ИНДИКАТОР РАЗРЯДА МОЛНИИ
LIGHTNING DISCHARGE INDICATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к оборудованию грозозащиты линий электропередачи, и раскрывает индикатор разряда, вызываемого молнией, через разрядник, устанавливаемый на изоляторах высоковольтных линий электропередач.
Уровень техники
Широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи нашел высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционного ребристого тела и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции. Недостатком такого 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 и привести к отключению линии.
В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO 2009120114 раскрыт высоковольтный изолятор для крепления в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Изолятор содержит мультиэлектродную систему (МЭС) из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС.
При решении некоторых задач имеется необходимость статистического учета прохождения молниевых разрядов через электрические изоляторы, установленные на линиях электропередач, и разрядники, которыми могут быть снабжены такие изоляторы. В частности, такие данные могут быть полезны при определении статистической картины грозоопасности районов, в которых проходят линии электропередач. Для осуществления такого учета требуется определение случаев прохождения разрядов молний через разрядники, установленные на изоляторах. В ряде случае бывает достаточно визуального определения прохождения разряда молнии, однако сделать это без применения специальных технических средств невозможно, поскольку разряды молний кратковременны и надежное обнаружение разряда визуальным способом представляется невозможным.
В патенте JP 6082495 представлен индикатор прохождения разряда молнии через изолятор, снабженный нелинейными резистивными элементами. При прохождении разряда перенапряжения через такой изолятор с помощью трансформатора формируется ток, который передается на набор взрывающихся элементов. Соответственно, при наличии тока, возникающего при разряде молнии, взрывающиеся элементы приводятся в действие, что может быть замечено визуально или на слух.
Представленный индикатор прохождения разряда молнии обладает таким недостатком, как сложность определения факта прохождения разряда молнии после того, как это произошло. Это связано с тем, что сработавший взрывной элемент слабо изменяет видимые признаки вокруг места расположения взрывного элемента, а сам сработавший взрывной элемент на достаточно большом расстоянии (высота опоры линии электропередач) визуально незначительно отличается от несработавшего взрывного элемента. Другим недостатком рассмотренного индикатора является техническая сложность реализации индикатора, поскольку для его осуществления требуется ряд элементов, таких как электрический трансформатор, кабель, удерживающее устройство для взрывных элементов, электрические детонаторы и сами взрывные элементы. Кроме того, использование взрывных элементов представляет собой значительную опасность для обслуживающего персонала, поскольку установка, подключение и замена взрывных элементов сопряжены с риском случайного приведения в действие электрическими импульсами различного происхождения.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка индикатора прохождения разряда молнии, обладающего простой и безопасной конструкцией и обеспечивающего удобство эксплуатации и возможность визуального обнаружения прохождения разряда молнии после завершения такого разряда.
Задача изобретения решается с помощью индикатора разряда молнии, устанавливаемого в изоляторе высоковольтной линии электропередачи, содержащем изоляционное тело, электрическую арматуру для крепления изолятора и/или удерживаемого провода, разрядник и, по меньшей мере, один элемент подвода напряжения, установленный с возможностью подвода электрического напряжения от электрический арматуры к разряднику с образованием разрядного промежутка с разрядником. Индикатор содержит сплошной слой диэлектрика, размещенный на элементе подвода напряжения таким образом, что минимальное расстояние от разрядника до края слоя диэлектрика больше минимального расстояния от разрядника до поверхности слоя диэлектрика. Кроме того, индикатор содержит индикаторный элемент, выполненный с использованием диэлектрика и размещенный с прилеганием с возможностью отделения на слое диэлектрика на линии на поверхности слоя диэлектрика, соединяющей точку на поверхности слоя диэлектрика, имеющую минимальное расстояние до разрядника, и точку на краю слоя диэлектрика, наименее удаленную от указанной точки на поверхности слоя диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника.
В преимущественном варианте осуществления элемент подвода напряжения выполнен в виде металлического штыревого элемента. В этом случае слой диэлектрика может быть расположен вокруг штыревого элемента, причем индикаторный элемент может быть расположен вокруг слоя диэлектрика.
В одном из вариантов штыревой элемент имеет круглое сечение, причем слой диэлектрика может быть расположен вокруг штыревого элемента, а вокруг слоя диэлектрика может быть расположен индикаторный элемент в виде трубки.
Элемент подвода напряжения преимущественно закреплен на электрической арматуре с возможностью отсоединения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения слой диэлектрика выполнен с использованием силиконовой резины, а индикаторный элемент выполнен с использованием стекла.
