УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Устройство для защиты от перенапряжений
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты от перенапряжений, например, линий электропередачи с максимально возможной защитной характеристикой и обеспечением требуемых условий взрывобезопасности.
Аналогичные технические решения известны см., например, авторское свидетельство СССР №1576906, которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
-электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
двухслойную изоляционную цилиндрическую оболочку расположенную внутри
электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
продольные каналы, выполненные по боковой поверхности внешнего слоя
двухслойной изоляционной цилиндрической оболочки;
блок нелинейных резисторов, расположенный внутри двухслойной изоляционной
цилиндрической оболочки;
верхнюю пружину, подсоединенную нижним концом к верхней поверхности
блока нелинейных резисторов;
-нижнюю пружину, подсоединенную верхним концом к нижней поверхности блока нелинейных резисторов;
-верхнюю крыщку с выступом для подключения к линии электропередачи, расположенную и закрепленную в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенную своей внутренней поверхностью к верхнему концу верхней пружины;
-нижнюю крышку с выступом для подключения к линии электропередачи, расположенную и закрепленную в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенную своей внутренней поверхностью к нижнему концу нижней пружины;
герметик, расположенный внутри электроизоляционного пустотелого корпуса.
Общими признаками вышеохарактеризованного аналога и предлагаемого технического решения являются:
электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
блок нелинейных резисторов, расположенный внутри электроизоляциооного
цилиндрического пустотелого корпуса;
верхняя пружина;
-нижняя пружина;
верхняя крышка с выступом для подключения к линии электропередачи;
-нижняя крышка с вьгеодом для подключения к линии электропередачи; герметик, расположенный внутри электроизоляционного пустотелого корпуса. Технический результат, который невозможно достичь этим аналогом заключается
в исключении нарастания огромного давления при образовании горения дуги внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса без усложнения конструкции устройства для защиты от перенапряжений и без ухудшения его защитных характеристик.
Причиной, по которой невозможно достижение технического результата указанного выше является то, что при возникновении поверждения нелинейного резистора, которое перешло в горение дуги от тока короткого замыкания внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса начинает резко возрастать давление и происходит взрьш конструкции устройства для защиты от
перенапряжений, в результате которого корпус и его составные части разлетаются с огромной скоростью в пространство и, как правило, повреждают провода линии электропередачи, эксплуатируемую технику и находящихся вблизи взрыва людей.
Известно также устройство для защиты от перенапряжений см., патент Российской Федерации №2178214, которое взято в качестве прототипа и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
первый и второй электрические выводы, каждый из которых выполнен в виде
цилиндрического основания с диаметральным сквозным отверстием, с
центральным осевым каналом, сообщающимся своей внутренней полостью с
внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия и стержневого выступа
с центральным осевым отверстием, закрепленного одним своим концом в центре
цилиндрического основания и сообщающимся внутренней полостью своего
центрального осевого отверстия с внутренней полостью осевого канала;
как минимум один нелинейный резистор, установленный внутри
электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный
своей верхней поверхностью к внешней поверхности цилиндрического основания
первого электрического вывода, а своей нижней поверхностью к внешней
поверхности цилиндрического основания второго электрического вывода;
как минимум одну пружину, установленнз ю на стержневом выступе как минимум
одного электрического вывода и упирающуюся одним своим концом в его
цилиндрическое основание;
верхний фланец с выступом для подключения к линии электропередачи,
расположенный и закрепленный в верхней части электроизоляционного
нижний фланец с выступом для подсоединения к линии электропередачи, расположенный и закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и упирающийся своей внутренней поверхностью в нижний конец как минимум одной пружины, установленной на стержневом выступе второго электрического вывода или в поверхность цилиндрического основания со стороны стержневого выступа второго электрического вывода;
-верхний гибкий электрический проводник, закрепленный на поверхности верхнего конца стержневого выступа первого электрического вывода и подсоединенный одним концом к верхнему фланцу;
-нижний гибкий электрический проводник, закрепленный на поверхности нижнего конца стержневого выступа второго электрического вывода и подсоединенный одним концом к нижнему фланцу;
герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического
пустотелого корпуса.
Все вышеуказанные признаки являются общими с предлагаемым техническим решением за исключением закрепления верхнего и нижнего фланцев в верхней и нижней частях электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и их взаимодействия с концами пружин или с внутренней поверхностью цилиндрического основания как минимум одного из электрических выводов, а также непосредственного подсоединения выводов гибких электрических проводников к верхнему и нижнему фланцам.
