Диэлектрический элемент мультиэлектродного разрядника, грозозащитный разрядник и линия электропередачи с таким разрядником
Изобретение относится к области электротехники, а именно к диэлектрическому элементу грозозащитного разрядника, который может применяться для защиты от молниевых разрядов электрического оборудования и линий электропередач. Снижение разрядного напряжения, а также упрощение изготовления и установки диэлектрического разрядника является техническим результатом, который достигается за счет того, что диэлектрический элемент разрядника выполнен в виде продолговатого тела, механически соединенного, по меньшей мере, с двумя основными электродами, и двумя или более промежуточными электродами, расположенными между основными электродами, причем промежуточные электроды расположены на диэлектрическом элементе со смещением вдоль диэлектрического элемента, а сам диэлектрический элемент выполнен с использованием полимерного материала с возможностью фиксации формы, причем полимерный материал обладает эластичностью и/или пластичностью и выбран из группы, содержащей полиэтилен, резину, поливинилхлорид, полипропилен или полиуретан. При этом коэффициент жесткости изгиба диэлектрического элемента грозозащитного разрядника составляет не более 20 кН/м, 15 кН/м, 10 кН/м, 5 кН/м, 2,5 кН/м или 1 кН/м. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам и их элементам для защиты электрического оборудования и других объектов от молниевых разрядов, в частности, к грозозащитному разряднику, который может применяться для защиты линий электропередач.
Предшествующий уровень техники
Из патента RU 2121741 известен длинноискровой грозозащитный разрядник, содержащий продолговатый диэлектрический элемент, выполненный из твердого диэлектрика, стержневой электрод, установленный внутри диэлектрического элемента, концевые электроды, один из которых, называемый первым основным электродом, соединен со стержневым электродом, и второй основной электрод, расположенный на наружной поверхности диэлектрического элемента в его средней части. В соответствии с указанным патентом разрядник может быть выполнен прямолинейном или изогнутом в виде.
Вследствие того, что диэлектрический элемент выполнен из твердого диэлектрика, при изготовлении такого разрядника необходимо до установки на место эксплуатации учитывать установочные размеры, поскольку изменение конфигурации такого разрядника, например, его изгибание после изготовления непосредственно на месте установки, невозможно - диэлектрический элемент будет сохранять ту форму, которая была придана в процессе изготовления, и при попытке деформации будет разрушаться.
Учет установочных размеров на стадии изготовления разрядника весьма затруднен ввиду того, что эти размеры могут значительно варьироваться, причем различия между установочными размерами в некоторых случаях могут быть минимальными. Следовательно, оборудование, применяемое при изготовлении разрядника, должно обеспечивать возможность изготовления разрядников с множеством типоразмеров и форм, а это приводит к значительным финансовым затратам на такое универсальное оборудование, а также к необходимости повышения квалификации персонала и росту трудозатрат.
Другим вариантом обеспечения возможности установки разрядников на места эксплуатации с различающимися размерами является применение устройств, обеспечивающих согласование размеров и формы разрядника с требованиями по размеру и форме места установки. Применение таких устройств повышает сложность и стоимость разрядника, снижает его надежность и требует больших трудозатрат при транспортировке и установке такого разрядника.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности изменения формы (конфигурации) грозозащитного разрядника с целью упрощения изготовления и установки разрядника в месте эксплуатации независимо от установочных размеров. Дополнительными задачами настоящего изобретения является обеспечение фиксации формы (конфигурации) разрядника и снижение разрядного напряжения.
Задача настоящего изобретения решается с помощью диэлектрического элемента для разрядника. Диэлектрический элемент выполнен с использованием диэлектрика с возможностью механического соединения, по меньшей мере, с двумя основными электродами и двумя или более промежуточными электродами между основными электродами. Отличительным признаком изобретения является то, что диэлектрический элемент выполнен изгибаемым.
Коэффициент жесткости изгиба диэлектрического элемента (разрядника) в преимущественном варианте осуществления составляет не более 20 кН/м, 15 кН/м, 10 кН/м, 5 кН/м, 2,5 кН/м или 1 кН/м, предпочтительно не более 900 Н/м, 800 Н/м, 700 Н/м, 600 Н/м, 500 Н/м, 400 Н/м, 300 Н/м, 200 Н/м или 100 Н/м. Кроме того, коэффициент жесткости изгиба диэлектрического элемента (разрядника) предпочтительно составляет не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м. В одном из вариантов осуществления диэлектрический элемент выполнен с обеспечением фиксации формы.
