Нелинейный резистор

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям нелинейных резисторов, применяемых в аппаратах высокого напряжения. Технической задачей является обеспечение высокой надежности работы резистора в составе колонки, а также снижение брака при его изготовлении. Сущность изобретения заключается в том, что нелинейный резистор включает изготовленное из нелинейного керамического материала объемное тело с двумя параллельными основаниями, выполненное с фаской у одного из оснований. При этом согласно изобретению объемное тело выполнено с фаской у другого из оснований. Фаски могут иметь сферическую или овальную поверхность. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям нелинейных резисторов, применяемых в аппаратах высокого напряжения.

В настоящее время в электротехнике широко используются изготовленные из нелинейного керамического материала нелинейные резисторы (варисторы). Сформированные из рассматриваемых резисторов колонки применяются в качестве динамических сопротивлений в различных электротехнических устройствах, в том числе в высоковольтных аппаратах, предназначенных для защиты электрооборудования и линий электропередач от перенапряжения. Как правило, указанные нелинейные резисторы имеют форму объемного тела с двумя параллельными основаниями, в частности форму прямого цилиндра или пластины.

Так, например, известен изготовленный из керамического материала варистор [RU 2118006] в форме таблетки, на основаниях которого имеются плоские дисковые электроды, диаметр которых несколько меньше диаметра варистора.

В собранной из рассматриваемых варисторов колонке между краевыми участками параллельно расположенных оснований смежных варисторов образуется узкий зазор, имеющий в плоскости продольного сечения колонки прямоугольную (П-образную) форму. Наличие таких зазоров приводит к ухудшению электротехнических характеристик колонки варисторов, поскольку электрическое поле в зонах между параллельно расположенными на небольшом расстоянии друг от друга краевыми участками оснований смежных варисторов характеризуется неоднородностью и повышенной напряженностью. Указанные факторы приводят к пробою воздушного промежутка между варисторами, возникновению частичных разрядов, локальному разрушению изоляционной оболочки колонки, ионизации воздуха и появлению разряда на поверхности варистора. Указанные негативные явления снижают надежность работы колонки варисторов.

Кроме того, в процессе изготовления варисторов их острые кромки подвержены сколам, приводящим к браку варисторов.

Известен нелинейный резистор, описанный в SU 1408460, который является наиболее близким по конструкции к заявляемому нелинейному резистору и выбран авторами в качестве прототипа.

Указанный нелинейный резистор содержит изготовленное из нелинейного керамического материала объемное тело в форме прямого цилиндра с двумя параллельными основаниями, выполненное с фаской у одного из оснований с углом конусности 40-50°. В сформированной из данных резисторов колонке резисторы соединены по основаниям друг с другом с помощью клеевого токопроводящего состава и установлены таким образом, что их фаски направлены вниз. При этом за счет наличия фасок клей, выдавливаясь, остается на краевых участках оснований резисторов, что уменьшает возможность перекрытия резисторов на боковой поверхности. Однако в сформированной из указанных резисторов колонке между краевыми участками оснований смежных резисторов образуются узкие кольцевые зазоры, имеющие треугольный профиль, электрическое поле в которых так же, как в колонке, собранной из варисторов, описанных в RU 2118006, характеризуется неоднородностью и повышенной напряженностью. Эти факторы вызывают перечисленные выше негативные явления, отрицательно сказывающиеся на надежности работы колонки резисторов.

Кроме того, у рассматриваемых нелинейных резисторов кромки, на которых отсутствуют фаски, в процессе изготовления резисторов подвержены сколам, приводящим к браку резисторов.

Задачей изобретения является создание нелинейного резистора, обеспечивающего высокую надежность его работы в составе колонки, а также снижение брака при его изготовлении.

Сущность изобретения заключается в том, что нелинейный резистор включает изготовленное из нелинейного керамического материала объемное тело с двумя параллельными основаниями, выполненное с фаской у одного из оснований. При этом согласно изобретению объемное тело выполнено с фаской у другого из оснований.

Целесообразно, чтобы фаски имели сферическую или овальную поверхность.

Принципиально важным в заявляемой конструкции является то, что объемное тело нелинейного резистора имеет фаски у обоих своих оснований. Благодаря наличию указанных фасок основания резисторов не имеют острых кромок, а образующийся между краевыми участками оснований смежных резисторов в сформированной из указанных резисторов колонке зазор расширяется в направлении к периферии колонки.

