ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК Российский патент 2003 года по МПК H01T4/00 H01T4/10 

Изобретение относится к предохранителям от перенапряжений с использованием искровых разрядников с одним искровым промежутком и может применяться для защиты арматуры фундаментов и опор контактной сети от протекания по ним блуждающих токов, а также для пропуска тока в рельсовую цепь при пробое изоляции контактной сети и высоковольтной линии продольного электроснабжения, проходящей по опорам контактной сети.

Известен разрядник, описанный в п. РФ 2034386 "Дуговой разрядник" по кл. Н 01 Т 4/00, з. 11.06.93, oп. 30.04.95.

Известный разрядник содержит диссипирующий элемент в виде металлизированного диэлектрического стержня с металлизированной боковой поверхностью, один конец которого закреплен в одной из токопроводящих крышек корпуса, а на другом конце закреплен один из электродов искрового промежутка, выполненный в виде частично перекрывающего поперечное сечение разрядной камеры фигурного диска с центральным рабочим выступом, обращенным к рабочему выступу на второй торцевой крышке корпуса, при этом фигурный диск имеет кольцевую отбортовку, обращенную к первой торцевой крышке корпуса. Фигурный электрод искрового разрядника и электрод дугового разрядника находятся в электрическом контакте, что увеличивает допускаемое число срабатываний разрядника.

Недостатком конструкции известного разрядника является то, что она может быть использована только для защиты оборудования (в частности, электродвигателей) и не может использоваться для защиты рельсов от перенапряжения на железнодорожных опорах. Известен разрядник для защиты от перенапряжения, описанный в п. РФ 2121741 "Импульсный искровой грозовой разрядник для линии электропередачи" по кл. Н 01 Т 4/00, з. 30.09.96, oп. 10.11.98.

Известный разрядник содержит продолговатое тело из твердого диэлектрика, на концах которого размещены концевые электроды, один из которых соединен со стержневым электродом, размещенным внутри указанного тела на всю его длину и соединен с обоими концевыми электродами, образуя единый основной электрод; на наружной поверхности указанного тела в средней его части размещен второй основной электрод, при этом указанные части разрядника могут быть выполнены изогнутыми в форме петли, а концевые электроды соединены между собой перемычкой. Тело разрядника может быть выполнено с переменным сечением, увеличивающимся от концевых электродов к средней части тела.

Недостатком конструкции известного разрядника является то, что он может использоваться только для защиты от грозовых разрядов.

Известен разрядник для защиты от перенапряжений, описанный в одноименном а. с. СССР 1153848 по кл. Н 01 Т 4/18, Н 01 С 7/12, з. 28.03.80, oп. 25.03.81.

Известный разрядник содержит установленную в корпусе цепь последовательно соединенных разрядных блоков, окруженных токопроводящими экранами, скрепленными относительно друг друг в колонку с помощью дополнительно введенных опорных деталей, а разрядные блоки выполнены из нескольких параллельно соединенных разрядных элементов, укрепленных внутри соответствующих экранов крестообразно или звездообразно между дополнительно введенными токопроводящими соединительными деталями и установленными по внутренним периметрам экранов дополнительно введенными токопроводящими крепежными деталями, центральные токопроводящие соединительные детали установлены в колонку и, чередуясь, последовательно электрически соединены и изолированы между собой, а опорные детали крепления экранов относительно друг друга последовательно от промежутка к промежутку между соседними экранами выполнены, чередуясь, токопроводящими и изоляционными.

При этом разрядными элементами могут служить варисторы, искровые промежутки или резисторы на основе карбида.

Недостаток известного разрядника заключается в сложности конструкции.

Известен разрядник для защиты от перенапряжений, описанный в а.с. СССР 1265904 "Устройство для защиты линий электропередач от перенапряжений" по кл. Н 01 Т 4/00. з. 08.01.85, oп. 23.10.86.

Известный разрядник содержит образующие искровой промежуток и соосно установленные стержневые высоковольтный и низковольтный электроды, окруженные соосными тороидальными электростатическими экранами, которые закреплены на соответствующих электродах с помощью держателей, из которых держатель экрана, окружающего низковольтный электрод, выполнен из изоляционного материала, а диаметр поперечного сечения экрана, установленного на высоковольтном электроде, выбран меньшим диаметра поперечного сечения экрана, установленного на низковольтном электроде, причем держатель, закрепленный на высоковольтном электроде, выполнен из токопроводящего материала.

Недостатком известного разрядника является то, что он предназначен для установки в открытом пространстве - для защиты линий электропередач от перенапряжений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является искровой разрядник для защиты от перенапряжения, используемый в настоящее время на Южно-Уральской железной дороге и выбранный в качестве прототипа.

