РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ И ОПОРНЫЙ ИЗОЛЯТОР ДЛЯ НЕГО
DISCONNECTING SWITCH AND SUPPORT INSULATOR FOR IT

Область и уровень техники
Настоящее изобретение относится к разъединителю для получения физического разрывания токовой цепи, находящейся под высоким напряжением, по меньшей мере, 100 кВ относительно земли, причем упомянутый разъединитель содержит две группы удлиненных стержневидных опорных изоляторов, выполненных с возможностью установки на землю и поддержки конца проводника, входящего в состав упомянутой токовой цепи, каждый на большой высоте над землей, в котором, по меньшей мере, первая из упомянутых групп опорных изоляторов служит опорой для ножа разъединителя, один конец которого соединен с одним из упомянутых концов проводника и выполнен с возможностью перемещения из замкнутого положения разъединителя, в котором другой свободный конец упомянутого ножа соединен с другим концом проводника, для разъединения упомянутых концов проводника друг от друга и, кроме того, относится к опорному изолятору для такого разъединителя.
Отметим, что термин "изолирующий" в данном описании означает "электрически изолирующий", хотя это и не упоминается явным образом.
Упомянутое высокое напряжение может быть как переменным напряжением, так и постоянным напряжением, хотя данное изобретение в особенности направлено на случай постоянного напряжения, так как особенно касается проблем, увеличивающихся с уровнем упомянутого высокого напряжения. Для освещения, но никоим образом не ограничения изобретения, далее будет рассмотрен случай для разъединителя, установленного вместе с преобразовательной станцией системы передачи HVDC (высокого напряжения на постоянном токе).
При передаче постоянного напряжения в сети постоянного напряжения, соединенной с такой преобразовательной станцией, желательно иметь напряжение как можно большей величины, так как при увеличении напряжения уменьшаются потери передачи. Таким образом, существует постоянное стремление увеличить напряжение на полюсах линии передачи такой системы передачи относительно земли. Это означает также, что высота упомянутой токовой цепи над землей должна быть увеличена. Разъединители этого типа обычно устанавливают в распределительном устройстве, вне шкафов с преобразовательными вентилями для отсоединения оборудования для его технического обслуживания или при его поломке, для отсоединения полюса упомянутой линии передачи при возникновении короткого замыкания на землю и т.д.
Это означает, что при повышении упомянутого высокого напряжения до высоких уровней, а именно порядка 600 кВ и выше, могут возникнуть проблемы. Чтобы получить хорошее искровое перекрытие в упомянутых опорных изоляторах для такого разъединителя, необходимо задать им высоту проектировки выше установленного оборудования распределительного устройства и также сделать их чувствительными к механическим напряжениям, связанным с очень большой высотой опорных изоляторов, и к сейсмическим явлениям. Обычно, упомянутые опорные изоляторы изготавливают из фарфора и снабжают радиальными внешними фланцами, юбками, которые размещены по существу равномерно в продольном направлении изолятора. Размеры этих фланцев выбирают, исходя из определенного расстояния сползания с учетом того, что в обычном случае разъединитель подвержен воздействию погодных условий, например дождя, которые могут увеличить упомянутое расстояние набегания. Кроме того, каждый из таких высоких опорных изоляторов должен быть изготовлен из нескольких коаксиально поставленных частей опорного изолятора, связанных между собой металлическими фланцами, прикрепленными к изолятору, что дополнительно увеличивает высоту данного опорного изолятора.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение разъединителем и опорным изолятором для него, типа определенного во вводной части, позволяющими уменьшить высоту таких опорных изоляторов и за счет этого высоту такого разъединителя.
Эта задача согласно настоящему изобретению решается обеспечением таким разъединителем, в котором, по меньшей мере, внешние части упомянутых опорных изоляторов изготовлены из изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука.