В преимущественном варианте осуществления диэлектрический элемент выполнен с использованием эластичного диэлектрика. Кроме того, диэлектрический элемент может быть выполнен с использованием пластичного диэлектрика. Такие диэлектрики могут включать в себя полиэтилен, резина, поливинилхлорид, полипропилен, полиуретан и им подобные материалы.
Диэлектрический элемент может содержать внутри себя, по меньшей мере, один стержень преимущественно с меньшей эластичностью и/или пластичностью, чем у диэлектрика. Этот стержень выполнен с использованием эластичного и/или пластичного металла, такого как железо, медь, алюминий и им подобные сплавы и металлы. Указанный стержень может быть отделен от поверхности диэлектрического элемента слоем диэлектрика. В одном из вариантов стержень может быть размещен с возможностью соединения с одним из основных электродов.
В одном из вариантов осуществления диэлектрический элемент состоит, по меньшей мере, из двух частей, соединенных с помощью шарнирного соединения, которое в частном случае может быть выполнено фиксируемым. В одном из вариантов в шарнирном соединении в качестве оси используется стержень, имеющий резьбу.
Задача настоящего изобретения также решается с помощью грозозащитного разрядника, включающего в себя диэлектрический элемент, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с диэлектрическим элементом, и два или более промежуточных электродов, расположенных на диэлектрическом элементе между основными электродами. Отличительным признаком изобретения является то, что диэлектрический элемент выполнен по одному из вышеописанных вариантов.
Задача настоящего изобретения решается также с помощью линии электропередачи, включающей в себя опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один грозозащитный разрядник. Разрядник включает в себя диэлектрический элемент, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с диэлектрическим элементом, и два или более промежуточных электродов, расположенных на диэлектрическом элементе между основными электродами. По меньшей мере, один основной электрод устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с проводом, а, по меньшей мере, один другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с опорой или другим элементом линии электропередачи, соединенными с землей. Отличительным признаком этой линии является то, что диэлектрический элемент выполнен по одному из вышеописанных вариантов.
Благодаря настоящему изобретения удается обеспечить такой технический результат, как возможность изменения формы (конфигурации) изготовленного грозозащитного разрядника (диэлектрического элемента) монтажником вручную или с помощью переносных приспособлений, а значит, и упростить процессы изготовления и установки разрядника в месте эксплуатации, обеспечив независимость размеров разрядники при изготовлении от установочных размеров. Дополнительными техническими результатами настоящего изобретения является обеспечение возможности фиксации формы разрядника и снижение разрядного напряжения.
Дополнительным техническим результатом является повышение скорости начала разряда и снижение воздействия перенапряжения на электрооборудование и разрядник, а также снижение импульсного воздействия на электрооборудование при окончании разряда. Это также повышает надежность и срок службы разрядника ввиду снижения разрушающего воздействия на разрядник разрядных токов, по нему протекающих, так как теперь он может изгибаться и не будет разрушаться, что происходило бы при изготовлении разрядника из негибких, хрупких, твердых и т.п. материалов. Кроме того, технический результат также заключается в обеспечении возможности регулирования формы разрядного импульса и подбора подходящей формы для конкретных видов электрооборудования путем выбора механических свойств (в частности, жесткости изгиба) материалов, с использованием которых выполнен разрядник (диэлектрический элемент).
Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 показан пример разрядника в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в исходном состоянии.
На фиг. 3 показан вариант установки для определения коэффициента жесткости изгиба диэлектрического элемента разрядника в состоянии приложенного усилия изгиба.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Грозозащитный разрядник в соответствии с настоящим изобретением на фиг. 1 включает в себя диэлектрический элемент 1, по меньшей мере, два основных электрода 2 и 3, механически связанных с диэлектрическим элементом 1, и два или более промежуточных электродов 4, расположенных на диэлектрическом элементе 1 между основными электродами 2 и 3.
Диэлектрический элемент (также может называться как изоляционное тело), выполненный с использованием диэлектрика (диэлектрического материала), предпочтительно имеет продолговатую форму, например, круглого сечения или другого подходящего типа сечения. Это обеспечивает возможность механического соединения диэлектрического элемента с основными электродами и промежуточными электродами, например, путем надевания трубчатых частей электродов или кольцеобразных электродов на диэлектрический элемент. Сечения диэлектрического элемента и электродов могут совпадать, но также могут и различаться - могут использоваться электроды с сечениями, отличающимися от круглых. Закрепление электродов может выполняться и другими известными из уровня техники способами, например, путем захвата выступов диэлектрического элемента или пропускания через его отверстия крепежных деталей.
