ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H01C7/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к ограничителям перенапряжения и, в частности, относится к ограничителям среднего и высокого напряжения, имеющим сокращенное количество составных элементов для облегчения их сборки.

Уровень техники

Ограничители перенапряжения используются для защиты дорогостоящего электрооборудования в электроэнергетических системах от перенапряжений. Обычно для этой цели используют металооксидные цилиндрические блоки, например из оксида цинка, так называемые варисторы. Данные элементы характеризуются тем, что они обладают высоким сопротивлением при низком напряжении и низким сопротивлением при высоком напряжении.

Когда рабочее напряжение выше напряжения, которое может выдержать один единичный варистор и при этом обнаруживать высокое сопротивление, несколько варисторных блоков соединяют последовательно в виде колонки. Для пропускания через колонку больших токов необходимо обеспечить достаточное контактное давление между блоками. Это достигается при помощи зажимных элементов, соединяющих первый и второй концевые электроды и устройство регулировки длины, установленное между первым электродом и колонкой варисторов, что гарантирует обеспечение достаточного давления на варисторные блоки зажимными элементами.

Для достижения улучшенного сопротивления поперечным механическим воздействиям, между нижним концевым электродом и ближайшим оксидно-цинковым блоком в колонке помещают центральный поворотный элемент.

Пример ограничителя перенапряжения, известного из уровня техники, описан в публикации ЕР 1625600 А1, включаемой в данный документ в виде ссылки.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание ограничителя перенапряжения для средних и высоких напряжений, в котором количество компонентов сведено к минимуму.

Еще одной целью является создание ограничителя перенапряжения, который является легким для сборки.

Изобретение основывается на понимании того факта, что известное из уровня техники устройство регулировки длины и поворотная шайба могут быть объединены в один единый модуль, размещенный между колонкой варисторных блоков и нижним концевым электродом.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается комбинированный модуль для обеспечения регулировки длины и поворота ограничителя перенапряжения, отличающийся тем, что содержит первый элемент и второй элемент, имеющий поворотную поверхность, причем первый и второй элементы могут регулироваться относительно друг друга в осевом направлении.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается ограничитель перенапряжения, содержащий колонку из множества цилиндрических варисторных блоков, установленных один за другим в осевом направлении варисторных блоков, первый концевой электрод и второй концевой электрод, зажимные средства, соединяющие первый концевой электрод со вторым концевым электродом, и электрически изолированный внешний корпус. Ограничитель перенапряжения отличается тем, что содержит описанный выше комбинированный модуль для обеспечения регулировки длины и поворота, расположенный между колонкой варисторных блоков и вторым концевым электродом.

Согласно третьему аспекту изобретения предлагается способ сборки ограничителя перенапряжения, состоящий из следующих шагов: обеспечение первого концевого электрода, обеспечение второго концевого электрода, обеспечение колонки из множества цилиндрических варисторных блоков, установленных один за другим в осевом направлении варисторных блоков между первым и вторым концевыми электродами, обеспечение устройства регулировки длины, обеспечение поворотного элемента между колонкой варисторных блоков и вторым концевым электродом, обеспечение зажимных средств, соединяющих первый концевой электрод со вторым концевым электродом, и обеспечение электрически изолированного внешнего корпуса. Способ отличается тем, что устройство регулировки длины и поворотный элемент обеспечивают в виде единого модуля.

Использование комбинированного модуля, состоящего из устройства регулировки длины и поворотного элемента, позволяет достичь определенных преимуществ. Количество составных элементов в ограничителе перенапряжения сокращается, поскольку известные из уровня техники устройство регулировки длины и поворотная шайба заменяются одним единым модулем. Кроме того, в первом электроде не требуется выполнение сквозного отверстия для управления устройством регулировки длины. В конечном итоге, применение комбинированного модуля, состоящего из устройства регулировки длины и поворотного элемента, позволяет использовать резьбу полной длины на втором концевом электроде.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение описывается путем примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

На фиг.1 схематически показан ограничитель перенапряжения, установленный в электрически изолированном корпусе.

На фиг.2 схематически показан ограничитель перенапряжения по фиг.1 до его установки в электрически изолированный корпус.

На фиг.3 представлено осевое сечение комбинированного модуля, состоящего из устройства регулировки длины и поворотного элемента, в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

Ниже приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. В данном описании термин «среднее и высокое напряжение» будет использоваться для напряжений от 1 кВ и выше. На сегодняшний день верхний предел для промышленных высоковольтных устройств составляет 800 кВ, но уже сейчас строятся или планируются в ближайшем будущем установки более высокого напряжения, такого как 1000 кВ и выше.

