Арматура для крепления электротехнического высоковольтного элемента к опоре электропередачи

 

Изобретение относится к области высоковольтной техники, а более точно к арматуре для крепления изоляторов, проводов, экранов, оттяжек и других электротехнических высоковольтных элементов к опорам высоковольных линий электро-передач. Сущность изобретениея: арматура для крепления электротехнического высоковольтного элемента к опоре линии электропередачи выполнена в виде прямого или изогнутого стержня, один конец которого предназначен для установки указанного элемента, а другой -для крепления к опоре линии. Указанный стержень снабжен диэлектическим покрытием, нанесенным на его боковую поверхность, а также на торцевую поверхность на конце, предназначенном для установки указанного элемента, при этом пробивное напряжение указанного диэлектрического покрытия больше, чем разрядное напряжение по поверхности указанного покрытия, а длина указанного покрытия L определяется из выражения L>0,06^oU^0,75, м, где U - номинальное напряжение линии электропередачи, кВ. Изобретение обеспечивает возможность защиты элементов линии от разрядных перекрытий, переходящих в силовую дугу, высокую надежность в работе и простоту установки арматуры на линии или подстанции. 1 з.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, а более точно к арматуре для крепления изоляторов, проводов, экранов, оттяжек и других электротехнических высоковольтных элементов к опорам высоковольтных линий электропередач.

Известна арматура в виде прямого стеклопластикового стержня, один конец которого прикрепляется к опоре, а на второй конец устанавливается высоковольтный изолятор [1]. Такая арматура увеличивает разрядные напряжения основной изоляции линии электропередачи, что способствует повышению надежности ее работы. Тем не менее, она требует установки дополнительных устройств для защиты высоковольтных элементов от грозовых перенапряжений. Кроме того, стоимость такой арматуры весьма высока.

Известна также арматура в виде траверсы из электроизоляционного бетона, на которую устанавливается высоковольтный изолятор. Возможно также непосредственное крепление провода линии электропередачи на изоляционную траверсу без изолятора [2]. В первом случае достигается высокая надежность работы линии, однако это решение очень дорого. Во втором случае - при меньших затратах сильно снижается надежность работы линии при загрязнении и увлажнении.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является арматура в виде прямого или изогнутого металлического стержня, один конец которого прикрепляется к опоре, а на второй конец устанавливается высоковольтный изолятор [3]. Арматура весьма проста, надежна и дешева, однако при грозовом перенапряжении происходит перекрытие изолятора и канал разряда замыкается на арматуре. При этом длина пути импульсного грозового перекрытия изолятора невелика, и вследствие этого импульсное перекрытие переходит в силовую дугу промышленной частоты, что ведет к необходимости аварийного отключения линии.

Задачей настоящего изобретения является создание арматуры, осуществляющей простое, надежное и дешевое крепление изоляторов, проводов и других высоковольтных элементов электропередачи к опоре линии, а также обеспечивающей бесперебойную работу линии при грозовых перенапряжениях.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является обеспечение возможности защиты элементов линии от разрядных перекрытий, переходящих в силовую дугу, и высокая надежность работы, а также простота установки арматуры на линии или подстанции.

Эта задача решена в арматуре, выполненной в виде прямого или изогнутого металлического стержня, один конец которого предназначен для установки указанного высоковольтного элемента, а другой - для крепления к указанной опоре электропередачи, причем согласно изобретению указанный стержень снабжен диэлектрическим покрытием, нанесенным на его боковую поверхность, а также на торцевую поверхность на конце, предназначенном для установки высоковольтного элемента линии электропередачи. При этом пробивное напряжение диэлектрического покрытия больше, чем разрядное напряжение по поверхности покрытия, а длина L изоляционного покрытия определяется из выражения L>0.06·U^0.75, м, где U - номинальное напряжение линии электропередачи, кВ.

В качестве опоры электропередачи, на которой закрепляется арматура, могут быть использованы опоры линии электропередачи, стены, корпусные детали и другие опорные элементы.

Благодаря такому исполнению при перенапряжении, возникающем между силовым проводом и стержнем арматуры, вдоль поверхности диэлектрика развивается скользящий разряд.

