ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫЙ ИЗОЛЯТОРНОГО ТИПА

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для изоляции и защиты от перенапряжений высоковольтных линий электропередач.
Для крепления алюминиевых и сталеалюминиевых проводов к высоковольтным опорам на линиях электропередач широко применяются линейные полимерные изоляторы. Такие изоляторы содержат стеклопластиковый стержень, несущий механическую нагрузку от веса провода, металлические оконцеватели, предназначенные для крепления к опоре и проводам, защитную силиконовую или кремнийорганическую оболочку, нанесенную на стеклопластиковый стержень для обеспечения защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды (ГОСТ 28856-90 «Изоляторы линейные подвесные стержневые»).
Для защиты от перенапряжений электрооборудования в электрических сетях применяются различного вида ограничители перенапряжений (ОПН). На подстанциях устанавливаются ОПН опорного типа. Для защиты линейной изоляции на линиях электропередач применяются подвесные ОПН, устанавливаемые параллельно линейным изоляторам или прикрепленные к проводу одним концом вблизи изолятора, а заземленным концом к телу опору.
Наиболее перспективными могут быть конструкции ОПН, совмещающие в себе функции защитного аппарата и изолятора.
Известны конструкции ОПН, представляющие собой ограничитель перенапряжения, встроенный в корпус изолятора [см., например, WO 9307630, RU 2203514, Патент Франции 2174174, МПК Н01С 7/00]. Так, ограничитель перенапряжений по патенту РФ №2203514 от 24.08.1999 г. содержит изолятор, имеющий пластиковый корпус, внешнюю полимерную оболочку с ребрами, которая расположена на упомянутом корпусе, два электрода, которые расположены по концам упомянутого корпуса и, по меньшей мере, одну колонку варисторов, размещенную между упомянутыми электродами в упомянутом корпусе. Оболочка выполнена из слоя высокомолекулярного силоксанового каучука с инертным наполнителем и, по меньшей мере, одного наружного сплошного слоя из низкомолекулярного силоксанового каучука.
Однако подобная конструкция технологически трудоемка при производстве. Нанесение двухслойного защитного покрытия требует двухэтапного технологического цикла. При этом на корпус и первый слой силоксанового каучука с инертным наполнителем должны быть нанесены адгезивы для лучшей адгезии (склейки поверхностей) и выдержаны при определенной температуре и времени. В настоящее время изготовление защитной оболочки для корпуса ОПН происходит в виде одного защитного слоя на основе силиконовой или кремнийорганической резины, которые соответствует требованиям ГОСТ Р 52082-2003 «Изоляторы полимерные опорные наружной установки на напряжение 6-220 кВ. Общие технические условия» в части требований по трекингоэрозийонной стойкости, адгезии оболочки к поверхности стеклопластикового корпуса и влагопроницаемости.
Известны конструкции ограничителей перенапряжений изоляторного типа (патент RU 2259609 от 20.04.2004 г.). Этот ограничитель перенапряжений также содержит корпус изолятора, выполненный из полимерного материала, два электрода, установленные по концам указанного корпуса, колонку варисторов, размещенную между электродами внутри указанного корпуса. Отличием данного изобретения является установка колонки варисторов внутри корпуса с образованием зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов, при этом варисторы в колонке объединены в отдельные модули, каждый из концевых модулей с соответствующим электродом и модули друг с другом электрически и механически соединены с помощью шаровых шарниров, выполненных из токопроводящего материала.
Данная конструкция обладает рядом недостатков. В конструкции предусмотрен воздушный зазор между цилиндрической варисторной сборкой и стенкой корпуса изолятора. На изоляционные конструкции разъединителя при токах к.з. воздействуют на порядок большие изгибающие нагрузки, чем на отдельно стоящий ОПН (ГОСТ Р 52726-2007 «Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия»). Воздушный зазор необходим, чтобы избежать боковых нагрузок на варисторы при изгибе изолятора, что приводит к увеличению внутреннего и наружного диаметра изолятора, к увеличению габаритных и присоединительных размеров и затрудняет использование данной конструкции в существующих конструкциях разъединителей. Наличие воздуха в изоляционной конструкции снижает теплоотвод от варисторов при протекании через них токов, а также может привести к конденсации атмосферной влаги при смене температур на внутренней части изолятора и, соответственно, ухудшению его изоляционных свойств. (Цыганов М.Ю., Соловьев Э.П., Ярмаркин М.К./ О разработке опорных полимерных изоляторов класса напряжения 110 кВ и выше./ Сб. материалов международной научно-технической конференции «Подвесные и опорные полимерные изоляторы: производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, диагностика». Санкт-Петербург, ПЭИПК, 4-9 октября 2004 г.),
Наиболее близкой конструкцией к предлагаемому ограничителю является ограничитель перенапряжения по патенту РФ на изобретение №2211497. Указанный ограничитель построен по модульному типу и содержит колонки нелинейных резисторов, размещенные в корпусах модулей из полимерной композиции. Корпуса модулей выполнены из стекпопластиковых труб, в которых металлические наконечники модулей соединены втулками с внутренней резьбой, на которых укреплены металлические наконечники корпусов модулей с внешней резьбой. На внешнюю поверхность стеклопластиковых труб напрессована защитная ребристая оболочка из кремнийорганической резины, пространство между внутренними поверхностями стеклопластиковых труб и колонок нелинейных резисторов заполнено эластичной изоляционной композицией, колонки нелинейных резисторов изолированы от металлических наконечников корпусов модулей дисками из кремнийорганической резины. В стеклопластиковых стаканах и дисках выполнены отверстия для установки розеточного контакта. Модули соединены металлическими переходными фланцами с внутренней резьбой. В каждой колонке нелинейных резисторов выполнено осевое отверстие, в отверстии расположен стеклопластиковый стержень, на концах которого закреплены втулки, а в них вставлены розеточные контакты.
