ОПОРНЫЙ ИЗОЛЯТОР С МУЛЬТИКАМЕРНЫМ РАЗРЯДНИКОМ И ФИКСИРОВАННЫМ ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам защиты электрооборудования, в том числе линий электропередачи, от перенапряжений, например, грозовых.
Уровень техники
Из патента CN 200710042031.3 известен молниезащитный опорный изолятор, который имеет зажимное приспособление, состоящее из двух зажимных элементов. Нижний зажимной элемент снабжен проводящим стержнем, у которого нижний конец образует с выступом нижнего оконцевателя изолятора фиксированный воздушный зазор.
Недостатком указанного изолятора является то, что для гашения разрядной дуги, вызванной грозовым перенапряжением в фиксированном воздушном искровом зазоре, требуется отключение напряжения на линии электропередачи, так как такая разрядная дуга имеет большую силу тока и без отключения напряжения находится в самоподдерживающемся режиме.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является обеспечение гашения разрядной дуги, появляющейся вследствие перенапряжения (в т.ч. молниевого) в фиксированном воздушном зазоре, которым снабжен опорный изолятор, обеспечивающий удержание провода линии электропередачи, без необходимости отключения напряжения на линии электропередачи.
Указанная задача решается с помощью опорного изолятора, снабженного мультикамерным разрядником, прикрепленным к одному из концов изолятора с образованием фиксированного воздушного промежутка с электродом, закрепленным на другом конце изолятора.
Мультикамерный разрядник может быть прикреплен к верхнему или к нижнему концу изолятора. Кроме того, мультикамерный разрядник может иметь прямую форму или криволинейную (изогнутую) форму, которая может представлять собой, например, форму части окружности или эллипса.
Опорный изолятор в одном из вариантов состоит из стержня и изоляционного тела, выполненного с использованием полимера, причем полимер может представлять собой, например, силиконовую резину, а стержень может быть выполнен с использованием стеклопластика. В другом варианте опорный изолятор состоит из стержня, который может быть выполнен с использованием стеклопластика, и изоляционного тела, выполненного с использованием фарфора. Кроме того, возможны и другие варианты выполнения опорного изолятора, известные из уровня техники или разработанные в дальнейшем.
Провод линии электропередачи может крепиться к верхнему концу опорного изолятора с помощью элементов крепления провода, например, с помощью обвязки, выполненной с использованием дополнительного провода или троса, который может быть как металлическим, так и диэлектрическим. Однако в предпочтительном варианте опорный изолятор снабжен зажимным приспособлением для провода линии электропередачи на верхнем конце изолятора.
Зажимное приспособление для провода линии электропередачи может быть литым, штампованным или произведенным по другой технологии. Зажимное приспособление может состоять из двух зажимных элементов. Зажимные элементы могут быть плоскими. В одном из вариантов зажимные элементы могут прижиматься друг к другу одним или несколькими болтовыми соединениями. Зажимные элементы могут быть снабжены множеством канавок. Кроме того, зажимные элементы могут быть снабжены одним или более прокалывающих выступов.
Мультикамерный разрядник предпочтительно состоит из продолговатого изоляционного элемента, внутри которого размещены разрядные электроды, выходящие в разрядные камеры, имеющие выходы на наружную поверхность изоляционного элемента. Разрядные электроды могут быть установлены в изоляционном элементе с образованием в разрядных камерах разрядных промежутков, размеры которых (расстояния между электродами) меньше толщины слоя диэлектрика, из которого выполнен изоляционный элемент, отделяющий разрядные промежутки от внешней поверхности изоляционного элемента.
Выходы разрядных камер могут быть направлены в сторону от изолятора. Например, выходы разрядных камер могут быть направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось изолятора и мультикамерный разрядник.
Продолговатое изоляционное тело может быть снабжено жестким стержнем, расположенным вдоль разрядных электродов на расстоянии от них. Мультикамерный разрядник на том конце, который участвует в формировании фиксированного воздушного промежутка, может иметь оконечный электрод, непосредственно или через разрядный промежуток связанный с одним или несколькими разрядными электродами разрядника.
Нижний зажимной элемент может иметь выступ, входящий в мультикамерный разрядник и имеющий механическое соединение с продолговатым изоляционным элементом, а также соединенный с одним или несколькими разрядными электродами непосредственно или через разрядные промежутки.
Зажимное приспособление может иметь втулку, выполненную с возможностью ввода в нее сбоку относительно изолятора продолговатого изоляционного элемента мультикамерного разрядника или соединительного электрода, соединяющего изолятор с разрядником, и механического закрепления изоляционного элемента или соединительного электрода в ней.
