Импульсный искровой грозовой разрядник для электропередачи

 

Изобретение относится высоковольтной технике, а более точно к импульсным искровым грозовым разрядникам для защиты элементов электропередачи и высоковольтных установок путем ограничения перенапряжений на защищаемых элементах. Сущность изобретения: импульсный искровой грозовой разрядник для защиты элементов электропередачи и высоковольтных установок выполнен в виде продолговатого тела из твердого диэлектрика, по концам которого установлены два основных электрода для подключения разрядника к линии электропередачи или высоковольтной установке. Расстояние между основными электродами разрядника больше, чем длина пути искрового перекрытия защищаемого элемента линии электропередачи или электроустановки. Внутри и/или на поверхности указанного продолговатого тела изолированно друг от друга распределены с объемной плотностью от 5 до 30% металлические, полупроводящие или сегнетоэлектрические частицы, имеющие размер от 10 мкм до 5 м. Частицы обеспечивают более низкое разрядное напряжение защищаемого элемента линии электропередачи или электроустановки. При использовании изобретения обеспечивается простота конструкции и технологичность в изготовлении, легкость установки его на линии электропередачи или высоковольтной установке, высокая надежность защиты ее элементов от разрядных перекрытий, переходящих в силовую дугу. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к высоковольтной технике, а более точно к импульсным искровым грозовым разрядникам для защиты элементов электропередачи и высоковольтных установок путем ограничения перенапряжений на защищаемых элементах. С помощью таких разрядников могут защищаться, например, изоляторы, изоляционные промежутки и другие элементы.

Известно устройство для ограничения перенапряжения в виде вентильного разрядника серии РВС, состоящего из одного или нескольких, в зависимости от класса напряжений, последовательно соединенных стандартных элементов. Каждый из этих элементов содержит диски нелинейных резисторов с искровыми промежутками между ними, при этом каждый комплект нелинейных резисторов размещен в герметичном фарфоровом чехле [1] При перенапряжении сопротивление нелинейных резисторов резко падает и таким образом осуществляется ограничение перенапряжения. Такой разрядник обладает высокой надежностью.

Однако сложность конструкции и его значительная стоимость ограничивают применение таких разрядников.

Известно устройство для ограничения перенапряжений в виде трубчатого разрядника серии РТВ, представляющего собой винипластовую трубку, заглушенную с одного конца металлической крышкой, являющейся одним из концевых электродов, с другим электродом, расположенным на противоположном открытом конце. На первом из указанных концевом электроде закреплен дополнительный внутренний стрежневой электрод, располагающийся внутри трубки и образующий внутри трубки искровой промежуток. Трубка разрядника отделена от силового провода дополнительным искровым промежутком [2] При возникновении импульса грозового перенапряжения оба промежутка пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение.

Этот разрядник менее надежен в эксплуатации, чем указанный выше вентильный разрядник, а сам трубчатый разрядник имеет узкий диапазон отключаемых токов, и при этом его работа сопровождается выхлопом сильно ионизированного генерируемого газа, что в случае попадания в зону выхлопа разрядника проводов смежных фаз или заземленных конструкций может инициировать перекрытие воздушной изоляции.

Задачей изобретения является создание импульсного искрового грозового разрядника, надежно и наиболее простым способом защищающего элементы линий электропередачи и высоковольтных установок от грозовых перенапряжений и обладающего низкой стоимостью.

Техническим результатом изобретения является простота конструкции и технологичность в изготовлении, легкость установки его на линии электропередачи или высоковольтной установке, высокая надежность защиты ее элементов от разрядных перекрытий, переходящих в силовую дугу.

