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

Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к средствам грозозащиты электроустановок и может быть использована в грозозащитных разрядниках, высоковольтных изоляторах с функцией грозозащиты и на высоковольтных линиях электропередачи со средствами грозозащиты.
Уровень техники
Широкое применение на высоковольтных линиях электропередачи нашел высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционного ребристого тела и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции. Недостатком такого изолятора является то, что при грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между металлическими фланцами, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, которая может повредить изолятор.
k
K
В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, выполненных с возможностью формирования разряда (например, стримерного) между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, причем смежные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. Известный разрядник характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр D канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры (полости), площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S<D·g, где g - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.
В заявке WO2010082861 также отмечено, что длину камеры, задающую минимальное расстояние g между смежными электродами, целесообразно выбирать с учетом конкретного назначения разрядника, определяющего такие параметры его использования, как тип защищаемых конструкций, класс напряжения и др. Например, в разрядниках, предназначенных для защиты ВЛ среднего класса напряжения (6-35 кВ) от удара молнии значение g может лежать в интервале 1-5 мм. Если же разрядник должен использоваться для защиты ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения, то значение g должно составлять до 5-20 мм. В указанной заявке также отмечено, что промежуточные электроды целесообразно выполнять в виде пластин или цилиндров, например из металла, графита или углеволокна.
Недостатком представленного в заявке WO2010082861 решения является склонность электродов к разрушению поверхностей, на которых происходят разряды между электродами. Это связано с тем, что разряд осуществляется между одними и теми же точками поверхностей электродов на протяжение всего разряда. Так, например, для плоских электродов разряды будут происходить между верхними угловыми точками; у электродов в форме цилиндров разряды осуществляются между точками, расположенными на пересечении торцевых окружностей с цилиндрическими стенками в том месте, которое расположено ближе всего к выходу разрядной камеры, в которой расположены электроды; для электродов в форме круглых пластин будет наблюдаться такая же картина. Верхние точки электродов будут использованы для разряда в связи с тем, что разрядная дуга выдувается из разрядной камеры вверх вследствие повышения давления в разрядной камере при разряде.
В другой международной заявке WO2009120114 раскрыт высоковольтный изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Изолятор содержит мультиэлектродную систему (МЭС) из т (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС, причем МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора.
Недостатком такого изолятора является то, что в мультиэлектродной системе, входящей в состав изолятора, применяются электроды, разряд в которых также происходит между одними и теми же точками на поверхностях электродов на протяжении всей длительности разряда, что приводит к более быстрому износу электродов и, следовательно, снижению надежности и срока эксплуатации изолятора. Другим недостатком изолятора является склонность к слиянию отдельных разрядных дуг.
Раскрытие полезной модели
Предметом настоящей полезной модели является разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую, по меньшей мере, из пяти электродов, расположенных внутри изоляционного тела с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда в разрядных камерах. Разрядные камеры выполнены между смежными электродами с выходом на поверхность изоляционного тела. Отличие разрядника состоит в том, что, по меньшей мере, часть электродов имеет форму цилиндров, а их торцевые поверхности, по меньшей мере, частично - форму поверхности второго порядка.
Указанные поверхности второго порядка могут представлять собой любой из следующих вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, сферическая поверхность, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность.
Смежные электроды установлены в разрядных камерах предпочтительно таким образом, что минимальное расстояние между электродами находится на уровне дна разрядной камеры. В некоторых вариантах расстояние между смежными электродами может составлять 0,1-1 мм.
В некоторых вариантах изоляционное тело может быть выполнено из полимерного материала, например, из силикона. В то же время изоляционное тело может быть выполнено из твердого диэлектрика, которые в некоторых случаях выдерживают более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Изоляционное тело может быть выполнено в форме бруска, ленты или цилиндра. Изоляционное тело может быть выполнено в виде кольца, причем электроды установлены в секторе не более 350°.
Предметом полезной модели также является высоковольтный изолятор, содержащий, изоляционную часть и элементы арматуры. Его отличие состоит в том, что на изоляционной части установлен вышеописанный разрядник, а на элементах арматуры установлены отводы с возможностью формирования между ними под воздействием грозового перенапряжения электрического разряда, проходящего, по меньшей мере, через часть разрядных камер разрядника.
