ИНДИКАТОР ПРОБОЯ И/ИЛИ ПЕРЕКРЫТИЯ ИЗОЛЯТОРА С РАЗРЯДНОЙ КАМЕРОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам, применяемым на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) или другом электрооборудовании для индикации пробоя и/или перекрытия изоляторов.
Уровень техники
Одной из проблем, возникающей при эксплуатации линий электропередачи является обнаружение перекрытого изолятора. При перекрытии изолятор чаще всего остается работоспособным, однако, электрический разряд может нанести ущерб изолятору, вследствие которого изолятор может в дальнейшем пробиться. Также, перекрытие может быть инициировано пробоем изолятора. В этом случае, изолятор выходит из строя и линия отключается до замены изолятора на исправный.
Из патента RU2609823 известен оптический индикатор, отображающий состояние гирлянды изоляторов на линии электропередачи. Принцип действия индикатора состоит в том, что он подключается параллельно изолятору или гирлянде изоляторов. В том случае, когда изоляция изоляторов имеет требуемую высокую величину, то к оптическому изолятору оказывается приложено напряжение в линии электропередачи и он излучает видимый свет.
Однако когда изоляторы перекрыты, к индикатору приложено значительно меньшее напряжение и он излучает значительно меньше видимого света или не излучает его вообще. Таким образом, по отсутствию видимого излучения из оптического индикатора или по его слабой светимости возможно определить перкрытие изолятора.
Такой оптический индикатор имеет несколько недостатков. Во-первых, для обеспечения работоспособности необходимо подключать такой индикатор параллельно изолятору. Так как индикатор состоит из проводящих и полупроводящих материалов, образующих проводящую ветвь контура, он сам может стать местом развития перекрытия изолятора.
Во-вторых, падение напряжения на участках изолятора может быть связано не с дефектом изолятора, а с утечками тока по поверхности изолятора в результате его загрязнения или увлажнения, что является нормальным рабочим режимом для изолятора.
В-третьих, интенсивность излучения оптического индикатора, субъективно определяемая наблюдателем, будет восприниматься различной в зависимости от интенсивности освещенности окружающего пространства - неба или облаков. Так например, в яркую солнечную погоду можно не увидеть свечения даже сильно светящегося индикатора, а ночью даже слабо светящийся индикатор будет хорошо виден, поэтому, определение неисправности изолятора по интенсивности свечения индикатора может быть субъективным и неоднозначным.
В-четвертых, описанный оптический индикатор имеет ограниченный срок эксплуатации в связи с тем, что элемент, излучающий видимый свет, имеет конечное количество часов работы. Это означает, что для того, чтобы иметь информацию о состоянии изоляции изоляторов, необходима периодическая замена таких оптических индикаторов или излучательных элементов в них.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является разработка индикатора пробоя и/или перекрытия изолятора линии электропередачи, у которого устранены вышеуказанные недостатки.
Задача полезной модели решается с помощью индикатора пробоя и/или перекрытия изолятора, имеющего элемент крепления, сигнальный элемент, разрушаемый элемент и дугоприемный элемент. Разрушаемый элемент содержит разрядную камеру, имеющую диэлектрические стенки и снабженную электродами, соединенными с элементом крепления и дугоприемным элементом, и механически соединяет сигнальный элемент и элемент крепления. Элемент крепления представляет собой кронштейн.
Элемент крепления в предпочтительном варианте выполнен с возможностью установки на изоляторе и/или элементе электроустановки, на котором или около которого установлен изолятор. Сигнальный элемент может иметь плоскую форму, а также может иметь размеры от 40 до 1000 мм или от 40 до 400 мм или от 60 до 300 мм или от 80 до 250 мм. Разрядная камера разрушаемого элемента может быть герметичной. Внутренняя полость разрядной камеры может быть заполнена газом (например, воздухом) и/или жидким и/или твердым (например, диэлектрическим) материалом. Внутренняя полость разрядной камеры может содержать проводник малого сечения, соединяющий электроды разрядной камеры Сигнальный и разрядный элементы могут быть выполнены в виде единой детали. Дугоприемный элемент в некоторых вариантах может быть объединен с сигнальным элементом. Дугоприемный элемент может быть выполнен с возможностью принятия тока пробитого изолятора с изоляционного тела через искровой промежуток или с посредством проводника (например, проволоки).
