевидной и т.п. Кроме того, изоляционное тело может иметь выступы/углубления/отверстия для закрепления с помощью ответных крепежных компонентов или ответных частей элемента электрооборудования или линии электропередачи. В частном варианте, в показанном на фиг. 1 варианте он содержит концы 1 с охватывающими частями 3, которые могут быть использованы для закрепления разрядника на элементе электрооборудования или линии электропередачи путем фиксации концов изоляционного тела друг относительно друга или обеспечивая, например, охват элемента электрооборудования или линии электропередачи с фиксацией за счет упругих сил. В других вариантах концы изоляционного тела могут быть прямолинейными, а элемент электрооборудования или линии электропередачи, например, может содержать средство крепления, которое фиксирует экран за концы 1.
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.
Изоляционное тело может содержать элемент жесткости, например, в виде жесткого стержня, расположенного в одном из вариантов вдоль изоляционного тела, например, внутри изоляционного тела. Элемент жесткости предназначен для обеспечения необходимых прочностных свойств экрана-разрядника, в частности, для сохранения формы экрана-разрядника и обеспечения необходимой жесткости изделия в целом. Указанный элемент жесткости может быть выполнен в виде диэлектрического, например, полимерного, элемента, обеспечивающего необходимое сопротивление деформации экрана-разрядника под действием силы тяжести в установленном состоянии, под действием усилий, прикладываемых другими элементами линии электропередачи (например, случайные касания проводов), при воздействии ветра и/или дождя, а также животных, птиц, людей или других факторов, таких как условия хранения или транспортировки, которые могут приводить к деформации экрана-разрядника. В других вариантах выполнения элемент жесткости может быть выполнен с использованием металла при условии обеспечении достаточной прочности и/или жесткости, а также при условии отсутствия электрического замыкания промежуточных электродов или, в предпочтительном варианте, при условии отсутствия электрического контакта элемента жесткости с промежуточными электродами.
В других вариантах осуществления изоляционное тело может содержать упругий элемент, например, в виде упругого стержня, расположенного в одном из вариантов вдоль изоляционного тела, например, внутри изоляционного тела. Упругий элемент предназначен для обеспечения упругих свойств экрана-разрядника, то есть способности восстанавливать свою форму после окончания действия сил, осуществивших деформацию экрана-разрядника. Упругий элемент также позволяет уменьшать деформацию и во время воздействия деформирующих сил. Упругий элемент может быть выполнен как с использованием диэлектрических материалов, например, полимеров, так и металлических материалов, при условии обеспечения упругости, необходимой для восстановления формы экрана-разрядника после прекращения деформирующего воздействия и/или снижения величины деформации во время деформирующего воздействия. В том случае, если упругий элемент выполнен с использованием металла, то должно обеспечиваться отсутствие электрического замыкания промежуточных электродов и, преимущественно, отсутствие электрического контакта упругого элемента с промежуточными электродами. В частном варианте осуществления изоляционное тело само по себе может обеспечивать необходимые прочностные и/или упругие свойства и/или необходимую жесткость.
На фиг. 2 показан вариант разрядника, содержащего средства 7 крепления разрядника на элементе электрооборудования или линии электропередачи. Указанные средства 7 установлены на стержневых элементах, введенных в концы изоляционного тела 2, 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. Такое простое крепление разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью обеспечивает удобное его размещение на элементе электроустановки или линии электропередачи.
Изоляционное тело 2 выполнено 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. Огибание преимущественно обеспечивается формой изоляционного тела и/или возможностью такого размещения на/около элемента электрооборудования или линии электропередачи, при которых указанный элемент электрооборудования или линии электропередачи окружен, по меньшей мере, в части окружности или телесного угла изоляционным телом. По меньшей мере, часть изоляционного тела (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 изоляционного тела (а значит, и экран в целом) может иметь форму параболы, гиперболы и любой другой кривой второго или более порядка необходимого размера.
Кроме того, в одном из вариантов, огибание предпочтительно осуществляется в плоскости, перпендикулярной основному направлению продольного элемента электроустановки или линии электропередачи, однако вместо прямого угла между указанными направлением и плоскостью могут быть и другие углы (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 (сферы), в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом, 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). Электроды на экране могут занимать меньший угол, чем изоляционное тело. В некоторых вариантах применения часть окружности или телесного угла, в которых происходит огибание элемента электрооборудования или линии электропередачи изоляционным телом, 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).
Считается, что обеспечивается такое огибание, когда между изоляционным телом и элементом электрооборудования или линии электропередачи предусмотрен воздушный зазор, то есть при установке разрядника на элементе электрооборудования или линии электропередачи огибающая часть изоляционного тела в отступает от указанного элемента на некоторое расстояние и не прилегает к элементу (естественно, что часть изоляционного тела, используемая для закрепления, будет прилегать к тому элементу, на котором крепится). В оптимальном варианте экран имеет круглую форму, однако могут быть и другие конфигурации экрана, например, в виде сектора, эллипса и других форм.
