Устройство для защиты воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений

 

Изобретение относится к области техники высоких напряжений и может быть использовано в схемах грозозащиты высоковольтных электротехнических установок. Техническим результатом изобретения является повышение надежности молниезащиты линий электропередачи и упрощение конструкции устройства. Устройство состоит из винипластового изоляционного держателя, один конец которого с помощью винта закреплен на заземленном металлическом корпусе, который крепится хомутами на опоре защищаемой линии электропередачи. На винипластовом изоляционном держателе выполнены продольные прорези, в которых заложены разрушаемые проволочки различной длины. Одни концы проволочек закреплены винтами на изоляционном держателе, образуя при этом искровой промежуток различной длины, что обеспечивает последовательность перекрытия данных искровых промежутков. Другие концы проволочек крепятся винтами на металлическом кольце и совместно с дополнительными металлическими кольцами и внешним искровым зазором образуют многосекционный искровой промежуток между проволочками и токоведущим проводом защищаемой линии. 2 ил.

Изобретение относится к области техники высоких напряжении и может быть использовано в схемах грозозащиты высоковольтных электротехнических установок.

Известен трубчатый разрядник (А. с. СССР N 162212, МПК H 01 T 9/00, опубл. в 1964 г.) для защиты от перенапряжений, который выполнен в виде армированной винипластовой дугогасительной трубки со встроенными в нее электродами. Гашение дуги происходит за счет продольного дутья, создаваемого высоким давлением внутри трубки, которое образуется в результате интенсивного выделения газа под воздействием высокой температуры при протекании тока промышленной частоты.

Основными недостатками этого устройства являются; наличие предельных значений отключаемых токов короткого замыкания, изменение первоначальных дугогасящих параметров трубки после срабатывания, изменяющее пределы токов гашения, на которые оно рассчитано, наличие крутой вольт-секундной характеристики в области малых времен, в которой устройство не выполняет функцию защиты от атмосферных перенапряжений.

Наиболее близким из известных технических решений к предложенному нами является устройство для защиты от атмосферных перенапряжений (А.с. СССР N 658639, МПК H 02 H 9/00, опубл. 22.04.79 г.), содержащее ряд разрушаемых электрическим током проволочек, закрепленных на диэлектрическом стержне в прорезях вдоль образующих и сдвинутых относительно друг друга в осевом направлении, причем одним концом эти проволочки закреплены на металлическом стержне, заземленном на опоре линии, а вторые концы проволочек для обеспечения последовательности срабатывания образуют искровой промежуток различной величины с токоведущим проводом линии электропередачи.

Недостатками указанного устройства являются: а) крутая вольт-секундная характеристика (ВСХ) устройства в области малых времен (например, кривая 1 для ВЛ 10 кВ на фиг. 2); в этой области ВСХ устройства лежит выше ВСХ защищаемой изоляции линии электропередачи (кривая 2 для изолятора ШС-10 А) и не выполняет функцию защиты от атмосферных перенапряжений; б) сложность конструкции, которая предусматривает наличие шарнирного соединения для обеспечения минимально допустимого расстояния от токоведущих частей до заземленных, регламентируемого Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ).

Основной технической задачей предложенного устройства является повышение надежности защиты изоляции линий электропередачи за счет расширения рабочего диапазона срабатывания устройства, а также упрощение конструкции.

Расширение рабочего диапазона срабатывания устройства обеспечивается пологостью вольт-секундной характеристики в области малых времен. Пологость ВСХ достигается тем, что в известном устройстве искровой промежуток между разрушаемыми проволочками и токоведущими проводом защищаемой линии представляет из себя несколько секций, образованных параллельно установленными токопроводящими кольцами или пластинами, закрепленными на изоляционном стержне, что делает электрическое поле между токоведущим проводом и разрушаемыми проволочками более однородным. Упрощение конструкции достигается тем, что в известном устройстве разрушаемые проволочки образуют изоляционный промежуток с заземленным корпусом устройства, обеспечивая этим минимально допустимое по ПУЭ расстояние от токоведущих частей до заземленных.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты линий электропередач от атмосферных перенапряжений, содержащем ряд разрушаемых электрическим током проволочек, закреплен на изоляционном держателе, причем один конец каждой из проволочек имеет разную величину искрового зазора, а другие концы проволочек закреплены на изоляционном держателе, согласно предложенному решению указанные искровые зазоры одними концами проволочек образованы с заземленным на опоре линии электропередачи металлическим корпусом, а со стороны других концов проволочек установлен многосекционный электрод, выполненный в виде параллельных токопроводящих колец или пластин, укрепленных между собой, при этом изоляционный держатель одним концом укреплен в упомянутом металлическом корпусе.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественные всем признакам заявляемого устройства, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентноспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентноспособности "изобретательский уровень".

На приведенном чертеже (фиг. 1) представлена конструкция устройства для защиты воздушных линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, а на фиг. 2 - вольт-секундные характеристики.

