УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ, ЛИНЕЙНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ 6-35 кВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR PROTECTION OF INSULATED WIRES, LINEAR INSULATORS AND EQUIPMENT 6-35 kV OVERHEAD TRANSMISSION LINES AGAINST ATMOSPHERIC OVERVOLTAGE (VERSIONS)

Изобретение относится к области электроэнергетики и высоковольтной техники, в частности к устройствам защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ от атмосферных перенапряжений.
Известна линия электропередачи, включающая по меньшей мере одну заземленную опору, по меньшей мере, один силовой провод, закрепленный на этой опоре, по меньшей мере, один изолятор указанного силового провода от указанной опоры, а также средства защиты указанного изолятора от грозовых перенапряжений в виде, по меньшей мере, одного импульсного искрового разрядника с двумя основными электродами, при этом указанный импульсной искровой разрядник выполнен в виде разрядника с поверхностным разрядом, причем длина искрового перекрытия между двумя основными электродами разрядника больше, чем длина искрового перекрытия защищаемого изолятора, а напряжение срабатывания указанного разрядника ниже, чем разрядное напряжение защищаемого изолятора [1].
В данной линии электропередачи защитное устройство от грозовых перенапряжений характеризуется достаточно ограниченными функциональными возможностями, а именно: защищает только изоляторы линии и исключительно от грозовых перенапряжений, не срабатывая, например, от перекрытий, вызванных другими причинами (мокроразрядное перекрытие или перекрытие, обусловленное загрязненной поверхностью изолятора).
Известно также устройство грозозащиты воздушной линии электропередачи, содержащее опору с изолирующей траверсой, к которой прикреплен провод, и элемент грозозащиты; изолирующая траверса выполнена из одного поддерживающего изолятора, воспринимающего растягивающие нагрузки, и одного опорного изолятора, воспринимающего сжимающие нагрузки, к точке связи которых между собой прикреплен провод, при этом другим концом поддерживающий изолятор прикреплен к опоре выше места прикрепления к этой стойке другого конца опорного изолятора, а опорный изолятор представляет собой элемент грозозащиты, выполненный в виде ограничителя перенапряжений, снабженного устройством типа пиропатрона для выброса сигнального блинкера при выходе ограничителя перенапряжений из строя [4].
Указанное техническое решение обеспечивает определенную степень грозозащищености воздушных линий электропередачи с неизолированными проводами, не предусматривая ничего конкретного в отношении грозозащиты линий электропередачи с изолированными проводами и другого электроэнергетического оборудования 6-35 кВ. Тем не менее, линии с изолированными проводами требуют такой защиты от перенапряжений, так как при перенапряжении (например, грозовом) происходит перекрытие изолятора и, как следствие этого, пробой изоляции провода, при этом электрическая дуга горит в местах пробоя вплоть до момента отключения линии и нередко приводит к пережогу провода.
Заявитель ставил перед собой практическую задачу разработки универсального защитного устройства для изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, универсального в работе, то есть обеспечивающего высокую защищенность от перенапряжений любого электроэнергетического элемента класса напряжений 6-35 кВ, простого в конструктивном исполнении, надежного при длительной эксплуатации. Вышеуказанный положительный технический результат был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков заявляемого устройства для изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, представленной в нижеследующей формуле изобретения: «устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоящее из нелинейного ограничителя перенапряжений, рассчитанного на номинальный разрядный ток не более 5 кА для напряжений 6-20 кВ и на номинальный разрядный ток не более 10 кА для напряжений 35 кВ и размещенного на заземленной части опоры линии или соединенного с ней посредством крепежных элементов, закрепленного на нем, по меньшей мере, одного электрода в виде прямолинейного стержня со сферической или конической бобышкой на своем конце или электрода, выполненного в форме геометрической фигуры, и, по меньшей мере, одного дополнительного электрода, расположенного на заданном расстоянии от первого электрода и закрепленного на проводе при помощи, например, прокалывающего изоляцию зажима, или закрепленного на изоляторе, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме посредством крепежа, причем для напряжений 6-20 кВ расстояние между упомянутыми электродами выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм; упомянутый нелинейный ограничитель перенапряжений представляет собой аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус; нелинейный ограничитель перенапряжений соединен с опорой посредством линейной арматуры изолирующей подвески линии или арматуры изоляторов; вышеуказанные электроды расположены напротив друг друга; прокалывающий изоляцию зажим конструктивно выполнен заодно с изолятором; электроды, нелинейный ограничитель перенапряжений и/или прокалывающий изоляцию зажим полностью или частично закрыты кожухами; на прокалывающий изоляцию зажим установлен кожух; устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, состоящее из закрепленного на кронштейне опоры линии, по меньшей мере, одного электрода в виде прямолинейного стержня со сферической или конической бобышкой на своем конце или электрода, выполненного в форме геометрической фигуры, и, по меньшей мере, одного дополнительного электрода, расположенного на заданном расстоянии от первого электрода и закрепленного на проводе при помощи, например, прокалывающего изоляцию зажима, или закрепленного на изоляторе, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме посредством крепежа, причем для напряжений 6-20 кВ расстояние между упомянутыми электродами выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм; вышеуказанные электроды расположены напротив друг друга; прокалывающий изоляцию зажим конструктивно выполнен заодно с изолятором; электроды, и/или прокалывающий изоляцию зажим полностью или частично закрыты кожухами; на прокалывающий изоляцию зажим установлен кожух».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, выполненного согласно настоящему изобретению.