Предметом полезной модели также является высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры, на которых с помощью изолирующих подвесок закреплен по меньшей мере, один электрический провод. Линия отличается тем, что, по меньшей мере, одна из изолирующих подвесок содержит вышеописанный изолятор.
Применение в высоковольтной линии электропередачи изоляторов, содержащих вышеописанный разрядник, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии электропередачи.
Таким образом, техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике. Увеличение срока службы происходит за счет увеличения площади поверхности электродов, на которой осуществляется разряд грозового перенапряжения, а именно, и обеспечения того, что в разные моменты времени разряд происходит на разных местах поверхности электрода. Указанный результат позволяет увеличить надежность и упростить конструкцию разрядника, а также повысить надежность высоковольтного изолятора, в котором используется заявляемый разрядник, и высоковольтной линии электропередач, в которой используется заявляемый изолятор.
Также необходимо отметить такой технический результат, как снижение вероятности сливания отдельных разрядных дуг, исходящих из соседних разрядных камер, в одну разрядную дугу. Результат обеспечивается тем, что электроды выполнены в виде цилиндров, благодаря чему расстояние между разрядными камерами увеличено.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид разрядника в соответствии с полезной моделью.
На фиг.2 представлен продольный разрез разрядника по фиг.1.
На фиг.3 представлен высоковольтный изолятор с разрядником и отводами.
На фиг.4 представлена части линии электропередачи, в которой использованы изоляторы с разрядником.
Осуществление полезной модели
Разрядник содержит изоляционное тело 1, выполненное из диэлектрика, и мультиэлектродную систему, состоящую из пяти и более электродов 2, расположенных внутри изоляционного тела 1.
Электроды 2 расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между смежными электродами. Смежные электроды 2 выходят в разрядные камеры 3, выходящие на поверхность изоляционного тела 1.
Предполагается, что разрядник расположен таким образом, чтобы обеспечивать прохождение разряда перенапряжения, который происходит между первым и вторым элементами электрооборудования или линии электропередачи, через смежные электроды разрядника путем разряда перенапряжения от элементов оборудования или линии электропередачи на электроды разрядника. Перенапряжение от элементов оборудования или линии электропередачи предпочтительно передается на крайние электроды разрядника, однако также могут быть задействованы электроды, расположенные на всем протяжении разрядника.
В разряднике согласно настоящей полезной модели электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1 и, следовательно, отделены от его поверхности слоем изоляции. Смежные электроды 2 выходят в разрядные камеры 3, выходящие на поверхность изоляционного тела 1. В разряднике, показанном на фиг.2, электроды 2 выполнены в виде цилиндров. Торцевые поверхности электродов 2 выполнены в форме поверхности второго порядка, в данном случае в форме сферической поверхности. Поверхности второго порядка могут также представлять собой любой из следующих вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность. Благодаря такому исполнению в таких разрядных камерах 3 разрядные промежутки 4 между электродами 2 выполнены увеличивающимися в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам 5 разрядных камер 3 на поверхность изоляционного тела 1, а длина поверхности электрода 2 в направлении от минимального расстояния между электродами 2 к выходу из разрядной камеры 3 превышает минимальное расстояние между электродами 2 в три и более раз.
Такое выполнение разрядных камер обеспечивает формирование разряда с дугой, которая исходит из разных участков поверхностей электродов, поскольку при начале разряда, который начинается между смежными электродами в той части поверхностей электродов, которые имеют минимальное расстояние между электродами, в разрядной камеры происходит повышение давления, которое выталкивает разряд к выходу разрядной камеры на поверхность изоляционного тела. Поскольку разрядная дуга становится изогнутой и перемещается в сторону выхода разрядной камеры на поверхность изоляционного тела, то место на поверхности электродов, с которого исходит разрядная дуга, также перемещается по направлению от минимального расстояния между электродами к выходу из разрядной камеры. Увеличенное расстояние между теми местами на поверхностях электродов, с которых начинается дуга, обуславливает необходимость увеличения напряжения для поддержания дуги, которое обеспечивается импульсом грозового перенапряжения, который всегда начинается с малых значений и развивается до больших. При окончании импульса перенапряжения в разрядной камере происходят обратные процессы.
