ИЗОЛЯТОР-РАЗРЯДНИК

Настоящая полезная модель относится к области высоковольтной техники, а более конкретно к изоляторам и устройствам грозозащиты.
Известен высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционного тела и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и опорной конструкции (Техника высоких напряжений/Под ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.78).
Недостатком известного 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.
Известно техническое решение, позволяющее защитить описанный выше изолятор от дуги. Оно заключается в использовании так называемых защитных промежутков (Техника высоких напряжений/Под ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.287), которые выполнены с использованием металлических стержней, устанавливаемых электрически параллельно изолятору и образующих между собой искровые промежутки. Длина промежутка меньше, чем путь утечки по поверхности изолятора, и меньше, чем путь перекрытия его по воздуху. Поэтому при воздействии перенапряжения перекрывается не изолятор, а воздушный промежуток между стержнями, и дуга сопровождающего тока промышленной частоты горит на стержнях, а не на изоляторе. Недостатком изолятора с защитным промежутком является то, что в результате его срабатывания образуется короткое замыкание в сети, которое требует экстренного отключения высоковольтной установки, содержащей указанный изолятор.
Известна также гирлянда из двух изоляторов, отличающаяся от описанного выше изолятора тем, что между первым и вторым изоляторами, на металлических оконцевателях которых установлены дугозащитные стержни, расположен третий стержневой промежуточный электрод, установленный на металлической сцепной арматуре между изоляторами (US №4665460, НОIT 04/02, 1987). Таким образом, в известной гирлянде вместо одного воздушного искрового промежутка создано два таких промежутка. Благодаря этому, удалось несколько увеличить дугогосящую способность гирлянды изоляторов с дугозащитными стержнями и обеспечить гашение небольших (порядка десятков ампер) сопровождающих токов при однофазных замыканиях на землю. Однако, это устройство не может отключить токи более 100 А, которые обычно бывают при двух- и трехфазных замыканиях на землю при грозовых перенапряжениях, что определяет малую эффективность его работы.
Наиболее близким техническим решением является высоковольтный изолятор-разрядник для высоковольтной линии электропередачи, выбранный в качестве прототипа. (RU №2378725 С1, НО1В 17/00, опубл. 10.01.2010). Данный изолятор-разрядник содержит изоляционное тело, установленные на его концах первый и второй элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Изолятор-разрядник дополнительно снабжен периодической мультиэлектродной системой (МЭС), состоящей из 5-100 и более электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины, механически связанных с изоляционным телом. Изолятор-разрядник содержит также первый и второй подводящие электроды, каждый из которых отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и одним концом связан гальванически или через воздушный промежуток с первым или вторым элементом арматуры, а вторым концом через воздушный промежуток с первым или вторым концом МЭС. Электроды МЭС и подводящие электроды выполнены и установлены таким образом, что при воздействии на изолятор-разрядник перенапряжения пробиваются воздушные промежутки между подводящими электродами и крайними электродами МЭС, после чего последовательно пробиваются искровые промежутки между электродами МЭС. Прототип обладает свойствами грозозащитного устройства. МЭС расположена по эквипотенциальной линии, или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор-разрядник, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора.
Недостатками данного изолятора-разрядника является малая эффективность работы из-за недостаточно быстрого гашения разряда -дуги между смежными электродами в МЭС при прохождении волны перенапряжения.
Перед авторами стояла задача - повысить эффективность работы изолятора-разрядника за счет увеличения скорости гашения разряда между смежными электродами в МЭС.
Технический результат достигается следующим образом. В изоляторе-разряднике, содержащем изоляционное тело, жестко закрепленные по центру изоляционного тела, по обе его стороны, первый и второй элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Профиль из силиконовой резины, жестко закреплен на ребре изоляционного тела, внутри профиля, расположена периодическая система электродов. Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля и образующие миниатюрные газоразрядные камеры. К первому и второму элементам арматуры гальванически или через воздушный промежуток присоединены своими первыми концами первый и второй подводящие электроды соответственно, каждый из которых отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и вторым своим концом связан через воздушный промежуток с первым или вторым концом периодической системы электродов. По окружности изоляционного тела, с внутренней стороны периодической системы электродов, жестко закреплено кольцо из электропроводящего материала.
На фиг.1 приведен общий вид изолятора-разрядника. На фиг.2 показано, расположение периодической системы электродов в профиле из силиконовой резины, а на фиг.3 даны вид сбоку и сверху изолятора-разрядника.
На чертеже представлен изолятор-разрядник, который состоит из изоляционного тела 1 в форме тарелки (фиг.1 и фиг.3). Изоляционное тело 1 выполнено, например, из стекла. По центру изоляционного тела 1, по обе его стороны жестко закреплены первый 2 и второй 3 элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Изолятор-разрядник дополнительно снабжен периодической системой электродов (МЭС) 4, состоящей из 5-100 и более электродов 5 (фиг.2), вмонтированных в профиль из силиконовой резины 6, который жестко закреплен на ребре изоляционного тела 1 (фиг.1 и фиг.2). Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля 6. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры 7 (фиг.2). Изолятор-разрядник содержит также первый 8 (фиг.1 и фиг.3) и второй 9 подводящие электроды, каждый из которых одним концом соединен гальванически с первым 2 и вторым 3 элементом арматуры, а другим концом, через воздушные промежутки 10 и 11 с первым и вторым концом МЭС 4. На изоляционном теле 1 с внутренней стороны МЭС 4 жестко закреплено кольцо из электропроводящего материала 12.
Изолятор-разрядник работает следующим образом: при воздействии перенапряжения на изолятор-разрядник сначала пробиваются искровые воздушные промежутки 10 или 11, а затем - разрядные камеры 7 МЭС 4. Ток грозового перенапряжения протекает от второго элемента арматуры 3 и его подводящего электрода 9 через искровой канал нижнего искрового промежутка 11, затем - по МЭС 4, и далее - через канал разряда верхнего искрового промежутка 10 по верхнему подводящему электроду 8 к первому элементу арматуры 2. После пробоя промежутков камер 7 (фиг.2) в последних возникают искровые разряды между промежуточными электродами 5 (фиг.2), т.к. объемы камер 7 весьма малы, при расширении канала разряда создается высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами 5 перемещаются к поверхности изоляционного тела 1, образуя каналы разряда 13, и далее - выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие сказанного каналы разрядов 13 охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. Одновременно с этим в кольце 12 из электропроводящего материала (фиг.1 и фиг.3), расположенного на изоляционном теле 1, индуцируется ток, магнитное поле которого воздействует на каналы разрядов 13 (фиг.2), увеличивая скорость их выдувания из камер 7 и длину канала разряда 13. Из-за увеличения длины канала 13 возрастает его сопротивление, что приводит к увеличению скорости гашения разряда.
На участке МЭС 4 между подводящими электродами промежуточных электродов нет, и разряд развивается по МЭС 4, занимающий примерно три четверти периметра ребра изоляционного тела 1, а не между подводящими электродами 8 и 9. При ударе молнии непосредственно в контактную сеть или в опору происходит перекрытие изолятора-разрядника, как это было описано выше. После окончания грозового перенапряжения и стекании его тока через опору в землю благодаря работе МЭС 4 происходит гашение разряда «в импульсе», т.е. без сопровождающего тока, и контактная сеть продолжает работу без отключения.
Как можно заметить, использование кольца 12 из электропроводящего материала в изоляторе-разряднике приводит к увеличению скорости гашения искрового разряда за счет увеличения его длины и сопротивления, что способствует повышению эффективности изолятора-разрядника и экономической целесообразности его использования.