Задача решена в искровом грозовом разряднике, выполненном в виде продолговатого тела из твердого диэлектрика, на концах которого расположены электроды для подключения разрядника к элементам электропередачи, находящимся под разным потенциалом, в котором согласно изобретению внутри и/или на поверхности указанного тела из диэлектрика изолированно друг от друга распределены металлические, полупроводящие или сегнетоэлектрические частицы, обеспечивающие более низкое разрядное напряжение по поверхности указанного тела, чем разрядное напряжение защищаемого элемента электропередачи или электроустановки, а расстояние между основными электродами разрядника больше, чем длина пути искрового перекрытия защищаемого элемента линии электропередачи или электроустановки. Указанные металлические, полупроводящие или сегнетоэлектрические частицы должны иметь размеры от 10 мкм до 5 мм и содержаться в указанном теле из диэлектрика в количестве от 5 до 30% по объему. Под объемной плотностью частиц понимается отношение суммарного объема частиц к общему объему пространства, в котором эти частицы распределены.

Для применения разрядника в районах с сильно загрязненной атмосферой на поверхности продолговатого тела разрядника может быть нанесено атмосферостойкое защитное покрытие из изоляционного или полупроводящего материала.

Для обеспечения низких разрядных напряжений разрядника на поверхности продолговатого изоляционного тела разрядника могут быть установлены промежуточные, охватывающие тело, кольцевые электроды.

С цель усиления механической прочности разрядника внутри его изоляционного тела между концевыми зажимами может быть установлен силовой несущий изоляционный элемент, например, из высокопрочных полимерных волокон.

Благодаря предлагаемой конструкции разрядника при возникновении перенапряжения распределенные внутри и/или на поверхности тела изолированно друг от друга металлические, полупроводящие или сегнетоэлектрические частицы инициируют прохождение разряда по поверхности тела из диэлектрика по всей длине искрового промежутка разрядника по поверхности тела из диэлектрика по всей длине искрового промежутка разрядника и его электрическая прочность оказывается меньшей, чем у защищаемого элемента электропередачи, в частности изолятора или изоляционного промежутка. Вследствие достаточно большой длины искрового промежутка разрядника, а следовательно, и пути прохождения поверхностного разряда длина пути перекрытия по поверхности искрового грозового разрядника в соответствии с изобретением оказывается большей, чем длина пути искрового перекрытия защищаемого элемента линии, и благодаря этому предотвращается возникновение силовой дуги после прохождения искрового тока молнии. При этом чем больше длина искрового промежутка разрядника, тем меньше вероятность возникновения силовой дуги и меньше число отключений линии или электроустановки.

При перенапряжении на защищаемом элементе, после того как произошло искровое перекрытие разрядника, возможно либо дальнейшее развитие электрического разряда с переходом в силовую дугу рабочего напряжения, что означает короткое замыкание линии, либо восстановление электрической прочности одного промежутка и продолжение нормального режима работы электропередачи без ее отключения.

Вероятность возникновения силовой дуги, главным образом, зависит от номинального напряжения электропередачи U_ном и длины пути искрового перекрытия разрядника L. При заданном номинальном напряжении вероятность установления силовой дуги P приблизительно обратно пропорциональна длине перекрытия L P ≡ 1/L (1) За счет увеличения L, например, в 2 раза возможно во столько же раз уменьшить вероятность возникновения дуги и соответственно количество отключений линии.

Количество и состав металлических, полупроводящих или сегнетоэлектрических частиц должны быть такими, чтобы вызвать заданное снижение электрической прочности диэлектрика продолговатого тела разрядника. При размере частиц менее 10 мкм не достигается необходимое снижение электрической прочности, а при размере частиц более 5 мм существенно уменьшается механическая прочность диэлектрика. При содержании частиц в количестве менее 5% по объему их количество недостаточно для получения заданного снижения электрической прочности, а при содержании частиц более 30% по объему разряд проходит в толще диэлектрика, а не по его поверхности, и это приводит к разрушению диэлектрика.

Разрядник может быть подключен известным образом, в частности, параллельно защищаемому элементу электропередачи, например гирлянды изоляторов, с присоединением одного из его концов к силовому проводу линии, а другого к заземленной металлической опоре.