В некоторых вариантах осуществления изобретения индикатор может содержать электрод, расположенный между слоем диэлектрика и индикаторным элементом, причем электрод может быть выполнен из фольги. В предпочтительном варианте указанный электрод расположен на линии на поверхности слоя диэлектрика, соединяющей точку на поверхности слоя диэлектрика, имеющую минимальное расстояние до разрядника, и точку на краю слоя диэлектрика, наименее удаленную от указанной точки на поверхности слоя диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника. Электрод может быть соединен, по меньшей мере, с одним дополнительным электродом, расположенным на поверхности слоя диэлектрика около края индикаторного элемента, причем указанный дополнительный электрод предпочтительно расположен около того края индикаторного элемента, который ближе к точке на поверхности слоя диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции индикатора разряда молнии, уменьшение количества элементов индикатора и повышение безопасности обслуживания индикатора вследствие отсутствия взрывающихся элементов. Также обеспечивается возможность определения факта разряда молнии через разрядник после того, как произошел разряд, в том числе и через значительное время. Дополнительным результатом изобретения является то, что может быть обеспечено упрощение визуального определения факта срабатывания индикатора. Кроме того, обеспечено упрощение установки индикатора и обеспечения его работоспособности.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид изолятора с разрядником и индикатором.
На фиг.2 представлен индикатор.
На фиг.3 представлен способ установки индикатора в изоляторе.
На фиг.4 представлен индикатор с электродом.
На фиг.5 представлен индикатор с дополнительным электродом.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлено изображение изолятора высоковольтной линии электропередачи, в котором устанавливается индикатор 1 разряда молнии согласно настоящему изобретению. Изолятор содержит изоляционное тело 2, электрическую арматуру 3 для крепления изолятора и/или удерживаемого провода, разрядник 4 и, по меньшей мере, один элемент 5 подвода напряжения, установленный с возможностью подвода электрического напряжения от электрический арматуры 3 к разряднику 4 с образованием разрядного промежутка с разрядником 4. В показанном на фиг.1 варианте выполнения изолятора электрическая арматура 3 представляет собой средство для крепления изолятора, например, на линии электропередачи, однако такая арматура также может представлять собой средства для крепления другого изолятора к указанному изолятору или средства для крепления к изолятору провода. Изолятор, представленный на фиг.1, также содержит арматуру в виде пестика 6, предназначенного для соединения со средствами удержания высоковольтного провода или с шапкой изолятора, устанавливаемого ниже показанного изолятора. Таким образом, показанный на фиг.1 изолятор может быть как одиночным изолятором, так и верхним изолятором гирлянды изоляторов.
Элемент 5 подвода напряжения установлен в шапке 7 изолятора с обеспечением электрического контакта с электрической арматурой 3, то есть обеспечена возможностью подвода электрического напряжения от электрический арматуры 3 к разряднику 4. На фиг.1 элемент 5 подвода напряжения выполнен в виде металлического штыревого элемента, однако в других вариантах может быть выполнен плоским или другой формы. Элемент 5 подвода напряжения преимущественно закреплен на электрической арматуре изолятора с возможностью отсоединения для осуществления замены, при этом может быть использовано резьбовой соединение.
Разрядник 4 на фиг.1 содержит отводы 8, предназначенные для образования разрядных промежутка с элементами 5 подвода напряжения. В то же время на изоляторе может быть установлен разрядник без отводов, в этом случае разрядный промежуток формируется с ближайшим к элементу подвода напряжения электродом в составе разрядника.
Индикатор 1 разряда молнии, установленный на элементе 5 подвода напряжения, показан на фиг.2. Индикатор 1 содержит сплошной слой 9 диэлектрика, размещенный на элементе 5 подвода напряжения таким образом, что при установке элемента 5 подвода напряжения с размещенным на нем индикатором 11 в вышеописанном изоляторе минимальное расстояние 22 от разрядника 4 до края 10 слоя 9 диэлектрика больше минимального расстояния 21 от разрядника 4 до поверхности слоя 9 диэлектрика (показано на фиг.3, в разряднике показан электрод). Такое размещение слоя 9 диэлектрика на элементе 5 подвода напряжения задает путь разряда молнии с электрода разрядника 4 на поверхность слоя 9 диэлектрика и далее к участку открытой поверхности элемента 5 подвода напряжения, который расположен ближе всего к точке 12 на поверхности слоя 9 диэлектрика, которая наиболее близко расположена к разряднику 4, то есть к краю 10 слоя 9 диэлектрика, наименее удаленному от этой точки.