Известный искровой разрядник содержит разъемный литой чугунный корпус из двух частей - большей полой, выполненной в виде купола с выступом на верхней части и юбкой в нижней части с внутренней резьбой, и меньшей по размеру части в виде полого короткого цилиндра с наружной резьбой и шестигранной нижней частью меньшего размера, имеющих возможность резьбового соединения между собой. В корпусе размещены соосно высоковольтный и низковольтный электроды, выполненные в виде металлических стержней. При этом высоковольтный электрод закреплен неразъемно снаружи в выступе верхней (куполообразной части) корпуса; низковольтный электрод неподвижно закреплен с помощью эпоксидной смолы, залитой в отверстие в центральной части, в меньшей части корпуса таким образом, что его верхняя конусовидная часть обращена к верхней куполообразной части корпуса. Внутри корпуса размещена активная часть разрядника из третьего электрода, выполненного в виде металлического болта, расположенного в пластмассовой втулке, под которой на болт надета стальная шайба с тремя отверстиями, опирающаяся на выступ, образованный внутри куполообразной части корпуса при переходе его в юбку, и из непосредственно контактирующих между собой чередующихся по проводимости экранов - медного, стального и снова стального и медного, выполненных в виде толстых шайб; в нижней части электрода-болта выполнена наружная резьба и на него надета гайка с внутренней резьбой, удерживающая конструкцию в сборе. Отверстие в гайке соразмерно с конусной частью нижнего электрода, закрепленного в меньшей части корпуса. Искровой промежуток образован воздушным зазором между двумя стальными экранами-шайбами.

Недостатками известной конструкции являются:
- ее сложность, обусловленная наличием большого числа деталей в активной части разрядника - пластмассовой втулки, металлической шайбы с отверстиями, третьего электрода-болта, гайки;
- нетехнологичность изготовления, обусловленная выполнением корпуса литым из чугуна и сложной формы, необходимостью крепления второго электрода в нижней части корпуса посредством эпоксидной смолы, которая к тому же выкрашивается в процессе эксплуатации, и выполнением электродов в виде трех элементов;
- неудобство эксплуатации из-за тяжелого корпуса и из-за выполнения его металлическим: при эксплуатации разрядника на открытом воздухе металлический корпус ржавеет и его очень трудно разбирать для ремонта.

Кроме того, в разряднике используются толстые экраны-шайбы из меди, что при установке разрядника по каждую опору требует большого расхода цветного металла и удорожает его использование.

Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции разрядника и повышение технологичности его изготовления при повышении удобства эксплуатации и снижении ее стоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в искровом разряднике, содержащем разъемный корпус из двух частей, выполненных с возможностью их резьбового соединения между собой, причем одна из частей корпуса имеет внутреннюю полость, два расположенных соосно - высоковольтный и низковольтный - стержневых электрода, закрепленных неподвижно в каждой из частей корпуса, причем в части корпуса, имеющей внутреннюю полость, закреплен высоковольтный электрод, два экрана, выполненных каждый из двух непосредственно соприкасающихся медного и стального элементов и обращенных друг к другу стальными элементами, и искровой промежуток между экранами, согласно изобретению обе части корпуса выполнены из изоляционного материала, высоковольтный электрод выступает во внутреннюю полость части корпуса, экраны выполнены в форме дисков, прилегающих к концам электродов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, и разделены между собой изоляционной прокладкой с отверстием в центре, образующим искровой промежуток, при этом медные элементы экранов имеют толщину, меньшую толщины стальных элементов, размер экрана высоковольтного электрода больше размера экрана низковольтного электрода, причем его медный элемент выполнен с кольцевой отбортовкой для охвата сверху стального элемента, а в той части корпуса, где размещен низковольтный электрод, выполнены продольные отверстия для вывода образующихся при разряде газов, заполненные герметиком.

Выполнение корпуса из изоляционного материала, а электродов - из двух частей, расположенных в непосредственной близости друг от друга при разных размерах их экранов и различном соотношении толщин элементов, выполненных сплошными и составляющих экраны, при наличии изоляционной шайбы с отверстием для искрового промежутка и отверстий для выхода газа в нижней части корпуса, упрощает конструкцию искрового разрядника и повышает технологичность его изготовления, а также упрощает эксплуатацию разрядника и снижает ее стоимость.

В сравнении с прототипом заявляемый искровой разрядник обладает новизной, отличаясь от него материалом корпуса, выполнением электродов из двух элементов и их размещением в корпусе друг относительно друга, отличием размеров экранов и выполнением их из элементов в виде дисков, наличием в части корпуса отверстий для выхода газа, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими достижение указанного заявителем результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый искровой разрядник может найти широкое применение в железнодорожном хозяйстве, поэтому он соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:
- фиг.1 - общий вид искрового разрядника;
- фиг.2 - схема установки искрового разрядника в сети.

