Разрядник для защиты от перенапряжений Советский патент 1984 года по МПК H01T5/02 

2,. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что указанные разрядные, изоляционные и присоединительные элементы выполнены полыми, причем внутренние пространства элементов образуют канал, соединенный с внутренним пространством корпуса посредством выравнивающих давление отверстий, вьшолненных в присоединительных элементах колонок.

3. Разрядник по п. 2, отличаю, щийся тем, что указанный канал отделен от окружающего корпус

пространства посредством дополнительно введенной разрушаемой при высоком . давлении мембраны.

4. Разрядник по п. 3, отличающийся тем, что корпус выполнен с буферным объемом, который отделен от окружающего корпус пространства указанной разрущаемой мембраной, а указанный канал отделен от буферного объема дополнительно введенными промежуточными разрушаемыми мембранами.

1. РАЗРЯДНИК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, содержащий корпус, внутри которого расположены по меньшей мере три параллельных колонки из унифицированных разрядных и изоляцио ных опорных элементов, установленных меяоду присоединительными токопроводя1цими элементами, снабженными средствами крепления в направлении сосед них колонок, и поперечные разрядные элементы, размещенные между указанны ми присоединительными элементами соседних колонок в параллельных попереч ных плоскостях, причем все разрядные элементы соединены в последовательную цепь, а опорные разрядные элементы колонок расположены попеременно в разных колонках, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения габаритов, повьшения быстродействия и механической прочности и обеспече)ния управляемости, число поперечных разрядных элементов в каждой указанной поперечной плоскости выбрано на единицу меньшим числа колонок, а поперечные разряднЕ е элементы образуют разомкнутые витки, расположенные друг над Другом, последовательное соединение которых между собой выполнено с помощью указанных опорных разрядных элементов колонок, примыкаю щих к концам витков, причем в каждой поперечной плоскости между присоединительными элементами концов указанного витка разрядных элементов устаювлен дополнительно введенный управляющий элемент.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к разрядникам для. защиты от перенапряжений с расположением унифицированных разрядных и конструктивных элементов в продольных колонках и перпендикулярных им плоскостях.

Известен разрядник для защиты от перенапряжений, содержащий несколько параллельных пластин, на каждой из которых расположены несколько последовательно включенньк разрядных злементов, оСГразующих разомкнутые витки, Которые последовательно соединены между собой f 1J .

Недостатком этого разрядника явля.ется невысокая плотность компоновки разрядных элементов, расположенных только ,в продольном направлении конструкции разрядника.

Наиболее близким техническим, решением к изобретению является разрядник для защиты от перенапряжений, содержащий корпус, внутри которого расположены по меньшей мере три параллельные колонки из унифицированных разрядных и изоляционных опорных элементов, установленных между присоединительными токопроводящими элементами, снабженными средствами крепления в направлении соседних колонок, и поперечные разрядные элементы, размещенные между указанными присоединительными элементами соседних колонок в параллельных поперечных плоскостях, причем все разрядные элементы соединены, в последовательную цепь, а опорные, разрядные элементы колонок расположены попеременно в разных колонках L2J.

Однако в каждой параллельной пло кости расположено только по одному элементу, что не позволяет обеспечить требуемую компоновку разрядника на повьшенное напряжение. Кроме того, разрядник имеет высокло индуктивность,

что снижает его быстродействие, и низкую механическую прочность конструкции колонок опорных элементов.

Целью изобретения является уменьшение габаритов, повьшение быстродействия и механической прочности и обеспечение управляемости разрядника для защиты от перенапряжений.

. Указанная цель достигается тем,

что в разряднике дл защиты от перенапряжений, содержащем корпус, внутри которого расположены по меньшей мере три параллельные колонки из унифицированных разрядных и изоляционных опорных элементов, установленных между присоединитеЬьными токопроводящими элементами, снабженными, средствами крепления в направлении соседних колонок, и поперечные разрядные элементы, размещенные между указанными присоедйнительными-.элементами соседних колонок в параллельных поперечных плоскостях, причем все разрядные элементы соединены в последовательную цепь, а опорные разрядные элементы колонок расположены попеременно в разных колонках, число поперечных разрядных элементов в каждой указанной поперечной плоскости выбрано на единицу меньшим числа колонок, а поперечные разрядные элементы образуют разомкнутые витки, расположенные друг над другом, последовательное соединение которых между собой выполнено с помощью указанных опорных разрядных элементов колонок, примыкающих к концам витков, причем в каждой поперечной плоскости между присоединительными элементами концов указанного витка разрядных элементов установлен дополнительно введенный управляющий элемент.