Индикатор 1 также содержит индикаторный элемент 11, выполненный с использованием диэлектрика и размещенный с прилеганием с возможностью отделения на слое 9 диэлектрика на линии на поверхности слоя 9 диэлектрика, соединяющей точку 12 на поверхности слоя диэлектрика, имеющую минимальное расстояние до разрядника 4, и точку на краю 10 слоя 9 диэлектрика, наименее удаленную от указанной точки 12 на поверхности слоя 9 диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника 4. В этом случае при разряде перенапряжения индикаторный элемент 11 находится на пути разряда перенапряжения. При некоторой толщине индикаторного элемента 11 электрическая прочность разрядного промежутка между слоем 9 диэлектрика и индикаторным элементом 11 будет меньше электрической прочности разрядного промежутка по поверхности индикаторного элемента 11 и разряд перенапряжения пройдет между слоем 9 диэлектрика и индикаторным элементом 11. Поскольку индикаторный элемент 11 установлен на слое 9 диэлектрика с прилеганием, то при прохождении между ними разряда указанный разряд будет отодвигать элемент 11 от слоя 9 и, таким образом, произойдет отслаивание и отделение элемента 11 от слоя диэлектрика. В том случае когда индикаторный элемент 11 и слой 9 диэлектрика окрашены в контрастные цвета, отсутствие индикаторного элемента 11 может быть легко замечено визуально.
Как уже отмечалось, элемент 5 подвода напряжения выполнен в виде металлического штыревого элемента. В этом случае слой 9 диэлектрика может быть расположен вокруг штыревого элемента 5, а индикаторный элемент 11 может быть расположен вокруг слоя 9 диэлектрика. В том случае когда штыревой элемент 5 имеет круглое сечение, то слой 9 диэлектрика также может быть расположен вокруг штыревого элемента 5 в виде трубки, а вокруг слоя 9 диэлектрика может быть расположен индикаторный элемент 11 также в виде трубки. Слой 9 диэлектрика может быть выполнен с использованием силиконовой резины, а индикаторный элемент должен быть выполнен с использованием хрупкого материала, например стекла, для того чтобы под действием разряда перенапряжения индикаторный элемент 11 мог быть разрушен и удален с поверхности слоя 9 диэлектрика.
На фиг.4 показан вариант осуществления индикатора 1, содержащий электрод 13, расположенный между слоем 9 диэлектрика и индикаторным элементом 11, этот электрод 13 может быть выполнен из фольги. Электрод 13 расположен таким образом, что он не имеет электрического контакта с элементом 5 подвода напряжения, однако в некоторых вариантах такой контакт может быть предусмотрен. Благодаря указанному электроду 13 уменьшается длина пути разряда, и разряд пойдет под индикаторным элементом 11 даже в том случае, если электрическая прочность разрядного промежутка между слоем 9 диэлектрика и индикаторным элементом 11 без электрода 13 выше по сравнению с электрической прочностью разрядного промежутка по поверхности индикаторного элемента 11.
В предпочтительном варианте указанный электрод 13 расположен на линии на поверхности слоя 9 диэлектрика, соединяющей точку 12 на поверхности слоя 9 диэлектрика, имеющую минимальное расстояние до разрядника 4, и точку 10 на краю слоя 9 диэлектрика, наименее удаленную от указанной точки 12 на поверхности слоя 9 диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника. Следует отметить, что электрод 13 преимущественно имеет протяженность менее длины указанной линии, при этом в указанном варианте располагаясь на этой линии. Например, электрод может занимать часть этой линии, не доходя до точки на краю 10 слоя 9 диэлектрика 10 мм или более. В то же время электрод 13 может быть расположен вне указанной линии, в таком случае разряд будет проходить предпочтительно по направлению к электроду 13, если электрическая прочность разрядного промежутка между слоем 9 диэлектрика и индикаторным элементом 11 с учетом проводимости электрода 13 будет меньше электрической прочности по описанной выше линии от точки 12 до края 10 слоя 9 диэлектрика.
Как показано на фиг.5, электрод 13 может быть соединен, по меньшей мере, с одним дополнительным электродом 14, расположенным на поверхности слоя 9 диэлектрика (свободной от индикаторного элемента 11) около края индикаторного элемента 11. Такой дополнительный электрод 14 еще больше уменьшает электрическую прочность промежутка по пути электрического разряда между слоем диэлектрика и индикаторным элементом, и это происходит в наибольшей степени в том случае, когда указанный дополнительный электрод 14 расположен около того края индикаторного элемента 11, который ближе к точке 12 на поверхности слоя диэлектрика, имеющей минимальное расстояние до разрядника 4.
Представленный индикатор разряда молнии имеет простую конструкцию с малым количеством элементов. Вследствие отсутствия взрывающихся элементов обеспечена безопасность обслуживания индикатора. Также обеспечена возможность определения факта разряда молнии через разрядник после того, как произошел разряд, в том числе и через значительное время, поскольку индикаторный элемент в результате разряда молнии удаляется с поверхности слоя диэлектрика. Кроме того, обеспечено упрощение визуального определения факта срабатывания индикатора, поскольку индикаторный элемент и слой диэлектрика могут быть выполнены в контрастных цветах. Благодаря размещению индикатора на элементе подвода напряжения достигнуто упрощение установки индикатора и обеспечения его работоспособности путем замены элемента подвода напряжения.