Технический результат, который невозможно достичь в прототипе заключается в исключении нарастания огромного давления при образовании горения дуги внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса без усложнения
io
конструкции устройства для защиты от перенапряжений и без з удшения его защитных характеристик.
Причиной, по которой невозможно достижение технического результата указанного выше является то, что при возникновении повреждения нелинейного резистора, которое перешло в горение дуги от тока короткого замыкания внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса начинает резко возрастать давление и происходит взрыв конструкции устройства для защиты от перенапряжений, в результате которого корпус и его составные части разлетаются с огромной скоростью в пространство и, как правило, повреждают провода линии электропередачи, эксплуатируемую технику и находящихся вблизи взрыва людей.
Учитывая характеристику и анализ аналогичных технических решений можно сделать вывод, что задача создания устройств для защиты от перенапряжений обладающих предельно возможной защитной характеристикой и требуемой взрывобезопасностью является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выще достигается тем, что устройство для защиты от перенапряжений , содержащее электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус, первый и второй электрические выводы, выполшенные в виде цилиндрического основания с диаметральным сквозным отверстием, с центральным осевым каналом, сообщающимся своей внутренней полостью с внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия и стержневого выступа с центральным осевым отверстием, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания и сообщающимся внутренней полостью своего центрального осевого отверстия с внутренней полостью осевого канала, как минимум один нелинейный резистор, установленный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный своей верхней поверхностью к внешней поверхности цилиндрического основания первого электрического вывода и своей нижней
поверхностью к внешней поверхности цилиндрического основания второго электрического вывода, как минимум одну , установленную на стержневом выступе как минимум одного электрического вывода и упирающуюся одним своим концом в его цилиндрическое основание, верхний фланец с выступом для подключения к линии электропередачи, нижний фланец с выступом для подключения к линии электропередачи, верхний гибкий электрический проводник, закрепленный на поверхности верхнего конца стержневого выступа первого электрического вывода, нижний гибкий электрический проводник, закрепленный на поверхности нижнего конца стержневого выступа второго электрического вывода и герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса снабжено: верхней и нижней вставками, выполненными в виде стакана с центральным осевым отверстием в тонкостенном дне и как минимум двумя боковыми выемками, симметрично расположенными в верхней части внутренней поверхности стакана, образующими тонкостенные участки между внешней поверхностью корпуса стакана и внутренней поверхностью боковых выемок в корпусе стакана, установленных соответственно на стержневых выступах первого и второго электрических выводов и упирающихся внешней поверхностью тонкостенного дна стакана верхней вставки в верхний конец как минимум одной пружины, а внешней поверхностью тонкостенного дна стакана нижней вставки в нижний конец как минимум одной пружины или во внутреннюю поверхность цилиндрического основания второго электрического вывода и подсоединенных нижней частью корпуса стакана верхней вставки к верхнему концу электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и верхней частью корпуса стакана верхней вставки к выводу верхнего гибкого электрического проводника и к нижней поверхности верхнего фланца, а нижней частью корпуса стакана нижней вставки к нижнему концу электроизоляционного цилиндрического
пустотелого корпуса и верхней частью корпуса стакана нижней вставки к выводу нижнего гибкого электрического проводника и к нижней поверхности нижнего фланца.
Введение верхней и нижней вставок, их форма выполнения, расположение и подсоединение, как указанно выше, позволяют в процессе эксплуатации устройства для защиты от перенапряжений и возникновения повреждения как минимум одного нелинейного резистора, которое перешло в горение дуги от тока короткого замыкания и в дальнейшем привело к возникновению и резкому нарастанию давления, как внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, так и во внутренних полостях верхней и нижней вставок, которое достигнув определенной минимально возможной величины, соответствующей усилию, способному разрушить тонкостенные участки в корпусе верхней и нижней вставок, разрушает эти тонкостенные участки, обеспечивая при этом сброс давления, и даже исключить разрыв массивных деталей устройства, и тем самым обеспечить наилучшие условия взрывобезопасности. В чем и проявляется достижение технического результата указанного выше.
Сущность предлагаемого устройства для защрггы от перенапряжений поясняется нижеследзжэшим описанием и чертежами, где на фиг.1 - представлена конструкция устройства для защиты от перенапряжений; на фиг. 2 - представлена конструкция верхнего (нижнего) фланца; на фиг.З - представлена конструкция верхней (нижней) вставки; а на фиг.4 - представлена конструкция первого (второго) электрических выводов.