В настоящем документе введены обозначения по отношению к направлениям, такие как "верхний" и "нижний". Следует понимать, что данные обозначения не являются ограничительными и относятся только к тому, что показано на чертежах.

На фиг.1 изображен ограничитель перенапряжения 1, имеющий верхний первый концевой электрод 11, предназначенный для подключения к линейному напряжению, нижний второй концевой электрод 12, предназначенный для подключения на землю, и электрически изолированный корпус 19, окружающий внутреннюю часть ограничителя перенапряжения 1. Концевые электроды 11, 12 изготавливают предпочтительно из подходящего металла, такого как алюминий.

На фиг.2 изображен ограничитель перенапряжения 1 по фиг.1 без электрически изолированного корпуса. Колонку, содержащую шестнадцать цилиндрических варисторных блоков 10, предпочтительно изготовленных из металлооксида и имеющих круглое поперечное сечение, размещают между верхним концевым электродом 11 и нижним концевым электродом 12. Оси симметрии варисторных блоков 10 совпадают, формируя фактически вертикальную колонку. Высота и диаметр отдельных блоков 10 зависят от рассматриваемой области применения. Например, могут быть использованы следующие размеры: диаметр 60 мм и высота 40 мм.

Зажимные элементы 15 размещают вокруг колонки в виде множества петель 15, одна из которых показана на чертеже. Петли 15 скручивают из непрерывного стекловолокна и пропитывают эпоксидной смолой. Петли 15 проходят вокруг выступов На верхнего концевого электрода 11 и выступов 12а нижнего концевого электрода 12 и прижимают концевые электроды 11, 12 к колонке, создавая, таким образом, необходимое контактное давление между варисторными блоками 10.

С внешней стороны петель 15 имеется защищающий от разрывов бандаж в виде множества колец 16, два из которых показаны на чертеже. Бандаж размещают по существу в центральной части высоты соответствующих варисторных блоков 10. Кольца 16 скручивают из волокон, таких как арамидное волокно с эпоксидной матрицей, и плотно прижимают к петлям 15 таким образом, чтобы они сдавливали варисторные блоки 10. Высота колец 16 зависит от области применения, и подходящий размер для вышеприведенного примера составляет 20 мм при толщине 5 мм. Между двумя смежными кольцами 16, в отличие от контактной поверхности между варисторными блоками 10, имеется круговой зазор 17 высотой около 20 см для снятия давления в случае короткого замыкания.

Над нижним концевым электродом 12, между электродом и колонкой варисторов, расположен комбинированный модуль, состоящий из устройства регулировки длины и поворотного элемента. Детальный разрез данного модуля показан на фиг.3. Данный комбинированный модуль, предназначенный для обеспечения регулировки длины и поворота, имеет по существу круглую форму сечения, соответствующую форме варисторных блоков 10, и состоит из двух соединенных друг с другом элементов: верхнего первого элемента 13 и нижнего второго элемента 14, которые могут регулироваться относительно друг друга в осевом направлении. Два этих элемента соединены друг с другом посредством взаимодействующей резьбы 13а, 14а на верхнем и нижнем элементе соответственно. Посредством взаимного вращения верхнего и нижнего элементов можно регулировать общую длину или высоту модуля, состоящего из элементов 13, 14. Функция регулировки длины состоит в удлинении колонки между двумя концевыми электродами, т.е. варисторной колонки и комбинированного модуля, таким образом, чтобы сила зажима в петлях 15 реально обеспечивала необходимое контактное давление между варисторными блоками в колонке.

Нижняя поверхность нижнего элемента 14 снабжена поворотным элементом для того, чтобы разгрузить варисторную колонку и сократить возможность появления зазоров между блоками во время горизонтальных механических напряжений в ограничителе перенапряжения. Поворотный элемент представляет собой скошенную внешнюю часть 14b нижней поверхности. Данный скос обеспечивает определенную степень наклона комбинированного модуля, состоящего из устройства регулировки длины и поворотного элемента, что позволяет избежать или, по крайней мере, сократить механическое напряжение на варисторной колонке. Радиус поворотного элемента может быть определен подходящим способом, таким как имитационное моделирование.

Нижний элемент 14 снабжен осевым центральным сквозным отверстием 14 с, совмещенным с осевым отверстием 13b в нижней поверхности верхнего элемента 13. Осевое отверстие 13b имеет некруглое поперечное сечение, предпочтительно шестиугольное поперечное сечение. Данное некруглое отверстие используется в процессе сборки, как будет описано ниже.