Искровой разрядник (фиг. 1) содержит разъемный корпус, выполненный из частей 1 и 2 с возможностью их резьбового соединения между собой. При этом часть 1 имеет внутреннюю полость 3, а часть 2 - продольные отверстия 4 для вывода газов. В верхней части 1 корпуса и в нижней его части 2 закреплены неподвижно и соосно соответственно высоковольтный электрод 5 и низковольтный электрод 6. Часть 1 корпуса имеет большие размеры и внутреннюю резьбу в нижней части полости 3, а часть 2 корпуса выполнена меньших размеров для возможности введения ее в часть 1, имеет цилиндрическую форму верхней части, шестигранную форму нижней части, продольные отверстия 4 для вывода газов, заполненные силиконовым герметиком, и наружную резьбу в верхней части. На концах электродов 5 и 6, расположенных в непосредственной близости и обращенных друг к другу, размещены экраны 7 и 8, каждый из которых включает непосредственно соприкасающиеся соответственно медный диск 9 и стальной 10 и стальной диск 11 и медный диск 12. При этом стальные диски 10 и 11 обращены друг к другу и разделены между собой изолирующей прокладкой 13 с отверстием 14, образующем искровой промежуток. Медный диск 9 имеет кольцевую отбортовку для охвата стального диска 10.

Электроды 5 и 6 изготовлены из стали с покрытием, части 1 и 2 корпуса - из электротехнического полиамида; прокладка 13 выполнена из слюды.

Искровой разрядник установлен между высоковольтным проводом 15, соединенным с опорой 16 через изолятор 17, и нижней частью опоры 16, соединенной с заземляющей шиной 18 на железнодорожном полотне 19 (фиг.2), и работает следующим образом.

В случае грозового разряда и при возникновении на разряднике напряжения выше предельного ток идет по электроду 5 и на экранах 7 и 8 возникает разряд. При этом пробивается искровой промежуток в отверстии изоляционной прокладки 13. Соотношение размеров экрана 7 и 8 выбрано по наибольшему эффекту выравнивания распределения электрического поля в искровом промежутке 14. В итоге ток разряда уходит через шину 17 в землю и не попадает на рельсы, а если и попадает, то очень слабый.

В случае обрыва линии электропередачи ток попадает на опору 16, затем на электрод 5, далее аналогичным образом происходит пробой искрового промежутка в отверстии 14 изоляционной прокладки 13 и попадания тока на рельсы не происходит. Образующиеся при разряде газы из полости 3 выводятся из разрядника через отверстия 4 в нижней части 2 корпуса.

В сравнении с прототипом заявляемый разрядник для защиты от перенапряжения является более простым по конструкции, более технологичным в изготовлении; при этом он более удобен в эксплуатации и более дешев.

Изобретение относится к предохранителям от перенапряжений и может применяться для защиты арматуры фундаментов и опор контактной сети от протекания по ним блуждающих токов, а также для пропуска тока в рельсовую цепь при пробое изоляции контактной сети. Технический результат - упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления разрядника при повышении удобства эксплуатации и снижении ее стоимости. Искровой разрядник содержит разъемный корпус из двух частей, выполненных из изоляционного материала с возможностью их резьбового соединения между собой. При этом верхняя часть корпуса имеет внутреннюю полость, а нижняя имеет заполненные силиконовым герметиком продольные отверстия для вывода газов. В корпусе закреплены неподвижно и соосно высоковольтный и низковольтный электроды. К концам электродов, размещенных в непосредственной близости и обращенных друг к другу, прилегают экраны, каждый из которых включает непосредственно соприкасающиеся медный диск и стальной диск. Стальные диски экранов обращены друг к другу и разделены между собой изоляционной прокладкой с отверстием в ее центре, образующем искровой промежуток. Медный диск одного из экранов выполнен с кольцевой отбортовкой для охвата стального диска. 2 ил.

Искровой разрядник, содержащий разъемный корпус из двух частей, выполненных с возможностью их резьбового соединения между собой, причем одна из частей корпуса имеет внутреннюю полость, два расположенных соосно - высоковольтный и низковольтный - стержневых электрода, закрепленных неподвижно в каждой из частей корпуса, при этом в части корпуса, имеющей внутреннюю полость, закреплен высоковольтный электрод, два экрана, выполненные, каждый, из двух непосредственно соприкасающихся медного и стального элементов и обращенных друг к другу стальными элементами, и искровой промежуток между экранами, отличающийся тем, что обе части корпуса выполнены из изоляционного материала, высоковольтный электрод выступает во внутреннюю полость части корпуса, экраны выполнены в форме дисков, прилегающих к концам электродов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, и разделены между собой изоляционной прокладкой с отверстием в центре, образующим искровой промежуток, при этом медные элементы экранов имеют толщину, меньшую толщины стальных элементов, размер экрана высоковольтного электрода больше размера экрана низковольтного электрода, причем его медный элемент выполнен с кольцевой отбортовкой для охвата сверху стального элемента, а в той части корпуса, где размещен низковольтный электрод, выполнены продольные отверстия для вывода образующихся при разряде газов, заполненные герметиком.