ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗОЛЯТОР ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Предлагаемая полезная модель относится к высоковольтным линейным штыревым изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода высоковольтных линий электропередачи. Полезная модель также относится к высоковольтным линиям электропередачи (ВЛЭ), использующим подобные изоляторы.
Известны различные варианты совместного использования комбинированных систем изолятор-разрядник для решения задач по защите высоковольтных линий от грозовых перенапряжений.
Известен изолятор по патенту 2377678 (опубл. 27.12.2008), содержащий мультиэлектродную систему (МЭС), состоящую из m электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между его концами с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами (патент 2377678 опубл. 27.12.2008). Для того чтобы избежать нежелательных последствий введения МЭС с большим количеством электродов, предлагается дополнительно снабдить данный изолятор средствами компенсации сокращения длины пути утечки изолятора, вносимого МЭС. Они могут быть выполнены, например, в виде дополнительных слоев изоляции, изоляционных элементов, устанавливаемых на изоляционном теле, и/или прорезей специальной формы. Введение подобных средств, очевидно, приводит к удорожанию изолятора.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого технического решения может быть выбран изолятор-разрядник с мультикамерной системой (ИРМК), (http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2009-10a15), который сочетает в себе свойства изолятора и разрядника. Используя изолятор-разрядник с мультикамерной системой (ИРМК), можно обеспечить грозозащиту ВЛЭ любого класса напряжения, т.к. с увеличением класса увеличивается число изоляторов в гирлянде и соответственно увеличивается номинальное напряжение и дугогасящая способность гирлянды из ИРМК. Возможны различные конструкции изоляторов со свойствами разрядников. Основу ИРМК составляют обычные массово выпускаемые изоляторы (стеклянные, фарфоровые или полимерные), на которые специальным образом установлена МКС.(http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2009-10a15).
Известна мультикамерная система (МКС) (http://www.streamer.ru/rmk-20) состоящая из большого количества электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины. Электроды механически связанны с изоляционным телом и расположены с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами, причем количество электродов МКС (m≥5). Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры. При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объемы которых весьма малы, при расширении канала создается высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещается к поверхности изоляционного тела и далее - выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. (http://www.streamer.ru/rmk-20). Установка мультикамерной системы не приводит к ухудшению свойств изолятора, но благодаря ей он приобретает свойства разрядника. Поэтому, в случае применения ИРМК на ВЛЭ отпадает нужда в грозозащитном тросе, при этом снижается высота, масса и стоимость опор, а также стоимость всей линии в целом, обеспечивается ее надежная грозозащита, то есть резко сокращается число отключений, уменьшаются ущербы от недоотпуска электроэнергии и эксплуатационных издержек
Известны также ВЛЭ по патенту РФ №2248079, (опубл. 10.03.2005), использующие высоковольтные изоляторы для крепления проводов к опорам в сочетании с устройствами грозозащиты данных изоляторов. Известны ВЛЭ по патентам: US 5283709 (опубл. 1994) и заявке RU 2002126810, (опубл. 20.05.2004), в которых устройства грозозащиты выполнены в форме различных искровых разрядников, присоединяемых параллельно изоляторам.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого технического решения может быть выбрана ВЛЭ, описанная в патенте РФ №2096882, (опубл. 20.11.1997). Данная ВЛЭ содержит опоры, изоляторы, закрепленные на опорах посредством металлической арматуры, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и средства защиты изоляторов от грозовых перенапряжений в виде импульсных искровых разрядников.
Хотя при правильном подборе импульсных искровых разрядников и схемы их подключения известная ВЛЭ обеспечивает высокую надежность грозозащиты, необходимость использования большого количества искровых разрядников существенно усложняет ее конструкцию, а также требует значительных затрат на изготовление и монтаж таких разрядников.
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения арсенала таких устройств как изолятор-разрядник, а также создания надежного, и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации изолятора со свойствами разрядника. Это позволит использовать изолятор по полезной модели для крепления проводов электропередачи, находящихся под высоким напряжением, например проводов ВЛЭ, подстанций и другого электрооборудования.
Соответственно, другая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в разработке высоковольтной линии электропередачи (ВЛЭ), обладающей улучшенными технико-экономическими характеристиками, а именно высокой надежностью работы, в том числе в условиях грозовых перенапряжений, при большей простоте конструкции (и соответственно меньшей стоимости) по сравнению с известными ВЛЭ. Достигаемым техническим результатом является также повышение надежности электропередачи, простоты монтажа, эксплуатации и ремонта, а также то, что отпадает необходимость использования большого количества искровых разрядников.
Технический результат заключается в расширении арсенала устройств - изолятор-разрядник, в создании надежного в производстве и эксплуатации изолятора со свойствами разрядника, повышение надежности электропередачи.
