Ограничитель перенапряжения, встроенный в корпус изолятора

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изоляции и защиты от перенапряжения электрических высоковольтных аппаратов и линий электропередач, в частности разъединителей, устанавливаемых на подстанциях и в распределительных сетях. Техническим результатом является повышение устойчивости ограничителя напряжения к воздействию внешних изгибающих и крутящих механических усилий. Поставленная задача решается тем, что в ограничителе перенапряжения, содержащем корпус изолятора, выполненный из полимерного материала, два электрода, установленные по концам указанного корпуса, колонку варисторов, размещенную между электродами внутри указанного корпуса, согласно изобретению колонка варисторов установлена внутри корпуса с образованием зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов, варисторы в колонке объединены в отдельные модули, при этом каждый из концевых модулей с соответствующим электродом и модули друг с другом электрически и механически соединены с помощью шаровых шарниров, выполненных из токопроводящего материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изоляции и защиты от перенапряжения электрических высоковольтных аппаратов и линий электропередач, в частности разъединителей, устанавливаемых на подстанциях и в распределительных сетях.

Для изоляции и защиты от перенапряжения линий электропередач и электрооборудования широко применяются различного вида изоляторы и ограничители перенапряжения. При этом весьма перспективными являются разрабатываемые в последнее время защитные устройства комбинированного действия, представляющие собой ограничитель перенапряжения, встроенный в корпус изолятора [см., например, WО 9307630].

Известен ограничитель перенапряжения, встроенный в корпус изолятора [RU 2203514], который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.

Данное устройство содержит корпус изолятора, выполненный из полимерного материала, два электрода, установленные по концам указанного корпуса, и колонку жестко соединенных между собой варисторов, размещенную между электродами внутри указанного корпуса.

За счет того, что в рассматриваемом устройстве колонка варисторов помещена в корпус изолятора, устройство можно одновременно использовать в качестве изолятора и в качестве ограничителя перенапряжения, что расширяет его функциональные возможности и позволяет минимизировать количество узлов в конструкциях, где применяется данное устройство. При этом выполненный из полимерного материала корпус изолятора обладает достаточно высокой механической прочностью, благодаря чему помещенная внутри него колонка варисторов в значительной степени защищена от воздействия прикладываемых к устройству внешних сжимающих и растягивающих механических усилий.

Однако из-за того, что колонка варисторов образована набором единичных варисторов, плотно прилегающих друг к другу своими торцевыми поверхностями, конструкция ограничителя перенапряжения не выдерживает деформацию, возникающую в случае воздействия на него значительных по величине внешних изгибающих и крутящих механических усилий, что ограничивает область использования рассматриваемого устройства.

Задачей заявляемого изобретения является повышение устойчивости ограничителя напряжения к воздействию внешних изгибающих и крутящих механических усилий.

Поставленная задача решается тем, что в ограничителе перенапряжения, содержащем корпус изолятора, выполненный из полимерного материала, два электрода, установленные по концам указанного корпуса, колонку варисторов, размещенную между электродами внутри указанного корпуса, согласно изобретению колонка варисторов установлена внутри корпуса с образованием зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов, варисторы в колонке объединены в отдельные модули, при этом каждый из концевых модулей с соответствующим электродом и модули друг с другом электрически и механически соединены с помощью шаровых шарниров, выполненных из токопроводящего материала.

Целесообразно выбирать величину зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов исходя из зависимости:

где

d - величина зазора, мм;

Н - высота ограничителя перенапряжения, мм;

М - число модулей в колонке варисторов;

F - величина углового смещения ограничителя перенапряжения относительно его продольной оси под действием внешней нагрузки, рад;

К - эмпирический коэффициент запаса, выбираемый из диапазона от 7 до 14.

Целесообразно, чтобы свободное пространство корпуса было заполнено герметиком, в качестве которого использован диэлектрический материал.

За счет того, что колонка варисторов помещена внутри корпуса изолятора, обладающего высокой механической прочностью, заявляемое устройство выдерживает воздействие значительных по величине внешних сжимающих и растягивающих механических усилий.

При этом принципиально важным в заявляемом устройстве является выполнение колонки варисторов в виде отдельных модулей, электрически и механически соединенных друг с другом и с концевыми электродами с помощью шаровых шарниров, выполненных из токопроводящего материала, а также наличие зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов.

Указанные конструктивные особенности заявляемого устройства обеспечивают возможность углового смещения и кручения каждого из модулей внутри корпуса относительно его продольной оси при воздействии на устройство внешних механических изгибающих и крутящих усилий, благодаря чему колонка варисторов выдерживает указанные выше усилия.

Таким образом, заявляемое устройство обладает высокой устойчивостью к воздействию как сжимающих и растягивающих усилий, так и изгибающих и крутящих внешних усилий.

Величина зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов в общем случае зависит от величины изгибающих и крутящих усилий, которые должно выдерживать заявляемое устройство в конкретных условиях эксплуатации.