Диэлектрик, с использованием которого выполнен диэлектрический элемент, преимущественно должен быть устойчивым к воздействию электрических разрядов, которые развиваются на поверхности диэлектрического элемента под действием молниевых перенапряжений. Диэлектрический элемент в соответствии с настоящим изобретением также может использоваться в разрядниках, предназначенных не для грозозащиты, а для защиты от других перенапряжений, например, промышленного характера.
Основными электродами называются электроды, которые выполнены с обеспечением возможности установления непосредственного электрического контакта с защищаемым объектом, которым может быть элемент электроустановки или линии электропередачи, а также любой другой металлический предмет, либо с обеспечением возможности установления разрядного промежутка между основным электродом и защищаемым объектом.
Один основной электрод предпочтительно устанавливается на конце диэлектрического элемента (и тогда он может также называться концевым электродом), а второй электрод может устанавливаться на другом конце диэлектрического элемента или же в любой его части, например, в средней части диэлектрического элемента.
Промежуточные электроды устанавливаются на диэлектрическом элементе между основными электродами преимущественно с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси диэлектрического элемента. Благодаря наличию промежуточных электродов длина разрядных промежутков между электродами уменьшается и между промежуточными электродами, а также между соседними промежуточными и основными электродами может формироваться электрический разряд при относительно низком электрическом напряжении (по сравнению с большими разрядными промежутками, например, при отсутствии промежуточных электродов). Это происходит потому, что разрядное напряжение делится между разрядными промежутками в обратной зависимости от расстояния между электродами.
Если бы промежуточные электроды отсутствовали, то разряд, сформировавшийся между основными электродами, образовал бы самоподдерживающуюся электрическую дугу ввиду высокого напряжения, прилагаемого к одному разрядному промежутку, для гашения которой необходимо отключать напряжение, передаваемое линией электропередачи. А поскольку разрядный промежуток с помощью промежуточных электродов делится на несколько разрядных промежутков, разрядная дуга не является самоподдерживающейся и самостоятельно гасится при снижении разрядного напряжения.
Для того чтобы обеспечить возможность установки разрядника на местах эксплуатации с любыми установочными размерами (преимущественно не превышающими или незначительно превышающими размер самого разрядника) без необходимости изготовления разрядников с заданными для конкретных мест эксплуатации размеров и без необходимости применения устройств, обеспечивающих согласование размеров и формы разрядника с требованиями по размеру и форме места установки, в соответствии с настоящим изобретением часть разрядника или весь разрядник предлагается выполнить изгибаемым, для чего диэлектрический элемент выполняется изгибаемым, то есть с использованием гибких материалов (диэлектрических и/или, если применяются металлических) или изгибаемых соединений его составных элементов.
Изгибаемость в контексте настоящего изобретения понимается как возможность осуществить изгиб разрядника после завершения изготовления без его разрушения или ухудшения эксплуатационных свойств. Если разрядник изготовлен с использованием материалов, не обладающих свойствами пластичности или эластичности, например, таких как закаленная сталь (которая может использоваться для изготовления стержней диэлектрического элемента разрядника) или твердые диэлектрики фарфор или керамика, то при попытке изогнуть такой разрядник его элементы могут разрушиться ввиду хрупкости или неспособности деформироваться.
Под твердостью обычно понимается способность сопротивляться проникновению в него другого объекта, а это значит, что у твердого материала имеются сильные межмолекулярные связи, в связи с чем будет наблюдаться пониженная способность к изгибанию ввиду того, что при изгибе на одной из сторон объекта происходит сжатие материала, что может быть представлено как укорочение межмолекулярных связей, а с другой стороны объекта происходит расширение материала, что может быть представлено как удлинение межмолекулярных связей. В том случае, когда межмолекулярные связи сильные (что соответствует твердому материалу), удлинение или укорочение этих связей будет затруднено и способность к изгибу будет пониженная (другими словами, будет повышенная жесткость изгиба). Низкая изгибаемость твердых материалов обычно проявляется, например, в хрупкости, ломкости или других отрицательных свойствах разрядника.