Для достижения указанного технического результата высоковольтный изолятор для крепления в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов высоковольтного провода на линии электропередачи содержит изоляционное тело, арматуру, профиль силиконовой резины, выполненный в виде кольца, часть которого включает мультикамерную систему, состоящую из m, а m≥5 электродов, между которыми выполнены миниатюрные газоразрядные камеры, отводящие верхний и нижний электроды причем, кольцо силиконовой резины расположено по ребру изоляционного тела, а мультикамерная система занимает 5/6 окружности кольца, отводящие электроды соединены с первым и вторым концами мультикамерной системы, причем отводящие электроды выполнены в виде металлическими стержней покрытых изоляционной оболочкой так, что неизолированными остаются лишь торцы электродов. В частном случае исполнения высоковольтный изолятор включает приливной манжет, выполненный из силиконовой резины, размещенный в месте крепления отводящих электродов к мультикамерной системе, а в качестве изоляционного тела используется штыревой фарфоровый изолятор типа ШФ20; отводящие верхний и нижний электроды выполнены из любого токопроводящего материала.
Для достижения указанного технического результата высоковольтная линия электропередачи, содержащая 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, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка, или гирлянда изоляторов закреплены на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, выполненный в соответствии п.1.
Отличительными признаками высоковольтного изолятора для крепления в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов высоковольтного провода на линии электропередачи от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что кольцо силиконовой резины расположено по ребру изоляционного тела, а мультикамерная система занимает 5/6 окружности кольца, отводящие верхний и нижний электроды соединены с первым и вторым концами мультикамерной системы, причем отводящие электроды выполнены в виде металлическими стержней покрытых изоляционной оболочкой так, что неизолированными остаются лишь торцы электродов. В частном случае исполнения высоковольтный изолятор включает приливной манжет, выполненный из силиконовой резины, размещенный в месте крепления отводящих электродов к мультикамерной системе, а в качестве изоляционного тела используется штыревой фарфоровый изолятор типа ШФ20; отводящие верхний и нижний электроды выполнены из любого токопроводящего материала.
Отличительными признаками высоковольтной линии электропередачи от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой высоковольтный изолятор, выполненный в соответствии п.1 формулы полезной модели.
Благодаря наличию этих признаков не требуется средств компенсации потери длины пути утечки, обеспечивается низкая стоимость изолятора при обеспечении высокой надежности его функционирования и в качестве изолятора, и в качестве грозового разрядника, грозозащита ВЛЭ обеспечивается применением штыревого фарфорового изолятора, в частности, ИРШФМК-20 для ВЛ напряжением 20 кВ и ИРШФМК-10 для ВЛ напряжением 6-10 кВ, без необходимости применения каких-либо иных грозозащитных устройств, Покрытие поверхности металлических электродов изоляционной оболочкой позволяет снизить влияние дополнительных элементов (МКС и электродов) на электрическую прочность предлагаемого устройства при воздействии напряжения промышленной частоты.
При перенапряжении верхний электрод обеспечивает подачу высокого потенциала на один конец МКС (т.е. на один из ее крайних электродов), а нижний электрод обеспечивает подачу низкого потенциала на другой конец МКС. Расположение МКС перпендикулярно вектору напряженности электрического поля промышленной частоты, т.е. перпендикулярно траектории пути утечки изолятора, практически не уменьшает длину пути утечки.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами 1, 2, 3, 4.
На фигуре 1 показан высоковольтный изолятор вид сбоку
На фигуре 2 показан высоковольтный изолятор вид сверху
На фигуре 3 показан высоковольтный изолятор вид спереди
На фигуре 4 показан фрагмент ВЛЭ с высоковольтным изолятором
Высоковольтный изолятор, установленный на ВЛ, содержит изоляционное тело 1, арматуру 2, провод 3, мультикамерную смистему (МКС) 4, представляющую собой профиль силиконовой резины в виде кольца, отводящие верхний 5 и нижний 6 электроды, покрытые изоляционной оболочкой 7, приливной манжет 8. На фигуре 1, 2, 3 показан вариант исполнения полезной модели на основе штыревого фарфорового изолятора типа ШФ20 1. В верхней части высоковольтного изолятора в желоб между двумя уступами установлена пластмассовая втулка 2, в которую при монтаже укладывают провод 3. На среднем ребре высоковольтного изолятора по большей части окружности установлена мультикамерная система (МКС) 4, которая занимает 5/6 окружности кольца, концы которой соединены с верхним 5 и нижним 6 отводящими электродами. Длина МКС, равная 5/6 окружности ребра изолятора, связана с количеством металлических электродов m, а m≥5 с заданными воздушными промежутками между ними (миниатюрными газоразрядными камерами), при которых обеспечивается гарантированное гашение импульса индуктированного грозового перенапряжения для ВЛ напряжением 6-20 кВ. Уменьшение длины МКС (менее 5/6 окружности ребра изолятора), а соответственно и уменьшение количества электродов m и количества миниатюрных газоразрядных камер между ними приведет к невозможности гашения импульса индуктированного грозового перенапряжения.