Кроме того, указанные разрядные, изоляционные и присоединительные элементы выполнены польми, так что внутренние пространства элементов образуют канал, соединенный с внутренним пространством корпуса посредством выравнивающих давление отверстий, выполненных в присоединительных элементах колонок.

Указанный канал может быть отделен от окружающего корпус пространства посредством дополнительно введенной разрушаемой при высоком давлении мембраны.

Корпус может быть выполнен с буферным объемом, который отделен от окружакнцего корпус пространства указанной разрушаемой мембраной, а указанный канал отделен от буферного объема дополнительно введенными промежуточными разрушаегЛ 1ми мембранами.

На фиг. 1 показан вариант конструкции предлагаемого разрядника для защиты от перенапряжений для установки на открытом вoздyxe на фиг. 2 Вариант конструкции разрядника предназн 1ченного для установки в металлическом корпусе распределительного устройства, заполненном изоляционным сжатым газом; на фиг. 3 - присоединительный токопроводящий элемент колонки; на фиг. 4 - параллельное включение разрядных элементов в поперчных плоскостях; на фиг. 5 и 6 - варианты соединения полых присоединительных элементов колнок с разрядными и изоляционными опорными элементами; на фиг. 7 - разрядник для защиты от перенапряжений с разрушаемыми при появлении высокого давления мембранами, разрез.

Разрядник для защиты от перенапряжений (фиг. 1) включает установленный

между токопроводящими крьпиками 1 корпус 2, который выполнен в виде полого фарфорового изолятора с козырьками 3-5. Внутри корпуса между несущими пластинами 6 и 7, которые соединены с высоковольтным выводом 8 и заземленным выводом 9 соответственно, помещена конструкция, состоящая из четырех колонок 10-13. Эта конструкция содержит последовательно соеди-. ненные опорные и поперечные разрядные элементы 14, причем опорные разрядные элементы 14 расположены в колонках 10 и 11. Кроме того, все колонки содержат соединенные в опрееленной пбследовательности изоляционные, опорные элементы 15 и присоединительные элементы 16. Опорные разрядные элементы 14 и изоляционные опорные элементы 15 имеют одинаковую длину, чтобы эти элементы могли использоваться в любом сочетании.

В разряднике (фиг. 1), начиная с вывода 8, по ходу колонки 10 вначале идет опорный разрядный элемент 14. Другие колонки 11 - 13 на этом уровне имеют изоляционные опорные элементы 15. На следующем уровне во всех колонках расположены токопроводящие присоединительные элементы 16, между которыми в поперечной плоскости установлены три поперечных разрядных элемента 14, образующие V -образный разомкнутьш виток, открытая сторона которого находится между колонками Ю и 11. Далее по ходу колонки 11 установлен опорный разрядный элемент 14, который осуществляет соединение поперечных разрядных элементов 14 верхней поперечной плоскости с поперечными разрядными элементами 14 нижней поперечной плоскости, в которой ток проходит в противоположном верхней плоскости направлении. На последнем уровне в колонке 10 установлен опорный разрядный элемент 14, который подключен к заземленному выводу 9. Остальные колонки имеют на уровне самого нижнего разрядного элемента 14 изоляционные опорные элементы 15.

