РАЗРЯДНИК, ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗОЛЯТОР С РАЗРЯДНИКОМ И ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ДАННЫЙ ИЗОЛЯТОР
DISCHARGER, HV INSULATOR WITH DISCHARGER AND HV AERIAL POWER LINE USING SUCH INSULATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое 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 (ВЛЭ), использующим подобные изоляторы.
Уровень техники
Широкое применение в 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.
к
к
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 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. Разрядник по изобретению 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 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. Также отмечено, что промежуточные электроды целесообразно выполнять в виде пластин или цилиндров, например из металла, графита или углеволокна. Так, например, на фиг.1-4 показаны варианты выполнения разрядника с использованием электродов в виде прямоугольных пластин, на фиг.5, 6 показан разрядник с применением цилиндрических электродов, а на фиг.7-10 представлены изображения разрядника, в котором электроды выполнены в виде пластин круглой формы.
Недостатком представленных в заявке WO 2010082861 вариантов 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 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 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 m (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.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является увеличение срока службы электродов в мультиэлектродном разряднике путем увеличения площади поверхности электродов, на которой осуществляется разряд грозового перенапряжения. 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, выполненное из диэлектрика, и мультиэлектродную систему, состоящую из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между его концами. 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 отделены от его поверхности слоем изоляции, причем смежные электроды выходят в разрядные камеры, выходящие на поверхность изоляционного тела. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, по меньшей мере, в части разрядных камер разрядные промежутки между электродами выполнены увеличивающимися в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам разрядных камер на поверхность изоляционного тела, а длина поверхности электрода в направлении от минимального расстояния между электродами к выходу из разрядной камеры превышает минимальное расстояние между электродами в 3 и более раз.
В предпочтительном 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 3 и более раз.
В одном из вариантов реализации разрядника по настоящему изобретению разрядные промежутки между электродами в разрядных камерах выполнены увеличивающимися в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам разрядных камер на поверхность изоляционного тела за счет того, что, по меньшей мере, часть поверхности одного или обоих электродов в разрядных камерах выполнена в форме части поверхности второго порядка. Указанная поверхность второго порядка может представлять собой любой из отмеченных вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, сферическая поверхность, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность. В преимущественном варианте, по меньшей мере, часть электродов выполнена в виде металлических шариков.
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, причем в предпочтительном варианте это расстояние составляет 0,5 мм.
В некоторых вариантах изоляционное тело предпочтительно выполнить 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.
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 изоляционное тело 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.
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. В данном изоляторе роль первого элемента электрооборудования выполняет первый элемент арматуры изолятора, а роль второго элемента электрооборудования выполняет второй элемент арматуры изолятора.
Задача настоящего изобретения решается также с помощью высоковольтной линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов. 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 изоляционное тело 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 электропередачи.
Таким образом, техническим результатом настоящего изобретения 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 за счет увеличения площади поверхности электрода 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 высоковольтного изолятора и высоковольтной линии электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с изобретением. Дополнительным техническим результатом является увеличение технологичности производства электродов и упрощение сборки разрядника, что, соответственно, снижает себестоимость разрядника.
Изолятор, содержащий подобный разрядник, имеет повышенную надежность работы изолятора. 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 в соответствии с изобретением.
На фиг.2 представлен разрез разрядника в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлен общий вид разрядника для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи. Как показано на фиг.2, разрядник содержит изоляционное тело 1, выполненное из диэлектрика, и мультиэлектродную систему, состоящую из m (m≥5) электродов 2, механически связанных с изоляционным телом 1 и расположенных между его концами.
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 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 электроды, расположенные на концах разрядника, однако также могут быть задействованы электроды, расположенные на всем протяжении разрядника.
В разряднике согласно настоящему изобретению 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. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, по меньшей мере, в части разрядных камер 3 разрядные промежутки 4 между электродами 2 в разрядных камерах 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 3 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 камере 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 предпочтительном 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 3 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 реализации разрядника по настоящему изобретению разрядные промежутки между электродами в разрядных камерах выполнены увеличивающимися в направлении от минимальных расстояний между электродами к выходам разрядных камер на поверхность изоляционного тела за счет того, что, по меньшей мере, часть поверхности одного или обоих электродов в разрядных камерах выполнена в форме части поверхности второго порядка. Поверхности второго порядка могут также представлять собой любой из отмеченных вариантов: цилиндрическая поверхность, коническая поверхность, поверхность вращения, сферическая поверхность, параболическая поверхность, гиперболическая поверхность или эллиптическая поверхность. В преимущественном варианте осуществления, показанном на фиг.2, электроды 2 выполнены в виде металлических шариков. Использование таких электродов обеспечивает технологичность производства электродов и сборки разрядника, что, соответственно, снижает себестоимость разрядника.
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, причем в предпочтительном варианте это расстояние составляет 0,5 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.
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 изоляционное тело 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.
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 обеспечена большая долговечность электродов.
Задача настоящего изобретения решается также с помощью высоковольтной линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов. 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 изоляционное тело 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.