Благодаря отсутствию острых кромок на обоих основаниях резисторов и тому, что зазоры между смежными резисторами имеют расширяющийся к периферии колонки профиль, электрическое поле в зазорах характеризуется большей однородностью и меньшим увеличением напряженности, чем электрическое поле в узких зазорах в колонке, собранной из резисторов, не имеющих фасок или имеющих фаску у одного из оснований. Как показали экспериментальные исследования, в колонках, собранных из заявляемых резисторов, практически не возникают негативные явления, обусловленные резким повышением напряженности электрического поля в зазорах. Таким образом, заявляемый резистор обеспечивает высокую надежность работы в составе колонки.

Кроме того, из-за отсутствия острых кромок у обоих оснований резисторов снижается вероятность появления на их кромках сколов, что способствует уменьшению технологического брака при изготовлении резисторов. При этом в случае изготовления резисторов методом прессования в пресс-формах за счет наличия фасок достигается экономия пластической массы, из которой изготавливаются резисторы.

В случае, когда фаски имеют овальную или сферическую поверхность, расширяющийся к периферии колонки зазор между смежными резисторами имеет сглаженную поверхность, что способствует повышению однородности электрического поля и уменьшению его напряженности в зоне зазора.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого нелинейного резистора (вид спереди); на фиг.2 - то же (вид сверху); на фиг.3 представлен общий вид колонки, сформированной из нескольких нелинейных резисторов.

Нелинейный резистор включает изготовленное из нелинейного керамического материала объемное тело 1 с двумя параллельными основаниями 2 и 3. Объемное тело 1 может иметь форму прямого цилиндра, диска или пластины. На фиг.1, 2, 3, в частности, представлен вариант выполнения нелинейного резистора, имеющего форму диска. У обоих оснований 2 и 3 объемного тела 1 выполнены фаски 4 и 5, имеющие, в частности, сферическую поверхность. Фаски 4 и 5 сформированы, в частности, в процессе прессования объемного тела 1 резистора в пресс-форме. На каждом из оснований 2 и 3 объемного тела 1 расположен дисковый металлический электрод 6, диаметр которого несколько меньше диаметра оснований объемного тела 1.

В колонке, сформированной из нелинейных резисторов (см. фиг.3), резисторы сопряжены друг с другом по поверхностям дисковых электродов 6. Между смежными резисторами образованы расширяющиеся к периферии колонки кольцевые зазоры, ширина которых на периферии составляет величину Н.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства показана на примере его использования в составе колонок, применяемых в качестве динамического сопротивления в ограничителе перенапряжения.

При приложении к колонке резисторов напряжения, величина которого меньше заданного порогового значения, колонка резисторов имеет бесконечно большое сопротивление, и ток через нее практически не течет. В случае, когда величина прикладываемого напряжения превышает пороговое значение, динамическое сопротивление колонки резисторов резко уменьшается, и через колонку протекает большой по величине ток.

Были проведены испытания используемых в ограничителе перенапряжения, рассчитанном на номинальную величину напряжения 6 кВ, колонок, собранных из заявляемых нелинейных резисторов, изготовленных из оксидно-цинковой керамики. Нелинейные резисторы имели диаметр наружной поверхности 46 мм, диаметр металлических электродов 42 мм и высоту, равную 26 мм. Испытания показали высокую эксплуатационную надежность резисторов в течение двух лет эксплуатации, при этом уровень фиксируемых в ходе испытаний частичных разрядов был более чем в четыре раза ниже уровня, допускаемого техническими нормативами, не наблюдалось нарушения изоляционной оболочки колонки и пробоя резисторов.

Для сравнения проводили испытания в составе аналогичных ограничителей перенапряжения колонок, собранных из нелинейных резисторов, изготовленных из того же материала и имеющих те же геометрические размеры, что и заявляемые резисторы, но без фасок у обоих оснований. При этом в ходе испытаний были зафиксированы случаи повышенного уровня частичных разрядов, который в 3-4 раза превышал уровень частичных разрядов, который наблюдался в ходе испытаний колонок, собранных из заявляемых резисторов. Наличие повышенного уровня частичных разрядов свидетельствует о недостаточно высокой эксплуатационной надежности нелинейных резисторов без фасок.

1. Нелинейный резистор, включающий изготовленное из нелинейного керамического материала объемное тело с двумя параллельными основаниями, выполненное с фаской у одного из оснований, отличающийся тем, что объемное тело выполнено с фаской у другого из оснований.

2. Нелинейный резистор по п.1, отличающийся тем, что фаски имеют сферическую или овальную поверхность.