В качестве указанных разрядных элементов 14 предпочтительно используют нелинейный резистор на основе окиси цинка. При этом собственно элемент резистора может быть окружен ; изоляционной оболочкой, размеры которой соответствуют размерам изоляцион 5109 ных опорных элементов 15. Однако боль гаая механическая прочность резисторов на основе окиси цинка позволяет отказаться от отдельной для него изоляционной оболочки. В этом случае резистор с соответствующими прочно закрепленными на его теле отводами непосредственно устанавливается между присоединительными элементами 16 колонок, Вместо последовательного включения нелинейных резисторов в разряднике (фиг. 1) может быть также предусмотрено последовательное включение искровых промежутков с нелинейными резисторами. Тогда один или несколько разрядных элементов 14 вьтолняют в виде блока искровых промежутков.При этом в случае заполнения корпуса разрядника азотом для блока искровых про межутков не требуется герметичного вьтолнения. Следующий пример исполнения разрядника для защиты от перенапряжений показан на фиг. 2. Аналогично разряднику по фиг. 1 он также имеет четыре колонки 10 - 13, которые размещены по углам квадрата. Посредством присоединительных элементов 16, изоляционных опорных элементов 15, токопроводчщих опорных элементов 17 и разрядных элементов 14 получается единообразная конструкция с некоторым числом поперечных плоскостей. В отличие от конструкции по фиг. 1, межЬУ поперечными плоскостями с разрядными элементами 14 установлены не разрядные элементы, а только токопроводящие опорные эменты 15. Эти опорные элементы меньше по размерам, чем разрядные элементы и изоляционные опорные элементы на фиг. 1. Благодаря этому уменьшается расстояние между поперечными плоскостями и повьппается плотность монтажа разрядных эле ментов. Такая конструкция разрядника особенно целесообразна для использования с наполняющим газом с высокими изоляционными свойствами, например элегазом f при размещении в метал лической оболочке, для чего корпус 2 (фиг. 2)вьтолнен из металла и через него пропущен высоковольтный вывод 8 Во второй плоскости сверху параллельно трем разрядным элементам 14, выполненным в виде нелинейных резисторов, установлен разрядный, элемент в виде блока 18 искрового промежутка который заключен в изолирующую оболочку 19. В качестве наполнения в этом разрядном элементе может использоваться другой газ, отличный от упомянутого изолирующего газа, благодаря чему можно добиться желаемых характеристик срабатывания и гашения блока искрового промежутка; Блок 18 искрового промежутка срабатывает при перегрузке разрядных элементов 14, к которьм он подключен. В приведенных конструкциях разрядника на фиг. 1 и 2 предусмотрены четыре параллельных колонки,. которые расположены в углах квадрата. Таких колонок может быть меньше, например три, или больше, например щесть. В каждом случае благодаря непосредственному механическому соединению присоединительной-токопро.водящих элементов с опорными и поперечными разрядными элементами и токопроводящими опорными элементами возникает чрезвычайно жесткая механическая конструкция, 1Соторая не требует дополнительного укрепления. .Токопроводящий присоединительный элемент- 16 (фиг. 3) выполнен в виде цилиндрического тела с верхней и нижней торцовыми крьт1ками 20 с резьбовыми отверстиями 21 и 22 соответственно, а также с тремя расположенными на боковой поверхности под углом 90 Резьбовыми отверстиями 23 - 25. В результате такого расположения резь овых отверстий присое/1инительный элемент 16 может использоваться в любом месте конструкций разрядника, показанных на фиг, 1 и фиг. 2. Если разрядные элементы 14, а изоляционные 15 и токояроводящие 17- опорные элементы выполнены с соответствующими резьбовыми выступами, то описанные разрядники для защиты от перенапряжений могут собираться по модульному принципу. Если присоединительные элементы 16вьтолнены в виде полых тел и внутренняя полость их доступна . для установки крепежных элементов, например шрифтов, гаек и-т.п., то вместо резьбовых отверстий могут быть также предусмотрены профильные отверстия или простые сквозные отверстия. Кроме того, присоединителный элемент 16 может быть вьтолнен из двух двух частей посредством деления его по представленной на фиг. 3 штриховой линии.

В приведенных на фиг. 1 и 2 примерах исполнения разрядника для защиты от перенапряжений в поперечных плоскостях разрядные элементы соединены последовательно. Однако может быть также дополнительно предусмотрено и параллельное включение поперечных разрядных элементов витков, как это схематически показано на фиг, 4. Разрядные элементы 14 (фиг. 4) символически показаны посредством линий. Схема на фиг, 4 дана также для конструкции из четырех колонок. Посредством токопроводящих присоединительных элементов 16 разрядных элемента 14 включены параллельно. Каждая поперечная плоскость разрядника содержит поэтому не три, а шесть разрядных элементов. Если требуется дальнейшее увеличение пропускной способности разрядника по току, то параллельно включают более двух разрядных элементов, В остальном конструкция разрядника, особенно расположение токопроводящих и изоляционных опорных элементов между поперечными плоскостями остается неизменной.

Между подводящим и отводящим ток разрядными элементами в каждой поперечной плоскости (фиг. 4) включен элемент управления 26, в качестве которого используют линейный или Нелинейный резистор или конденсатор. Пос(ледовательно включенные элементы управления 26 образуют включенную параллельно разрядным элементам 14 цепь элементов управления 26, котора выравнивает распределение напряжения по разрядным элементам 14. Элементы управления могут быть, включены параллельно друг другу так же, как параллельно включены разрядные элементы 14,

Предлагаемые конструкции разрядника для защиты от перенапряжений подходят не только для разрядников с корпусами. Многоколонковая конструкция сама по себе может являться разрядником и может быть выполнена механически стабильной и надежной. Для установки такой конструкции на открытом воздухе требуется лишь устойчивое к внешней среде исполнение элементов.

