УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК H01C7/12 H01T1/15 

Устройство для защиты от перенапряжений относится к электротехнике и предназначено для защиты изоляции электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Известно устройство для защиты от перенапряжений [1]. Оно имеет два крепежных приспособления, соединенный с ними резистивный корпус из варисторного материала и плотно охватывающий его изолирующий кожух. Кожух представляет собой синтетическую матрицу с запрессованным в нее наполнителем, превышающим 80% общей массы кожуха. Кожух охватывает резистивный корпус и прилегающие к нему области крепежных приспособлений.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую взрывобезопасность, поскольку дуга, образующаяся в аварийном режиме, и горячие газы могут вызвать его разрушение с образованием и разбросом осколков.

Известно устройство для защиты от перенапряжений [2], принятое за прототип. Оно содержит блок варисторных элементов, размещенный между двумя концевыми электродами в удлиненном изоляционном корпусе из полимера, например каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера. Для механического упрочнения устройства трубка из волокнита размещена между блоком и полимерным корпусом. Трубка изготовлена методом профильной вытяжки в процессе получения одноориентированного волокнистого пластика, при этом волокна армирования вытянуты в осевом направлении трубки, что обеспечивает ее более высокую прочность на растяжение при относительно низкой прочности в радиальном направлении.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую взрывобезопасность. В процессе работы устройство подвергается действию чрезмерно высокого переходного перенапряжения такого, которое возникает, например, при действии молнии или перенапряжения промышленной частоты. Иногда переходные условия могут вызвать некоторые повреждения одного или нескольких варисторных элементов. Достаточно серьезное повреждение может вызвать возникновение электрической дуги внутри корпуса устройства, что приводит к экстремальному нагреву и выделению газа, поскольку внутренние компоненты, находящиеся в контакте с дугой, испаряются. Это выделение газа приводит к быстрому повышению давления внутри устройства, а нахождение устройства в таких условиях может приводить к взрывному разбросу деталей и их осколков во всех направлениях. Такие повреждения представляют угрозу для персонала и оборудования, находящихся поблизости.

Изобретение решает задачу увеличения надежности устройства и повышения его взрывобезопасности.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в электроизоляционном цилиндре, расположенном в наружной полимерной оболочке, новым является то, что в стенке изоляционного цилиндра по всей его высоте имеются сквозные каналы, соединяющие внутреннюю полость цилиндра с пространством между цилиндром и наружной полимерной оболочкой, причем каналы закрыты пробками.

Упомянутые пробки могут быть выполнены из материала внутреннего заполнения устройства, например эластичного герметика.

Упомянутые пробки могут быть выполнены из материала внешней оболочки, например эластомера на основе силиконового каучука.

Каналы в стенке изоляционного цилиндра могут представлять собой сверления, выполненные под углом к оси цилиндра и направленные в верхней половине цилиндра вниз, а в нижней половине вверх, навстречу друг другу у внешней стенки.

Угол наклона упомянутых сверлений может составлять 45 градусов.

Упомянутые каналы могут иметь форму полусферы, направленной наружу.

Упомянутые каналы могут иметь форму прорезей, направленных под углом к основанию цилиндра.

Упомянутые прорези могут быть размещены на стенке цилиндра в шахматном порядке.

Угол наклона прорезей к основанию цилиндра может составлять 90 градусов.

Суть изобретения заключается в следующем. Известные устройства для защиты от перенапряжений в переходных условиях, в результате повреждения одного или нескольких варисторных элементов, могут выходить из строя со взрывным разбросом их деталей и осколков этих деталей. Частично это связано с тем фактом, что в случае, если внутренние детали в этих устройствах выходят из строя, возникающая электрическая дуга приводит к испарению этих деталей и выделению газа с такой скоростью, что он не может быть достаточно быстро отведен, чтобы предотвратить разрыв корпуса устройства. В соответствии с этим существует необходимость создания устройства, которое при повреждении будет разрушаться без возникновения осколков. Такое устройство должно исключать возможность катастрофических повреждений посредством отведения дуги, которая является причиной повреждения, вне внутренних деталей, таким образом предупреждая возникновение дополнительного давления.

Эту задачу решает предлагаемое новое устройство для защиты от перенапряжений, которое способно перемещать электрическую дугу вне устройства и шунтировать ток в обход вышедших из строя внутренних деталей. Для этого в стенке изоляционного цилиндра выполнены сквозные каналы, закрытые легкоудаляемыми пробками. Эти каналы обеспечивают отведение ионизированного газа через стенку цилиндра, причем этот газ образует альтернативный проводящий путь, параллельный пути высокого полного сопротивления, образуемого внутренними компонентами. Предложенные примеры размещения сверлений и прорезей на стенке изоляционного цилиндра являются оптимальными вариантами исполнения каналов. Исполнение каналов в виде сверлений, направленных под углом к оси цилиндра, облегчает перекрытие по внешней поверхности за счет того, что выход струй раскаленных газов направлен навстречу друг другу в верхней и нижней частях устройства. Исполнение каналов в виде прорезей, расположенных под углом к основанию цилиндра и в шахматном порядке, обеспечивает выход электрической дуги и газов наружу в любом месте, где бы дуга ни загорелась. Пробки, заполняющие каналы, могут быть выполнены, например, из эластичного герметика, заполняющего внутреннюю полость устройства. Пробки также могут быть выполнены из материала внешней оболочки, например из эластомера на основе силиконового каучука.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства.

На фиг. 2, 3 и 4 изображен изоляционный цилиндр с предлагаемыми вариантами сверлений в стенке.