В верхнем конце изолятора может быть предусмотрено отверстие, выполненное с возможностью ввода в него продолговатого изоляционного элемента мультикамерного разрядника или соединительного электрода, соединяющего изолятор с разрядником.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение гашения разрядной дуги в фиксированном воздушном промежутке без необходимости отключения напряжения на линии электропередачи. Это происходит благодаря тому, что мультикамерный разрядник содержит множество разрядных промежутков, что ограничивает возможный разрядный ток. Так как разрядный ток проходит, в том числе, и через фиксированный воздушный зазор, то его ограниченность по величине приводит к автоматическому гашению разрядной дуги после окончания импульса перенапряжения без отключения напряжения на линии электропередачи в мультиэлектродном разряднике и фиксированном воздушном зазоре.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан первый вариант реализации полезной модели. На фиг. 2 показан второй вариант реализации полезной модели. На фиг. 3 показан третий вариант реализации полезной модели.
Осуществление полезной модели
Далее полезная модель будет описана со ссылкой на пояснительные чертежи. На чертежах показаны возможные варианты реализации опорного изолятора в соответствии с полезной моделью, которые не являются ограничивающими объем охраны. Варианты осуществления, раскрываемые в описании полезной модели, также не являются ограничивающими и предназначены для пояснения сущности полезной модели. Ориентация «верх-низ» опорного изолятора соответствует положению изолятора, показанному на фиг. 1-3, и ссылки на нее и положение элементов изолятора относительно этой ориентации в соответствии с полезной моделью даны лишь для более наглядного описания. Это значит, что в некоторых вариантах установки опорный изолятор может быть размещен наклонно, в горизонтальной плоскости или даже тем концом, который предназначен для прикрепления электрического провода, вниз. Тем не менее, без ограничения объема охраны, условно считается, что конец изолятора, предназначенный для крепления провода, является верхним концом, а тот конец изолятора, который предназначен для закрепления изолятора на защищаемом объекте, например, на опоре линии электропередачи, является нижним концом изолятора. Объем охраны ограничивается только формулой полезной модели.
Как показано на фиг. 1-3, опорный изолятор 1 снабжен мультикамерным разрядником 2, закрепленным на верхнем конце изолятора 1 с образованием фиксированного воздушного промежутка (зазора) с электродом 6, закрепленным на нижнем конце изолятора. В других вариантах выполнения мультикамерный разрядник может быть прикреплен к нижнему концу изолятора так, чтобы образует фиксированный воздушный промежуток с электродом, прикрепленным к верхнему концу изолятора. Электрод, прикрепленный к концу изолятора, и участвующий в формировании фиксированного воздушного промежутка, имеет электрическое соединение с защищаемым объектом (например, опорой линии электропередачи) непосредственно и/или посредством нижнего оконцевателя 4 и/или установочной арматуры 9 в случае размещения этого электрода на нижнем конце изолятора, или имеет электрическое соединение с проводом линии электропередачи непосредственно и/или посредством верхнего оконцевателя 3 и/или зажимного приспособления или элемента в случае размещения этого электрода на верхнем конце изолятора.
Изолятор может быть снабжен зажимным приспособлением для провода линии электропередачи на верхнем конце изолятора (на фиг. 1-3 показана только часть зажимного приспособления в виде верхней части оконцевателя 3). Зажимное приспособление для провода линии электропередачи может быть литым (на фиг. 1-3 показана литая часть зажимного приспособления, расположенная в верхней части оконцевателя 3), или штампованным, или произведенным по другой технологии. Зажимное приспособление для провода линии электропередачи может состоять из двух зажимных элементов, которые могут быть, например, плоскими. Элементы зажимного приспособления могут быть прижимаемыми друг к другу, например, одним или несколькими болтовыми соединениями. Использование болтов упрощает крепление и делает его более надежным. Зажимные элементы могут быть снабжены множеством канавок для более надежного удержания провода. Один или оба зажимных элементов могут быть снабжены одним или более прокалывающих выступов для прокалывания изоляции провода (если она есть) и обеспечения электрического контакта между зажимным элементом и проводом.
Электрод 4, закрепленный на нижнем конце изолятора 1 и также называемый нижний оконцеватель, предназначен для прикрепления к опоре линии электропередачи, например, к ее траверсе. Закрепление может происходить с помощью резьбового соединения, для чего электрод 4 может быть снабжен крепежной арматурой 9 с резьбой. Этот электрод 4 может иметь металлический выступ 6, предназначенный для формирования фиксированного воздушного зазора со свободным (незакрепленным) концом мультикамерного разрядника 2, в частности, с оконечным электродом 5.
