РАЗРЯДНИК ТРУБЧАТЫЙ Российский патент 2024 года по МПК H01T1/10 H01T4/02 

РАЗРЯДНИК ТРУБЧАТЫЙ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к разрядникам для защиты от перенапряжений, например, грозовых, электроустановок, высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей. Изобретение также относится к высоковольтным линиям электропередачи, имеющим в своем составе элементы, снабженные такими разрядниками.

Уровень техники

Молниевые разряды являются одним из наиболее опасных явлений для эксплуатации высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). При грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между токонесущим элементом линии электропередачи и заземленным элементом. После окончания импульса грозового перенапряжения это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к токонесущему элементу, переходит в силовую дугу промышленной частоты, что приводит к короткому замыканию и отключению ЛЭП.

Известен разрядник для ограничения перенапряжений на линии электропередачи на основе защитного воздушного искрового промежутка, образованного между двумя металлическими стержнями (см. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – М.: Энергия, 1976, с. 285). Один из стержней известного разрядника присоединен к высоковольтному проводу линии, а второй – к заземленной конструкции, например к телу опоры линии электропередачи. При перенапряжении искровой промежуток пробивается, ток грозового перенапряжения отводится в землю, и напряжение на устройстве резко падает. Таким образом, осуществляются отвод грозового тока и ограничение перенапряжения. Однако дугогасящая способность одиночного промежутка незначительна, так что после окончания перенапряжения по дуге искрового промежутка продолжает протекать сопровождающий ток. Поэтому должен вступить в работу выключатель и разорвать цепь, что весьма нежелательно для потребителей, получающих электроэнергию от данной линии.

В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, выполненных с возможностью формирования разряда (например, стримерного) между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, причем смежные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела.

При воздействии на такой мультикамерный разрядник импульса грозового перенапряжения электрическими разрядами пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объемы которых весьма малы, при расширении канала создается высокое давление газов, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее выдуваются наружу в окружающий воздух.

Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. Ток грозового перенапряжения отводится через опору в землю и вслед за ним протекает сопровождающий ток промышленной частоты. При переходе тока через ноль дуга гаснет, и линия электропередачи продолжает бесперебойную работу.

Такой принцип работы мультикамерного разрядника является достаточно эффективным, поскольку конструкция разрядника получается простой, надежной и недорогой. В то же время вышеописанный разрядник обладает таким недостатком, как недостаточная механическая прочность при больших импульсах тока, протекающих через разрядные камеры, при прямых ударах молнии в ЛЭП. Кроме того, вследствие относительно небольших размеров электродов, находящихся внутри изоляционного тела, происходит их обгорание при срабатывании разрядника, и потеря адгезии резины к электродам, что также приводит к разрывам разрядника.

В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения может быть выбран так называемый трубчатый разрядник для ограничения перенапряжений на линии электропередачи (см. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – М.: Энергия, 1976, с. 287). Основу разрядника составляет трубка из изоляционного газогенерирующего материала. Один конец трубки заглушен металлической крышкой, на которой укреплен внутренний стержневой электрод. На открытом конце трубки расположен электрод в виде кольца. Промежуток между стержневым и кольцевым электродами называется внутренним, или дугогасящим промежутком. Один из электродов подсоединяется к земле, а второй через внешний искровой промежуток подсоединяется к проводу линии электропередачи.

При грозовом перенапряжении оба промежутка пробиваются, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, и искровой канал переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа, и давление сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, благодаря чему дуга гасится при прохождении тока через нулевое значение.

В результате многократной работы разрядника разрядная камера трубки разрабатывается. Разрядник становится неработоспособным и подлежит замене, что требует больших эксплуатационных расходов.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является усиление прочности и надёжности разрядника. Она решается путём введения в изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, металлического электрода в виде стакана (или трубки), механически связанного (связанной) с изоляционным телом и охватывающего область протекания канала разряда.

Задача решается с помощью разрядника, включающего в себя изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод, механически связанный с изоляционным телом. В изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход или выходы на поверхность изоляционного тела. Электрод расположен так, что обеспечивает возможность формирования, например, под воздействием грозового или иного перенапряжения, электрического разряда в камере далее описанным образом.