Устройство состоит из винипластового изоляционного держателя 1, один конец которого с помощью винта 2 закреплен на заземленном металлическом корпусе 3, который крепится хомутами 4 на опоре 5 защищаемой линии электропередачи. На винипластовом изоляционном держателе 1 выполнены продольные прорези 6, в которых заложены разрушаемые (взрывающиеся) проволочки 7 различной длины. Одни концы проволочек 7 закреплены винтами 8 на изоляционном держателе 1, образуя при этом искровой промежуток 9 различной длины, что обеспечивает последовательность перекрытия данных искровых промежутков 9. Другие концы проволочек 7 крепятся винтами 10 на металлическом кольце 11 и совместно с дополнительными металлическими кольцами 12 и внешним искровым зазором 13 образует многосекционный искровой промежуток между проволочками 7 и токоведущим проводом 14 защищаемой линии, величина которого регламентируется ПУЭ. Для установки точной величины внешнего искрового зазора 13 относительно последнего дополнительного металлического кольца 11 в торец свободного конца изоляционного держателя вкручивается винт 15.

Длина проволочек 7 и соответственно изоляционного держателя 1 выбирается, исходя из номинального напряжения линии электропередачи согласно "Правил техники безопасности" и ПУЭ. Селективность срабатывания обеспечивается различной величиной искового промежутка 9 между концами разрушаемых проволочек 7 и заземленным металлическим корпусом 3 устройства.

Устройство работает следующим образом: при появлении атмосферного перенапряжения на токопроводящем проводе или элементах опоры происходит импульсный пробой многосекционного искрового промежутка и наименьшего промежутка между проволочками 7 и заземленным металлическим корпусом 3 устройства и импульсный ток промышленной частоты, который является током короткого замыкания (К.З.) на землю. При достижении максимума тока К. 3. происходит электрический взрыв проволочки 7, в результате чего происходит гашение дуги тока К.3. Электрический взрыв проволочки 7 происходит при условии где: H_к.з. - энергия, выделяемая в проволочке при протекании тока К.3.; h_исп. - удельное действие или интеграл тока. При первом перекрытии взрывается самая длинная проволочка 7, при втором - следующая по длине проволочка 7 и т. д. После срабатывания всех проволочек 7 производится замена устройства (РВД). Замена может производиться без снятия напряжения, т.к. заземленный металлический корпус 3 устройства имеет расстояние до токоведущего провода 14 защищаемой линии больше минимально допустимого по ПУЭ.

Наличие многосекционного искрового промежутка обеспечивает пологую вольт-секундную характеристику срабатывания предлагаемого устройства - кривая 3 на фиг. 2. На фиг. 2 видно, что ВСХ (кривая 2) защищаемой изоляции (например, ШС - 10 А), т.е. в этом диапазоне времен устройство-аналог не защищает изоляцию линий электропередачи 10 кВ, в то время как предложенное устройство имеет ВСХ (кривая 3), лежащую ниже ВСХ изоляции (кривая 2). Амплитуда токов молнии, приводящих к перекрытию изоляции линий электропередачи 10 кВ, составляет около 5 кА, а их вероятность - около 1. Крутизна фронта токов молнии, при которых амплитуда токов достигает 5 кА за время 0,6-1,7 мкс, лежит в диапазоне от 0,8 до 1. Это означает, что для линий электропередачи 10 кВ эффективность предложенного устройства как минимум выше 80%.

Таким образом, РВД повышает надежность защиты изоляции линий электропередачи при воздействии на них атмосферных перенапряжений, выполняется из дешевых материалов, несложно в изготовлении, монтаже и отключении линии при разрядах молнии в них, что повышает надежность электроснабжения потребителей.

Предлагаемое устройство может заменить как более эффективное трубчатые разрядники, искровые промежутки, в районах сильного гололеда - грозозащитный трос и устройство для защиты от атмосферных перенапряжений - аналог.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более надежную защиту изоляции линии электропередачи и повышает надежность электроснабжения потребителей. За счет создания искрового промежутка между заземленным металлическим корпусом и разрушаемыми проволочками обеспечивается более высокая электробезопасность при монтаже и демонтаже устройства и упрощается конструкция устройства-аналога.

Формула изобретения

Устройство для защиты линий электропередачи от атмосферных перенапряжений, содержащее ряд разрушаемых электрическим током проволочек, закрепленных на изоляционном держателе, причем один конец каждой из проволочек имеет разную величину искрового зазора, а другие концы проволочек закреплены на изоляционном держателе, отличающееся тем, что указанные искровые зазоры одними концами проволочек образованы с заземленным на опоре линии электропередачи металлическим корпусом, а со стороны других концов проволочек установлен многосекционный электрод, выполненный в виде параллельных токопроводящих колец или пластин, укрепленных на изоляционном держателе с зазорами между собой, при этом изоляционный держатель одним концом укреплен в упомянутом металлическом корпусе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2