МУЛЬТИКАМЕРНЫЙ РАЗРЯДНИК, ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗОЛЯТОР С МУЛЬТИКАМЕРНЫМ РАЗРЯДНИКОМ И ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ДАННЫЙ ИЗОЛЯТОР
MULTI-CHAMBER DISCHARGER, HIGH-VOLTAGE INSULATOR WITH MULTICHAMBER DISCHARGER AND HIGH-VOLTAGE POWER TRANSMISSION LINE USING SUCH INSULATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к разрядникам высокого напряжения, высоковольтным изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или ошиновки высоковольтных установок, а также высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей. Изобретение относится также к высоковольтным линиям электропередачи (ВЛ), использующим подобные изоляторы.
Уровень техники
Широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи нашел высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционной ребристой части 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 WO 2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционную часть, выполненную из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционной частью, 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 изоляционной части. Разрядник по заявке WO 2010082861 характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционной части 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 изоляционной части 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 зависимости от конкретного исполнения и от используемой технологии изготовления разрядные камеры разрядника по заявке WO 2010082861 могут выполняться в виде глухих или сквозных отверстий в изоляционной части. При этом эти отверстия могут иметь различную форму поперечного сечения (сечения плоскостью, перпендикулярной оси камеры), т.е. являться круглыми, прямоугольными, иметь вид щелей или иную форму, обеспечивающую выполнение разрядной камерой своих функций, которые будут подробно описаны далее. В частности, размеры поперечного сечения разрядной камеры могут быть непостоянными по ее длине (например, увеличивающимися по мере приближения к поверхности изоляционной части).
В заявке WO 2010082861 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 по изобретению должен использоваться для защиты ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения, то значение g должно составлять до 5-20 мм.
Недостатком рассмотренного разрядника является склонность к объединению отдельных факелов дуг сопровождающего тока, появляющихся в разрядных камерах между смежными электродами, в единый канал, в результате чего падает эффективность разрядника, поскольку из разрядной цепи исключаются промежуточные электроды и может образоваться силовая дуга, приводящая к короткому замыканию в электрооборудовании или линии электропередачи, в которых установлен разрядник.
В международной заявке WO 2009120114 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 изоляционную часть, разделяющую первый и второй элементы 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), по меньшей мере, из пяти электродов, механически связанных с изоляционной частью 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 мультиэлектродная система, входящая в состав изолятора, также допускает объединение отдельных разрядов, происходящих между смежными электродами, в единый канал, что негативно сказывается на электрооборудовании линии электропередач, в которой используется изолятор, и снижает срок эксплуатации самого изолятора.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является снижение вероятности объединения отдельных факелов дуг сопровождающего тока, появляющихся в разрядных камерах разрядника между смежными электродами под воздействием грозового перенапряжения, в единый канал. Дополнительной задачей является увеличение надежности и упрощение конструкции разрядника и элементов электрооборудования и линий электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с изобретением.
Задача настоящего изобретения решается с помощью разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащего изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую, по меньшей мере, из пяти электродов, механически связанных с изоляционным телом. Электроды расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между смежными электродами. В разряднике согласно настоящему изобретению электроды расположены внутри изоляционного тела и выходят в разрядные камеры, выходящие на его поверхность.
Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, по меньшей мере, несколько разрядных камер состоят из двух соединенных между собой частей, причем первые части разрядных камер, в которые выходят электроды, выполнены в виде отверстий в изоляционном теле, а вторые части разрядных камер, соединенные с первыми частями, выполнены в виде щелей, выходящих на поверхность изоляционного тела.
Отверстия в разрядных камерах могут быть выполнены прямоугольными или круглыми, причем в одном из вариантов первые части разрядных камер выполнены в виде сквозных отверстий в изоляционном теле, причем в дополнительном варианте вторые части разрядных камер в виде щелей расположены с обеих сторон сквозных отверстий.
Поперечные размеры отверстий и ширины щелей могут иметь значения в диапазоне 1-5 мм. Глубина отверстия может составлять от 3 до 15 мм, а глубина щели может составлять от 5 до 30 мм.