Предлагаемое устройство для защиты от перенапряжений содержит: - электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус - 1, выполненный из
или стеклотекстолита с наружными ребрами (ребра могут быть оформлены из кремнеорганической резины в виде ребристого покрытия на стеклопластик); как минимум один нелинейный резистор - 2 (типа; Е40УЮ02 фирмы «Харрис), расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1;
первый электрический вьюод - 3, выполненный в виде цилиндрического основания - 4 с диаметральным сквозным отверстием - 5, с центральным осевым каналом - 6, сообщающимся своей внутренней полостью с внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия - 5 и стержневого выступа - 7, с центральным осевым отверстием - 8 и внутренней резьбой, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания - 4 и сообщающимся внутренней полостью своего центрального осевого отверстия - 8 с внутренней полостью осевого канала - 6 и установленный своей внешней плоскостью цилиндрического основания - 4 на внешней верхней поверхности, как минимум одного нелинейного резистора -2;
второй электрический вывод - 9, выполненный в виде цилиндрического основания - 4 с диаметральным сквозным отверстием - 5, с центральным осевым каналом -6, сообщающимся своей внутренней полостью с внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия - 5 и стержневого выступа - 7 с центральным осевым отверстием - 8 и внутренней резьбой, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания - 4 и сообщающимся внутренней полостью своего центрального осевого отверстия с внутренней полостью осевого канала - 6 и установленный своей внешней плоскостью цилиндрического основания - 4 на внешней нижней поверхности как минимум одного нелинейного резистора - 2;
.
верхнюю пружину - 10, установленную на стержневом выступе - 7 первого электрического вывода - 3 и упирающуюся одним своим концом во внутреннюю поверхность цилиндрического основания - 4 первого электрического вывода -3; нижнюю пружину - 11, установленную на стержневом выступе - 7 второго электрического вывода - 9 и упирающуюся одним своим концом во внутреннюю поверхность цилиндрического основания - 4 второго электрического вывода - 9. В качестве верхней -10 и нижней - 11 пружин могут бьггь использованы различные виды пружин. В том числе и тарельчатые. В некоторых конструкциях устройств для защиты от перенапряжений пружина - 10 или И может отсутствовать. Как правило это связано с тем, что такие устройства работают при более «низких напряжениях и не требуют второй пружины, так как надежное усилие прижатия поверхностей обеспечивается одной пружиной. Верхнюю вставку - 12 из электропроводного материала, например, из алюминия или его сплавов, выполненную в виде стакана - 13 с центральным осевым отверстием в тонкостенном дне - 14 корпуса стакана - 13, с боковыми выемками 15 симметрично расположенными в верхней части внутренней поверхности стакана - 13, образующими тонкостенные участки между внешней поверхностью корпуса стакана - 13 и внутренней поверхностью боковых выемок - 15 корпуса стакана - 13, установленную на стержневом выступе - 7 первого электрического вывода - 3 и упирающуюся внешней поверхностью тонкостенного дна - 14 стакана - 13 в верхний конец верхней пружины - 10 и закрепленной корпусом стакана - 13 посредством резьбового соединения в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1; Нижнюю вставку - 16 из электропроводного материала, например, алюминия или его сплавов, выполненную в виде стакана - 13 с центральным осевым отверстием в тонкостенном дне - 14 стакана - 13, с боковыми выемками - 15 симметрично
расположенными в верхней части внутренней поверхности стакана - 13, образующими тонкостенные участки между внешней поверхностью корпуса стакана - 13 и внутренней поверхностью боковых выемок - 15 корпуса стакана 13, установленную на стержневом выступе - 7 второго электрического вывода - 9, опирающуюся внешней поверхностью тонкостенного дна - 14 стакана - 13 в нижний конец нижней пружины - 11 или во внутреннюю поверхность цилиндрического основания - 4 второго электрического вывода - 9 и закрепленную корпусом стакана - 13 посредством резьбового соединения в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1; Верхний гибкий электрический проводник - 17, закрепленный посредством болтового соединения на поверхности стержневого выступа - 7 первого электрического вывода - 3 и на верхней части корпуса стакана - 13 верхней вставки- 12;
Нижний гибкий электрический проводник - 18, закрепленный посредством болтового соединения на поверхности стержневого выступа - 7 второго электрического вывода - 9 и на верхней части корпуса стакана - 13 нижней вставки- 16;
Верхний фланец - 19 с выступом - 20 для подсоединения к линии электропередачи, закрепленный своей нижней частью корпуса посредством болтового соединения на верхнем конце корпуса стакана - 13 верхней вставки- 12;
Нижний фланец - 21 с выступом - 22 для подсоединения к линии электропередачи, закрепленный своей нижней частью корпуса посредством болтового соединения на верхнем конце корпуса стакана - 13 нижней вставки -16;
-Герметик - 23, охватывающий поверхность как минимум одного нелинейного резистора - 2 и расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1.
