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

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель 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.
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.
В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении был предложен разрядник (международная заявка WO 2010082861) 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 между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционной части разрядные камеры,.
Недостатком разрядника по международной заявке WO 2010082861 является склонность к объединению отдельных факелов дуг, 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, на 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 изоляционною часть, разделяющую первый и второй элементы арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего изолятора указанных колонки или гирлянды. Изолятор содержит мультиэлектродную систему из m (m≥5) электродов, расположенных с возможностью формирования электрического разряда между ее смежными электродами и механически связанных с изоляционной частью.
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 полезной модели
Техническим результатом полезной модели является снижение вероятности объединения в единый канал отдельных дуг, возникающих в разрядных камерах разрядника между смежными электродами под воздействием грозового перенапряжения, и как следствие, увеличение надежности и упрощение конструкции разрядника и элементов электрооборудования и линий электропередач, использующих разрядник в соответствии с полезной моделью.
Предметом полезной модели является разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело и мультиэлектродную систему, состоящую, по меньшей мере, из пяти электродов, которые расположены внутри изоляционного тела с обеспечением возможности формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда в разрядных камерах между смежными электродами. Разрядные камеры выходят на поверхность изоляционного тела. Электроды выступают в разрядные камеры. Отличительным признаком полезной модели является то, что, по меньшей мере, несколько разрядных камер состоят из двух соединенных между собой частей, причем первые части разрядных камер, в которые выступают 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, первые части разрядных камер могут быть выполнены в виде сквозных отверстии в изоляционном теле, а вторые части разрядных камер в виде щелей могут быть 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.
Расстояние между смежными электродами может лежать в пределах 0,1-1 мм.
Изоляционное тело может быть выполнено из полимерного материала, например, из силикона или 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°.
Предметом настоящей полезной модели является также 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.
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.
Предметом настоящей полезной модели является также высоковольтная линия электропередачи, содержащая 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, который 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.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является снижение вероятности объединения отдельных дуг между смежными электродами, появляющихся в разрядных камерах разрядника под воздействием грозового перенапряжения, в единый канал. Указанный результат достигается за счет увеличения длины поверхности, которую должны преодолеть отдельные дуги для объединения, и позволяет увеличить надежность и упростить конструкцию разрядника, а также высоковольтного изолятора и высоковольтной линии электропередач, в которых используется разрядник в соответствии с полезной моделью. 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 по полезной модели с поперечным разрезом по сечению разрядной камеры.
На фиг.2 представлен продольный разрез разрядника.
На фиг.3 представлен боковой вид разрядника.
На фиг.4 представлен боковой вид изолятора с разрядником.
На фиг.5 представлен вид изолятора с разрядником сверху.
На фиг.6 представлен фрагмент высоковольтной линии с изолятором, на котором установлен разрядник по полезной модели.
Осуществление полезной модели
Разрядник содержит изоляционное тело 1 и расположенную на нем мультиэлектродную систему, состоящую из электродов 2.
Смежные электроды 2 расположены с обеспечением возможности формирования под воздействием грозового перенапряжения электрического разряда между ними.
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.
В разряднике согласно полезной модели электроды 2 расположены внутри изоляционного тела 1, причем между смежными электродами 2 выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела 1 разрядные камеры 3. Смежные электроды 2 выступают в расположенные между ними разрядные камеры 3, Отличительным, признаком полезной модели является то, что, по меньшей мере, несколько разрядных камер 3 состоят из двух соединенных между собой частей. Первые части разрядных камеры, в которые выступают электроды 2, выполнены в изоляционном теле в виде отверстий 4, а вторые части разрядных камер, соединенные с первыми частями, выполнены в виде щелей 5, выходящих на поверхность изоляционного тела.
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 часть изоляционного тела, расположенная над электродом между щелями соседних 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 4 могут быть выполнены прямоугольными или круглыми. Отверстия 4 могут быть выполнены сквозными. В этом случае вторые части разрядных камер в виде щелей 5 могут быть расположены с обеих сторон сквозных отверстий 4.
Поперечные размеры отверстий 4 и ширины щелей 5 могут иметь значения в диапазоне 1-5 мм. Глубина отверстия 4 может составлять от 3 до 15 мм, а глубина щели 5 может составлять от 5 до 30 мм.
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 2 и разрядных камер 3 обеспечивает лучшую вентиляцию разрядной камеры при сохранении заданного расстояния между электродами.
Расстояние между смежными электродами 2 может лежать в пределах 0,1-1 мм.
Благодаря такому малому расстоянию между электродами удается понизить напряжение разряда и разрядный ток, что позволяет в некоторых вариантах выполнить изоляционное тело 1 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 для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи показан на фиг.4, 5. Изолятор содержит изоляционную часть 13; разделяющую первый и второй элементы 6, 7 арматуры. Первый элемент 6 арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства 8 с высоковольтным проводом или со вторым элементом 7 арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. 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 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. В данном изоляторе роль первого элемента электрооборудования выполняет первый элемент арматуры изолятора, а роль второго элемента электрооборудования выполняет второй элемент арматуры изолятора.
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 16, 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, показанная на фиг.6, содержит опоры 12, изоляторы 14 в виде колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением 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 14 представляет собой изолятор, представленный выше, то есть содержит изоляционную часть 13, разделяющую первый и второй элементы 6, 7 арматуры и разрядник 9 в соответствии с любым из вышеописанных вариантов, установленный с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры 6 и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом 2, а также вторым элементом арматуры 7 и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом 2.
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.