УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК H01C7/12 

Предлагаемое решение относится к области электротехники и может быть использовано для более высокой надежной защиты линии электропередач и электрорадиоаппаратуры.

Аналогичные технические решения известны, см. , авторское свидетельство СССР 282485, которое содержит
- электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
- верхний фланец, установленный и закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- нижний фланец, установленный и закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- как минимум один нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- верхняя пружина (первый электрический вывод), установленная внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса между верхней поверхностью как минимум одного нелинейного резистора и внутренней поверхностью дна верхнего фланца;
- нижняя пружина (второй электрический вывод), установленная внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса между нижней поверхностью как минимум одного нелинейного резистора и внутренней поверхностью дна нижнего фланца;
- герметик, охватывающий поверхность как минимум одного нелинейного резистора и расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса. Устройство работоспособно в условиях воздействия природных факторов (температуры окружающей среды, ветра), а также усилия тяжения проводов.

Общими признаками вышеуказанного аналога и предлагаемого решения являются
- электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
- верхний фланец, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- нижний фланец, закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- первый электрический вывод;
- второй электрический вывод;
- как минимум один нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный своей верхней частью к нижнему контакту первого электрического вывода и своей нижней частью к верхнему контакту второго электрического вывода;
- герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- как минимум одна пружина, опирающаяся одним своим концом во внутреннюю поверхность дна фланца.

Технический результат, который невозможно достичь вышеописанным аналогом, заключается в получении максимально возможной защитной характеристики.

Причиной невозможного получения указанного технического результата являются большие электрические сопротивления на контактных переходах пружин, поверхностей нелинейного резистора и внутренних поверхностей дна фланцев, а также ухудшение контакта между концами верхней пружины и верхней поверхностью нелинейного резистора и между концами нижней пружины и нижней поверхностью нелинейного резистора за счет проникновения герметика в эти стыкуемые участки.

Известно также техническое решение, которое взято в качестве прототипа (см. авторское свидетельство СССР 1576906) и которое содержит
- электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
- верхний фланец, установленный и закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- нижний фланец, установленный и закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- как минимум один нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- верхняя пружина (первый электрический вывод), установленная внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса между верхней поверхностью как минимум одного нелинейного резистора и внутренней поверхностью дна верхнего фланца;
- нижняя пружина (второй электрический вывод), установленная внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса между нижней поверхностью как минимум одного нелинейного резистора и внутренней поверхностью дна нижнего фланца;
- герметик, охватывающий поверхность как минимум одного нелинейного резистора и расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса.

Устройство работоспособно в условиях воздействия природных факторов (температуры окружающей среды, ветра), а также усилия тяжения проводов.

Общими признаками предлагаемого решения и прототипа являются
- электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус;
- верхний фланец, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- нижний фланец, закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- первый электрический вывод;
- второй электрический вывод;
- как минимум одни нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный своей верхней частью к нижнему контакту первого электрического вывода и своей нижней частью к верхнему контакту второго электрического вывода;
- герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса;
- как минимум одна пружина, опирающаяся одним своим концом во внутреннюю поверхность дна фланца.

Технический результат, который невозможно достичь вышеописанным прототипом, заключается в получении максимально возможной защитной характеристики.

Причиной невозможного получения указанного технического результата являются большие электрические сопротивления на контактных переходах пружин, поверхностей нелинейных резисторов и внутренних поверхностей дна фланцев, а также ухудшение контакта между концами верхней пружины и верхней поверхностью нелинейного резистора и между концами нижней пружины и нижней поверхностью нелинейного резистора за счет проникновения герметика в эти стыкуемые участки.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений можно сделать вывод, что задача создания устройств для ограничения перенапряжений, работающих в условиях воздействия природных факторов (температуры окружающей среды, ветра и т. д. ), а также усилия тяжения проводов, имеющих максимально возможные защитные характеристики является актуальной на сегодняшней день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для ограничения перенапряжений, содержащее электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус, верхний фланец, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, нижний фланец, закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, первый электрический вывод, второй электрический вывод, как минимум один нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный своей верхней частью к нижнему контакту первого электрического вывода и своей нижней частью к верхнему контакту второго электрического вывода, герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и как минимум одну пружину, опирающуюся одним своим концом во внутреннюю поверхность дна фланца, при этом дно корпуса верхнего и нижнего фланцев выполнено с центральным осевым отверстием, первый электрический вывод выполнен в виде цилиндрического основания и стержневого выступа, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания и установленный своим стержневым выступом в центральном осевом отверстии дна корпуса верхнего фланца, электрически соединенного гибким проводником со стержневым выступом первого электрического вывода, второй электрический вывод выполнен в виде цилиндрического основания и стержневого выступа, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания, и установленный своим стержневым выступом в центральном осевом отверстии дна корпуса нижнего фланца, электрически соединенного гибким проводником со стержневым выступом второго электрического вывода, а как минимум одна пружина установлена на стержневом выступе первого электрического вывода и опирается другим своим концом в его цилиндрическое основание или на стержневом выступе первого электрического вывода и опирается другим своим концом в его цилиндрическое основание и на стержневом выступе второго электрического вывода и опирается другим своим концом в его цилиндрическое основание.