При использовании такого изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука для упомянутого опорного изолятора расстояние набегания опорного изолятора можно уменьшить благодаря гидрофобному признаку, значительно уменьшающему риск возникновения любых набегающих потоков на поверхности изолятора в условиях повышенной влажности, таких как дождь и туман. Это означает, что опорные изоляторы разъединителя могут быть способны воспринимать больше кВ/мм без увеличения риска возникновения искрового перекрытия и других проблем. Другое преимущество такого изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука по сравнению с использованием фарфора для опорных изоляторов состоит в том, что технологии его производства таковы, что упомянутые радиальные фланцы или юбки, если они имеются, могут быть изготовлены более тонкими, что при определенном свободном пространстве между соседними подобными фланцами приводит к наличию большего числа этих фланцев на единицу длины, а также уменьшению высоты такого опорного изолятора для заданного напряжения. Технологии производства также в результате позволяют сделать опорные изоляторы, изготовленные из этого материала, большей длины, чем опорные изоляторы, изготовленные из фарфора, что приводит к уменьшению числа упомянутых металлических фланцев, соединяющих две поставленные друг на друга части опорных изоляторов, и за счет этого также к уменьшению высоты опорного изолятора, так как каждый такой соединительный фланец добавляет высоту. Итак, в результате такого нового подхода, заключающегося в использовании изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука для опорных изоляторов в разъединителях для подобных высоких напряжений, возникает целый ряд преимуществ. Такие или подобные изолирующие композитные материалы применялись для ограждения различной аппаратуры, например выключателей, делителей напряжения и т.д.
Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения упомянутый изолирующий материал содержит каучук, внедренный в огнеупорный наполнитель. Огнезащитное свойство наполнителя является важным при работе с высокими напряжениями.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения каучук внедрен в наполнитель, также являющийся устойчивым к коронному разряду, что снижает риск пробоя изолирующего материала, например, в воздушном зазоре между соседними радиальными фланцами опорного изолятора.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения упомянутый изолирующий гидрофобный композитный материал на основе каучука содержит каучук, выбранный из соединений каучука с кремнием. Обнаружено, что такие изолирующие композитные материалы на основе каучука с кремнием обладают востребованными свойствами.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения упомянутый каучук внедрен в наполнитель из тригидрата алюминия, который является подходящим наполнителем для формирования изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука, соответствующего настоящему изобретению.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения упомянутые опорные изоляторы по существу полностью изготовлены из упомянутого изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука. Стержневидный опорный изолятор может быть изготовлен при помощи любого известного способа производства такого материала, как единое изделие, включающее в себя упомянутые радиальные фланцы и, возможно, модифицированные концевые части для соединения с другими частями.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения каждый из упомянутых опорных изоляторов имеет множество внешних радиальных фланцев или юбок, распределенных по существу равномерно в продольном направлении изолятора. Такие радиальные фланцы или юбки могут благодаря использованию этого материала быть изготовлены меньшей толщины, чем в случае их изготовления из фарфора, что позволяет разместить большее число упомянутых юбок на единицу длины при заданном воздушном зазоре между последовательными юбками.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения упомянутая группа опорных изоляторов, служащая опорой упомянутому ножу разъединителя, имеет подвижный опорный изолятор, выполненный с возможностью перемещения для перемещения упомянутого ножа с целью разъединения и соединения упомянутых двух концов проводника, и этот подвижный опорный изолятор изготовлен из того же материала, что и другие опорные изоляторы. Это означает, что высота может быть уменьшена соответственно также и у этого подвижного опорного изолятора, что, разумеется, имеет большое значение для сохранения высоты разъединителя на приемлемом уровне.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения разъединитель содержит стойку из стали или аналогичного материала, посредством которой упомянутые группы опорных изоляторов устанавливают на землю. Таким образом, разъединитель устанавливается на землю непосредственно на упомянутых опорных изоляторах, а на землю может быть установлена стойка, стабилизирующая конструкции и являющаяся опорой упомянутым опорным изоляторам.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения каждый из упомянутых опорных изоляторов изготовлен, по меньшей мере, из двух поставленных друг на друга частей опорных изоляторов, соединенных стабилизирующим опорным каркасом, с целью их коаксиальной установки. Стабилизирующий опорный каркас может быть образован металлическими фланцами. Это может оказаться удобным, когда разъединитель предназначен для очень высоких напряжений, например выше 600 кВ, и высота опорных изоляторов будет значительной, например порядка 10 метров, и что, по меньшей мере, не создаст сложностей при работе с таким длинным опорным изолятором во время транспортировки, если он будет изготовлен как единое изделие.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения каждая из упомянутых секций опорного изолятора длиной более 2,5 метров, предпочтительно длиннее 3 метров, преимущественно длиннее 4 метров или длиннее 5 метров. Столь длинными упомянутые секции опорных изоляторов можно сделать благодаря технологиям производства и высокому механическому сопротивляющему свойству материала, использованного для упомянутых опорных изоляторов, что позволяет уменьшить число соединяющих стабилизирующих опорных каркасов, например, в виде металлических фланцев и за счет этого высоту опорного изолятора.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения упомянутый разъединитель выполнен с возможностью получения физического разрыва токовой цепи, находящейся под напряжением выше 200 кВ, выше 400 кВ, выше 600 кВ, 700-1000 кВ или приблизительно 800 кВ относительно земли. Как уже было сказано, чем выше упомянутое напряжение, тем больше заинтересованность в использовании опорных изоляторов из изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука, соответствующего настоящему изобретению, не ограничивая ради этой цели настоящее изобретение только такими очень высокими напряжениями.