В соответствии с полезной моделью разрядник содержит два основных электрода 4 и 9, установленных на изоляционном теле 2 (то есть механически связанных с ним). Кроме того, разрядник содержит два или более промежуточных электрода 5, также установленных на изоляционном теле 2 между основными электродами 4 и 9. Предусмотрено, что между основными электродами и смежными с ними промежуточными электродами обеспечена возможность формирования электрического разряда, причем между соседними промежуточными электродами также обеспечена возможность формирования электрического разряда. Возможность электрического разряда обеспечивается, преимущественно, размещением электродов на расстоянии, достаточном для электрического пробоя такого разрядного зазора. Для обеспечения размещения промежуточных электродов между основными электродами на криволинейном или изогнутом изоляционном теле, как показано на фиг. 1, 2, промежуточные электроды могут размещаться со взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольного направления изоляционного тела.
Хотя основные электроды могут иметь плоскую или любую другую форму, в некоторых вариантах совпадающую с таковой для промежуточных электродов, один или более основных электродов могут содержать отвод (выступ), отступающий от поверхности изоляционного тела (то есть в сторону от изоляционного тела в каком-либо направлении, преимущественно в сторону или параллельно элементу электрооборудования или линии электропередачи, на котором устанавливается разрядник). Такой отвод предназначен для более удобного подвода/отвода перенапряжения к/от разрядника путем формирования разрядного промежутка, достаточного для пробоя, то есть путем 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. Кроме того, такой отвод может использоваться для соединения с защищаемыми или заземленными элементами с помощью проводников, например, проводов, кабелей, тросов и т.п.
Вследствие того, что на разряднике расположены электроды, выполненные в виде электрических проводников, такой разрядник начинает выполнять роль экрана, обеспечивающего улучшение структуры электрического поля вокруг элемента электроустановки или линии электропередачи, на которой установлен такой разрядник. Несмотря на то, что электроды, размещенные на изоляционном теле разрядника, не имеют электрического соединения, потенциал на них будет стремиться к потенциалу элемента электроустановки или линии электропередачи, на котором установлен разрядник, ввиду изменения потенциала на элементе электроустановки или линии электропередачи с промышленной частотой и достаточно сильной емкостной связи между этим элементом и электродами разрядника.
Вследствие того, что разрядник по настоящей полезной модели также выполняет функции экрана, то он может называться экран-разрядник или экран. Экран-разрядник становится более приспособленным для выполнения этой функции, если электроды являются протяженными, например, вдоль изоляционного тела. Кроме того, если изоляционное тело содержит внутри металлические стержни, то эти стержни вследствие с емкостной связью с электроустановкой или линией электропередачи также будут влиять на распределение электрического поля и разрядник будет выполнять функции экрана.
Поскольку электроды на изоляционном теле могут устанавливаться в произвольном расположении (при обеспечении возможности электрических разрядов между электродами под действием перенапряжения), это обеспечивает дополнительную степень свободы в улучшении структуры электрического поля вокруг элемента линии электропередачи или электроустановки, на котором или около которого установлен разрядник в соответствии с настоящей полезной моделью, то есть возможность изменять структуру электрического поля в больших пределах, разных формах, направлениях, частях и более точно.
На фиг. 1 также показан принцип работы экрана-разрядника в соответствии с настоящей полезной моделью. При попадании перенапряжения через искровой разряд на основной электрод 4, расположенный слева, между этим основным электродом и соседним с ним промежуточным электродом 5 появляется перенапряжение, которое пробивает воздушный зазор между этими электродами. Далее происходят пробои 6 воздушных зазоров между расположенными рядом промежуточными электродами 5 до тех пор, пока перенапряжение не дойдет до второго основного электрода 9, показанного на фиг. 1 справа, откуда оно может разрядиться на землю, заземленный элемент или элемент с отличающимся потенциалом, на другой разрядник и т.п. Кроме того, может быть предусмотрено соединение основных электродов с другими элементами электроустановок или линий электропередач, а также с другими разрядниками, с помощью электрических проводников.
Длина разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между промежуточным электродом, ближайшим к основному электроду, и основным электродом меньше длины разрядного промежутка по поверхности слоя изоляции между основным электродом и элементом электроустановки или линии электропередачи. При этом разрядное напряжение между основным электродом и промежуточным электродом преимущественно должно быть меньше разрядного напряжения воздушного разряда между основным электродом и элементом электроустановки или линии электропередачи для того, чтобы разряд перенапряжения молниевого разряда проходил по промежуточным электродам, а не напрямую через воздушный зазор на указанный элемент электроустановки или линии электропередачи.