Изгибаемость разрядника (диэлектрического элемента) может быть обеспечена несколькими способами. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения для обеспечения изгибаемости диэлектрического элемента (разрядника) диэлектрический элемент может быть выполнен с использованием эластичного и/или пластичного диэлектрика, такого как полиэтилен, резина, поливинилхлорид, полипропилен, полиуретан и им подобные материалы. Эластичность представляет собой способность к обратимой деформации и характерна для некоторых видов полимеров (также может называться упругостью). Пластичностью называют способность материала получать большие остаточные деформации без разрушения материала. Пластичностью и/или эластичностью могут обладать некоторые полимеры и некоторые металлы, такие как железо, медь, алюминий и им подобные сплавы и металлы.
Эластичные и/или пластические свойства диэлектрика будут ограничивать изгибаемость разрядника. Для того, чтобы обеспечить удобство установки разрядника, при которой требуется изгибание разрядника, желательно, чтобы такое изгибание могло быть выполнено монтажником руками непосредственно или с помощью переносных приспособлений, массо-габаритные характеристики которого обеспечивают возможность их доставки к месту установки для того, чтобы разрядник мог быть оперативно изогнут или ему могла быть оперативно придана необходимая форма. В соответствии с этим в преимущественном варианте изобретения диэлектрический элемент имеет такие свойства и такие размеры, которые будут обеспечивать коэффициент жесткости изгиба разрядника не более 20 кН/м, 15 кН/м, 10 кН/м, 5 кН/м, 2,5 кН/м или 1 кН/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении разрядника (диэлектрического элемента) и оборудования или силы рабочего, используемого для изгибания), причем для обеспечения возможности изгиба руками коэффициент жесткости изгиба разрядника предпочтительно имеет величину не более 900 Н/м, 800 Н/м, 700 Н/м, 600 Н/м, 500 Н/м, 400 Н/м, 300 Н/м, 200 Н/м или 100 Н/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении разрядника (диэлектрического элемента) и физической силы монтажника (в частности, его рук)). Выбор одного или нескольких значений из указанных выше позволяет обеспечить возможность регулировки формы разрядника (диэлектрического элемента) с помощью малогабаритного регулировочного оборудования или вручную.
Определение величины изгибаемости (гибкости) может осуществляться с помощью измерительных устройств, определяющих величину смещения плеча диэлектрического элемента на заданном расстоянии от точки фиксации до точки приложения силы под действием заданной силы или наоборот, определяющих величину силы, обеспечивающую смещение плеча диэлектрического элемента на заданное расстояние. Возможны и другие способы определения изгибаемости.
В частности, в соответствии с фиг. 2 и 3 может использоваться следующий способ определения изгибаемости. Согласно этом способу диэлектрический элемент 1 разрядника в соответствии с изобретением укладывается на два основания 11, расположенные друг от друга на расстоянии L, имеющем величину, например, от 10 до 20 толщин d диэлектрического элемента разрядника, т.е. в показанном на фиг. 2 и 3 предпочтительном варианте, например, L=20d (ввиду того, что диэлектрический элемент чаще всего имеет круглое сечение, толщина d может соответствовать диаметру диэлектрического элемента разрядника). Далее в плоскости, расположенной примерно в середине (в предпочтительном варианте строго в середине) между двумя основаниями 11, на которые уложен диэлектрический элемент 1, к диэлектрическому элементу 1 сверху прикладывается деформатор 10, с помощью которого на элемент 1 передается усилие F, направленное на прогиб h диэлектрического элемента 1 вниз. В результате измерения величины усилия F и прогиба (изгиба) h возможно определить коэффициент жесткости изгиба k=F/h, где F - усилие, приложенное к диэлектрическому элементу, h - величина прогиба диэлектрического элемента.
В преимущественном варианте величину h прогиба диэлектрического элемента желательно измерять в нижней части 14 диэлектрического элемента 1 под местом приложения усилия F, т.к. в верхней части 13 диэлектрического элемента 1, в том месте, где с помощью деформатора 10 непосредственно прикладывается усилие F, может происходить деформация диэлектрического элемента 1, не связанная с его прогибом, в том случае, когда диэлектрический элемент выполнен из деформируемого (например, эластичного или мягкого) материала, в то время как в нижней части 14 диэлектрического элемента 1 под местом приложения усилия F такой деформации не наблюдается, т.к. к ней не прикладывается усилие и перемещение поверхности нижней части 14 диэлектрического элемента под местом приложения усилия F происходить только вследствие прогиба диэлектрического элемента 1.
