Устройство для защиты от перенапряжений

 

Устройство для защиты перенапряжений относится к электротехнике и предназначено для защиты изоляции электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного токов от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устройство содержит внешнюю изоляционную оболочку, по меньшей мере один предохранительный клапан, изоляционный цилиндр с продольной перегородкой из изоляционного материала, разделяющей его внутреннюю полость на две части, в первой из которых расположен нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в сыпучем электроизоляционном теплопроводном материале, а во второй части - канал для выхода газов. Стена изоляционного цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки содержит по меньшей мере один вертикальный ряд сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки. Суммарная площадь сечения сквозных отверстий больше площади поперечного сечения канала для выхода газов. Изобретение обеспечивает увеличение надежности устройства и повышение его взрывоопасности. 1 з.п. ф-лы, 3ил.

Устройство для защиты от перенапряжений относится к электротехнике и предназначено для защиты электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Известно устройство для защиты от перенапряжений. Оно содержит сердечник, состоящий из блоков распределенного нелинейного резистора, изготовленного из окиси цинка, и алюминиевых блоков. Имеется армированная стеклом эпоксидная оболочка. Оболочка изготовлена путем намотки пропитанного материала на собранные в комплект блоки. Сердечник заключен в полимерный кожух, на поверхности которого выполнены юбки изоляторов.

Недостатком устройства является отсутствие канала для выхода газов, поэтому такая конструкция не обеспечивает необходимую взрывобезопастность.

Известно устройство для защиты от перенапряжений. Оно содержит нелинейный резистор, выполненный в виде параллельных колонок, размещенных в цилиндрическом изоляционном корпусе, заполненном изоляционным теплопроводным материалом, и канал для выхода газов. Канал для выхода газов выполнен в виде коаксиального изоляционному корпусу двухслойного изоляционного цилиндра, а параллельные колонки размещены между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью цилиндра.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую взрывобезопасность, поскольку дуга, образующаяся при перекрытии колонок резисторов в аварийном режиме, и горячие газы, касаясь внутренней поверхности корпуса непосредственно или через небольшой слой изоляционного материала, могут вызвать его разрушение в результате резкого перепада температур. Кроме того, в указанной конструкции приходится применять достаточно толстостенный корпус из высокопрочной массы, чтобы выдержать внутреннее давление газов при перекрытии до срабатывания всей системы взрывобезопасности (внутренний цилиндр - клапан).

Известно устройство для защиты от перенапряжений, принятое за прототип. Оно содержит нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в цилиндрическом изоляционном корпусе в электроизоляционном теплопроводящем сыпучем материале, и канал для выхода газов, выполненный в изоляционном цилиндре. По всей высоте изоляционного цилиндра размещена перегородка из изоляционного материала, разделяющая его внутреннюю полость на две части, в первой из которых размещен нелинейный резистор в сыпучем электроизоляционном теплопроводящем материале, а во второй - указанный канал для выхода газов.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимой взрывобезопасности, поскольку с достаточно большой вероятностью местом возникновения электрической дуги является область примыкания колонки резистора к стенке изоляционного цилиндра. В этом случае вследствие очень высокой скорости нарастания давления и температуры (за промежуток времени, меньший 1 мс) образующиеся газы могут не успеть пройти к каналу для выхода газов раньше, чем произойдет процесс разрушения несущей стенки корпуса, и вероятен выброс элементов колонки резисторов под действием большого термодинамического воздействия. Кроме того, в данной конструкции приходится применять достаточно толстостенный изоляционный корпус из высокопрочного материала, так как ему возможно придется выдерживать большую термодинамическую нагрузку в случае повреждения аппарата и возникновения дуги короткого замыкания.

Изобретение решает задачу увеличения надежности устройства и повышения его взрывобезопасности.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем внешнюю изоляционную оболочку, по меньшей мере один предохранительный клапан, изоляционный цилиндр с продольной перегородкой из изоляционного материала, разделяющей его внутреннюю полость на две части, в первой из которых размещен нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в сыпучем электроизоляционном теплопроводном материале, а во второй - канал для выхода газов, новым является то, что стенка изоляционного цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки имеет по меньшей мере один вертикальный ряд сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки. Суммарная площадь сечения всех отверстий больше площади поперечного сечения канала для выхода газов.

