ОТДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H01T1/14 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим отделителям, используемым в воздушных линиях (ВЛ) сетей электроснабжения для автоматического отсоединения от сети поврежденного подвесного ограничителя перенапряжения нелинейного (ОПН).

Для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений используются подвесные ОПН, у которых один электрод, электрически связанный с высоковольтным проводом, механически крепится с помощью специальной арматуры к указанному сетевому проводу, а другой электрод соединен посредством шины с заземленной опорой (имеет заземленный "шлейф").

В процессе эксплуатации ОПН в варисторах, входящих в его состав, могут появляться повреждения (прожог, растрескивание, перекрытие по поверхности). Следствием указанных повреждений может стать выход ОПН из строя и протекание через ОПН токов, обуславливающих возникновение устойчивого повреждения на ВЛ.

Для автоматического отсоединения поврежденного ОПН от сети применяют специальные устройства - электрические отделители, представляющие собой разделяемые на части проводники тока.

Так, в частности, известен отделитель [см., например, US 4609902, US 5434550, US 2004239472, US 2008068122, GB 2332106], содержащий разделяемый на части токовод, внутри которого размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ. Рассматриваемый отделитель включается в электрическую цепь последовательно с ОПН с обеспечением контакта верхней и нижней частей токовода отделителя соответственно с одним из электродов ОПН и с заземленным шлейфом ОПН. При протекании через отделитель тока, появляющегося при повреждении ОПН, происходит нагрев картриджа и находящегося в нем вещества, которое выделяет газ, что вызывает повышение давления внутри картриджа и, как следствие, механическое разрушение картриджа, а затем - механическое разрушение конструктивных элементов отделителя, в результате чего часть токовода, соединенная с заземленным шлейфом ОПН, отделяется от части, соединенной с электродом ОПН.

При этом благодаря наличию отделенного шлейфа облегчается процесс выявления и замены поврежденного ОПН.

В качестве ближайшего аналога авторами заявляемого изобретения выбран отделитель [GB 2332106].

Рассматриваемый отделитель содержит верхний и нижний электроды, предназначенные для подключения соответственно к электроду ОПН и к заземленному шлейфу ОПН. Электроды выполнены в виде болтов, имеющих на одном из концевых участков дискообразную головку, и установлены указанными головками навстречу друг другу с образованием воздушного искрового промежутка между ними. Отделитель содержит выполненный из изоляционного материала полый корпус, внутри которого установлены электроды таким образом, что между боковыми стенками корпуса и головками электродов образовано свободное пространство. В указанном свободном пространстве расположен резистор, выполненный в виде цилиндра, изготовленного из токопроводящего материала. Концевые участки резистора контактируют соответственно с головкой верхнего и нижнего электродов с обеспечением электрической связи между ними. В указанном свободном пространстве также расположен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ. Картридж контактирует с головкой нижнего электрода и имеет токопроводящий участок поверхности. Кроме того, в указанном свободном пространстве в верхней его части размещена плоская токопроводящая пружина, установленная с обеспечением ее контакта с головкой верхнего электрода. Расположенные с зазором друг относительно друг токопроводящий участок картриджа, контактирующий с головкой нижнего электрода, и токопроводящая пружина, контактирующая с головкой верхнего электрода, формируют в указанном свободном пространстве искровой промежуток.

При включении рассматриваемого отделителя в электрическую цепь в его искровом промежутке возникает напряжение, величина которого определяется величиной протекающего тока и величиной сопротивления резистора. В случае повреждения ОПН в электрической цепи рассматриваемого отделителя протекает устойчивый ток, величина которого значительно превышает значение тока в нормальном режиме работы, что приводит к повышению напряжения в искровом промежутке и к его пробою. В искровом промежутке возникает дуговой разряд. Под воздействием тока дугового разряда картридж и газогенерирующее вещество нагреваются. Газогенерирующее вещество выделяет газ, что приводит к повышению давления внутри картриджа и, как следствие, к его механическому разрушению, а затем к отделению нижнего электрода от верхнего.

В рассматриваемом отделителе размещенный во внутреннем свободном пространстве резистор имеет такую величину сопротивления, что напряжение пробоя искрового промежутка достигается только при протекании через отделитель очень значительного по величине устойчивого тока короткого замыкания.

Указанный фактор ограничивает область использования рассматриваемого отделителя, поскольку он может быть применен только в таких высоковольтных сетях, в которых при повреждении ОПН в нем протекают очень большие по величине устойчивые токи короткого замыкания. Так, в частности, рассматриваемый отделитель может быть применен в используемых для электроснабжения высоковольтных сетях с заземленной нейтралью, в которых при повреждении ОПН в нем протекает ток короткого замыкания порядка нескольких кА. При этом рассматриваемый отделитель не предназначен для использования в высоковольтных сетях с изолированной, компенсированной, резистивно заземленной нейтралью, в которых при повреждении ОПН в нем протекают не очень большие по величине устойчивые токи (порядка от нескольких Ампер до нескольких сотен Ампер).