Таким образом, благодаря представленной конфигурации разрядника удается обеспечить меньший износ электродов, поскольку разрядная дуга начинается в месте с наименьшим расстоянием между электродами и перемещается по поверхности электрода по мере развития разряда. При окончании импульса перенапряжения дуга будет перемещаться в обратном направлении, к месту на поверхности электродов с минимальным расстоянием, поскольку при снижении напряжения будет образовываться меньшее давление, выталкивающее дугу из разрядной камеры, а сама дуга будет поддерживаться лишь при меньшем межэлектродном расстоянии.
В рассмотренном варианте ширина электрода (размер в направлении, перпендикулярном как направлению минимального расстояния между смежными электродами, так и направлению от минимального расстояния между электродами к выходу из разрядной камеры) превышает минимальное расстояние между электродами в три и более раз. Это обеспечивает дополнительное снижение износа электродов, поскольку поверхность, на которой развивается дуга, становится еще больше и начало дуги может быть распределено по этой поверхности.
В одном из вариантов выполнения разрядника, показанном на фиг.2, смежные электроды 2 установлены в разрядных камерах 3 предпочтительно таким образом, что минимальное расстояние между электродами 2 находится на уровне дна разрядной камеры 3. В некоторых вариантах расстояние между смежными электродами может составлять 0,1-1 мм, Благодаря такому малому расстоянию между электродами удается понизить напряжение разряда и разрядный ток, что позволяет в некоторых вариантах изоляционное тело выполнить из полимерного материала, например, из силикона. При использовании для изоляционного тела силикона оно может быть выполнено в виде ленты. В то же время изоляционное тело может быть выполнено из твердого диэлектрика, которые в некоторых случаях выдерживают более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Такие изоляционные тела могут быть выполнены в виде бруска или цилиндра.
Высоковольтный изолятор по полезной модели предназначен для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи показан на фиг.3. Он содержит арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов 6 и 7 арматуры, причем первый элемент 6 арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства 8, выполненного, например, в виде двух параллельных пластин с одним или более отверстий для заведения стержневых элементов, удерживающих провод, с высоковольтным проводом или со вторым элементом 7 арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент 7 арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом 6 арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды.
Отличительным признаком изолятора по полезной модели является то, что он содержит разрядник 9 в соответствии с любым из вышеописанных вариантов. Разрядник установлен на изоляторе с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом 6 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом разрядника 9, а также вторым элементом 7 арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом разрядника 9. На фиг.3 показано, что возможность формирования разрядов обеспечивается с помощью отводов 10 и 11, которые подводят электрическое напряжение от первого и второго элементов 6 и 7 арматуры к соответствующим электродам разрядника 9 на расстояние, при котором может быть сформирован разряд в случае появления перенапряжения в результате удара молнии. В показанном на фиг.3 варианте разрядник 9 может быть выполнен предпочтительно из силикона в виде кольца, охватывающего полную окружность ребра изоляционной части 12 изолятора, причем электроды 2 разрядника 9, показанного на фиг.3, должны быть установлены в секторе кольца, не превышающем 350°.. Выходы разрядных камер смотрят в сторону от изоляционной части. При таком расположении разрядника 9 на изоляционной части 12 выходы разрядных камер будут иметь слегка искаженную форму, что при экспериментальном подборе или расчете соотношения размеров разрядных камер и диаметра изоляционного тела не ухудшит свойства разрядника 9, поскольку расстояние между разрядными камерами разрядника 9 не уменьшается, а расстояние между электродами также может быть подобрано соответствующим. Отводы 10 и 11 установлены предпочтительно напротив крайних электродов разрядника 9.
Благодаря применению в составе изолятора разрядника вышеописанной конструкции, удается увеличить надежность работы изолятора в связи с тем, что в разряднике обеспечена большая долговечность электродов.
Высоковольтная линия электропередачи по полезной модели показана на фиг.4. Она содержит опоры 13, изоляторы, собранные в колонки или гирлянды 14, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким напряжением электрический провод 15, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов. Вместо гирлянд 14 изоляторов могут быть установлены одиночные изоляторы. В такой линии электропередачи каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой.
Отличительным признаком указанной высоковольтной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, представленный выше, то есть содержит изоляционную часть, установленный на ней разрядник в соответствии с любым из вышеописанных вариантов и арматуру, на элементах которой установлены отводы с возможностью формирования между ними, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда, проходящего, по меньшей мере, через часть разрядных камер разрядника..
Применение в высоковольтной линии электропередачи таких изоляторов с разрядником, позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы оборудования и снизить затраты на эксплуатацию линии.