Выполнение электрических выводов, их расположение и подсоединение, а также установка пружин, как указано выше? позволяет постоянно осуществлять поджатие поверхностей электрических выводов к поверхностям как минимум одного нелинейного резистора при изменении температуры окружающей среды и тем самым обеспечить более плотное прилегание этих поверхностей друг к другу и резко уменьшить электрические сопротивления на этих контактных переходах.

Кроме этого, полностью исключено попадание герметика в область контактных переходов при заполнении герметиком электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, что в свою очередь также снижает электрические сопротивления контактных переходов поверхностей электрических выводов и поверхностей как минимум одного нелинейного резистора. А, следовательно, улучшает защитную характеристику устройства для ограничения перенапряжений. Гибкие электрические соединения корпусов электрических выводов с корпусами фланцев позволяют полностью исключить влияние ветра, а также тяжения проводов непосредственно на электрические выводы, а через них на нелинейные резисторы за счет переноса этих воздействий на корпуса фланцев и тем самым сохраняется улучшенная защитная характеристика предлагаемого устройства для ограничения перенапряжений. В этом и проявляется достижение указанного выше технического результата.

Сущность предлагаемого устройства для ограничения перенапряжений поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для ограничения перенапряжений, а на фиг. 2 - первый и второй электрические выводы.

Предлагаемое устройство для ограничения перенапряжений содержит:
- электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус 1, выполненный из прочного полимерного материала, например полипропилена или стеклопластика, или стеклотекстолита с наружными ребрами (ребра могут быть оформлены из кремнеорганической резины в виде ребристого покрытия на стеклопластик);
- верхний фланец 2 с центральным осевым отверстием 3, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1;
- нижний фланец 4 с центральным осевым отверстием 5, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1;
- первый электрический вывод 6, выполненный в виде цилиндрического основания 7 с диаметральным сквозным отверстием 8, с центральным осевым каналом 9, сообщающимся своей внутренней полостью с внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия 8 и стержневого выступа 10 с центральным осевым отверстием 11 и внутренней резьбой, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания 7 и сообщающимся внутренней полостью своего центрального осевого отверстия 11 с внутренней полостью центрального канала 9, и установленный своим стержневым выступом 10 в центральном осевом отверстии 3 верхнего фланца 2, корпус которого электрически соединен гибким проводником 12 с корпусом стержневого выступа 10 первого электрического вывода 6;
- второй электрический вывод 13, выполненный в виде цилиндрического основания 7 с диаметральным сквозным отверстием 8 и центральным осевым каналом 9, сообщающимся своей внутренней полостью с внутренней полостью диаметрального сквозного отверстия 8 и стержневого выступа 10 с центральным осевым отверстием 11 и внутренней резьбой, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания 7 и сообщающимся внутренней полостью своего центрального отверстия 11 с внутренней полостью центрального осевого канала 9, и установленный своим стержневым выступом 10 в центральном осевом отверстии 15 нижнего фланца 4, корпус которого электрически соединен гибким проводником 14 с корпусом стержневого выступа 10 второго электрического вывода 13.

Верхний фланец 2, нижний фланец 4, первый электрический вывод 6 и второй электрический вывод 13 выполнены, например, из алюминия или его сплавов.

- как минимум одни нелинейный резистор 15 (типа E40VR302 фирмы "Харрис"), расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1 и подсоединенный своей верхней частью к нижней поверхности первого электрического вывода 6, а своей нижней частью к верхней поверхности второго электрического вывода 13;
- пружину 16, установленную на стержневом выступе 10 первого электрического вывода 6;
- пружину 17, установленную на стержневом выступе 10 второго электрического вывода 13.