Задачей заявляемого изобретения является расширение области его применения.

Сущность изобретения заключается в том, что в отделителе, содержащем два электрода с воздушным искровым промежутком, резистор, концевые участки которого электрически соединены соответственно с одним и с другим электродом, при этом вблизи концевого участка, по меньшей мере, одного электрода образовано свободное пространство, в котором размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ, согласно изобретению каждый из электродов выполнен в виде стержневой детали, имеющей полый концевой участок, электроды ориентированы полыми концевыми участками навстречу друг другу, при этом размеры указанных полых концевых участков электродов и их взаимное положение выбраны такими, что полый концевой участок одного электрода вставлен в полый концевой участок другого электрода с образованием продольного зазора между ними, образующего воздушный искровой промежуток, указанные концевые участки внутреннего и внешнего электродов изолированы друг от друга, причем полость, выполненная в концевом участке внутреннего электрода, образует свободное пространство, в котором размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ, резистор выполнен в виде токопроводящей массивной детали со сквозным продольным осевым отверстием, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов с образованием зазора между внутренней поверхностью резистора и наружной поверхностью электродов.

В частном случае выполнения изобретения резистор изготовлен в виде массивного катушечного сопротивления, витки которого образуют отверстие, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов.

В частном случае выполнения изобретения другой концевой участок каждого электрода имеет фланец, при этом резистор установлен между фланцами таким образом, что концевые участки резистора располагаются вблизи фланцев соответственно одного и другого электрода.

В частном случае выполнения изобретения на другом концевом участке каждого электрода выполнено продольное осевое резьбовое отверстие, предназначенное для установки в нем винтового элемента, служащего для подключения электрода к электрической цепи.

Благодаря наличию в заявляемом отделителе электродов, полые концевые участки которых установлены один в другом с продольным зазором между ними, образующим воздушный искровой промежуток, и наличию расположенного в полости концевого участка внутреннего электрода картриджа с веществом, генерирующим при его нагреве газ, происходит срабатывание отделителя при протекании по его электрической цепи большого по величине устойчивого тока, значительно превышающего ток ОПН в нормальном режиме работы. При протекании указанного тока по резистору в заявляемом отделителе происходит пробой искрового промежутка и возникновение в нем тока дугового разряда, обуславливающего нагрев электродов и соответственно нагрев картриджа и помещенного внутри него газогенерирующего вещества до температуры, при которой происходит выделение газа, приводящее к повышению давления и, как следствие, к механическому разрушению картриджа, а затем к отделению электродов друг от друга.

Принципиальным отличием заявляемого изобретения является то, что резистор, обеспечивающий электрическую связь электродов, выполнен массивным и охватывает электроды снаружи, поскольку в нем имеется сквозное продольное осевое отверстие, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов. За счет указанных конструктивных особенностей происходит срабатывание заявляемого отделителя в случае протекания по его электрической цепи устойчивого тока, величина которого превышает ток в ОПН в нормальном режиме работы, но является недостаточной для пробоя искрового промежутка отделителя и возникновения в нем дугового разряда. При протекании указанного тока по массивному резистору в нем выделяется большое количество тепла, достаточное для нагрева расположенных в сквозном отверстии резистора полых концевых участков электродов и соответственно для нагрева помещенного в полости внутреннего электрода картриджа с газогенерирующим веществом до температуры, при которой происходит выделение газа, приводящее к повышению давления и, как следствие, к механическому разрушению картриджа, а затем к отделению электродов друг от друга.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является обеспечение срабатывания отделителя при протекании по его электрической цепи как очень большого устойчивого тока, величина которого значительно превышает ток в ОПН в нормальном режиме работы, так и не столь большого устойчивого тока, величина которого превышает ток в ОПН в нормальном режиме работы, что обуславливает расширение области применения заявляемого отделителя.

Так, заявляемый отделитель может быть, в частности, применен в сетях с заземленной нейтралью, в которых при повреждении ОПН в электрической цепи отделителя протекает очень большой ток короткого замыкания порядка нескольких кА. Заявляемый отделитель может быть также, в частности, применен в сетях с изолированной, компенсированной, резистивно заземленной нейтралью, в которых при повреждении ОПН в электрической цепи отделителя протекает не столь большой устойчивый ток порядка от единиц до сотен Ампер.

В случае, когда резистор выполнен в виде массивного катушечного сопротивления, витки которого образуют отверстие, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов, обеспечивается компактность конструкции отделителя.