В показанных на фигурах экранах-разрядниках огибание происходит в пределах угла примерно 330 градусов; однако ввиду того, что части изоляционного тела, проходящие к центру окружности для обеспечения возможности закрепления, замыкают окружность (то есть прилегают друг к другу), то можно сказать, что в данном случае огибание осуществляется на 360 градусов.
Как показано на фиг. 2, промежуточные электроды 12 могут быть установлены поверх изоляционного тела 2 с небольшим отступлением от него. 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 изоляционному телу 2 своими донными частями, то это обеспечивает механическую связь промежуточных электродов 12 с изоляционным телом 2. 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 изоляционного тела 2 и, предпочтительно, в сторону от элементов, с которыми соединен экран-разрядник. В то же время выходы из одной или более разрядных камер могут быть направлены на изоляционное тело или элементы, с ним соединенные или около него установленные.
Между промежуточными электродами 12 и первым основным электродом 4, показанным на фиг. 2 слева, и вторым основным электродом 9, показанным на фиг. 2 справа, и между самими промежуточными электродами 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 (как это показано на фиг. 2), которые могут быть предназначены для создания в качестве одного из электродов разрядных зазоров в разрядных камерах, отстоящих от основных электродов на некоторых расстояниях. В некоторых вариантах осуществления разряд с основного электрода может происходить на элемент электроустановки или линии электропередачи, на котором установлен экран-разрядник, или на металлические средства крепления 7, размещенные на одном или двух концах изоляционного тела и предпочтительно имеющие электрическое соединение с элементом электроустановки или линии электропередачи.
В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один промежуточный электрод и/или основной электрод может быть установлен в слое диэлектрика или быть покрыт, по меньшей мере, частично слоем изоляции. В таких случаях между электродами предусматриваются разрядные камеры, выходящие на поверхность слоя изоляции или изоляционного тела. Разрядные камеры в таких случаях формируются в самом слое изоляции или изоляционном теле, 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 или изоляционного тела.
На фиг. 3 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-разрядника 20 для выравнивания напряженности электрического поля в окрестности изолятора 15, который представляет собой элемент линии электропередачи (также может применяться и для другого электрооборудования). Экраны-разрядники 20 выполнены по одному из вышеописанных вариантов и благодаря этому также обеспечивают как защиту линии электропередачи от молниевых перенапряжений, так и улучшение структуры электрического поля в окрестности. В некоторых вариантах для одного изолятора или другого элемента линии электропередачи или электрооборудования может быть установлен один экран-разрядник или больше двух экранов-разрядников.
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-разрядник 20, выполненный в виде изоляционного тела, поверх которого установлены основной электрод 4, имеющий отвод, выступающий в сторону второго экрана-разрядника, и множество промежуточных электродов. Между промежуточным электродом крепежным узлом 7 происходит электрический разряд и далее под действием перенапряжения между промежуточными электродами на изоляционном теле происходят разряды 6, которые передают перенапряжение на основной электрод 4. Вследствие разрядов потенциал основного электрода 4 нижнего экрана-разрядника становится близок к потенциалу оконцевателя 17 и, соответственно, провода 19.
Ввиду того, что разность потенциалов между основными электродами 4 верхнего и нижнего экранов 20, установленных на оконцевателях 16 и 17 изолятора 15, соответственно, теперь близка к перенапряжению пробоя, то между электродами 4 происходит электрический воздушный разряд 8. 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 промежуточным электродом верхнего экрана теперь также установилась разница потенциалов, близкая к перенапряжению, то между ними и далее между промежуточными электродами проходят разряды 6, подводящие перенапряжение 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-разрядники готовы к отводу разряда следующего молниевого перенапряжения на землю.
Экран-разрядник 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 разряда между основным электродом и средством крепления или элементом электрооборудования или линии электропередачи больше разрядного напряжения разряда через воздушный промежуток между основным электродом и смежным промежуточным электродом.
Одной из характеристик, через которые возможно определить необходимые механические свойства экрана (в частности, изоляционного тела), является жесткость изгиба. Она может быть определена, например, в соответствии со способом, для иллюстрации которого приведены фиг. 4 и 5. Согласно этом способу часть экрана 20 в разогнутом прямолинейном виде (например, изоляционное тело с со стержнями внутри или без них, в зависимости от вида изоляционного тела), если экран может быть разогнут, заготовка для изготовления экрана в прямолинейном виде или экспериментальный образец, по структуре и материалу совпадающий с изоляционным телом экрана-разрядника и отличающийся только тем, что является прямолинейным (в том случае, если разгибание экрана или сгибание заготовки для экрана невозможны) 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. 4 и 5 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 F 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.