В качестве пружин 16 и 17 могут быть использованы различные виды пружин, в том числе и тарельчатые.

- герметик 18, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1.

В качестве герметика 18 может быть применен герметик типа СКТН (Виксинт), обладающий высокими электроизоляционными свойствами и изготовленный на базе низкомолекулярного каучука.

В некоторых конструкциях устройств для ограничения перенапряжений пружина 17 может отсутствовать. Как правило, это связано с тем, что такие устройства для ограничения перенапряжений работают при более "низких" напряжениях и второй пружины не требуется, т. к. надежное усилие прижатия поверхностей обеспечивается одной пружиной.

Сборку устройства для ограничения перенапряжений осуществляют следующим образом. Во внутреннюю полость нижнего фланца 4 устанавливают пружину 17, а затем в отверстие пружины 17 и в отверстие 5 нижнего фланца 4 устанавливают стержневой выступ 10 второго электрического вывода 13.

После этого устанавливают на верхнюю поверхность второго электрического вывода 13 как минимум один нелинейный резистор 15 и на его верхнюю поверхность устанавливают первый электрический вывод 6, который своей нижней поверхностью размещается на верхней поверхности как минимум одного нелинейного резистора 15. После чего на сборку, состоящую из нижнего фланца 4, пружины 17, второго электрического вывода 13 как минимум одного нелинейного резистора 15 и первого электрического вывода 6 надевают электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус 1 и, фиксируя нижний фланец 4, закручивают в него нижнюю часть электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1. После этого на стержневом выступе 10 первого электрического вывода 6 размещают пружину 16 и через центральное осевое отверстие 3 - верхний фланец 2 и закручивают его на верхнюю часть электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1. При этом происходит упругая деформация пружин 16 и 17 и обеспечивается необходимое усилие прижатия поверхностей как минимум одного нелинейного резистора 15 и поверхностей первого 6 и второго 13 электрических выводов. Заполнение свободных полостей внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1 герметиком 18 производится через центральное осевое отверстие 11 стержневого выступа 10 второго электрического вывода 13 до его появления в центральном осевом отверстии 11 стержневого выступа 10 первого электрического вывода 6. Таким образом, все полости внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса 1 оказываются заполненными герметиком, гарантируя отсутствие воздушных пузырей и пустот. После отверждения герметика 18 стержневой выступ 10 первого электрического вывода 6 соединяют с корпусом верхнего фланца 2 гибким электропроводником 12, а стержневой выступ 10 второго электрического вывода 13 соединяют с корпусом нижнего фланца 4 гибким электропроводником 14. После этого устройство для ограничения перенапряжений готово к эксплуатации.

Предлагаемое устройство для ограничения перенапряжений работает следующим образом. Верхний фланец 2 подсоединяют к высоковольтному (потенциальному) проводу, а нижний фланец 4 подсоединяют к заземляющему (нулевому) проводу, например защищаемой электрической линии. При номинальном напряжении электропитания через устройство для ограничения перенапряжений электрический ток практически не протекает, так как минимум один нелинейный резистор 15, подсоединенный через первый и второй электрические выводы 6 и 13, гибкие электропроводники 12 и 14 и верхний и нижний фланцы 2 и 4 представляют собой пороговое устройство, имеющее при номинальном уровне напряжения бесконечное большое сопротивление. При превышении напряжения в линии электропередач выше порога срабатывания как минимум одного нелинейного резистора 15 его динамическое сопротивление резко уменьшается, достигая значения менее одного Ома, при этом чем выше перенапряжения, тем динамическое сопротивление как минимум одного нелинейного резистора 15 меньше. Динамическое сопротивление как минимум одного нелинейного резистора 15 значительно меньше выходного сопротивления электрической линии, вследствие чего происходит ограничение величины перенапряжений. Отношение остающегося напряжения между верхним и нижним фланцами 2 и 4 к величине перенапряжения определяет защитную характеристику устройства для ограничения перенапряжений. Остающееся напряжение между фланцами 2 и 4 устройства равно сумме остающегося напряжения на как минимум одном нелинейном резисторе 15 и падения напряжения на контактных переходах от как минимум одного нелинейного резистора 15 к электрическим выводам гибких электропроводов 12 и 14 и соединениях его с первым и вторым электрическими выводами 6 и 13 и с верхним и нижним фланцами 2 и 4. Гибкие электропровода 12 и 16 выбираются такого сечения, чтобы его сопротивление составляло единицы миллиом, а сопротивление при его заделке на электрических выводах 6 и 13 и фланцев 2 и 4 приближалось к "0". Таким образом, остающееся напряжение на устройстве для ограничения перенапряжений будет определяться остающимся напряжением на как минимум одном нелинейном резисторе 15 и контактных переходах от него к поверхностям первого и второго электрических выводов 6 и 13. Чем меньше остающееся напряжение на устройстве для ограничения перенапряжений, тем лучше его защитная характеристика.