Суть изобретения заключается в следующем. В известном устройстве при горении электрической дуги в зоне соприкосновения колонки резисторов со стенкой изоляционного цилиндра выход раскаленных газов в канал затруднен. Поэтому для обеспечения взрывобезопасности устройства стенка цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки снабжена по меньшей мере одним вертикальным рядом сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки. Таким образом, образующиеся при горении электрической дуги газы выходят наружу через указанные отверстия и разрушения устройства не происходит. При этом суммарная площадь сечения всех отверстий должна быть больше площади поперечного сечения канала для выхода газов. Таким образом обеспечиваются равные условия взрывобезопасности при возникновении электрической дуги в любой точке внутри устройства.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез устройства.

На фиг. 3 изображен изоляционный цилиндр.

Устройство содержит внешнюю изоляционную полимерную оболочку 1 из кремнийорганической резины с размещенным в ней изоляционным цилиндром 2 из стеклопластика с продольной изоляционной перегородкой 3, выполненной также из стеклопластика. Перегородка 3 отделяет канал 4 для выхода газов от нелинейного резистора 5, выполненного в данном конкретном случае в виде трех колонок, размещенных в кварцевом песке 6. Цилиндр 2 снабжен фланцами 7 и герметизирован металлическими крышками 8. Нижняя крышка выполнена с отверстием, которое закрыто предохранительным клапаном 9. В стенке цилиндра 2 напротив колонок резистора 5 выполнены вертикальные ряды сквозных отверстий 10. Суммарная площадь сечения всех отверстий 10 больше площади поперечного сечения канала 4. Между оболочкой 1 и цилиндром 2 размещен клей герметик 11 для их плотного прилегания.

Устройство для защиты от перенапряжений работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При возникновении перенапряжений устройство ограничивает их до заданной величины в соответствии с вольт-амперной характеристикой нелинейных резисторов 5. Выделяющееся при этом тепло отводится через песок 6, цилиндр 2 и полимерную оболочку 1 в атмосферу. За счет наличия отверстий 10 в цилиндре 2 песок 6 контактирует с оболочкой 1, что позволяет значительно улучшить теплоотвод.

При повреждении колонки резисторов 5, которое перешло в горение дуги тока короткого замыкания (ТКЗ), в пространстве, где горит электрическая дуга, начнут резко возрастать температура и давление. При этом перегородка 3 разрушается, освобождая для распространения раскаленных газов полость 4, которую она ограничивала. Поскольку эта полость сообщается с предохранительным клапаном 9, последний, когда давление достигает уровня срабатывания, приходит в действие и сбрасывает давление внутри цилиндра 2. Одновременно раскаленные газы через отверстия 10 в несущем изоляционном цилиндре 2 будут воздействовать на оболочку 1. Произойдет ее разрушение и раскаленные газы вырвутся наружу, так как оболочка 1 не является несущей и ее прочность на разрыв значительно меньше, чем цилиндра 2. При выхлопе газов наружу произойдет электрическое перекрытие устройства по воздуху. В результате наружная электрическая дуга зашунтирует электрическую дугу внутри корпуса устройства. Это в свою очередь приведет к существенному снижению энергии, выделяющейся внутри аппарата, что в свою очередь повысит взрывобезопасность аппарата, то есть способность пропускать без взрывного разрушения токи большей величины, чем в устройствах, не имеющих описанных отличительных признаков.

Источники информации.

1. ЕПВ, 0233022, H 01 C 7/12, 19.08.87.

2. Положительное решение от 23.09.96 по заявке на изобретение 95112941/07 от 25.07.95 кл. H 01 C 7/12.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее внешнюю полимерную изоляционную оболочку, по меньшей мере один предохранительный клапан, изоляционный цилиндр с продольной перегородкой из изоляционного материала, разделяющий его внутреннюю полость на две части, в первой из которых расположен нелинейный резистор, выполненный в виде по меньшей мере одной колонки, размещенной в сыпучем электроизоляционном теплопроводном материале, а во второй части - канал для выхода газов, отличающееся тем, что стенка изоляционного цилиндра в зоне размещения резистора напротив каждой колонки содержит по меньшей мере один вертикальный ряд сквозных отверстий, расположенных вдоль всей высоты колонки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что суммарная площадь сечения сквозных отверстий больше площади поперечного сечения канала для выхода газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3