В связи с возможностью деформации диэлектрического элемента 1, не связанной с изгибом, в том случае, когда диэлектрический элемент выполнен из деформируемого (например, эластичного или мягкого) материала, не только деформатором 10, но и основаниями 11, для предотвращения деформации нижней поверхности диэлектрического элемента 1 основаниями 11, которая может привести к искажению величины h прогиба, между диэлектрическим элементом 1 и основаниями 11 могут быть расположены жесткие прокладки 12. Прокладки 12 могут быть плоскими или иметь форму желобов. Прокладки 12 позволяют распределить деформирующее усилие от оснований 11 на большую длину диэлектрика 1 и, тем самым, снизить искажение измеряемой величины h прогиба диэлектрического элемента 1. Прокладки 12 предпочтительно могут свободно изменять свое угловое положение относительно оснований 11, в некоторых случаях прокладки 12 и основания 11 могут иметь шарнирное соединение. Считается, что прокладки 12, также как и основания 11, выполнены из слабо деформируемого материала (например, по отношению к диэлектрическому элементу).
В других вариантах обеспечение изгибаемости разрядника может осуществляться путем выполнения диэлектрического элемента из нескольких частей, соединены с помощью шарнирного соединения. В таких случаях части диэлектрического элемента могут быть выполнены с использованием материалов, не обладающих эластичностью и/или пластичностью, например, с использованием твердых (хрупких) материалов. Изгибаемость разрядника обеспечивается за счет шарнирных соединений, которые могут обеспечивать вращательное перемещение частей диэлектрического элемента друг относительно друга вокруг осей (например, цилиндрические или стержневые шарниры) или вокруг точек (например, шаровые шарниры). В некоторых случаях могут быть использованы универсальные шарниры, состоящие из двух шарниров, вращающихся в разных плоскостях.
Шарнирные соединения преимущественно могут вращаться без сопротивления. Однако если конструкцией предусмотрено, что вращение шарнира происходит с сопротивлением, то оно преимущественно должно быть в таких пределах, которые обеспечивают усилия изгиба в вышеуказанных пределах: не более 20 кН/м, 15 кН/м, 10 кН/м, 5 кН/м 2,5 кН/м или 1 кН/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении разрядника (диэлектрического элемента) и оборудования или силы рабочего, используемого для изгибания) и предпочтительно не более 900 Н/м, 800 Н/м, 700 Н/м, 600 Н/м, 500 Н/м, 400 Н/м, 300 Н/м, 200 Н/м или 100 Н/м (в зависимости от материалов, используемых при изготовлении разрядника (диэлектрического элемента) и физической силы монтажника (в частности, его рук)). Выбор одного или нескольких значений из указанных выше позволяет обеспечить возможность регулировки формы разрядника (диэлектрического элемента) с помощью малогабаритного регулировочного оборудования или вручную. Для определения жесткости изгиба может использоваться вышеописанный способ.
В ходе дополнительных исследований было установлено, что выполнение разрядника (диэлектрического элемента) изгибаемым, то есть с использованием гибких материалов, также обеспечивает возможность изменения пути (формы) разряда в процессе его развития, продолжения и окончания, что благоприятно сказывается на форме разрядного импульса, благодаря чему электрооборудование, для защиты которого используется разрядник, реже выходит из строя. Это связано с тем, что при частично согнутом разряднике, выполненном с возможностью изгибания, при развитии разряда по его поверхности сближенные друг к другу части разрядника вследствие силы Лоренца между ветвями разрядного тока, протекающими по этим частями разрядника, отдаляются друг от друга и перенапряжение быстро снижается ввиду ускоренного роста разрядного тока вследствие уменьшения силы Лоренца. Поскольку разрядные токи протекают по диэлектрическому элементу и промежуточным электродам, они вызывают токи смещения в диэлектрическом элементе и наводят токи в проводнике (если предусмотрен) внутри диэлектрика из-за емкостной связи. Вследствие этого действие силы Лоренца, проявляющейся в воздействии магнитного поля, создаваемого токами, на соседние токи, распространяется и на ветви (части) разрядника (диэлектрического элемента), которые расположены не по одной прямолинейной оси, а параллельно (хотя бы и частично) или под углом друг к другу. Поскольку разрядные токи имеют значительные величины, наводимое ими магнитное поле будет препятствовать развитию разряда в его начале, так как у согнутого разрядника токи в ветвях направлены встречно. Поэтому увеличение расстояния между ними приводит к снижению силы Лоренца, разряд развивается быстрее и перенапряжение падает также быстрее, в результате чего быстро снижается опасность повреждения электрооборудования и оно имеет больший срок службы.