В одном из преимущественных вариантов выполнения разрядника электроды выступают в разрядные камеры. В некоторых вариантах расстояние между смежными электродами может составлять 0,1-1 мм.
В некоторых вариантах изоляционное тело выполнено из полимерного материала, например из силикона. В то же время изоляционное тело может быть выполнено из твердого диэлектрика, который в некоторых случаях выдерживает более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Изоляционное тело может быть выполнено в виде бруска, ленты или цилиндра. Изоляционное тело также может быть выполнено в виде кольца, причем электроды должны быть установлены в секторе не более 350°.
Задачу настоящего изобретения решает также высоковольтный изолятор для крепления в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Такой изолятор содержит изоляционную часть, разделяющую первый и второй элементы арматуры.
Отличительным признаком изолятора является то, что он содержит разрядник в соответствии с любым из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
Благодаря применению в составе изолятора разрядника с вышеописанной конструкцией удается увеличить надежность работы изолятора в связи с тем, что в разряднике предусмотрена защита от объединения отдельных разрядов в единый канал и обеспечена автоматическое гашение разрядных дуг после снятия перенапряжения. Введение такого разрядника в состав изолятора позволяет упростить конструкцию изолятора в целом.
Задача настоящего изобретения решается также в высоковольтной линии электропередачи, содержащей опоры, на которых с помощью изоляторов подвешены высоковольтные провода.
Отличительным признаком указанной высоковольтной линии электропередачи является то, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор с разрядником, описанный выше, то есть содержит изоляционную часть, разделяющую первый и второй элементы арматуры, и разрядник в соответствии с любым из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
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.
Таким образом, техническим результатом настоящего изобретения является снижение вероятности объединения отдельных дуг сопровождающего тока, появляющихся в разрядных камерах разрядника между смежными электродами под воздействием грозового перенапряжения, в единый канал за счет увеличения длины поверхности, которую должны преодолеть отдельные сопровождающие токи для объединения. Указанный результат позволяет увеличить надежность и упростить конструкцию разрядника, а также высоковольтного изолятора и высоковольтной линии электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с изобретением. Изолятор, содержащий подобный разрядник, имеет повышенную надежность работы. В совокупности отмеченные преимущества увеличивают срок службы и снижают затраты на обслуживание и эксплуатацию линий электропередач и их электрооборудования.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид разрядника с поперечным разрезом по сечению разрядной камеры.
На фиг.2 представлен продольный разрез разрядника.
На фиг.3 представлен вид разрядника сбоку.
На фиг.4 представлен изолятор с установленным на нем разрядником.
На фиг.5 представлен вид сверху изолятора с установленным на нем разрядником.
На фиг.6 представлена часть линии электропередачи, в которой использованы изоляторы с разрядниками в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Разрядник содержит изоляционное тело 1 и мультиэлектродную систему, состоящую, по меньшей мере, из пяти электродов 2, механически связанных с изоляционным телом 1. В некоторых вариантах электроды могут быть расположены между концами изоляционного тела, если таковые имеются.
Электроды 2 расположены с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между смежными электродами.
Предполагается, что разрядник расположен таким образом, чтобы обеспечивать прохождение разряда перенапряжения, который происходит между первым элементом электрооборудования или линии электропередачи и одним или более электродами разрядника, расположенными предпочтительно на одном из концов разрядника, между смежными электродами разрядника и между вторым элементом электрооборудования или линии электропередачи и одним или более электродами разрядника, расположенными предпочтительно на другом конце. Перенапряжение от элементов оборудования или линии электропередачи предпочтительно передается на электроды, расположенные на концах разрядника, однако также могут быть задействованы электроды, расположенные на всем протяжении разрядника. Электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1 и отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды 2 выходят в разрядные камеры 3, выходящие на поверхность изоляционного тела 1, то есть между смежными электродами 2 выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела 1 разрядные камеры 3.
Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, по меньшей мере, несколько разрядных камер 3 состоят из двух соединенных между собой частей, причем первые части разрядных камеры, в которые выходят электроды, выполнены в изоляционном теле в виде отверстий 4, а вторые части разрядных камер, соединенные с первыми частями, выполнены на поверхности изоляционного тела в виде щелей 5 (см. фиг.1 и 3).
Такое выполнение разрядных камер обеспечивает формирование разряда с увеличенной разрядной дугой, поскольку при начале разряда в части разрядной камеры в форме отверстия происходит повышение давления, которое выталкивает разряд ко второй части разрядной камеры, выполненной в виде щели. Щель обеспечивают доступ холодного неионизированного воздуха к разряду, что позволяет автоматически гасить сопровождающий ток разряда после снятия перенапряжения. В то же время изоляционное тело, расположенное над электродом между целями разрядных камер, в которые выступает электрод, предотвращает объединение отдельных разрядов в единый канал, которое происходит в том случае, если разрядная камера в виде отверстия выходит сразу на поверхность изоляционного тела.
Отверстия в разрядных камерах могут быть выполнены прямоугольными или круглыми, причем в одном из вариантов первые части разрядных камер выполнены в виде сквозных отверстий в изоляционном теле, причем в дополнительном варианте вторые части разрядных камер в виде щелей расположены с обеих сторон сквозных отверстий.
Поперечные размеры отверстий и ширина щелей могут иметь значения в диапазоне 1-5 мм. Глубина отверстия может составлять от 3 до 15 мм, а глубина щели может составлять от 5 до 30 мм.
В преимущественном варианте выполнения разрядника, как показано на фиг.2, электроды 2 выступают в разрядные камеры 3 и, соответственно, ширина разрядных камер 3 оказывается больше минимального расстояния между смежными электродами 2. Такая конфигурация электродов и разрядных камер обеспечивает лучшую вентиляцию разрядной камеры при сохранении заданного расстояния между электродами.
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, который в некоторых случаях выдерживает более сильные разряды, что позволяет устанавливать смежные электроды на большем расстоянии. Такие изоляционные тела могут быть выполнены в виде бруска или цилиндра.
Высоковольтный изолятор с разрядником показан на фиг.4, 5 и содержит изоляционную часть 13, разделяющую первый и второй элементы 6, 7 арматуры.
Отличительным признаком изолятора является то, что он содержит разрядник 9 в соответствии с любым из вышеописанных вариантов, установленный 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 арматуры 7 и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом разрядника 9. На фиг.4 показано, что возможность формирования разрядов обеспечивается с помощью подводов 10 и 11, которые подводят электрическое напряжение от первого и второго элементов 6 и 7 арматуры к разряднику 9 на расстояние, при котором может быть сформирован разряд в случае появления перенапряжения в результате удара молнии.
На фиг.5 показан частичный вид сверху изолятора с установленным на нем разрядником 9. В показанном варианте разрядник 9 выполнен предпочтительно из силикона в виде кольца, охватывающего полную окружность ребра изоляционной части 13, причем щели 5 разрядных камер смотрят в сторону от изоляционной части 13. При таком расположении разрядника 9 на изоляционной части 13 щели 5 будут иметь расширяющуюся по направлению от разрядной камеры форму, что не ухудшает свойства разрядника 9, поскольку расстояние между разрядными камерами разрядника 9 не уменьшается. Электроды разрядника 9, показанного на фиг.3, должны быть установлены в секторе не более 350°. Подводы 10 и 11 установлены предпочтительно напротив крайних электродов разрядника 9.
Благодаря применению в составе изолятора разрядника с вышеописанной конструкцией удается увеличить надежность работы изолятора в связи с тем, что в разряднике предусмотрена защита от объединения отдельных разрядов в единый канал и обеспечена автоматическое гашение разрядных дуг после снятия перенапряжения. Введение такого разрядника в состав изолятора позволяет упростить конструкцию изолятора в целом.
Высоковольтная линия электропередачи (см. фиг.6) содержит опоры 12, изоляторы 14 в виде гирлянд, с помощью которых на опоре 12 подвешены высоковольтные провода 15, связанные 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 и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем 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 разрядник в соответствии с любым из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.
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.