Благодаря надлежащему непосредственному прижатию поверхностей первого и второго электрических выводов 6 и 13 к контактным поверхностям как минимум одного нелинейного резистора 15 за счет упругой деформации пружин 16 и 17 достигается хороший электрический контакт между поверхностями, соответственно, минимальное электрическое сопротивление на переходах, минимальное падение напряжения на них, что обеспечивает предельно возможную защитную характеристику устройства для ограничения перенапряжений и минимальный защитный уровень. Улучшенные характеристики сохраняются при воздействии внешних природных факторов (температура окружающей среды, воздействие ветра, тяжения проводов и т. д. ). Это связано с тем, что первый и второй электрические выводы 6 и 13 при изменении температуры окружающей среды, приводящей к изменению длины электроизоляционного копуса 1, постоянно прижаты к контактам как минимум одного нелинейного резистора 15 за счет упругой деформации пружин 16 и 17, тем самым обеспечивается минимальное переходное сопротивление контактных переходов. Соединение электрических выводов 6 и 13 с корпусами верхнего и нижнего фланцев 2, 4 гибкими проводниками 12 и 16 не изменяет усилие прижатия их к как минимум одному нелинейному резистору 15 при изменении температуры окружающей среды, а сила воздействия ветра, тяжения проводов приложена к верхнему и нижнему фланцам 2 и 4 и электроизоляционному цилиндрическому корпусу 1 и не передается к первому и второму электрическим выводам 6, 13.

В этом и проявляется достижение технического результата - обеспечение наилучшей защитной характеристики.

Таким образом, предлагаемое устройство для ограничения перенапряжений позволяет обеспечить
- максимально возможную защитную характеристику, практически определяемую характеристикой нелинейного резистора при различных видах воздействия внешних природных факторов;
- высокую технологичность сборки устройства для ограничения перенапряжений и возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки.

Изобретение может быть использовано для защиты линии электропередач и электроаппаратуры. Технический результат - улучшение защитных характеристик. Устройство для ограничения перенапряжений содержит электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус, верхний и нижний фланцы с центральными осевыми отверстиями, первый и второй электрический выводы, выполненные в виде цилиндрического основания и стержневого выступа, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания, установленного стержневым выступом в центральном осевом отверстии соответствующего фланца, который электрически соединен гибким проводником со стержневым выступом, и как минимум одну пружину, установленную на стержневом выступе одного из электрических выводов и опирающуюся на цилиндрическое основание вывода и внутреннюю поверхность дна соответствующего фланца. 2 ил.

Устройство для ограничения перенапряжений, содержащее электроизоляционный цилиндрический пустотелый корпус, верхний фланец с дном, закрепленный в верхней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, нижний фланец с дном, закрепленный в нижней части электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, первый электрический вывод, второй электрический вывод, как минимум один нелинейный резистор, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса и подсоединенный своей верхней частью к нижней поверхности первого электрического вывода и своей нижней частью к верхней поверхности второго электрического вывода, как минимум одну пружину, опирающуюся одним своим концом во внутреннюю поверхность дна фланца, и герметик, расположенный внутри электроизоляционного цилиндрического пустотелого корпуса, отличающееся тем, что дно верхнего и нижнего фланцев выполнено с центральным осевым отверстием, первый электрический вывод выполнен в виде цилиндрического основания и стержневого выступа, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания, и установлен своим стержневым выступом в центральном осевом отверстии дна верхнего фланца, электрически соединенного дополнительно введенным гибким проводником со стержневым выступом первого электрического вывода, второй электрический вывод выполнен в виде цилиндрического основания и стержневого выступа, закрепленного одним своим концом в центре цилиндрического основания, и установлен своим стержневым выступом в центральном осевом отверстии дна нижнего фланца, электрически соединенного дополнительно введенным гибким проводником со стержневым выступом второго электрического вывода, а как минимум одна пружина установлена на стержневом выступе одного из электрических выводов и опирается другим своим концом в его цилиндрическое основание.