На фиг. 1 изображена схема искрового грозового разрядника; на фиг. 2 - схема разрядника с защитным покрытием поверхности продолговатого тела с установленными на нем дополнительными кольцевыми электродами.

На фиг. 1 показан искровой грозовой разрядник, содержащий продолговатое изоляционное тело 1, с дисперсно распределенными в нем изолированно друг от друга металлическими, полупроводящими или сегнетоэлектрическими частицами 2. Искровой разрядник подключается своими концевыми электродами 3 при помощи зажимов 4 к элементам электропередачи. Например, для защиты гирлянды изоляторов на линии электропередачи 110 кВ, имеющей длину 1,2 м и разрядное напряжение 690 кВ, разрядник был выполнен в виде шнура из светостабилизированного полиэтилена, имеющего диаметр 4 мм и длину 5 м. В полиэтилене были дисперсно распределены по толщине и по поверхности шнура металлические частицы из алюминиевой фольги толщиной 0,05 мм в виде квадратных кусочков со стороны квадрата 2 мм. Объемная плотность алюминиевых частиц составляла 15% Проведенные испытания грозовыми импульсами перенапряжений показали, что разрядное напряжение по поверхности разрядника составляет 530 кВ, т.е. на 23% ниже, чем разрядное напряжение защищаемой гирлянды изоляторов, при длине разрядника более чем в 4 раза превышающего длину гирлянды изоляторов.

Функционирование электропередачи с искровым грозовым разрядником, описанным в рассматриваемом примере, происходит следующим образом.

При перенапряжении возникает скользящий разряд 5 по поверхности разрядника между основными электродами 3, после чего происходит ограничение перенапряжения между электродами 3, и по разрядному каналу 5 протекает искровой ток, обусловленный воздействием молнии. После окончания протекания этого тока силовая дуга от напряжения промышленной частоты не образуется, так как длина искрового перекрытия L весьма велика, и электропередача восстанавливает нормальный режим работы.

Аналогичным образом функционируют искровые грозовые разрядники, описанные в приведенных ниже примерах.

На фиг. 2 показана другая модификация, где на поверхности защитного покрытия 6 установлены промежуточные электроды 7. Канал разряда 5 развивается между основными электродами 3, проходя через промежуточные электроды 7.

Изобретение является промышленно применимым во всех областях высоковольтной техники, связанных с электропередачей. Конструкция разрядника предусматривает возможность его изготовления как в мелкосерийном, так и в массовом производстве, поскольку она является высокотехнологичной. Благодаря простоте монтажа разрядника он может быть установлен как на строящихся, так и на действующих высоковольтных установках или линиях электропередачи.

Источники информации 1. Техника высоких напряжений. / Под ред. Д. В. Разевига. М. Энергия, 1976, с. 285, 300.

2. Техника высоких напряжений. / Под ред. Д. В. Разевига. М. Энергия, 1976, с. 285, 289, 300.

Формула изобретения

1. Импульсный искровой грозовой разрядник для защиты элементов электропередачи и высоковольтных установок, выполненный в виде продолговатого тела из твердого диэлектрика, по концам которого установлены два основных электрода для подключения разрядника к линии электропередачи или высоковольтной установке, отличающийся тем, что внутри и/или на поверхности указанного продолговатого тела изолированно друг от друга распределены с объемной плотностью от 5 до 30 металлические, полупроводящие или сегнетоэлектрические частицы, имеющие размер от 10 мкм до 5 мм, а расстояние между основными электродами разрядника больше, чем длина пути искрового перекрытия защищаемого элемента линии электропередачи или электроустановки.

2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что указанное тело покрыто защитным изоляционным или полупроводящим слоем.

3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что на указанном теле установлены промежуточные электроды.

4. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что внутри указанного тела установлен несущий элемент из изоляционного материала, проходящий вдоль всего тела и прикрепленный к указанным основным электродам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2