У такого разрядника будут следующие отличительные признаки. Электрод охватывает разрядную камеру с обеспечением выхода (для дуги разряда) из нее. На внешней поверхности охватывающего электрода предусмотрен внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод перенапряжения или заземления охватывающего электрода. Указанный внешний изоляционный слой обеспечивает предотвращение развития разряда с внешней поверхностью электрода.

На внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой. Внутри охватывающего электрода предусмотрен открытый участок, расположенный на расстоянии не менее одной пятой (т.е. 20%) длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры (т.е. удаленный от выхода). Внутренний изоляционный слой выполнен с возможностью развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры.

В предпочтительном варианте в области выхода из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле установлен второй электрод с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка электрода ко второму электроду и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры. Разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения.

В одном из вариантов охватывающий электрод может быть выполнен в виде металлического стакана, причем дно стакана представляет собой открытый участок охватывающего электрода. В этом случае внутренний изоляционный слой может заканчиваться на некотором расстоянии от дна стакана, например, не менее одной десятой длины разрядной камеры, причем внутренняя поверхность охватывающего электрода от дна стакана до края внутреннего изоляционного слоя также может представлять собой открытый участок охватывающего электрода.

В другом варианте разрядная камера может иметь два выхода, причем открытый участок охватывающего электрода преимущественно расположен между выходами, причём на внутренней поверхности электрода в таком случае имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящих разрядов по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка электрода к выходам разрядника. В таком варианте в области выходов из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле могут быть установлены вторые электроды с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутренних изоляционных слоев от открытого участка электрода ко вторым электродам и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры. Кроме того, в таком варианте разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешних объектов, один из которых установлен с возможностью заземления, а другой установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. Охватывающий электрод в таком варианте может быть выполнен в виде металлической трубки, покрытой внешним изолирующим слоем и внутренним изолирующим слоем, причем открытый участок охватывающего электрода может представлять собой конец трубки, свободный от внутреннего изолирующего слоя.

В преимущественном варианте осуществления разрядники могут быть объединены в мультикамерную, а точнее сказать - в мультитрубчатую систему (МТС), которая позволяет осуществлять гашение импульсной дуги грозового перенапряжения, не допуская сопровождающего тока короткого замыкания сети. Такой разрядник может состоять из двух или более разрядников по любому из вышеописанных вариантов. Между выходами их разрядных камер на поверхность может быть сформирован воздушный разрядный промежуток или разрядники могут быть соединены в общее продолговатое изоляционное тело и соединённых последовательно.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью изолятора-разрядника с МТС для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор-разрядник содержит МТС, изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды.

Такой изолятор-разрядник содержит МТС, установленную с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью экрана-разрядника, содержащего изоляционное тело, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания указанного или соседнего с ним элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран-разрядник содержит разрядник с МТС, установленный на расстоянии от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник с МТС и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту.

Благодаря настоящему изобретению достигается такой технический результат, как одновременное увеличение прочности, надежности и эффективности работы, а также увеличение диапазона токов молнии, которые он может выдержать без повреждения. Прочность разрядника увеличивается благодаря нескольким факторам, в числе которых находится армирование охватывающими металлическими электродами изоляционного тела, а также большая масса и теплоёмкость электродов, что способствуют дополнительному отводу тепла от канала разряда, гашению дуги и уменьшению тепловой нагрузки на изоляцию разрядника. Эффективность разрядника увеличивается за счёт наличия напорных камер внутри электродов, охватывающих разрядные камеры.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан продольный разрез прототипа, т.е. трубчатого разрядника.

На фиг. 2 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлического стакана в соответствии с изобретением.

На фиг. 3 показан продольный разрез применения двух разрядников по фиг. 2 для повышения эффективности дугогашения искрового воздушного промежутка, предназначенного для подключения разрядника любого типа или ОПН к проводу линии электропередачи при возникновении грозового перенапряжения.

На фиг. 4 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг.2.

На фиг. 5 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлической трубки, у которого осуществляется выхлоп плазмы разряда в две противоположные стороны.

На фиг. 6 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5.

На фиг. 7 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5, у которой смежные разрядники расположены друг относительно друга под углом f=90°.