Мультикамерный разрядник 2 преимущественно состоит из продолговатого изоляционного элемента, внутри которого размещены разрядные электроды, выходящие в разрядные камеры, имеющие выходы на наружную поверхность изоляционного элемента. На наружной поверхности изоляционного элемента около выходов разрядных камер могут быть предусмотрены выступы 7, служащие направляющими для выхлопов плазмы из разрядных камер, образующихся в результате искровых разрядов, а также снижающих вероятность объединения выхлопов разрядных камер.
Разрядные электроды установлены в изоляционном элементе с образованием в разрядных камерах разрядных промежутков, размеры которых меньше толщины слоя диэлектрика, из которого выполнен изоляционный элемент, отделяющий разрядные промежутки от внешней поверхности изоляционного элемента (т.е., по сути, глубины разрядной камеры).
Выходы разрядных камер могут быть направлены в сторону от изолятора. Например, они могут быть направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось изолятора и мультикамерный разрядник, как это показано на фиг. 1-3. Продолговатый изоляционный элемент мультикамерного разрядника имеет изогнутую (криволинейную) форму, например, как это показано на фиг. 1-3, представляет собой часть окружности или эллипса (дугу), благодаря чему удается обеспечить как повышенное расстояние между выходами 7 из разрядных камер и изолятором 1, так и формирование фиксированного воздушного зазора между электродами 5 и 6 на нижнем конце изолятора 1.
В других вариантах, не показанных на фиг. 1-3, мультикамерный разрядник может иметь прямую форму, что упрощает изготовление разрядника. Для придания требуемой жесткости продолговатое изоляционное тело может быть снабжено жестким стержнем, расположенным вдоль разрядных электродов на расстоянии от них (и предпочтительно внутри изоляционного тела). В том случае, когда разрядник прямой, стержень также является прямым, что также упрощает изготовление разрядника. Изоляционное тело разрядника преимущественно изготовлено с использованием полимерных материалов, таких как, например, силиконовая резина.
Мультикамерный разрядник 2 на том конце, который участвует в формировании фиксированного воздушного промежутка, может иметь оконечный электрод 5, связанный с одним или несколькими разрядными электродами разрядника. Здесь и далее электрическая связь или соединение могут быть как непосредственными (прямо, гальванически), так и через разрядный промежуток
На другом конце мультикамерного разрядника, том, который соединен с верхним концом изолятора, один или несколько разрядных электродов могут быть соединены с зажимным приспособлением непосредственно или через разрядный промежуток или с помощью соединительного электрода, который, в свою очередь, может быть соединен с зажимным приспособлением и/или одним или несколькими разрядными электродами непосредственно или через разрядные промежутки.
Соединение мультикамерного разрядника с изолятором возможно несколькими способами. В одном из вариантов нижний зажимной элемент зажимного приспособления или оконцеватель изолятора может иметь выступ, входящий в мультикамерный разрядник и имеющий механическое соединение с продолговатым изоляционным элементом, а также соединенный с одним или несколькими разрядными электродами непосредственно или через разрядные промежутки. Такой выступ может называться соединительным электродом, механически и электрически соединенным с нижним зажимным элементом зажимного приспособления изолятора.
В другом варианте, показанном на фиг. 1, зажимное приспособление может иметь втулку 8, соединенную с оконцевателем 3 и в которую сбоку относительно изолятора может вставляться и механически закрепляться, например, путем обжима, продолговатый изоляционный элемент мультикамерного разрядника 2 или соединительный электрод. Втулка может быть электрически соединена с зажимным приспособление непосредственно или через разрядный промежуток, а также может входить в состав приспособления. Что касается мультиэлектродного разрядника, то с ним втулка может быть соединена непосредственно или через разрядный промежуток с одним или несколькими разрядными электродами или же с помощью соединительного электрода, который может быть соединен как со втулкой, так и одним или несколькими промежуточными электродами непосредственно и/или через разрядные промежутки.
В еще одном варианте, показанном на фиг. 2, мультиэлектродный разрядник, например, его продолговатый изоляционный элемент или соединительный электрод, входящий в этом случае в состав разрядника, может вставляться в отверстие или углубление (гнездо) в верхнем конце изолятора. В частном варианте, когда мультиэлектродный разрядник крепится к изолятору путем закрепления в изоляторе изоляционного элемента разрядника, зажимное приспособление может быть соединено с одним или несколькими разрядными электродами разрядника через разрядный промежуток или посредством соединительного электрода, который, в свою очередь, может быть соединен как с зажимным приспособлением, так и одним или несколькими промежуточными электродами непосредственно и/или через разрядные промежутки.