Недостатком данного устройства является трудоемкость сборки, обеспечение симметричности розеточных контактов, обеспечение герметичности переходного соединительного металлического фланца для соединения модулей между собой, большие габариты по сравнению с линейными полимерными изоляторами, неэффективное использование стеклопластикового стержня, который используется только для закрепления и фиксации розеточных контактов и осевой фиксации варисторов с отверстиями. Для защиты линейной изоляции линий электропередач требуется дополнительная крепежная арматура, и проведение специальных расчетов по отклонению конструкции ОПН при ветровых нагрузках.
Задача предлагаемого технического решения - упрощение конструкции, повышение механической прочности конструкции и повышение срока службы варисторов.
Для решения поставленной задачи в устройстве для ограничения перенапряжения модульного типа, содержащем стеклопластиковый стержень, колонки нелинейных варисторов, снабженных отверстиями для установки на стержень, ребристую защитную оболочку из кремнийорганической резины, металлические фланцы с оконцевателями, розеточные контакты для электрического соединения модулей и переходного металлического фланца для соединения модулей друг с другом изменена функции стеклопластикового стержня, а также иначе выполнена защитная оболочка и соединительный фланец модулей. В предлагаемом устройстве металлические фланцы закреплены на торцах стеклопластикового стержня, а защитная оболочка нанесена непосредственно на боковые поверхности колонок нелинейных варисторов. Соединение модулей и электрическая связь осуществляется через соединение металлических оконцевателей.
Соединение стеклопластикового стержня непосредственно с металлическими фланцами обеспечивает более высокую механическую прочность конструкции. В прототипе для этого колонки варисторов, надетые на стержень, размещали в стеклопластиковые трубы, которые затем соединяли с металлическим фланцами. Предлагаемое усовершенствование позволило повысить прочность конструкции и упростить конструкцию за счет исключения из нее стеклопластиковых цилиндров.
Кроме того, предлагаемая конструкция позволила исключить изоляционную композицию между стеклопластиковыми цилиндрами и колонками варисторов. Защитное покрытие из кремнийорганической резины, в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве наносится непосредственно на боковую поверхность варисторной цилиндрической колонки, причем это может быть осуществлено различными способами (инжекционный метод, метод непосредственного прессования и т.д). Такая методика помимо упрощения конструкции приводит к увеличению теплоотвода при протекании токов через варисторы и снижению старения варисторов.
Также, в конструкции исключены розеточные контакты для электрической связи модулей. Электрическая связь между модулями осуществляется с помощью металлических оконцевателей соединенных между собой. Это позволило упростить конструкцию за счет исключения из нее розеточных контактов и переходного соединительного фланца.
Предлагаемый ограничитель показан на чертежах:
фиг.1 - общий вид ограничителя,
фиг.2 - вид Б;
фиг.3 - вид А;
фиг.4 - установка ограничителя на траверсе опоры.
Предлагаемый подвесной полимерный нелинейный ограничитель перенапряжений изоляторного типа ОПН-П-ПИ (рис.1) состоит из: стеклопластикового стержня 1 (фиг.2), нелинейных металлоксидных варисторов 2 с отверстиями для установки на стержень, защитной силиконовой или кремнийорганической оболочки 3, а также металлических фланцев 4 с оконцевателями 5. Металлические фланцы 4 соединены непосредственно с опорным стеклопластиковым стержнем 1. Во фланцах 4 выполнены отверстия, в которых закреплена пружина 6 (фиг.3). Через металлическую шайбу 7 пружина 6 обеспечивает сжатие нелинейных металлоксидных варисторов 2 для получения надежного контакта фланцев с варисторами. Фланцы 4 через шпильки 8 с шайбами и гайками обеспечивают подсоединение заземляющего проводника 9 к ограничителю (фиг.4).
Использование внутри конструкции стеклопластикового стержня аналогичного тем, которые используются в подвесных полимерных стержневых изоляторах, обеспечивает ОПН-П-ПИ высокую механическую прочность на растяжение. Монтирование нелинейных варисторов внутри конструкции ОПН позволяет ограничить воздействующие на изоляцию линий электропередач грозовых и коммутационных перенапряжений, уменьшить тем самым число отключений линий и обеспечить более высокую надежность по обеспечению электроэнергией потребителей.
Защитное покрытие из кремнийорганической резины, в отличие от прототипа, наносится различными способами (инжекционный метод, метод непосредственного прессования и т.д) непосредственно на боковую поверхность варисторной цилиндрической колонки. Это приводит к увеличению теплоотвода при протекании токов через варисторы и снижению старения варисторов.
Предлагаемый подвесной ОПН-П-ПИ можно одновременно использовать в качестве линейного изолятора, что расширяет его функциональные возможности и позволяет минимизировать количество узлов в конструкциях, где применяется данное устройство. Применение ОПН-П-ПИ на высоковольтных линиях электропередач позволяет отказаться от линейных изоляторов и применения дополнительной крепежной арматуры (рис.4).
Для вновь разрабатываемых линий электропередачи применение ОПН-П-ПИ позволяет уменьшить изоляционные расстояния между проводом и заземленными частями опор, уменьшить высоту опоры и изоляционные расстояния между фазами, отказаться от применения грозозащитных тросов, применять менее габаритные фундаменты, что существенно снизит стоимость линии электропередачи.