Техническим результатом настоящей полезной модели является обеспечение одновременно прочной, надежной в работе и удобной в обслуживании конструкции индикатора перекрытия изолятора. Указанный технический результат достигается за счет применения в разрушаемом элементе индикатора разрядной камеры, которая обеспечивает механическую прочность и надежность разрушаемого элемента, а за счет соединения разрушаемого элемента с сигнальным элементом обеспечивается удобство в обслуживании индикатора, в частности, замена сработавшего разрушаемого элемента вместе с сигнальным элементом. Удобство в обслуживании индикатора также обеспечивается кронштейном.
Краткое описание чертежей
На фигуре показан индикатор перекрытия изолятора в разрезе.
Осуществление полезной модели
Далее полезная модель описывается со ссылкой на сопровождающую фигуру, на которой изображен один из возможных вариантов реализации полезной модели. Последующее описание и чертеж не предназначены для ограничения объема охраны, который определяется формулой полезной модели, а даны с целью упрощения понимания сущности полезной модели и возможных вариантов его осуществления, которые не исчерпываются представленными на фигуре и в описании. Полезная модель далее описана по отношению к подвесному полимерному изолятору, но не ограничивается этим видом и может быть использовано по отношению к любым изоляторам (в т.ч. опорным, неполимерным и т.п.), где оно может быть применено.
Предлагаемый в соответствии с настоящей полезной моделью в одном из основных вариантов реализации индикатор пробоя и/или перекрытия изолятора, показанный на фигуре, содержит элемент крепления 1, сигнальный элемент 2, разрушаемый элемент 3 и дугоприемный элемент 4. Разрушаемый элемент 3 содержит разрядную камеру 5, имеющую диэлектрические стенки и снабженную электродами 6 и 7, соединенными с дугоприемным элементом 4 и элементом крепления 1, соответственно. В показанном на фигуре варианте индикатора дугоприемный элемент 4 конструктивно соединен с электродом 6 дугоразрядной камеры за счет выполнения их в виде единой детали, но в других вариантах осуществления полезной модели они могут быть выполнены отдельно и затем соединены электрически и механически между собой.  На фигуре разрушаемый элемент 3 механически соединяет сигнальный элемент 2 и элемент крепления 1.
Элемент крепления 1 в показанном на фигуре варианте представляет собой металлический кронштейн, который снабжен хомутом 10 для крепления на изоляторе 8, например, на оконцевателе 9 изолятора 8, или на элементе электроустановки, например, на шейке пестика серьги, к которому прикрепляется изолятор, или на элементе электроустановки, около которого установлен изолятор. В некоторых случаях крепежные элементы могут быть выполнены в виде других конструктивных изделий, обеспечивающих крепление одновременно как на изоляторе, так и на элементе электроустановки для обеспечения более прочного крепления и/или надежного электрического контакта индикатора. Хомут, как один из вариантов крепежного узла, обеспечивает достаточно простое, удобное в обслуживании и надежное прикрепление кронштейна и индикатора в целом.
Кронштейн представляет собой конструкцию, обеспечивающую возможность расположения сигнального элемента индикатора не на изоляторе, а сбоку от него за счет того, что сам кронштейн крепится к изолятору (и/или к элементу электроустановки), а к кронштейну прикрепляются разрушаемый и сигнальный элементы и кронштейн обеспечивает прочность, необходимую для удержания этих элементов и индикатора в целом в стороне от изолятора.