В другом частном варианте, представленном на фиг. 2, когда мультиэлектродный разрядник 2 крепится к изолятору с помощью соединительного электрода, проходящего через отверстие в изоляторе, соединительный электрод может соединяться с зажимным приспособлением непосредственно или через разрядный промежуток. В одной из возможных реализаций соединительный электрод может одновременно проходить через отверстие в изоляторе и зажимное приспособление или металлический элемент, такой как верхний оконцеватель 3 на фиг. 2, или трубка, или пластина, электрически соединенные с зажимным приспособлением (непосредственно или через разрядный промежуток) и надетый на изолятор.
На фиг. 2 мультикамерный разрядник также вставляется во втулку 8, но закрепляется не обжимом втулки 8, а другим способом. Как изоляционный элемент, так и соединительный электрод разрядника, пропущенные через отверстие в изоляторе, могут закрепляться с помощью резьбового крепления 10 на фиг. 2 (гайкой, барашком или т.п.) или другими видами креплений, известными из уровня техники.
На фиг. 3 показан вариант реализации опорного изолятора с мультикамерным разрядником и фиксированным воздушным зазором, повторяющим конструкцию на фиг. 2 за исключением крепления мультикамерного разрядника. В конструкции на фиг. 3 мультикамерный разрядник 2 вставляется во втулку 8 и втулка обжимается, тем самым закрепляя разрядник. Таким образом обеспечивается упрощение крепления разрядника к опорному изолятору.
Вышеописанные варианты прикрепления мультикамерного разрядника к изолятору описаны по отношению к тому варианту, когда разрядник крепится к верхнему концу изолятора, т.е. к тому концу, к которому прикрепляется провод линии электропередачи. Однако настоящая полезная модель охватывает и тот вариант, когда разрядник крепится к нижнему концу изолятора, т.е. к тому концу, с помощью которого опорный изолятор прикрепляется к опоре линии электропередачи. Соответственно, все описанные варианты крепления могут быть реализованы и в случае прикрепления разрядника к нижнему концу изолятора с соответствующей заменой верхнего оконцевателя или зажимного приспособления на нижний оконцеватель.
Изолятор с мультикамерным разрядником и фиксированным воздушным промежутком функционирует следующим образом. В штатном режиме работы, когда отсутствуют перенапряжения, напряжение от зажимного приспособления, имеющего потенциал провода линии электропередачи, прикладывается к одному из разрядных промежутков, которые предусмотрены между зажимным приспособлением и электродом, закрепленным на нижнем конце изолятора. В частности, напряжение может быть приложено к одному из разрядных промежутков между разрядными электродами мультикамерного разрядника, если зажимное приспособлением имеет непосредственный электрический контакт с одним из этих разрядных электродов. В другом варианте напряжение может быть приложено к разрядному промежутку между зажимным приспособлением и разрядным электродом (или соединительным электродом), если такой разрядный промежуток предусмотрен.
При отсутствии перенапряжений разрядные промежутки не могут быть пробиты штатным напряжением линии электропередачи и, как следствие, через мультикамерный разрядник и фиксированный воздушный промежуток электрический ток не протекает (за исключением, возможно, тока утечки, для уменьшения которого предназначен фиксированный воздушный промежуток).
При появлении на зажимном приспособлении перенапряжения, например, в результате молниевого удара в линию электропередачи или около нее, разрядные промежутки последовательно пробиваются вследствие того, что электрическая прочность разрядных промежутков недостаточна для того, чтобы не пробиваться при перенапряжении. Когда нижний разрядный электрод мультикамерного разрядника или его оконечный электрод, если он предусмотрен, приобретает потенциал перенапряжения, происходит пробой фиксированного воздушного промежутка и по мультикамерному разряднику и через фиксированный воздушный промежуток проходит электрический ток на опору линии электропередачи, благодаря чему снижается перенапряжение на проводе линии электропередачи.
При окончании импульса перенапряжения и при переходе напряжения линии электропередачи с промышленной частотой (50 или 60 Гц) через ноль разрядные дуги между разрядными электродами мультикамерного разрядника гасятся, так как мультикамерный разрядник содержит множество разрядных промежутков, что ограничивает возможный разрядный ток. Благодаря этому обеспечивается автоматическое гашение разрядной дуги после окончания импульса перенапряжения без отключения напряжения на линии электропередачи.
Фиксированный воздушный зазор, выполненный последовательно с мультикамерным разрядником, обеспечивает снижение токов утечки через мультикамерный разрядник.