Осуществление изобретения

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи и частные варианты осуществления. Такое описание дается с целью пояснения изобретения на частных примерах и не предназначено для ограничения объема охраны настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения. В то же время при необходимости в формуле изобретения могут быть приведены признаки из описания с целью более точного определения объема охраны.

На фиг. 1 показан продольный разрез прототипа, т.е. трубчатого разрядника.

Он содержит изоляционное тело в виде трубки 1 из материала, который под действием высокой температуры при обжигании выделяет газ. На одном конце изоляционного тела 1 закреплён высоковольтный электрод 2, на который при грозовом перенапряжении попадает высокий потенциал U. На другом конце изоляционного тела 1 закреплён заземлённый электрод 3, имеющий потенциал 0. У электрода 3 имеется стержень, выходящий в разрядную камеру 4, в которой под действием перенапряжения развивается канал разряда 5. При грозовом перенапряжении промежуток между электродами 2 и 3 пробивается, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток сети, и искровой канал переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа, и давление в разрядной камере 4 сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, образуется выхлоп плазмы 6, которая перемещается с большой скоростью в холодном воздухе, благодаря чему она охлаждается, её проводимость резко уменьшается, и дуга гасится при прохождении тока сети через нулевое значение.

В результате нескольких срабатываний разрядника разрядная камера 4 трубки сильно обгорает, а при больших токах к.з. вследствие весьма высокого давления в разрядной камере 4 внутри изоляционного тела, т.е. внутри трубки 1 происходит её разрыв. Разрядник становится неработоспособным и подлежит замене, что требует больших эксплуатационных расходов.

На фиг. 2 показан продольный разрез разрядника в соответствии с изобретением. Разрядник содержит изоляционное тело 1, выполненное из материала стойкого к воздействию высоких температур и суровых климатических условий, например, из силиконовой резины. На выходе из изоляционного тела 1 может быть закреплён высоковольтный электрод 2, имеющий выход в разрядную камеру 4 и на поверхность изоляционного тела 1. На него при грозовом перенапряжении поступает потенциал U. Охватывающий электрод 3 может быть выполнен в виде металлического стакана, охватывающего разрядную камеру 4, которая образована слоем изоляционного материала тела 1, расположенным на внутренней поверхности металлического стакана 3. Этот изоляционный слой не доходит до дна стакана. Таким образом между концом разрядной камеры 4 и дном стакана создаётся полость 7, так называемая напорная камера. Металлический стакан 3 имеет низкий потенциал, например он может быть заземлён. В этом случае его потенциал 0. При воздействии грозового перенапряжения U с высоковольтного электрода 2 в разрядной камере развивается канал скользящего разряда 5 по разрядной камере 4 внутри электрода 3. Канал разряда 5 заканчивается на непокрытой изоляцией части стакана 3. С увеличением тока разряда канал 5 расширяется и в разрядной камере 4 создаётся весьма высокое давление. С одной стороны это давление приводит к выхлопу плазмы 6 наружу разрядника, а с другой стороны оно приводит к сжатию воздуха внутри напорной камеры 7. После вылета плазмы 6 наружу, в разрядной камере 4 давление резко падает, и из напорной камеры 7 поступает холодный сжатый воздух, который охлаждает канал разряда 5 и способствует его гашению без развития сопровождающего тока сети. Движение волны давления воздуха в напорной камере 7 показано стрелками. Сначала эта волна движется внутрь напорной камеры, а затем - наружу.

Металлический стакан весьма прочен и выдерживает давление при реальных токах грозового перенапряжения, тем самым способствует увеличению надежности и работоспособности разрядника.

На фиг.3 показана схема применения двух разрядников по фиг. 2 для повышения эффективности гашения дуги искрового воздушного промежутка, предназначенного для подключения защитного аппарата 8 (разрядника любого типа или ОПН) к проводу линии электропередачи 9 при возникновении грозового перенапряжения. Простые искровые разрядные промежутки, образованные между двумя электродами типа стержень - стержень или шар - шар и тому подобные, практически не добавляют защитных свойств к основному защитному аппарату 8, поскольку канал разряда между ними является практически неподвижным и высоко проводящим в течение нескольких миллисекунд, т.е. за всё время, когда воздействует грозовое перенапряжение.