Элемент крепления выполняет как функцию механического прикрепления индикатора, так и электропроводящую функцию от изолятора и/или электроустановки к индикатору (разрушаемому элементу). Преимуществом применения кронштейна является то, что индикатор (его разрушаемый и сигнальный элементы) устанавливается около изолятора, то есть в стороне от него на небольшом расстоянии от изолятора или даже вплотную концом сигнального элемента или дугоприемного элемента к изолятору, если это необходимо для обеспечения обнаружения пробоя изолятора. Это обеспечивает удобство обслуживания индикатора одновременно с удобством обнаружения сработавшего индикатора, поскольку индикатор находится на некотором расстоянии от изолятора.
Сигнальный элемент 2 может иметь плоскую форму. На фигуре индикатор показан в разрезе и плоскость сигнального элемента перпендикулярна плоскости чертежа. Для обеспечения заметности индикатора сигнальный элемент может иметь размеры от 40 до 1000 мм, например, от 40 до 400 мм или от 60 до 300 мм или от 80 до 250 мм. Сигнальный элемент может иметь выделяющийся цвет: красный, желтый, оранжевый или другие, например, черный, серый, белый и т.п. Такие размеры и цвета сигнального элемента позволяют невооруженным глазом с земли легко определить его наличие или отсутствие на изоляторе.
Сигнальный элемент может быть изготовлен из диэлектрика, например, силикона, или из металла – в последнем варианте он может также выполнять функции дугоприемного элемента, то есть, одновременно быть сигнальным элементом и дугоприемным элементом. Это обеспечивает дополнительную надежность индикатора и простоту его конструкции. В то же время выполнение сигнального элемента из диэлектрика, особенного эластичного, такого как силикон, обеспечивает безопасность объектов, находящихся внизу при падении сигнального элемента.
Разрушаемый элемент 3 содержит дугоразрядную камеру 5, предпочтительно выполненную с использованием диэлектрического материала, внутри которой происходит электрический разряд между электродами 6 и 7 при перекрытии изолятора силовой электрической дугой. За счет расширения газов дугоразрядная камера и разрушаемый элемент в целом разрушаются и сигнальный элемент отделяется от элемента крепления и индикатора в целом – падает на землю. Сигнальный элемент 2 и разрушаемый элемент 3 могут быть выполнены в виде единой детали, как это показано на фигуре – благодаря этому упрощается конструкция индикатора, что дополнительно повышает его прочность, надежность и удобство в обслуживании. Также, сигнальный элемент и разрушаемый элемент могут быть выполнены отдельно и затем механически соединены друг с другом.
Разрядная камера разрушаемого элемента может быть герметичной или иметь сообщение с внешним воздухом. В случае герметичной камеры она должна быть заполнена газом (например, воздухом) и/или жидким и/или твердым (например, диэлектрическим) материалом для обеспечения разрушаемости разрушаемого элемента за счет нагрева и/или выделения и/или расширения газов или других веществ при воздействии разрядной дуги внутри камеры.
Негерметичная камера, имеющая сообщение с внешним воздухом, также должна быть заполнена газом (например, воздухом) и/или жидким и/или твердым (например, диэлектрическим) материалом для обеспечения разрушаемости разрушаемого элемента. В простейшем варианте негерметичная камера может содержать воздух, попавший в камеру из окружающего пространства. В то же время необходимо учитывать, что соединение негерметичной камеры с внешним воздухом (окружающим пространством) должно оказывать такое сопротивление выходу нагревающихся и/или выделяющихся и/или расширяющихся газов или других веществ, при котором внутреннее давление в разрядной камере повышается до величины, достаточной для разрушения разрядной камеры и разрушаемого элемента.
Для обеспечения надежности срабатывания индикатора электроды 6 и 7 дугоразрядной камеры могут быть электрически соединены между собой проводником с высоким сопротивлением току дуги, помещенным внутрь камеры, например, тонкой проволокой (то есть проводником малого сечения) или веществом (газом, жидкостью или твердым), имеющим электрическую проводимость, достаточную для выравнивания электрического потенциала между электродами камеры, но, недостаточную для обеспечения прохождения тока дуги (тока короткого замыкания). При получении электродами высокой разности потенциала при пробое и/или перекрытии изолятора проводник малого сечения расплавляется или перегорает за счет протекания сильного тока и далее начинается разряд дуги.