Согласно следующему варианту воплощения настоящего изобретения разъединитель выполнен с возможностью получения физического разрыва токовой цепи, в обычном случае проводящей ток выше 500 А, например 1 кА - 5 кА. Это уровни токов, обычно возникающих в токовых цепях с необходимостью разрыва разъединителем, в которых преобладают упомянутые высокие напряжения.
Данное изобретение также относится к опорному изолятору для разъединителя, для получения физического разрыва токовой цепи, находящейся под высоким напряжением относительно земли, составляющим, по меньшей мере, 100 кВ, согласно добавленным пунктам, и преимущества и различные варианты воплощения такого опорного изолятора согласно изобретению очевидны из вышеприведенного описания разъединителя, соответствующего настоящему изобретению.
Данное изобретение также относится к применению разъединителя, соответствующего настоящему изобретению, или опорного изолятора, соответствующего настоящему изобретению, вместе с преобразовательной подстанцией системы передачи HVDC, где разъединитель согласно настоящему изобретению и опорный изолятор особенно выгодны.
Дальнейшие преимущества, а также выгодные характеристики изобретения станут очевидными из следующего описания.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылкой на приложенные чертежи следует конкретное описание варианта воплощения настоящего изобретения, рассмотренного в качестве примера.
Из чертежей
Фиг.1 очень схематично иллюстрирует общую структуру преобразовательной станции в системе передачи HVDC, в которой соответственно применен разъединитель, соответствующий настоящему изобретению.
Фиг.2 - упрощенный вертикальный вид сбоку разъединителя, соответствующего одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.
Фиг.3 - упрощенный вид поперечного сечения плоскостью III-III одной из групп опорных изоляторов разъединителя, соответствующего фиг.2.
Подробное описание варианта реализации изобретения
Общий проект преобразовательной станции HVDC в системе передачи показан на фиг.1. В предпочтительном случае разъединитель, соответствующий настоящему изобретению, устанавливают вместе с такой преобразовательной станцией. Эта преобразовательная станция 1 установлена на одном конце линии 2 передачи HVDC, имеющей два полюса, один полюс 3 с положительной полярностью и один полюс 4 с отрицательной полярностью. Система 5 переменного тока соединена с преобразовательной станцией через трансформаторы 6 для получения соответствующего уровня напряжения в упомянутой системе переменного тока. Система переменного тока может представлять собой систему генерации в виде электростанции любого типа с генераторами электроэнергии либо систему потребления или сеть, соединяющую с потребителями электроэнергии, такими как промышленные предприятия или населенные пункты. Преобразовательная подстанция имеет два преобразователя 7, 8, у которых сторона постоянного тока соединена, во-первых, с соответствующим из упомянутых двух полюсов 3, 4 и, во-вторых, с контуром 9 нейтрали для постоянного тока, являющимся общим для этих преобразователей и соединяющим их сторону низкого напряжения с землей для задания определенного напряжения в каждом из преобразователей. Это напряжение в обычном случае может быть порядка 400 кВ - 800 кВ, причем тенденцией является увеличение данного напряжения, насколько это возможно, для уменьшения потерь при передаче в линии 2, как указано выше. Эта преобразовательная станция имеет несколько разъединителей, выполненных с возможностью соединения и разъединения преобразователей, фильтров гармоник (не показаны), соответствующего полюса линии передачи и т.д. В качестве примера показаны только некоторые из таких разъединителей 10-13, в то же время другое оборудование, хорошо известное специалистам в данной области техники, исключено из рассмотрения для упрощения чертежа.
Далее со ссылкой на фиг.2 и 3 будет рассмотрен один из вариантов воплощения такого разъединителя. Итак, такой разъединитель предназначен для получения физического разрыва токовой цепи, находящейся под высоким напряжением относительно земли, и разъединитель, показанный на фиг.2 и 3, предназначен для разрыва токовой цепи, находящейся под напряжением 800 кВ, в которой может протекать ток 4 кА.