Обратный эффект (снижение скорости уменьшения разрядного тока) наблюдается при окончании (гашении) разряда, так как при уменьшении разрядного тока сила Лоренца падает, части разрядника сближаются и падение силы Лоренца компенсируется, что не позволяет току уменьшаться слишком быстро. Поскольку скорость снижения величины тока уменьшена, то разрядный импульс при его окончании оказывается сглаженным и воздействие молниевого разряда на защищаемое электрооборудование снижается ввиду уменьшения импульсного воздействия, которое само по себе является вредным (в начале разряда вред от перенапряжения больше, чем от импульсного перепада, а в конце разряда перенапряжение уже отсутствует, и на первый план выходит вред от импульсного характера токов), в результате чего также возрастает срок службы электрооборудования.
Помимо этого повышается срок службы разрядника ввиду того, диэлектрический элемент может быть разогнут и влияние разгибающей силы (появляющейся как результат силы Лоренца) снижается, а сам диэлектрический элемент и разрядник в целом не ломаются, что происходило бы в том случае, если бы диэлектрический элемент был неизгибаемым, то есть изготовлен с использованием жестких, твердых, хрупких и других негибких материалов. Выбор значения жесткости изгиба в указанных выше пределах позволяет регулировать влияние разгибания разрядника (диэлектрического элемента) на форму разрядного импульса, в результате чего на разном электрооборудовании для защиты от молниевых перенапряжений возможно использовать разрядники с наиболее подходящей формой разрядного импульса.
Изгибаемый разрядник, например, выполненный с использованием эластичного (упругого) и/или пластичного диэлектрика или из нескольких шарнирно соединенных частей позволяет изменять форму разрядника и расстояние между основными электродами. Один из основных электродов может быть закреплен на защищаемом объекте, например, на линии электропередачи, в частности, на ее заземленной опоре. Для того, чтобы другой основной электрод был непосредственно или с помощью специально для этого предназначенного элемента соединен, например, с проводом под напряжением, расстояние между основными электродами должно иметь размер, определяемый расположением защищаемого объекта и места установки на нем разрядника, а также, например, расположением провода под напряжением относительно места установки разрядника. В том случае, если для повышения эффективности применения разрядника между основным электродом и проводом под напряжением формируют разрядный промежуток, то создание промежутка заданного расстояния также обеспечивается с помощью изгибаемого разрядника в соответствии с настоящим изобретением.
В преимущественном варианте осуществления разрядник не должен свободно изгибаться даже без приложения усилий, поскольку в этом случае разрядник, например, выполненный в форме петли, может сложиться и его эффективность снизится или исчезнет, что может быть опасно для защищаемых объектов и оборудования: при сложении разрядника, то есть при сближении разных частей диэлектрического элемента между электродами разных частей разрядника образуются разрядные промежутки меньшего размера или даже происходит их электрический контакт, и разряд молниевого напряжения может пойти по короткому пути, а не через весь разрядник, в результате чего может образоваться самоподдерживающаяся электрическая дуга. Для предотвращения свободного изгиба разрядника минимальная жесткость изгиба (коэффициент жесткости изгиба) имеет значение 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м в зависимости от материалов, используемых при изготовлении разрядника (диэлектрического элемента) и силы монтажника или мощности оборудования) и малые усилия не приведут к изгибу разрядника или изгиб будет незначителен (в пределах заданных погрешностей).
Предотвращение свободного изгиба позволяет получать предпочтительную форму разрядного импульса, поскольку излишне выгнутый (разогнутый) разрядник может давать слишком большую амплитуду и скорость нарастания импульса, а при окончании разрядного тока слишком пологую и, следовательно, слишком длительную форму импульса, что может отрицательно сказаться на защищаемом электрооборудовании. Кроме того, излишне выгнутый (разогнутый) разрядник может отрицательно сказаться на прочности и сроке службы диэлектрического элемента, поскольку в местах чрезмерного механического напряжения, особенно при наличии разрядного тока, диэлектрик может разрушаться (также как и соединения отдельных частей диэлектрического элемента). Таким образом, предотвращение свободного изгиба диэлектрического элемента позволяет сохранить его работоспособность путем предотвращения разрушения и повысить срок его службы путем снижения разрушительного воздействия. Выбор значений жесткости в указанных пределах также может зависеть от предпочтительной формы разрядного импульса и позволяет создавать разрядники, реализующие наиболее подходящие режимы молниезащиты для конкретных видов электрооборудования.