Дугоприемный элемент 4 предпочтительно является металлическим и в некоторых вариантах может быть объединен с сигнальным элементом 2. В некоторых вариантах дугоприемный элемент может быть выполнен с возможностью принятия тока пробитого изолятора с изоляционного тела через искровой промежуток или посредством проводника (например, проволоки).
Расположение дугоприемного элемента индикатора по отношению к изолятору должно быть таким, чтобы напряженность поля на дугоприемном элементе была выше, чем на оконцевателе с экраном (или без экрана), на котором или возле которого закреплен индикатор. Преимущественно, дугоприемный элемент индикатора, должен быть расположен ближе к противоположному оконцевателю изолятора или другому элементу электроустановки, находящемуся под тем же потенциалом, что и противоположный оконцеватель изолятора, чем оконцеватель с экраном (или без экрана), на котором или возле которого закреплен индикатор, как на приведенной фигуре. В частности, для обеспечения надежной работы индикатора элемент крепления и дугоприемный элемент предпочтительно расположены на противоположных сторонах индикатора.
Поскольку, напряженность электрического поля на дугоприемном элементе определяется не только его расположением в пространстве, но и формой самого дугоприемного элемента, например, радиусами закруглений его конца, то, в ряде случаев, дугоприемный элемент может быть установлен на одинаковом или даже несколько большем расстоянии  от противоположного оконцевателя изолятора, чем оконцеватель с экраном (или без экрана), на котором или возле которого закреплен индикатор. Напряженность поля на дугоприемном элементе определяется на этапе проектирования индикатора и изолятора с индикатором расчетным методом.
Индикатор позволяет определить перекрытый электрической дугой изолятор по отсутствию сигнального элемента на индикаторе.
Перекрытия изоляторов могут возникать по следующим причинам: грозовой разряд, инициировавший силовую дугу; из-за сильных загрязнений; из-за интенсивного мокрого снега, полностью облепившего изолятор; из-за постороннего воздействия, например, из-за птиц или посторонних предметов, занесенных птицами или ветром (также, в мировой практике известны случаи перекрытия по паутине покрытой росой); из-за пробоя изолятора. Таким образом, отсутствие сигнального элемента на индикаторе говорит лишь о факте перекрытия. Причину перекрытия можно определить визуальным осмотром изолятора и анализом погодных условий.
В случае, если перекрытие произошло из-за пробоя изолятора, то такой изолятор должен быть демонтирован и заменен на новый. В остальных случаях демонтировать изолятор нет необходимости. В случае перекрытия из-за загрязнений изолятор должен быть очищен согласно руководству по эксплуатации изолятора. Сработавший индикатор должен быть заменен на новый.
Таким образом, индикатор пробоя и/или перекрытия изолятора может сработать как от перекрытия, так и от пробоя изолятора и показывать как перекрытие, так и пробой. Пробой изолятора не всегда ведет к перекрытию изолятора, но в некоторых ситуациях может приводить к этому. То есть, в результате некоторых пробоев может происходить и перекрытие изолятора, и в таких случаях индикатор будет одновременно показывать как пробой, так и перекрытие изолятора.
Индикаторы могут применяться для различных видов изоляторов, в том числе поддерживающих, опорных, подвесных, фиксирующих, натяжных полимерных, стеклянных и других видах как изоляторов, так и гирляндах изоляторов или изолирующих подвесках.
Представленный на сопровождающей фигуре и детально описанные в описании варианты осуществления предназначены для упрощения понимания сущности полезной модели и не должны толковаться как ограничивающие объем охраны полезной модели, определяемый последующей формулой полезной модели. Описанные варианты могут объединяться и комбинироваться в любых сочетаниях, обеспечивающих реализацию принципа действия, возможность визуального определения перекрытия изолятора, в том числе на значительном расстоянии от него, и достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочной, надежной и удобной в обслуживании конструкции индикатора перекрытия изолятора. В результате комбинации отдельных вариантов могут достигаться дополнительные технические результаты.