При установке разрядников по изобретению в соответствие с фиг. 3 канал искрового разрядного промежутка 10 выдувается в сторону от электродов, т.е. он перемещается в холодном воздухе, охлаждается, его сопротивление увеличивается, что способствует более эффективной работе основного защитного аппарата 8.

На фиг. 4 показана мультикамерная или можно сказать «мультитрубчатая» система (МТС), образованная несколькими разрядниками по фиг. 2. Разрядники могут быть изготовлены небольшого размера с длиной стакана 10-30 мм и запрессованы в продолговатое изоляционное тело 11, выполненное, например, из силиконовой резины. Разрядники соединяются электрически последовательно при помощи металлических элементов 12 и 13. С использованием МТС, выбирая оптимальное число камер в них, могут быть изготовлены разрядники, обеспечивающие гашением импульсной дуги (так называемое «гашение в импульсе») при воздействии грозового перенапряжения с исключением сопровождающего тока сети. При этом эрозия камер незначительна, по сравнению с разрядниками, которые обеспечивают гашение дуги сопровождающего тока сети при его переходе через ноль («гашение в нуле»). При гашении в импульсе время воздействия плазмы на камеры составляет 100-200 мкс, а при гашении в нуле – 2-10 мс или 2 000-10 000 мкс, т.е. при гашении в импульсе время воздействия плазмы на разрядные камеры в 20-50 раз меньше.

МТС может быть укреплена на экране (как это показано в патенте № 025205 «Мультиэлектродный экран-разрядник»). При этом получается экран – разрядник. Также МТС может быть расположена по периметру изоляционного тела изолятора (см. патент № 2377678 «Высоковольтный изолятор и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор»). В этом варианте получается изолятор-разрядник.

На фиг. 5 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлической трубки 3, у которого осуществляется выхлоп плазмы разряда в две противоположные стороны. Этот вариант разрядника похож на два разрядника по фиг. 2, соединённых в один. Он имеет один общий электрод 3 в виде металлической трубки и общую напорную камеру 7. При воздействии перенапряжения на левый и правый электроды 2 с их концов по левой и правой разрядным камерам 4 развиваются каналы скользящего разряда 5. Они замыкаются на внутренней неизолированной части трубки 3. С увеличением тока разряда каналы 5 расширяются, и в разрядных камерах 4 создаётся весьма высокое давление. Высокое давление приводит к выхлопам плазмы 6 наружу разрядника в противоположные стороны, а также оно приводит к сжатию воздуха внутри общей напорной камеры 7. После вылета плазмы 6 наружу, в разрядных камерах 4 давление резко падает, и из напорной камеры 7 в левую и правую камеры 4 поступает холодный сжатый воздух, который охлаждает каналы разряда 5 и способствует их гашению без развития сопровождающего тока сети.

Вариант разрядника по фиг. 5 отличается большей технологичностью изготовления и компактностью, т.к. один разрядник по фиг. 5 может заменить два разрядника по фиг. 2.

На фиг. 6 показан разрез мультикамерной (мультитрубчатой) системы (МТС), образованной несколькими разрядниками по фиг. 5. Разрядники запрессованы в продолговатое изоляционное тело 11, выполненное, например, из силиконовой резины. Разрядники могут выступать наружу из тела 11. Разрядники соединяются электрически последовательно при помощи металлических элементов 12 и 13. С использованием МТС, выбирая оптимальное число камер в них, могут быть изготовлены разрядники, обеспечивающие гашением импульсной дуги (так называемое «гашение в импульсе») при воздействии грозового перенапряжения с исключением сопровождающего тока сети. При этом эрозия камер незначительна, по сравнению с разрядниками, которые обеспечивают гашение дуги сопровождающего тока сети при его переходе через ноль («гашение в нуле»).

Разрядники могут быть расположены в одной плоскости, как показано на фиг. 6. В этом случае расстояние между ними должно быть довольно значительным для того, чтобы плазменные выхлопы 6 не сливались между собой.