Увеличение количества электродов m, а m≥5, а соответственно увеличение количества миниатюрных газоразрядных камер между ними, приведет к сближению верхнего и нижнего отводящих электродов МКС и уменьшению изоляционного расстояния между ними, что при возникновении индуктированного грозового перенапряжения приведет к некоординированному срабатыванию разрядника и его перекрытию через изоляционный воздушный промежуток между отводящими электродами. При этом под действием переменного напряжения установится дуга тока КЗ, что в конечном итоге приведет к отключению воздушной линии.
Штырь высоковольтного изолятора крепится к траверсе опоры ВЛЭ. Отводящие электроды выполнены в виде металлическими стержней (один из них направлен вверх, а другой вниз) покрытых изоляционной оболочкой 7 так, что неизолированными остаются лишь торцы электродов. В месте крепления отводящих электродов к мультикамерной системе имеется приливной манжет 8, выполненный из силиконовой резины. Приливной манжет обеспечивает дополнительную прочность и стойкость к разрушениям при воздействии на полезную модель прямых ударов молнии. Электроды образуют искровые воздушные промежутки между мультикамерной системой, элементами на которых появляется грозовое перенапряжение и элементами, соединенными с землей. Покрытие поверхности металлических электродов изоляционной оболочкой позволяет снизить влияние дополнительных элементов (мультикамерной системы и электродов) на электрическую прочность предлагаемой полезной модели при воздействии напряжения промышленной частоты. Работоспособность полезной модели при воздействии импульсов грозовых перенапряжений при этом сохраняется (разряд проходит по искровым промежуткам, образованными электродами с изоляционной оболочкой, и далее по мультикамерной системе).
Верхний отводящий электрод 5 мультикамерной системы (МКС) 4 образует с проводом ВЛЭ 3 воздушный искровой промежуток длиной S1 (фиг.3). Нижний отводящий электрод 6 мультикамерной системы (МКС) 5 образует воздушный промежуток S2 (фиг.2) со штырем высоковольтного изолятора. Общая длина воздушных промежутков (S1+S2) составит 9-15 см.
При возникновении на проводе ВЛЭ индуктированного грозового импульса искровой воздушный промежуток S1 (фиг.3) между проводом ВЛЭ и верхним 5 отводящим электродом мультикамерной системы пробивается, и напряжение прикладывается к мультикамерной системе изолятора. Мультикамерная система срабатывает под воздействием импульса грозового перенапряжения: пробиваются воздушные промежутки между электродами МКС. Далее пробивается воздушный промежуток между нижним отводящим 6 электродом и штырем изолятора. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объемы которых весьма малы, при расширении канала создается высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее - выдуваются наружу в окружающий воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление устройства возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения.
По окончании импульса грозового перенапряжения к устройству остается приложенным напряжение промышленной частоты. При переходе сопровождающего тока частотой 50 Гц через ноль происходит гашение искрового разряда. ВЛЭ продолжает работу без отключения. На фигуре 4 показан фрагмент ВЛЭ 6 кВ, выполненной согласно полезной модели. ВЛЭ содержит три находящихся под высоким электрическим напряжением провода 3, соответствующих разным фазам. Каждый из проводов 3 механически связан с высоковольтными изоляторами (ШФ20) с установленной мультикамерной системой (МКС). Высоковольтные изоляторы закреплены на опорах ВЛЭ (на фигуре 4 показана только одна из этих опор).
Известно, что величина индуктированных перенапряжений не превышает значения 300 кВ, что позволяет при правильной организации молниезащиты исключить возможность одновременного перекрытия двух или трех фаз на одной опоре и, соответственно, междуфазных коротких замыканий. Для этого необходимо устанавливать по одному устройству соответствующему заявляемой полезной модели на опору, с чередованием фаз. На остальные фазы опоры устанавливаются высоковольтные изоляторы не оснащенные мультикамерной системой. На фигуре 4 показана схема установки заявляемого устройства и замыкания сопровождающего тока на ВЛЭ. При такой схеме установки индуктированное на ВЛЭ грозовое перенапряжение приводит к перекрытию устройств, соответствующих заявляемой полезной модели, на разных фазах соседних опор и образованию контура междуфазного замыкания сопровождающего тока напряжения промышленной частоты, в которых включены сработавшие устройства и сопротивления заземления опор R, ограничивающие этот ток на уровне нескольких сотен ампер, способствуя его гашению и предотвращению отключения ВЛЭ. Разрядные характеристики устройства полезной модели обеспечивают то, что ни один из высоковольтных изоляторов всех трех фаз в данной схеме не перекрывается, поскольку каждый из них защищен заявляемым устройством, установленным электрически параллельно ему и расположенным либо непосредственно рядом с высоковольтным изолятором, либо на соседней опоре. Таким образом, обеспечивается высокая надежность защиты ВЛЭ.