На фиг. 5, 6 и 7 изображен изоляционный цилиндр с предлагаемыми вариантами размещения на стенке прорезей.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит наружную полимерную оболочку 1, например, из кремнийорганической резины, размещенный в ней изоляционный цилиндр 2 из стеклопластика. В цилиндре 2 расположена колонка варисторов 3 между верхней 4 и нижней 5 крышками с концевыми электродами. Устройство снабжено фланцами 6. В стенке цилиндра 2 имеются сквозные каналы 7, заполненные пробками 8, выполненными в данном случае из эластичного герметика, заполняющего пространство между оболочкой 1 и цилиндром 2 для их плотного прилегания.

На фиг 2 изображен цилиндр 2 с каналами 7, представляющими собой сверления, выполненные под углом A к оси цилиндра.

На фиг. 3 изображен цилиндр 2 с каналами 7, представляющими собой сверления, выполненные под углом 45 градусов.

На фиг. 4 изображен цилиндр 2 с каналами 7, имеющими форму полусферы.

На фиг. 5 изображен цилиндр 2 с каналами 7, имеющими форму прорезей, направленных под углом B к основанию цилиндра.

На фиг. 6 изображен цилиндр 2 с каналами 7, имеющими форму прорезей, направленных под углом B к основанию цилиндра и размещенных на стенке в шахматном порядке.

На фиг. 7 изображен цилиндр 2 с каналами 7, имеющими форму прорезей, направленных под углом 90 градусов к основанию цилиндра и размещенных на стенке в шахматном порядке.

При сборке устройства каналы 7 можно заполнить пробками 8 различными способами. Например, в процессе сборки устройства для плотного прилегания оболочки 1 к цилиндру 2 пространство между ними заполняют эластичным герметиком 8. Поскольку это пространство сообщается с каналами 7, то в процессе заполнения каналов в них образуются пробки 8. В том случае, когда полимерную оболочку 1, например, из эластомера на основе силиконового каучука формуют непосредственно на цилиндре 2, материал оболочки 1 при формовании заполняет каналы 7, образуя пробки 8.

Устройство для защиты от перенапряжений работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При повышении напряжения в сети сопротивление варисторов 3 уменьшается до уровня, при котором напряжение на варисторах достигает напряжения срабатывания этих элементов, при этом их полное сопротивление резко уменьшается и варисторы 3 становятся высокопроводящими. В этом режиме высокой проводимости варисторы 3 обеспечивают отвод результирующего переходного тока на землю. После того, как переходное перенапряжение и результирующий ток уменьшаются, полное сопротивление варисторов 3 увеличивается, возвращая устройство и энергосистему в их нормальное, установившееся состояние. Соответственно, если устройство подвергается действию чрезмерно высокого переходного перенапряжения такого, которое возникает, например, при прямом попадании молнии, переходные условия могут вызвать повреждения одного или нескольких варисторов 3. Достаточно серьезное повреждение приводит к возникновению электрической дуги внутри цилиндра 2, что вызывает экстремальный нагрев и выделение газа, поскольку внутренние компоненты, находящиеся в контакте с дугой, испаряются. Под действием высокой температуры пробки 8, имеющие значительно меньшую механическую прочность, чем цилиндр 2, быстро прорываются, освобождая каналы 7 для отвода ионизированного газа.

Предложенная конструкция позволяет отводить ионизированные газы, возникающие из-за внутренней электрической дуги, через каналы в стенке, причем ионизированные газы формируют альтернативный путь малого полного сопротивления для дуги, который таким образом шунтирует поврежденные внутренние компоненты, предотвращая возникновение дополнительного внутреннего давления, которое может в противном случае привести к катастрофическому повреждению устройства.

Литература
1. ЕПВ, з. 0217021, H 01 C 7/12, 08.04.87 г.

2. PCT, 93/07630, H 01 C 7/12, 15.04.93 г. - прототип.

Изобретение предназначено для защиты изоляции электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Технический результат - увеличение надежности устройства и повышение его взрывобезопасности. Устройство для защиты от перенапряжений содержит по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в электроизоляционном цилиндре, расположенном в наружной полимерной оболочке. В стенке цилиндра по всей его высоте имеются сквозные каналы, соединяющие внутреннюю полость цилиндра с пространством между цилиндром и наружной полимерной оболочкой, причем каналы закрыты пробками, имеющими меньшую механическую прочность, чем изоляционный цилиндр. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в электроизоляционном цилиндре, расположенном в наружной полимерной оболочке, отличающееся тем, что в стенке изоляционного цилиндра по всей его высоте имеются сквозные каналы, соединяющие внутреннюю полость цилиндра с пространством между цилиндром и наружной полимерной оболочкой, причем каналы закрыты пробками, имеющими меньшую механическую прочность, чем электроизоляционный цилиндр. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пространство между цилиндром и наружной полимерной оболочкой заполнено материалом, из которого образованы пробки, например, эластичным герметиком. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые пробки выполнены из материала наружной полимерной оболочки, например, из эластомера на основе силиконового каучука. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы в стенке изоляционного цилиндра представляют собой сверления, выполненные под углом к оси цилиндра и направленные в верхней половине цилиндра вниз, а в нижней половине - вверх, навстречу друг другу у внешней стенки. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что угол наклона упомянутых сверлений составляет 45^o. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые каналы имеют форму полусферы, направленной наружу. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые каналы имеют форму прорезей, направленных под углом к основанию цилиндра. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что прорези размещены на стенке цилиндра в шахматном порядке. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что угол наклона прорезей к основанию цилиндра составляет 90^o.