На фиг. 7 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5, у которой смежные разрядники расположены друг относительно друга под углом f=90°. У смежных разрядников выхлопы плазмы 6 развиваются в ортогональных направлениях и соединения плазменных облаков не происходит. При этом размер продолговатого изоляционного тела 11 по его продольной оси может быть существенно сокращён. При необходимости угол f может быть изменён в диапазоне от 0 до 90°.

В общем случае разрядник может быть описан как имеющий изоляционное тело 1, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод 3, механически связанный с изоляционным телом 1. В изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход или выходы на поверхность изоляционного тела 1. Электрод расположен так, что обеспечивает возможность формирования, например, под воздействием грозового или иного перенапряжения, электрического разряда 5 в камере 4 с электродом 2 или внешним объектом.

У такого разрядника будут следующие отличительные признаки. Электрод 3 охватывает разрядную камеру 4 с обеспечением выхода из нее для дуги разряда. На внешней поверхности охватывающего электрода 3 предусмотрен внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод 3 перенапряжения или заземления охватывающего электрода 3. Указанный внешний изоляционный слой обеспечивает предотвращение развития разряда с внешней поверхностью охватывающего электрода 3.

На внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой. Внутри охватывающего электрода 3 предусмотрен открытый участок, т.е. участок, свободный от внутреннего изоляционного слоя, расположенный на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры 4. Длина разрядной камеры определяется от края изоляционного тела в области выхода из разрядной камеры до дна разрядной камеры (в случае разрядников, сходных с показанными на фиг. 2-4) или до края изоляционного тела в области противоположного выхода из разрядной камеры (в случае разрядников, сходных с показанными на фиг. 5-7).

На внутренней поверхности охватывающего электрода 3 имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходу из разрядной камеры 4.

Таким образом, изоляционное тело 1 разрядника содержит внешний изоляционный слой и внутренний изоляционный слой, которые для обеспечения возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходу из разрядной камеры 4 должны непрерывно смыкаться и изолировать охватывающий электрод 3 на том конце, который расположен ближе (около) к выходу из разрядной камеры 4 или формирует выход из разрядной камеры 4.

Сам признак «возможность формирования развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры» предполагает полное изолирование конца охватывающего электрода 3, расположенного ближе (около) к выходу из разрядной камеры 4 или формирующего его, поскольку если этот конец охватывающего электрода 3 не будет заизолирован, то скользящий разряд 5 внутри разрядной камеры развиваться не будет, так как разряд просто пройдет снаружи разрядника между этим неизолированным концом охватывающего электрода 3 и внешним объектом (или другим разрядником), который заземлен или имеет потенциал перенапряжения.

Расположение открытого участка охватывающего электрода на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры 4 обеспечивает возможность развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от края внутреннего изоляционного слоя (это также и край открытого участка охватывающего электрода) к выходу из разрядной камеры или наоборот в зависимости от распределения потенциалов заземления и/или перенапряжения.

В предпочтительном варианте, показанном на фигурах, в области выхода из разрядной камеры 4 в изоляционном теле 1 установлен второй электрод 2 с обеспечением возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 ко второму электроду 2 и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры 4. В дополнение или вместо показанного варианта установки второго электрода 2 (в изоляционном теле 1) второй электрод может быть размещен на изоляционном теле разрядника в области выхода из разрядной камеры.

Разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. В таком случае наличие второго электрода 2 не является обязательным, поскольку скользящий разряд 5 внутри разрядной камеры и последующий выхлоп плазмы 6 могут происходить под действием разницы потенциалов между открытым участком охватывающего электрода 3 и внешнего объекта.

Если охватывающий электрод заземлен, то внешний объект (в этом варианте, например, провод линии электропередачи или другой разрядник) может быть выполнен с возможностью приобретения высокого потенциала перенапряжения. В результате между открытым участком охватывающего электрода и внешним объектом (проводом или разрядником) при грозовом воздействии появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы.

Если охватывающий электрод имеет возможность приобретения высокого потенциала перенапряжения (например, когда он соединен с проводом линии электропередачи или другим разрядником), то внешний объект (в этом варианте, например, заземленная опора линии электропередачи или провод заземления или другой разрядник) может быть заземлен. В результате при грозовом воздействии между открытым участком охватывающего электрода и внешним объектом (опорой или заземлением или другим разрядником) появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы.