В случае, когда другой концевой участок каждого электрода, противоположный его полому концевому участку, имеет фланец, при этом резистор установлен между фланцами таким образом, что концевые участки резистора располагаются вблизи фланцев соответственно одного и другого электрода, обеспечивается рациональная компоновка основных конструктивных элементов отделителя и упрощается их взаимная фиксация.

В случае, когда на другом концевом участке каждого электрода, противоположном его полому концевому участку, выполнено продольное осевое резьбовое отверстие, предназначенное для установки в нем винтового элемента, служащего для подключения электрода к электрической цепи, облегчается процесс монтажа отделителя в электрическую цепь ОПН.

На чертеже представлен общий вид заявляемого отделителя.

Устройство содержит электроды 1 и 2, выполненные в виде стержневых элементов, имеющих, в частности, цилиндрическую форму, которые изготовлены из электропроводного теплопроводного материала, в частности из алюминия. Концевые участки 3 и 4 соответственно электродов 1 и 2 выполнены полыми, а диаметральные размеры указанных концевых участков выбраны такими, что диаметр внутренней поверхности участка 4 электрода 2 несколько превышает диаметр наружной поверхности участка 3 электрода 1. Электроды 1 и 2 ориентированы полыми концевыми участками 3 и 4 навстречу друг другу, при этом концевой участок 3 электрода 1 вставлен в полость концевого участка 4 электрода 2, а между наружной поверхностью концевого участка 3 внутреннего электрода 1 и внутренней поверхностью концевого участка 4 внешнего электрода 2 сформирован продольный зазор 5, образующий воздушный искровой промежуток. Другие концевые участки электродов 1 и 2, противоположные их концевым участкам 3 и 4, имеют фланцы соответственно 6 и 7.

Концевые участки 3 и 4 электродов 1 и 2 изолированы друг относительно друга, в частности, с помощью дискообразной изоляционной прокладки 9, помещенной в донной части полости концевого участка 4 электрода 2, на которую опираются кромки концевого участка 3 электрода 1, а также кольцевой изоляционной прокладки 10, охватывающей наружную поверхность концевого участка 3 электрода 1 вблизи кромок концевого участка 4 электрода 2.

Полость внутри концевого участка 3 электрода 1 образует свободное пространство 8, в котором установлен содержащий газогенерирующее вещество картридж 11, помещенный в кожух. Картридж 11 имеет в верхней части кольцевой буртик 12, а внутренняя поверхность концевого участка 3 электрода 1 имеет кольцевой выступ 13. Выступ 13 образует кольцевую опорную поверхность, с которой взаимодействует буртик 12 картриджа 11, устанавливаемого в свободном пространстве 8.

В электродах 1 и 2 со стороны их фланцев 6 и 7 выполнены продольные осевые резьбовые отверстия 14 и 15, предназначенные для установки в них винтовых элементов (на чертеже не показаны), посредством которых электроды 1 и 2 подключаются к электрической цепи. В электроде 1, в частности, выполнено сквозное продольное осевое отверстие, в котором со стороны фланца 6 сформировано указанное резьбовое отверстие 14 и которое на противоположном концевом участке 3 образует полость, образующую свободное пространство 8.

Устройство также содержит выполненный в виде токопроводящей массивной детали резистор 16, который имеет сквозное продольное осевое отверстие 17. Резистор 16 выполнен, в частности, в виде массивного катушечного сопротивления. Диаметр отверстия 17 выбран таким, что он несколько превышает диаметр наружной поверхности электродов 1 и 2. Резистор 16 установлен между фланцами 6 и 7 электродов 1 и 2 с обеспечением контакта кромок резистора 16 с указанными фланцами, а электроды 1 и 2 размещены в отверстии 17 резистора 16 с образованием зазора (на чертеже не обозначен) между внутренней поверхностью отверстия 17 и наружной поверхностью электродов 1 и 2.

Устройство работает следующим образом.

Отделитель подсоединяется к электрической цепи таким образом, что один из его электродов 1 или 2 соединяется с одним из электродов ОПН (на чертеже не показан), а другой электрод отделителя соединяется с заземленным шлейфом ОПН (на чертеже не показан).

В нормальном режиме работы в электрической цепи ОПН и отделителя протекает малый ток не более нескольких миллиампер.

В случае возникновения в сети электроснабжения грозового или коммутационного перенапряжения в электрической цепи ОПН и отделителя протекает импульсный ток, величина которого может значительно превышать ток нормального режима работы ОПН. Указанный импульсный ток, протекая по резистору 16, приводит к появлению в искровом промежутке 5 напряжения пробоя. Происходит пробой искрового промежутка 5, и в нем возникает дуговой разряд, при этом через отделитель течет ток дугового разряда. Однако поскольку ток, появившийся в электрической цепи отделителя, является кратковременным, электроды 1 и 2 и соответственно картридж 11 и расположенное внутри него газогенерирующее вещество не успевают существенно нагреться в течение времени протекания дугового разряда, в связи с чем не происходит выделения газа, приводящего к повышению давления внутри картриджа 11 и его механическому разрушению. Соответственно в указанном режиме работы не происходит отделения друг от друга электродов 1 и 2.