После того как произошло искровое перекрытие арматуры, возможно либо дальнейшее развитие электрического разряда с переходом в силовую дугу рабочего напряжения, что означает короткое замыкание линии, либо восстановление электрической прочности разрядного промежутка и продолжение нормального режима работы линии без ее отключения.

Вероятность возникновения силовой дуги примерно обратно пропорциональна средней напряженности электрического поля на канале дуги E [4] E=U_ф/l, (1) где фазное напряжение ЛЭП; U_ном - номинальное напряжение линии; l - длина пути искрового перекрытия.

При критическом значении E=7 кВ/м и менее вероятность установления дуги практически равна нулю.

При заданном номинальном напряжении вероятность установления силовой дуги P приблизительно обратно пропорциональна длине перекрытия l P = 1/l. (2) За счет увеличения l, например, в 2 раза возможно во столько же раз уменьшить вероятность возникновения дуги и, соответственно, количество отключений линии.

Длина пути перекрытия по поверхности изолированной арматуры в соответствии с настоящим изобретением должна быть достаточно большой. Минимальная длина пути перекрытия по изолированной арматуре для линий разных классов напряжений, при которой достигается ощутимый эффект, связанный с уменьшением числа грозовых отключений, может быть определена по обобщенной аппроксимирующей зависимости, выражающейся формулой l=0,06·U_ном^0,75, м,
где U_ном - номинальное линейное напряжение, кВ;
l - длина пути перекрытия арматуры, м.

Вследствие большой длины арматуры, покрытой изоляцией, длина пути перекрытия достаточно велика, поэтому предотвращается возникновение силовой дуги после прохождения импульсного тока грозового перенапряжения.

На изолированном конце арматуры может быть укреплен изолятор, к которому крепится, например, провод линии электропередачи.

Для повышения разрядных напряжений, а также для увеличения длины пути перекрытия по поверхности изоляции арматуры на теле арматуры может быть выполнено, по крайней мере, одно изоляционное ребро.

В случае слабых загрязнений высоковольтный элемент, например силовой провод линии электропередачи, может крепиться к металлическому фланцу, надетому на изолированный конец арматуры.

Сущность настоящего изобретения и его модификации будут более понятны из последующего описания примеров его реализации, иллюстрируемых прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 показывает схему арматуры в виде металлического стержня, покрытого твердым диэлектриком;
фиг. 2 показывает схему линии электропередачи (ЛЭП) с использованием арматуры с укрепленной на ней изолятором;
фиг. 3 показывает схему ЛЭП, в основном как и на фиг.2, но арматура снабжена дополнительным изоляционным ребром, установленным на поверхности изоляции арматуры;
фиг. 4 - показывает схему ЛЭП с непосредственным креплением провода к изолированной арматуре.

Рассматриваемые ниже примеры реализации изобретения не охватывают все возможные варианты его использования, а служат, главным образом, для понимания сущности заявляемого изобретения.

На фиг. 1 показана арматура в виде цилиндрического металлического стержня 1. На боковую поверхность стержня 1, а также на одну его торцевую поверхность нанесено диэлектрическое покрытие (изоляция) 2. Верхний, покрытый слоем изоляции, конец арматуры служит для укрепления на нем высоковольтного элемента линии электропередачи, например изолятора или провода, а нижний, неизолированный конец служит для прикрепления арматуры к опоре ЛЭП.

На фиг. 2 показана схема ЛЭП с использованием арматуры с укрепленным на ней изолятором 3, на котором крепится провод 4 ЛЭП. Нижний конец металлического стержня 1 прикреплен к опоре 5 ЛЭП.