В вариантах, показанных на фиг. 2-4, охватывающий электрод 3 выполнен в виде металлического стакана, причем дно стакана представляет собой открытый участок охватывающего электрода. В общем случае открытым участком охватывающего электрода 3 может быть только дно стакана или часть дна стакана. В частных вариантах, показанных на фиг. 2-4, внутренний изоляционный слой может заканчиваться на некотором расстоянии от дна стакана, например, не менее одной десятой длины разрядной камеры, то есть внутренний изоляционных слой не доходит до дна стакана. Внутренняя поверхность охватывающего электрода 3 от дна стакана до края внутреннего изоляционного слоя представляет собой открытый участок охватывающего электрода 3. Скользящий разряд 5 начинается от края внутреннего изоляционного слоя, в связи с чем объем 7 стакана, прилегающий ко дну и проходящий вдоль стенки стакана до края внутреннего изоляционного слоя, не участвует в разряде и представляет собой напорную камеру.

На фиг. 5-7 показана разрядная камера 4, имеющая два выхода. На внутренней поверхности электрода 3 в таком случае имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящих разрядов 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходам из разрядной камеры 4. Открытый участок охватывающего электрода 3 расположен между выходами. Объем 7 разрядной камеры также не участвует в разряде, поскольку скользящие разряды 5 начинаются на краях внутренних изоляционных слоев, в связи с чем объем 7 также может называться разрядной камерой.

В показанных на фиг. 5-7 вариантах в области выходов из разрядной камеры 4 в изоляционном теле установлены вторые электроды 2 с обеспечением возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутренних изоляционных слоев от открытого участка охватывающего электрода 3 ко вторым электродам 2 и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры 4. В дополнение или вместо показанного варианта установки вторых электродов 2 (в изоляционном теле 1) вторые электроды могут быть размещены на изоляционном теле разрядника в области выхода из разрядной камеры.

Кроме того, в показанных на фиг. 5-7 вариантах разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. В таком случае наличие вторых электродов 2 не является обязательным, поскольку скользящие разряды 5 внутри разрядной камеры и последующие выхлопы плазмы 6 могут происходить под действием разницы потенциалов между открытым участком охватывающего электрода 3 и внешних объектов. В частности, разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешних объектов, один из которых установлен с возможностью заземления, а другой установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения.

Например, один внешний объект (например, заземленная опора линии электропередачи или провод заземления или другой разрядник) может быть заземлен, а другой внешний объект (например, провод линии электропередачи или другой разрядник) может быть выполнен с возможностью приобретения высокого потенциала перенапряжения. В результате между открытым участком охватывающего электрода 3 и одним из внешних объектов при грозовом воздействии появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы с одной стороны. Это приведет к тому, что охватывающий электрод приобретет потенциал перенапряжения. Вследствие этого между открытым участком охватывающего электрода 3 и другим из внешних объектов (заземленным) появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы с другой стороны разрядника.

В показанных на фиг. 5-7 охватывающий электрод 3 выполнен в виде металлической трубки, покрытой внешним изолирующим слоем и внутренним изолирующим слоем. Открытый участок охватывающего электрода 3 может представлять собой конец трубки, свободный от внутреннего изолирующего слоя, или среднюю часть трубки, как показано на фиг. 5-7.

В преимущественном варианте осуществления разрядники могут быть объединены в мультикамерную, а точнее сказать - в мультитрубчатую систему (МТС), которая позволяет осуществлять гашение импульсной дуги грозового перенапряжения, не допуская сопровождающего тока короткого замыкания сети. Такой разрядник может состоять из двух или более разрядников по любому из вышеописанных вариантов, а между выходами их разрядных камер на поверхность может быть сформирован воздушный разрядный промежуток, как показано на фиг. 3, 4, 6, 7.

Описанные конфигурации разрядника могут применяться как по отдельности, так и в составе других устройств и элементов электроустановок или линий электропередачи. Например, разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в составе изолятора-разрядника, будучи размещенным, например, на изоляционном теле изолятора.

В составе линий электропередач разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться как сам по себе, так и в составе вышеуказанных защитных элементов – изолятора-разрядника и/или экрана для защиты от коронного разряда. Линии электропередачи обычно содержат опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту.