При повреждении ОПН в электрической цепи ОПН и отделителя протекает устойчивый ток, величина которого превышает ток нормального режима.

В случае протекания по электрической цепи ОПН и отделителя большого по величине устойчивого тока, значительно превышающего ток нормального режима, в искровом промежутке 5 при протекании указанного тока возникает напряжение пробоя. Происходит пробой искрового промежутка 5 и возникновение в нем дугового разряда. Ток дугового разряда приводит к нагреву электродов 1 и 2 и, как следствие, к нагреву помещенного внутри них картриджа 11 с газогенерирующим веществом до температуры, при которой происходит выделение газа. Выделение газа приводит к повышению давления в картридже 11 и, как следствие, к его механическому разрушению, а затем к отделению друг от друга электродов 1 и 2.

В случае протекания по электрической цепи ОПН и отделителя устойчивого тока, величина которого превышает ток нормального режима, но является недостаточной для того, чтобы при его протекании по резистору 16 в искровом промежутке 5 возникало напряжение пробоя, дуговой разряд в искровом промежутке 5 не возникает. Ток внутри отделителя протекает по массивному резистору 16, имеющему благодаря своим большим габаритам высокую способность запасать тепло. В результате протекания указанного тока через резистор 16 в нем выделяется количество тепла, достаточное для нагрева расположенных в отверстии 17 резистора 16 электродов 1 и 2 и соответственно для нагрева помещенного внутри них картриджа 11 с газогенерирующим веществом до температуры, при которой происходит выделение газа. Выделение газа приводит к повышению давления в картридже 11 и, как следствие, к его механическому разрушению, а затем к отделению друг от друга электродов 1 и 2.

Изобретение предназначено для использования в воздушных линиях сетей электроснабжения для автоматического отсоединения от сети поврежденного подвесного ограничителя перенапряжения нелинейного. Отделитель содержит два электрода с воздушным искровым промежутком и резистор, концевые участки которого электрически соединены соответственно с одним и с другим электродом. Каждый из электродов выполнен в виде стержневой детали, имеющей полый концевой участок. Электроды ориентированы полыми концевыми участками навстречу друг другу. Размеры полых концевых участков электродов и их взаимное положение выбраны такими, что полый концевой участок одного электрода вставлен в полый концевой участок другого электрода с образованием продольного зазора между ними, образующего воздушный искровой промежуток. Концевые участки внутреннего и внешнего электродов изолированы друг от друга. Полость, выполненная в концевом участке внутреннего электрода, образует свободное пространство, в котором размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ. Резистор выполнен в виде токопроводящей массивной детали со сквозным продольным осевым отверстием, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов с образованием зазора между внутренней поверхностью резистора и наружной поверхностью электродов. Технический результат - расширение области применения отделителя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Отделитель, содержащий два электрода с воздушным искровым промежутком, резистор, концевые участки которого электрически соединены соответственно с одним и с другим электродами, при этом вблизи концевого участка, по меньшей мере, одного электрода образовано свободное пространство, в котором размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ, отличающийся тем, что каждый из электродов выполнен в виде стержневой детали, имеющей полый концевой участок, электроды ориентированы полыми концевыми участками навстречу друг другу, при этом размеры указанных полых концевых участков электродов и их взаимное положение выбраны такими, что полый концевой участок одного электрода вставлен в полый концевой участок другого электрода с образованием продольного зазора между ними, образующего воздушный искровой промежуток, указанные концевые участки внутреннего и внешнего электродов изолированы друг от друга, причем полость, выполненная в концевом участке внутреннего электрода, образует свободное пространство, в котором размещен картридж с веществом, генерирующим при его нагреве газ, резистор выполнен в виде токопроводящей массивной детали со сквозным продольным осевым отверстием, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов с образованием зазора между внутренней поверхностью резистора и наружной поверхностью электродов.

2. Отделитель по п.1, отличающийся тем, что резистор выполнен в виде массивного катушечного сопротивления, витки которого образуют отверстие, в котором помещены, по меньшей мере, полые концевые участки электродов.

3. Отделитель по п.1, отличающийся тем, что другой концевой участок каждого электрода имеет фланец, при этом резистор установлен между фланцами таким образом, что концевые участки резистора располагаются вблизи фланцев соответственно одного и другого электродов.

4. Отделитель по п.1, отличающийся тем, что на другом концевом участке каждого электрода выполнено продольное осевое резьбовое отверстие, предназначенное для установки в нем винтового элемента, служащего для подключения электрода к электрической цепи.