Минимальное усилие изгиба может быть обеспечено сочетанием эластичных и/или пластичных свойств с размерами диэлектрического элемента. С другой стороны, минимальное усилие изгиба может задаваться, по меньшей мере, одним стержнем, расположенным внутри диэлектрического элемента и эластичностью и/или пластичностью меньшей, чем у диэлектрика, который использован для изготовления диэлектрического элемента. Возможны различные сочетания механических свойств диэлектрика, который использован для изготовления диэлектрического элемента и покрывает стержень, и стержня внутри диэлектрического элемента.
В одном из случаев диэлектрик может обладать повышенной эластичностью, причем изгибаемость разрядника в целом в таком случае будет ограничиваться меньшей эластичностью стержня внутри диэлектрического элемента. В другом случае диэлектрик может быть весьма пластичным, а изгибаемость разрядника ограничивается меньшей пластичностью стержня. Также возможен случай, когда диэлектрик, который использован для изготовления диэлектрического элемента, является весьма эластичным и пластичным, а изгибаемость разрядника определяется эластичностью и пластичностью стержня, которые меньше, чем таковые у диэлектрика. Также возможны варианты, когда эластичность и/или пластичность диэлектрика и стержня имеют незначительно различающиеся или одинаковые величины, и тогда изгибаемость разрядника будет определяться механическими свойствами как диэлектрика, так и стержня. Кроме того, на изгибаемость разрядника будут иметь влияние размеры стержня и диэлектрика (например, толщина слоя диэлектрика, покрывающего стержень).
Стержень может быть выполнен из диэлектрического материала, например, из полимера, однако в предпочтительном варианте он выполняется с использованием эластичного и/или пластичного металла. Помимо обеспечения необходимых механических свойств разрядника такой стержень может также улучшать электрические свойства разрядника, например, снижать разрядное напряжение.
Металлический стержень не должен замыкать электроды разрядника, по крайней мере, часть из них. В одном из вариантов стержень (как металлический, так и диэлектрический) может быть отделен от всех или части электродов слоем диэлектрика, для чего в диэлектрическом элементе стержень может быть отделен от поверхности диэлектрического элемента слоем диэлектрика. При такой конфигурации в случае металлического стержня при близком расположении стержня и основного электрода за счет емкостной связи между ними электрический потенциал стержня будет изменяться в сторону потенциала основного электрода. Благодаря емкостной связи между стержнем и промежуточными электродами при прохождении стержня около них разрядное напряжение дополнительно снижается, разряд формируется и гасится при сниженном напряжении, что приводит к снижению требований к материалам, из которых изготавливается разрядник, в частности, к диэлектрику диэлектрического элемента.
Для усиления этого эффекта может быть обеспечен электрический контакт между металлическим стержнем и одним из основных электродов (это может быть, например, концевой электрод), для чего стержень должен быть размещен в диэлектрическом элементе с возможностью соединения с одним из основных электродов. В таком случае потенциал стержня становится равен потенциалу основного электрода. От остальных электродов стержень преимущественно отделен слоем диэлектрика.
Разрядник может содержать несколько стержней, расположенных в параллельно или последовательно в одной части или размещенных в нескольких частях диэлектрического элемента. В том случае, если диэлектрический элемент состоит из нескольких шарнирно соединенных частей, эти части могут быть выполнены с использованием твердого диэлектрика (то есть не изгибаемыми), либо с использованием эластичного и/или пластичного диэлектрика (то есть изгибаемыми). Последний вариант может давать дополнительную гибкость в регулировке формы диэлектрического элемента и, соответственно, разрядника и расстояния между концевыми электродами.
Изгибаемый разрядник в соответствии с изобретением или его изгибаемая часть преимущественно выполнены с обеспечением возможности фиксации формы. В том случае, если разрядник выполнен с использованием эластичного и/или пластичного диэлектрика, возможность фиксации формы обеспечивается тем, что разрядник (диэлектрический элемент) имеет такие свойства, при которых усилие изгиба ниже вышеупомянутого минимального усилия изгиба не будет изгибать разрядник. То есть, после того, как с помощью усилия изгиба выше минимального разряднику была придана необходимая форма, эта форма будет сохраняться за счет того, что после снятия формующего усилия изгиба остальные изгибающие усилия (например, под силой собственного веса, под действием ветра и т.п.) будут ниже минимального усилия изгиба и, значит, изменения формы разрядника происходить не будет.