Разъединитель имеет две группы 14, 15 с одним или более удлиненных стержневидных опорных изоляторов 16, выполненных с возможностью установки на землю 17 путем установки на стабилизирующую стойку из стали и поддержки каждого из концов 19, 20 проводника (шины), входящих в состав упомянутой токовой цепи, на большой высоте над землей. Проводник образован тремя кабелями, параллельно соединенными между собой. В представленном случае уровень составляет приблизительно 13 метров. Первая 14 из упомянутых групп опорных изоляторов служит опорой для ножа 21 разъединителя, который снабжен центральным шарниром 22 и может поворачиваться, перемещаясь между положением, в котором он замыкает упомянутую токовую цепь (пунктирные линии), и положением, в котором он разрывает упомянутую токовую цепь (сплошные линии). На стойке 18 группы 14 опорных изоляторов установлен электродвигатель 23, предназначенный для управления такими операциями соединения и разъединения путем приведения в действие подвижного опорного изолятора 24, имеющего тот же вид, что и два опорных изолятора 16 группы 14. Группа 15 опорных изоляторов в этом примере состоит из трех опорных изоляторов.
Каждый из опорных изоляторов разделен на три части 31-33 опорного изолятора, каждая из которых имеет длину 3,3 метра и которые соединены между собой металлическими фланцами и стабилизирующим опорным каркасом 34. Каждый из металлических фланцев имеет высоту порядка 200 мм.
На увеличенном виде "А" изображено, что опорные изоляторы имеют множество радиальных фланцев или юбок 35, равномерно распределенных в продольном направлении изолятора для снижения риска возникновения набегающих потоков. Напряжение относительно земли будет распределено воздушными зазорами, образованными при этом между последовательными подобными радиальными юбками 35.
Опорные изоляторы изготовлены из изолирующего гидрофобного композитного материала на основе каучука с силициумом, полученного путем внедрения каучука с силициумом в наполнитель из тригидрата алюминия, являющегося огнеупорным, а также устойчивым к коронному разряду. Благодаря гидрофобному признаку этого материала риск возникновения набегающих потоков в условиях повышенной влажности, таких как дождь, будет значительно снижаться по сравнению с использованием фарфора в качестве изолирующего материала, таким образом можно будет уменьшить расстояние набегания или путь утечки, и за счет этого такой опорный изолятор сможет воспринимать больше кВ/мм в его продольном направлении. Это означает, что можно уменьшить высоту такого опорного изолятора. Возможность изготовить радиальные фланцы 35 меньшей толщины позволяет уменьшить высоту опорного изолятора на дополнительные 10%-25%, в результате чего его высота может в представленном случае составлять приблизительно 10 метров плюс высота стойки 2,5 метра вместо приблизительно 15 метров плюс стойка, что было бы трудно, особенно в регионе с высокой сейсмической активностью.
Кроме того, известные фарфоровые опорные изоляторы должны изготавливаться частями длиной приблизительно 2 метра, с требуемым металлическим фланцем через каждые 2 метра, что увеличивает их высоту, в то время как в представленном случае упомянутый изолирующий гидрофобный композитный материал на основе каучука обеспечивает достаточную механическую устойчивость также и для существенно более длинных секций опорного изолятора, например 5 метров или больше, если это потребуется.
Изобретение, разумеется, никоим образом не ограничивается описанным выше вариантом его реализации, и специалисту в данной области техники будут очевидны многие возможные его модификации, не противоречащие основной идее этого изобретения, закрепленной в пунктах приложенной формулы изобретения.
Некоторое число опорных изоляторов в каждой из упомянутых групп в разъединителе может отличаться от показанных на чертежах. Конструкция ножа разъединителя и способ управления его перемещением не являются предметом настоящего изобретения и могут быть реализованы множеством других путей, отличающихся от рассмотренного.
Как уже отмечалось, разъединитель, соответствующий настоящему изобретению, также может использоваться для разъединения токовых цепей переменного напряжения, хотя изобретение особенно выгодно применять при работе с постоянным напряжением, где в основном имеют место более высокие уровни этого напряжения.
Отметим, что обе группы опорных изоляторов могут служить опорой  ножу разъединителя, тогда два ножа разъединителя могут в замкнутом состоянии соединяться с контактным элементом, расположенным между упомянутыми концами проводника. В пунктах приложенной формулы изобретения формулировка "другой свободный конец упомянутого ножа соединен с другим концом проводника" должна пониматься как охватывающая также и подобный случай косвенного соединения.