Устройство для защиты от перенапряжений

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении высоковольтных аппаратов наружной установки, например, в устройствах для защиты от перенапряжений. Техническим результатом является уменьшение массы устройства за счет оптимизации конструкции ребер. Устройство для защиты от перенапряжений содержит покрышку с ребрами и с размещенными внутри покрышки варисторами. Вылет каждого ребра выбирается в соответствии с математическим выражением. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении высоковольтных аппаратов наружной установки, например, в устройствах для защиты от перенапряжений.

Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее фарфоровую покрышку с ребрами в качестве корпуса и размещенные внутри нее варисторы [1] . В устройстве отсутствуют конкретные аналитические выражения для выбора оптимальных профилей ребер, и, как следствие, не является минимальной масса ребер и, соответственно, всего устройства.

Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее фарфоровую покрышку с ребрами, внутри которой размещены варисторы [2], принятое за прототип. Конструктивными параметрами корпуса, роль которого выполняет фарфоровая покрышка с ребрами, являются его наружный и внутренний диаметры, вылет ребра, радиусы сопряжения покрышки с ребрами, углы наклона верхней и нижней поверхностей ребра, радиус кромки ребра.

Недостатком конструкции является отсутствие конкретных аналитических выражений для выбора оптимальных профилей ребер покрышки, гарантирующих заданную длину пути утечки (ДПУ), что приводит к неоправданно большой ее массе, а следовательно, всего устройства.

Целью изобретения является уменьшение массы устройства за счет оптимизации конструкции ребер.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем покрышку с ребрами и с размещенными внутри покрышки варисторами, согласно изобретению, вылет каждого ребра соответствует выражению где Н - расстояние в свету (между фланцами); В - расстояние между ребрами; L - заданная длина пути утечки; К₁ и К₂ - коэффициенты, определяемые из соотношений где R - радиус кромки ребра; r₁, r₂ - радиусы сопряжения покрышки с верхней и нижней поверхностями ребра соответственно;
α₁, α₂ - углы наклона верхней и нижней поверхностей ребра соответственно.

Длина пути утечки единичного ребра L₁ состоит из участков (фиг.2):
1. Дуга окружности сопряжения корпуса покрышки с верхней поверхностью ребра. 2. Отрезок прямой вдоль верхней поверхности ребра до точки сопряжения с окружностью кромки ребра. 3. Дуга окружности кромки ребра от точки сопряжения по п. 2 до точки ее сопряжения с отрезком прямой вдоль нижней поверхности ребра. 4. Отрезок прямой от точки сопряжения по п.3 до точки сопряжения с дугой окружности, сопрягающей нижнюю поверхность ребра с корпусом. 5. Дуга окружности сопряжения нижней поверхности ребра с корпусом покрышки. 6. Отрезок прямой вдоль корпуса покрышки до следующего ребра. Таким образом, длина пути утечки может быть выражена в математической форме:

где


Отсюда оптимальный вылет ребра, обеспечивающий требуемую общую ДПУ, вычисляется по формуле

где n - число ребер, равное целой части отношения Н/В.

При выборе в качестве расстояния В между ребрами минимально допустимого значения В₀, при котором не происходит "перекрытия" устройства при дожде вследствие образования прерывистой капельной струи между краями ребер, значение вылета ребра, определяемое по формуле (2), обеспечивает минимальную массу ребер. Для иллюстрации этого предварительно необходимо получить выражение для расчета массы ребер.

Объем единичного ребра, изображенного на фиг.2, можно вычислить, используя выражения для объема цилиндра, усеченного конуса и бочки. В окончательной форме объем единичного ребра записывается следующим образом:

где в дополнение к раннее введенным обозначениям
A∧ = A-R(1-sinα₁);
A∨ = A-R(1-sinα₂).
Масса всех n ребер покрышки вычисляется по формуле
Mρ = ρVpn, (4)
где ρ - плотность используемого материала;
Vp- объем единичного ребра из соотношения (3).

Выполнение ребер устройства в соответствии с новой зависимостью позволяет уменьшить массу ребер, а следовательно, и всего устройства.

На фиг.1 изображено устройство для защиты от перенапряжений, общий вид.

На фиг.2 изображены ребра устройства в разрезе.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит фарфоровую покрышку 1 с ребрами 2, внутри которой размещена колонка варисторов 3. На концах покрышки 1 закреплены металлические фланцы 4. Ребра 2 имеют вылет А, шаг (расстояние между ребрами) В. На фиг.1 обозначена Н - расстояние в свету (между фланцами). На фиг. 2 обозначены углы α₁ и α₂ наклона верхней и нижней поверхностей ребра соответственно, радиус R кромки ребра, наружный диаметр d покрышки устройства, радиус окружности сопряжения покрышки с верхней поверхностью ребра r₁ и радиус окружности сопряжения покрышки с нижней поверхностью ребра r₂. Вылет ребра А соответствует выражению (2).

Устройство работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При возникновении перенапряжений в сети устройство их ограничивает в соответствии с вольт-амперной характеристикой варисторов 3 устройства.

В качестве примера был произведен расчет массы фарфоровых ребер при различных значениях расстояния между ребрами В>В₀, при которых обеспечивается требуемая величина длины пути утечки. Исходными данными для расчета приняты следующие значения конструктивных параметров:
Н=28 см, d=13.8 см, α₁ = 18°, α₂ = 10°, r₁=1,5 см, r₂=0,5 см, L=71,5 см, В₀= 3,5 см, R=1 см. Масса ребер вычисляется по формуле (4), а вылет ребра - по формуле (2).

Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Из таблицы 1 следует, что минимальная масса ребер получается при выборе минимально допустимого расстояния между ребрами В₀=3,5 см и при этом необходимый вылет ребра равен 3,6 см. Число ребер в этом случае равно 8.

Существенное уменьшение массы ребер имеет место, если уменьшить радиус кромки R. Его минимальное значение ограничено возможностями технологии и условиями появления коронного разряда. В таблице 2 приведены результаты аналогичных расчетов при R=0,5 см.

Таким образом, выполнение ребер устройства в соответствии с новой зависимостью позволяет уменьшить их массу. Уменьшение массы ребер приводит к уменьшению общей массы устройства и экономии исходного материала. Кроме того, уменьшение вылета ребра приводит к сокращению трудоемкости изготовления устройства, так как уменьшается время обточки ребер.

Источники информации
1. Адоньев Н.М. и др. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1987, с. 96-97.

2. SU a.c. 947917, 25.01.78, Н 01 С 1/028 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее покрышку с ребрами и с размещенными внутри покрышки варисторами, отличающееся тем, что вылет каждого ребра соответствует выражению

где Н - расстояние в свету между фланцами;
В - расстояние между ребрами;
L - заданная длина пути утечки;
К₁ и К₂ - коэффициенты, определяемые из соотношений


где R - радиус кромки ребра;
r₁, r₂ - радиусы сопряжения покрышки с верхней и нижней поверхностями ребра соответственно;
α₁, α₂ - углы наклона верхней и нижней поверхностей ребра соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4