Применение для защиты высоковольтной линии электропередачи или других видов электроустановок от грозовых перенапряжений разрядника в соответствии с настоящим изобретением самого по себе или в составе изоляторов-разрядников или экранов - разрядников позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы электрооборудования и снизить затраты на их эксплуатацию.

Все указанные в описании технические результаты, в том числе дополнительные, достигаются с помощью разрядника в соответствии с настоящим изобретением одновременно и неразрывно друг от друга. Представленные на сопровождающих фигурах варианты осуществления, а также детально описанные дополнительные варианты осуществления предназначены для упрощения понимания сущности изобретения и не должны толковаться как ограничивающие объем охраны изобретения, определяемый последующей формулой изобретения. Описанные варианты могут объединяться и комбинироваться в любых сочетаниях, обеспечивающих реализацию принципа действия и достижение заявленных технических результатов. В результате комбинации отдельных вариантов могут достигаться дополнительные технические результаты.

Изобретение относится к области грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередач. Технический результат заключается в улучшении прочности разрядника, повышении эффективности и надёжности его работы. Предложен разрядник, включающий: изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод, механически связанный с изоляционным телом, причем в изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход на поверхность изоляционного тела. Электрод охватывает разрядную камеру, причём на внешней поверхности охватывающего электрода имеется внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод перенапряжения или заземления охватывающего электрода, а на внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой. Внутри охватывающего электрода имеется открытый участок на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры, причём внутренний изоляционный слой выполнен с возможностью развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры. Разрядники могут быть объединены в мультикамерную систему, которая позволяет осуществлять гашение импульсной дуги грозового перенапряжения, не допуская сопровождающего тока короткого замыкания сети. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Разрядник, включающий в себя изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод, механически связанный с изоляционным телом, причем в изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход на поверхность изоляционного тела, отличающийся тем, что электрод охватывает разрядную камеру с обеспечением выхода из нее, причём на внешней поверхности охватывающего электрода имеется внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод перенапряжения или заземления охватывающего электрода, причем на внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой, причем внутри охватывающего электрода имеется открытый участок на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры, причём внутренний изоляционный слой выполнен с возможностью развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры.

2. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в области выхода из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле установлен второй электрод с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода ко второму электроду и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры.

3. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что охватывающий электрод выполнен в виде металлического стакана, причем дно стакана представляет собой открытый участок охватывающего электрода.

4. Разрядник по п. 3, отличающийся тем, что внутренний изоляционный слой заканчивается на расстоянии не менее одной десятой длины разрядной камеры от дна стакана, причем внутренняя поверхность охватывающего электрода от дна стакана до края внутреннего изоляционного слоя также представляет собой открытый участок охватывающего электрода.

5. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью получения/подачи потенциала перенапряжения.

6. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что разрядная камера имеет два выхода, причем открытый участок охватывающего электрода расположен между выходами, причём на внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящих разрядов по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходам из разрядной камеры.

7. Разрядник по п. 6, отличающийся тем, что в области выходов из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле установлены вторые электроды с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутренних изоляционных слоев от открытого участка охватывающего электрода ко вторым электродам и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры.

8. Разрядник по п. 6, отличающийся тем, что выполнен с возможностью размещения около внешних объектов, один из которых установлен с возможностью заземления, а другой установлен с возможностью получения/подачи потенциала перенапряжения.

9. Разрядник по п. 6, отличающийся тем, что охватывающий электрод выполнен в виде металлической трубки, покрытой внешним изолирующим слоем и внутренним изолирующим слоем.

10. Разрядник по п. 6, отличающийся тем, что открытый участок охватывающего электрода представляет собой конец трубки, свободный от внутреннего изолирующего слоя.

11. Разрядник, состоящий из разрядников по любому из пп. 1-10, причем разрядники последовательно соединены при помощи металлических элементов путем запрессовки в общее изоляционное тело.

12. Разрядник по п. 11, отличающийся тем, что между выходами разрядных камер на поверхность сформирован воздушный разрядный промежуток.

13. Разрядник по п. 11, отличающийся тем, что разрядники соединены в общее продолговатое изоляционное тело.