Далее описывается способ сборки ограничителя перенапряжения. Сначала варисторные блоки 10, концевые электроды 11, 12 и комбинированный модуль, состоящий из устройства регулировки длины и поворотного элемента, помещают в каркас в порядке, показанном на фиг.2. При помещении в каркас комбинированный модуль, состоящий из устройства регулировки длины и поворотного элемента, имеет минимальную длину. Затем прикрепляют петли 15 к концевым электродам, и два концевых электрода 11, 12 удаляются друг от друга, с тем чтобы вытянуть гибкие петли 15. После этого верхний элемент 13 комбинированного модуля вращают до тех пор, пока нижний элемент 14 не будет зафиксирован против поворота.

Длину комбинированного модуля увеличивают насколько это возможно, вытягивая гибкие петли таким образом, чтобы обеспечить усилие предварительного натяжения на состоящей из варисторных блоков 10 колонке. Вращение верхнего элемента 13 предпочтительно производят при помощи шестигранного прорезного торцевого ключа, вставляемого в отверстие 13b через осевое отверстие (не показано) сквозь нижний электрод 12 и через отверстие 14 с в нижнем элементе 14.

После того, как комбинированный модуль вытянут, два конечных электрода отпускают, для того чтобы они оказывали давление на варисторную колонку посредством усилия в петлях 15. На варисторную колонку устанавливают защищающий от разрывов бандаж 16, после чего собранный узел, включающий в себя варисторную колонку, комбинированный модуль, состоящий из устройства регулировки длины и поворотного элемента, и концевые электроды, помещают в защитный корпус 19.

Выше был описан предпочтительный вариант осуществления ограничителя перенапряжения согласно настоящему изобретению. Специалист в данной области техники должен понимать, что он может изменяться в рамках прилагаемой формулы изобретения. Таким образом, хотя был показан и описан только один ограничитель перенапряжения, следует понимать, что два или более ограничителя перенапряжения могут быть соединены последовательно для работы с более высокими напряжениями.

Изобретение относится к ограничителям перенапряжения и, в частности, относится к ограничителям среднего и высокого напряжения, имеющим сокращенное количество составных элементов для облегчения их сборки. Ограничитель перенапряжения (1) для среднего и высокого напряжения содержит два концевых электрода, колонку из множества варисторных блоков, установленных один за другим в осевом направлении варисторных блоков между первым и вторым концевым электродами, зажимные средства, соединяющие первый концевой электрод со вторым концевым электродом, и внешний корпус и содержит комбинированный модуль для обеспечения регулировки длины и поворота, расположенный между колонкой варисторных блоков и вторым концевым электродом. Комбинированный модуль содержит два элемента, выполненные с возможностью регулировки относительно друг друга в осевом направлении. В способе сборки ограничителя перенапряжения устройство регулировки длины и поворотный элемент связывают друг с другом с обеспечением единого модуля. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированный модуль для обеспечения регулировки длины и поворота ограничителя перенапряжения, отличающийся тем, что содержит первый элемент (13) и второй элемент (14), имеющий поворотную поверхность, причем первый и второй элементы выполнены с возможностью регулировки относительно друг друга в осевом направлении.

2. Комбинированный модуль по п.1, отличающийся тем, что первый и второй элементы (13, 14) соединены посредством взаимодействующей резьбы (13а, 14а), выполненной на первом и втором элементе соответственно.

3. Комбинированный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что поворотная поверхность содержит скошенную внешнюю часть (14b) нижней поверхности второго элемента (14).

4. Комбинированный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй элемент (14) снабжен осевым центральным сквозным отверстием (14с), совмещенным с некруглым осевым отверстием (13b) в нижней поверхности первого элемента (13).

5. Ограничитель перенапряжения (1), содержащий первый концевой электрод (11), второй концевой электрод (12), колонку из множества цилиндрических варисторных блоков (10), установленных один за другим в осевом направлении варисторных блоков (10) между первым и вторым концевым электродами, зажимные средства (15), соединяющие первый концевой электрод (11) со вторым концевым электродом (12), и электрически изолированный внешний корпус (19), отличающийся тем, что содержит комбинированный модуль для обеспечения регулировки длины и поворота, охарактеризованный в любом из пп.1-4, расположенный между колонкой варисторных блоков и вторым концевым электродом.

6. Способ сборки ограничителя перенапряжения, в котором обеспечивают первый концевой электрод (11), обеспечивают второй концевой электрод (12), обеспечивают колонку из множества цилиндрических варисторных блоков (10), которые установлены один за другим в осевом направлении варисторных блоков (10) между первым и вторым концевым электродами, обеспечивают устройство (13) регулировки длины, обеспечивают поворотный элемент (14) между колонкой варисторных блоков и вторым концевым электродом, обеспечивают зажимные средства (15), которые соединяют первый концевой электрод (11) со вторым концевым электродом (12), и обеспечивают электрически изолированный внешний корпус (19), отличающийся тем, что устройство регулировки длины и поворотный элемент связывают друг с другом с обеспечением единого модуля.