То же само относится и к шарнирным соединениям, когда вращение шарниров происходит с некоторым сопротивлением.
В то же время любое шарнирное соединение предпочтительно может быть выполнено фиксируемым, например, при помощи защелок, упорных винтов и т.п. В предпочтительном варианте в случае шарнирного соединения, в котором вращение происходит вокруг оси, в качестве оси может использоваться стержень, имеющий резьбу. Тогда фиксация шарнира может осуществляться путем сжатия элементов шарнира для предотвращения их вращения друг относительно друга за счет повышенной силы трения. Сжатие может осуществляться путем взаимодействия стержня с резьбой с другими частями шарнира, имеющих резьбу, например, с гайкой, при накручивании которой на стержень происходит сжатие частей шарнира.
Описанный разрядник может быть использован для защиты от грозовых ударов молний линий электропередач. Линии электропередачи обычно имеют в своем составе опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств. Для обеспечения грозозащиты линии электропередачи один основной электрод устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток должен быть соединен с проводом, а другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток должен быть соединен с опорой или другим элементом линии электропередачи, соединенными с землей. Опоры линий электропередач обычно являются заземленными, однако в некоторых случаях для заземления могут использоваться дополнительные жилы или провода, проходящие от разрядника к земле или другим заземленным объектам.
1. Диэлектрический элемент для разрядника, выполненный в виде продолговатого тела с использованием диэлектрика с возможностью механического соединения, по меньшей мере, с двумя основными электродами, отличающийся тем, что диэлектрический элемент соединен с двумя или более промежуточными электродами между основными электродами, причем промежуточные электроды расположены на диэлектрическом элементе со смещением вдоль диэлектрического элемента, причем диэлектрический элемент выполнен с использованием полимерного материала с возможностью фиксации формы, причем полимерный материал обладает эластичностью и/или пластичностью и выбран из группы, содержащей полиэтилен, резину, поливинилхлорид, полипропилен или полиуретан.
2. Диэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент жесткости изгиба составляет не более 20 кН/м, 15 кН/м, 10 кН/м, 5 кН/м, 2,5 кН/м или 1 кН/м.
3. Диэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент жесткости изгиба составляет не более 900 Н/м, 800 Н/м, 700 Н/м, 600 Н/м, 500 Н/м, 400 Н/м, 300 Н/м, 200 Н/м или 100 Н/м.
4. Диэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент жесткости изгиба составляет не менее 1 Н/м, 10 Н/м, 25 Н/м, 50 Н/м, 75 Н/м, 100 Н/м, 200 Н/м, 300 Н/м, 400 Н/м, 500 Н/м или 1000 Н/м.
5. Диэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что содержит внутри себя, по меньшей мере, один стержень, например, с меньшей эластичностью и/или пластичностью, чем у диэлектрика.
6. Диэлектрический элемент по п. 5, отличающийся тем, что стержень выполнен с использованием эластичного и/или пластичного металла, такого как железо, медь, алюминий.
7. Диэлектрический элемент по п. 6, отличающийся тем, что стержень отделен от поверхности диэлектрического элемента слоем диэлектрика.
8. Диэлектрический элемент по п. 6, отличающийся тем, что стержень размещен с возможностью соединения с одним из основных электродов.
9. Диэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что состоит, по меньшей мере, из двух частей, соединенных с помощью шарнирного соединения.
10. Диэлектрический элемент по п. 9, отличающийся тем, что шарнирное соединение выполнено фиксируемым.
11. Диэлектрический элемент по п. 9, отличающийся тем, что в шарнирном соединении в качестве оси использован стержень, имеющий резьбу.
12. Грозозащитный разрядник, включающий в себя диэлектрический элемент, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с диэлектрическим элементом, и два или более промежуточных электродов, расположенных на диэлектрическом элементе между основными электродами, отличающийся тем, что диэлектрический элемент представляет собой диэлектрический элемент по любому из пп. 1-11.
13. Линия электропередачи, включающая в себя опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один грозозащитный разрядник, включающий в себя диэлектрический элемент, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с диэлектрическим элементом, и два или более промежуточных электродов, расположенных на диэлектрическом элементе между основными электродами, причем, по меньшей мере, один основной электрод устройства непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с проводом, а, по меньшей мере, один другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с опорой или другим элементом линии электропередачи, соединенными с землей, отличающаяся тем, что диэлектрический элемент представляет собой диэлектрический элемент по любому из пп. 1-11.