В качестве герметика - 23 может бьггь использован герметик типа СКТН (Виксинт), изготовленный на базе низкомалекулярного каучука, обладающей высокими электроизоляционными свойствами. Толщина тонкостенных участков между внешней поверхностью корпуса стаканов
-13 и внутренней поверхностью боковых выемок - 15 в корпусе стаканов - 13, а также и толщина тонкостенных днищ - 14 установлена экспериментально, а данные эксперимента приведены в таблице:
Сборку устройства для защиты от перенапряжений осуществляют следующим образом. В нижнюю часть электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1 посредством резьбового соединения закрепляют нижнюю вставку - 16. На внешнюю поверхность дна - 14 стакана - 13 нижней вставки - 16 устанавливают в случае необходимости нижнюю пружину - 11, а затем в отверстие дна - 14 стакана 13 нижней вставки - 16 устанавливают стержневым выступом - 7 второй электрический вывод - 9. На внещнюю поверхность цилиндрического основания - 4 второго электрического вывода - 9 устанавливают как минимум один нелинейный резистор - 2, на внешнюю верхнюю поверхность которого устанавливают внешней поверхностью цилиндрического основания - 4 первый электрический вывод - 3. Затем устанавливают верхнюю пружину - 10 на стержневой выступ - 7 первого электрического вывода - 3. После этого в верхней части электроизоляционного
цилиндрического пустотелого корпуса - 1 посредством резьбового соединения закрепляют верхнюю вставку - 12. При этом происходит упругая деформация пружин
-10 и 11 и обеспечивается необходимое усилие прижатия поверхностей как минимум одного нелинейного резистора - 2 и поверхностей первого - 3 и второго - 9 электрических выводов. Заполнение свободных полостей внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1 герметиком - 23 производят через центральное осевое отверстие - 8 стержневого выступа - 7 второго электрического вывода - 9, до появления герметика - 23 в центральном осевом отверстии - 8 стержневого выступа - 7 первого электрического вывода - 3. Таким образом, все полости внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1 оказываются заполненные герметиком - 23, гарантируя отсутствие пузырей и пустот. После отверждения герметика - 23 к стержневым выступам - 7, к верхним частям корпуса стаканов - 13 посредством болтовых соединений подсоединяют гибкие электрические провода - 17 и 18 соответственно. Окончательную сборку завершают путем закрепления посредством болтовых соединений на верхних частях корпуса стаканов - 13 соответственно верхнего фланца
-19 и нижнего фланца - 21. После этого устройство для защиты от перенапряжений готово к эксплуатации.
Предлагаемое устройство для защиты от перенапряжений работает следующим образом. К линии электропередачи подсоединяют выступы 20 и 21 устройства для защиты от перенапряжений. При номинальном напряжении электропитания через устройство для защиты от перенапряжений электрический ток практически не протекает, так как минимум один нелинейный резистор - 2 представляет собой пороговое устройство, имеющее бесконечно большое сопротивление. При превышении напряжения в линии электропередачи выше порога срабатывания как минимум одного нелинейного резистора - 2 его динамическое сопротивление резко
уменьшается, достигая значения менее одного Ома, при этом, чем выше перенапряжение, тем меньше динамическое сопротивление как минимум одного нелинейного резистора - 2. Динамическое сопротивление как минимум одного нелинейного резистора - 2 значительно меньше выходного сопротивления линии электропередачи, вследствие чего происходит ограничение величины перенапряжений и осушествляется соответствуюшая зашита линии электропередачи с наилучшей зашитной характеристикой. При возникновении повреждения как минимум одного нелинейного резистора - 2, которое переходит в режим горения дуги от тока короткого замыкания во внутреннем объеме электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса - 1 начинает резко возрастать давление, которое разрушает тонкостенные дншца - 14 стаканов - 13 и поступает во внутренние полости верней - 12 и нижней - 16 вставок и достигнув определенной минимально возможной величины соответствуюшей усилию способному разрушить тонкостенные участки в корпусе верхней и нижней вставок - 12 и 16, разрушают эти тонкостенные участки, обеспечивая при этом сброс давления, сохранность электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, и соответгственно, надежную взрывобезопасность.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает взрывобезопасность в случае пробоя нелинейного резистора и возникновения дуги за счет сброса давления внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и обеспечивает в рабочих условиях предельно возможные зашитные характеристики.