Функционирование электропередачи с изолированной арматурой, описанной в рассматриваемом примере, происходит следующим образом. При перенапряжении достаточной величины происходит искровое перекрытие изолятора 3, т. е. канал 6 разряда начинает развиваться с провода 4, огибает изолятор 3 и подходит к изоляции 2, нанесенной на стержень 1. Далее канал 6 разряда вынужден скользить вдоль изоляции 2 до тех пор, пока не достигнет неизолированного конца металлического стержня 1. После этого ток грозового перенапряжения проходит от провода 4 через канал 6 разряда на опору 5 и далее уходит в землю. За счет достаточно большой длины L изоляционного покрытия арматуры, обеспечивающей длинный путь перекрытия, импульсное грозовое перекрытие не переходит в силовую дугу и ЛЭП продолжает бесперебойную работу без отключения.

На известной, используемой в настоящее время арматуре, изоляции 2 нет. Поэтому после перекрытия изолятора 4 разряд замыкается на металлическом стержне 1 непосредственно вблизи изолятора 3. Путь перекрытия относительно небольшой, и поэтому происходит образование силовой дуги промышленной частоты и отключение ЛЭП.

Нанесение изоляционного покрытия на арматуру помимо решения основной задачи - исключения отключений ЛЭП вследствие перехода импульсного перекрытия в силовую дугу - увеличивает в целом электрическую прочность изоляции как при воздействии грозовых перенапряжений, так и при рабочем напряжении промышленной частоты.

В соответствии с вариантом, изображенным фиг. 2, был изготовлен и установлен на линии электропередачи образец арматуры. Металлический стержень диаметром 16 мм и длиной 65 см был снабжен изоляционным покрытием из капролона толщиной 6 мм. Длина изоляционного покрытия составляла L = 52 см. На изолированном конце арматуры был укреплен опорный стеклянный изолятор на 6 кВ. Были проведены испытания импульсами грозовых перенапряжений 1,2/50 мкс как изолятора, установленного на обычной, т.е. неизолированной арматуре, так и изолятора, установленного на изолированной арматуре. Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, для изолированной арматуры длина пути перекрытия в несколько раз больше и разрядные напряжения выше, чем для обычной, неизолированной арматуры. А главное, вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу для изолированной арматуры практически равна нулю.

На фиг. 3 показана другая модификация, где на поверхности изоляционного покрытия 2 установлены изоляционные ребра 7, которые дополнительно увеличивают разрядные напряжения, а также удлиняют путь перекрытия, что еще более уменьшает вероятность установления силовой дуги.

На фиг. 4 изображена другая модификация, где на изолированном конце арматуры установлен металлический фланец 8, к которому крепится провод 4. Такая модификация целесообразна для относительно невысоких классов напряжения, например 3-6 кВ, и при слабых загрязнениях, поскольку к изоляции арматуры длительно приложено все рабочее напряжение. Преимуществом этой модификации является ее простота и надежность работы.

Предлагаемая конструкция арматуры является промышленно применимой, технология ее изготовления достаточно проста, что позволяет изготавливать ее как в мелкосерийном, так и в массовом производстве. Устанавливать такую арматуру можно на линиях электропередачи различных классов напряжений.

Источники информации, на которые даны ссылки в описании
1. Техника высоких напряжений. /Под ред. Д.И. Разевига. -М.: Энергия, 1976, с.88.

2. Там же, с. 87.

3. Синявский В.Н. Расчет и конструирование электрокерамических конструкций.- М.: Энергия, 1977, с. 58.

4. Техника высоких напряжений. /Под ред. Д.В. Разевига. -М.: Энергия, 1976, с. 310.

Формула изобретения

1. Арматура для крепления электротехнического высоковольтного элемента к опоре электропередачи, выполненная в виде прямого или изогнутого стержня, один конец которого предназначен для установки указанного элемента, а другой - для крепления к указанной опоре, отличающаяся тем, что указанный стержень снабжен диэлектрическим покрытием, нанесенным на его боковую поверхность, а также на торцевую поверхность на конце, предназначенном для установки указанного элемента, при этом пробивное напряжение указанного диэлектрического покрытия больше, чем разрядное напряжение по поверхности указанного покрытия, а длина указанного покрытия L определяется из выражения
L > 0,06·U^0,75, м,
где U - номинальное напряжение линии электропередачи, кВ.

2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что на указанном диэлектрическом покрытии выполнено по меньшей мере одно изоляционное ребро.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5