Авторами предложено определять величину зазора по вышеприведенной эмпирически выведенной зависимости, связывающей величину зазора с высотой устройства, с числом модулей в нем и величиной углового смещения устройства относительно его продольной оси под действием прикладываемого к устройству внешнего изгибающего усилия. При этом в зависимость введен эмпирический коэффициент запаса К, который может принимать значения от 7 до 14, причем чем большую нагрузку должно выдерживать устройство в условиях эксплуатации, тем большее значение выбирается для коэффициента запаса К.

Для надежного предотвращения проникновения внутрь корпуса кислорода и воды из внешней среды свободное пространство корпуса может быть заполнено герметиком, выполненным из диэлектрического материала. В качестве герметика может быть использован, в частности, электроотрицательный газ, инертный газ, сыпучий наполнитель, мягкий эластичный компаунд, диэлектрическая жидкость. При этом указанный диэлектрический материал должен иметь такие физико-механические свойства (в частности, плотность, насыпную плотность, вязкость, эластичность), благодаря которым герметик не препятствует изменению пространственного положения модулей внутри корпуса.

На чертеже представлен общий вид заявляемого ограничителя перенапряжения.

Устройство содержит изготовленный из полимерного материала трубчатый корпус 1, в качестве которого использован, в частности, корпус опорного изолятора, изготовленный из стеклопластика и снабженный ребристым покрытием 2, выполненным из кремнийорганического материала.

Внутри корпуса 1 размещена колонка варисторов, образованная рядом модулей 3, каждый из которых содержит один или более варисторов, имеющих, в частности, форму таблеток.

На верхнем и нижнем концах корпуса 1 соответственно расположены электрод 4 и электрод 5, которые одновременно являются верхним и нижним опорным фланцами.

Модули 3 друг с другом, а также каждый из концевых модулей 3 с соответствующим концевым электродом 4 и 5 механически и электрически соединены с помощью шаровых шарниров 6, выполненных из токопроводящего материала. При этом на концевых участках каждого модуля 3 имеются дисковые электроды (на чертеже не показаны), к наружным торцевым поверхностям которых жестко прикреплены ответные элементы шарового шарнира 6.

Между стенкой корпуса 1 и наружной поверхностью объединенных в модули 3 варисторов имеется зазор d.

Внутренняя полость корпуса 1 заполнена герметиком, в качестве которого использован диэлектрический материал, не создающий препятствия для изменения пространственного положения модулей 3 внутри корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства описана на примере его использования в электрической цепи разъединителя (на чертеже не показан), устанавливаемого на подстанции или в распределительной сети для создания видимого разрыва в ошиновке при проведении ремонтных работ и оперативных переключений.

Разъединитель включает подвижную систему электродов (ножей), связанную с приводом, а также по меньшей мере одно установленное на неподвижном основании и связанное с ошиновкой заявляемое устройство, которое выполняет в составе разъединителя функцию ограничителя перенапряжения и функцию опорного изолятора. Электроды 5 и 4 устройства одновременно являются его нижним и верхним опорными фланцами, при этом электрод 5 подсоединяется к заземляющему проводу, а электрод 4 крепится к ошиновке, связанной с одним из ножей. При разведении ножей с помощью привода на заявляемое устройство действуют значительные по величине изгибающие и крутящие усилия, которые тем не менее не приводят к механическому повреждению колонки варисторов за счет шарового соединения образующих ее модулей. При этом при величине напряжения в электрической цепи разъединителя, менее порогового значения, варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, и ток через устройство практически не течет. В случае, когда величина напряжения в электрической цепи разъединителя превышает пороговое значение, динамическое сопротивление варисторов резко уменьшается, и через устройство протекает большой по величине ток, благодаря чему не возникает перенапряжение в цепи разъединителя.

1. Ограничитель перенапряжения, содержащий корпус изолятора, выполненный из полимерного материала, два электрода, установленные по концам указанного корпуса, колонку варисторов, размещенную между электродами внутри указанного корпуса, отличающийся тем, что колонка варисторов установлена внутри корпуса с образованием зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов, варисторы в колонке объединены в отдельные модули, при этом каждый из концевых модулей с соответствующим электродом и модули друг с другом электрически и механически соединены с помощью шаровых шарниров, выполненных из токопроводящего материала.

2. Ограничитель перенапряжения по п.1, отличающийся тем, что величина зазора между стенками корпуса и наружной поверхностью варисторов выбирается, исходя из зависимости:

где d - величина зазора, мм;

Н - высота ограничителя перенапряжения, мм;

М - число модулей в колонке варисторов;

F - величина углового смещения ограничителя перенапряжения относительно его продольной оси под действием внешней нагрузки, рад;

К - эмпирический коэффициент запаса, выбираемый из диапазона 7÷14.

3. Ограничитель перенапряжения по п.1 или 2, отличающийся тем, что свободное пространство корпуса заполнено герметиком, в качестве которого использован диэлектрический материал.