При исполнении разрядника для защиты от перенапряжений с корпусом требуется предусматривать снятие избыточного давления газа внутри корпуса при перегрузке разрядника. При

этом полости присоединительных элементов колонок могут использоваться как улавливающие пространства для газов, как это показано на фиг, 5 и 6.

Если разрядник выполняется без корпуса, то в этом случае представляет интерес упорядоченный отвод газов образующихся при перегрузке. Поэтому при таком исполнении внутренние пространства активной части могут исползоваться в качестве улавливающих пространств.

На фиг. 5 показан разрядный элемент 14 с присоединительным элементом 16 и присоединительным токопроводящим опорным элементом 17. Разрядный элемент 14 содержит, внутри изоляционной оболочки 27 резистор 28, который посредством резьбового выступа 29 электрически соединен с присоединительным элементом 16, При таком соединении осуществляется также герметичное уплотнение внутреннего пространства элементов от окружающей среды. Образующиеся при перегрузке резистора 28 газы устремляются через отверстие 30 резьбового выступа 29 в полое пространство 31 присоединительного элемента 16, откуда они через примыкающий трубчатьй токопроводящий опорный элемент 17 могут распространяться по внутреннему объему колонковой конструкции. Постепенное понижение давления внутри колонки достигается посредством выполнения небольшого отверстия 32 в присоединительном элементе 16-, Такие же отверстия могут быть выполнены и в других присоединительных элементах колонок. Избыточное давление передается в пространство внутри корпуса разрядника только постепенно.

На фиг, 6 показан вариант соединения разрядных элементов в положении, повернутом на 90°.относительно фиг,5. Два разрядных элемента 14 находятся в непосредственном соединении с присоединительным элементом 16 без резьбовых выступов. Для этого на присоединительном элементе 16 имеются цилиндрические выступы 33 и 34, которые обеспечивают соединение с концами разрядных элементов 14 наподобие соединительной муфты. Это соединение может быть создано, например, пос-редством внешней резьбы на корпусе разрядного элемента 14 и внутренней резьбы на выступах 33 и 34, Кроме 1 этого, возможно соединение с помощью замазки или клея, обеспечивающее надежный токопроводящий контакт соединяемых элементов. По сравнению с исполнением по фиг. 5 вариант соединения по фиг. 6 позволяет выполнить отверстия больщего поперечного сечения для перехода образующихся газов из разрядных элементов 14 в присоеди нительные элементы 16. Если в примерах на фиг. 5 и 6 полые пространства присоединительных элементов 16 колонок служат в качест ве сборных резервуаров для вьщеляющйхся газов, из которых они постепенно удаляются через вьфавнивающие отверстия, то на фиг. .7 показано, как газы могут отводиться из закрытого разрядника без перегрузки корпуса. Колонковая конструкция выполнена герметичной по отношению к внутреннему пространству 35 корпуса 2, т.е. отсутствуют вьфавниваклцие давление отверстия в присоединительных элементах 16 колонок. Полые пространства опорных элементов колонковой конструкции отделены промежуточными разрушаемыми мембранами 36 и 37 от буферного объема 38, который образован несущей пластиной 39 и нижней крьшкой 1 корпуса 2. Отверстие 40 в крьщ1ке 1 перекрыто также предохранительной разру 2 шаемой мe «бpaнoй 41. После разр шения предохранительнык мембран 36 и 37газы поступают в буферный объем 38и из него через отверстие 40 после разрыва мембраны 41 выходят в атмосферу, не нагружая корпус 2. При надлежащем вьтолнении крышки 1, показанном на фиг. 7 пунктирными линиями, газы могут быть отведены из внутреннего пространства не только в осевом, но и в радиальном направлении, показанном пунктирными стрелками. Таким образом, размещение в поперечных плоскостях разрядньпс элементов, число которых выбрано на единицу меньще числа колонок, повышает плотность компоновки разрядных элементов в разряднике для защиты от перенапряжений и уменьшает его габаритные размеры по высоте. За счет протекания тока в поперечной плоскости в направлении, противоположном его протеканию в соседних плоскостях, снижается индуктивность разрядника, что повьппает его быстродействие, Соединение колонок с помощью разрядных и управляющих элементов, расположенных в поперечных плоскостях, повышает жесткость колонковой конструкции и обеспечивает управляемость разрядника.

/5

ю

.t

Р: эг;оц

/5

гз/4

27

/

J

28 f 0

Г7

Cpuf.S