Предлагаемое устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений состоит из нелинейного ограничителя перенапряжений 1, представляющего собой защищенный аппарат в виде одной колонки последовательно соединенных варисторов. Нелинейный ограничитель перенапряжений 1 заключается в герметичный полимерный корпус и рассчитывается на номинальный разрядный ток не более 5 кА для напряжений 6-20 кВ и на номинальный разрядный ток не более 10 кА для напряжений 35 кВ. Он крепится с помощью крепежных элементов, например кронштейна 2 или специальной арматуры, (линейной арматуры изолирующей подвески линии или арматуры изоляторов) на заземленных частях опор (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи. Для примера, на фиг. 1 приведена конструкция нелинейного ограничителя перенапряжений 1 для наиболее распространенных опор воздушных линий 10 кВ со штыревыми изоляторами 3. Искровой промежуток при этом образован электродами 4 и 5; один электрод 4 закрепляется на верхнем фланце 6 нелинейного ограничителя перенапряжений 1, а второй электрод 5 закрепляется с помощью, например, прокалывающего изоляцию зажима 7 на проводе 8, или на изоляторе, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме посредством крепежа (не показано). Электрод 4 выполняется, например, в виде прямолинейного стержня со сферической или конической бобышкой на своем конце или в виде геометрической фигуры любой формы. Второй электрода 5 изогнутой формы располагается напротив первого электрода 4 на заданном расстоянии от него, причем для напряжений 6-20 кВ расстояние между электродами 4, 5 выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм.
Зажим 7 при закреплении его на изоляторе может быть выполнен заодно с ним (конструктивно интегрирован в изолятор).
Электроды 4, 5, нелинейный ограничитель перенапряжений 1 и/или зажим 7 могут полностью или частично закрываться кожухами (не показано).
Как вариант, заявляемое устройство защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений может быть выполнено без нелинейного ограничителя перенапряжения 1. В этом случае электрод 4 крепится на кронштейне 2 опоры линии, а второй электрод 5, так же как и в первом варианте, закрепляется на проводе 8 при помощи зажима 7, или на изоляторе 3, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме посредством крепежа и располагается на заданном расстоянии от первого электрода 4, при этом для напряжений 6-20 кВ расстояние между электродами 4, 5 выбирается из диапазона 3-100 мм, а для напряжения 35 кВ - из диапазона 101-140 мм.
Электроды 4, 5 располагаются напротив друг друга и могут быть полностью или частично закрыты, как и зажим 7, кожухами.
При установке на изолятор 3 зажим 7 конструктивно может выполняться заодно с изолятором.
Конструкция электродов 4, 5 и способ крепления предложенного защитного устройства позволяют сохранять величину искрового промежутка L постоянной в любых погодных условиях. При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи воздушной линии, или при прямых ударах молнии в провода воздушной линии искровой промежуток защитного устройства пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через нелинейный ограничитель перенапряжений за счет возврата сопротивления нелинейного ограничителя перенапряжений до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование электрической дуги в искровом промежутке невозможно, и электрическая дуга гаснет. Вышерассмотренный физический процесс имеет место и в варианте защитного устройства без нелинейного ограничителя перенапряжений (эффект защиты достигается в этом случае подбором оптимальной величины искрового промежутка L между электродами).
Данные защитные устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз. При необходимости защитные устройства могут устанавливаться на каждую опору по три штуки (по одному на каждую фазу). Такая установка рекомендуется при защите: воздушной линии электропередачи 6-35 кВ с пролетами более 80 метров, локальных объектов на воздушной линии электропередачи, воздушной линии электропередачи с аномально высокими сопротивлениями заземления опор, особо ответственных воздушных линий электропередачи и других.
Источники информации
[1]. Описание изобретения к патенту №2096882 «Линия электропередачи с импульсным грозовым разрядником», H02G 7/00, Н02Н 9/06, Н01Т 4/00, заявлено 17.11.1995, опубликовано 20.11.1997.
[2]. Описание изобретения к патенту №2400894 «Устройство грозозащиты для воздушной линии электропередачи (Варианты)», H02G 7/00, заявлено 30.10.2009, опубликовано 27.09.2010.
[3]. Описание изобретения к патенту №2400895 «Устройство грозозащиты для воздушной линии электропередачи (Варианты)», H02G 7/20, H02G 13/00, заявлено 30.10.2009, опубликовано 27.09.2010.
[4]. Описание изобретения к патенту №2414031 «Устройство грозозащиты для воздушной линии электропередачи (Варианты)», H02G 7/00, заявлено 30.10.2009, опубликовано 10.03.2011.
[5]. Описание изобретения к патенту №2100888 «Линия электропередачи с устройством защиты от грозовых перенапряжений», H02G 7/00, H02Н 9/06, H01Т 4/00, заявлено 30.09.1996, опубликовано 27.12.1997.
[6]. Описание изобретения к патенту №2133538 «Линия электропередачи с устройствами для защиты от грозовых перенапряжений (Варианты)», H02G 7/00, H01Т 4/00, заявлено 30.09.1996, опубликовано 20.07.1999.