Главная  Публикации  Новые видов разрядников типа РДИП, РДИМ.
Новые видов разрядников типа РДИП, РДИМ.
15.08.2013
РДИП
РДИП, РДИМ
Изобретение относится к разрядникам для защиты электрооборудования и высоковольтных линий электропередачи от грозовых пренапряжений. Разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи содержит изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, в виде бруска, ленты или цилиндра, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов. Промежуточные электроды размещены между основными электродами с взаимным смещением вдоль продольной оси изоляционного тела или вдоль спиральной линии и выполнены с возможностью формирования канала разряда между смежными электродами. При этом данные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции. Между парами смежных электродов выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела глухие или сквозные разрядные камеры, которые могут быть выполнены в виде прямоугольных или круглых отверстий в изоляционном теле. Линия электропередачи содержит опоры с изоляторами и по меньшей мере один разрядник для грозозащиты элементов линии электропередачи, выполненный в виде указанной выше конструкции. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение конструкции грозовых разрядников. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 19 ил.  
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к разрядникам для защиты электрооборудования и высоковольтных линий (ВЛ) электропередачи от грозовых перенапряжений. С помощью таких устройств могут защищаться, например, высоковольтные установки, изоляторы и другие элементы ВЛ, а также различное электрооборудование.
Уровень техники
Известен 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 первом же 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.
Известен также 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.
Известен далее разрядник, отличающийся от описанного выше тем, что между первым и вторым основными электродами (стержнями) расположен третий промежуточный стержневой электрод (см., например, патент США №4665460, 12.05.87, Н01Т 004/02). Таким образом, вместо одного воздушного искрового промежутка создано два промежутка. Благодаря этому удалось несколько увеличить дугогасящую способность разрядника и с его помощью гасить небольшие (порядка десятков ампер) сопровождающие токи при однофазных замыканиях на землю. Однако этот разрядник не может отключать токи более 100 А, которые обычно бывают при двух- и трехфазных замыканиях на землю при грозовых перенапряжениях.
В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения может быть выбран разрядник для грозозащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи с так называемой мультиэлектродной системой (МЭС), описанный в патенте РФ №2299508, 20.05.2007, Н02Н 3/22. Данный разрядник содержит изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, а также два или более промежуточных электродов. Промежуточные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. При этом они выполнены таким образом, чтобы обеспечить формирование стримерного разряда между каждым основным и смежным с ним промежуточным электродом, а также между смежными промежуточными электродами.
Благодаря разбиению интервала между основными электродами на множество искровых промежутков данный разрядник обладает более высокой дугогасящей способностью, чем устройства с одним или с малым количеством разрядных промежутков (см. например, Таев А. С.«Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения», изд. «Энергия», 1965 г., стр.85).
Тем не менее, дугогасящая способность известного разрядника недостаточно велика, что ограничивает его область применения только грозозащитой ВЛ 6-10. Его сложно применять для грозозащиты ВЛ более высоких классов напряжения, т.к. число промежуточных электродов и габариты разрядника становятся слишком большими.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задачей, которую решает настоящее изобретение, является создание надежного и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации разрядника, характеризующегося низкими разрядными напряжениями и высокой эффективностью гашения тока. Это позволит использовать разрядник по изобретению для грозозащиты ВЛ более высокого напряжения (20-35 кВ и выше), а также улучшить технико-экономические характеристики разрядников 3-10 кВ.

Таким образом, достигаемым техническим результатом является повышение надежности и упрощение конструкции грозовых разрядников.
Указанная задача решена, в основном, созданием разрядника для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащего 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. В частности, линия, вдоль которой с взаимным смещением размещены промежуточные электроды, может быть расположена по продольной оси изоляционного тела. Разрядник по изобретению характеризуется тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр Dk канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры (полости), площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S<Dк•g, где g - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.
В зависимости от конкретного исполнения разрядника и от используемой технологии его изготовления разрядные камеры могут выполняться в виде глухих или сквозных отверстий в изоляционном теле. При этом эти отверстия могут иметь различную форму поперечного сечения (сечения плоскостью, перпендикулярной оси камеры), т.е. являться круглыми, прямоугольными, иметь вид щелей или иную форму, обеспечивающую выполнение разрядной камерой своих функций, которые будут подробно описаны далее. В частности, размеры поперечного сечения разрядной камеры могут быть непостоянными по ее длине (например, увеличивающимися по мере приближения к поверхности изоляционного тела).
Для эффективного решения задачи, поставленной перед изобретением, существенным условием является оптимальный выбор размеров разрядных камер. Так, длину камеры, задающую минимальное расстояние g между смежными электродами, целесообразно выбирать с учетом конкретного назначения разрядника, определяющего такие параметры его использования, как тип защищаемых конструкций, класс напряжения и др. Например, в разрядниках, предназначенных для защиты ВЛ среднего класса напряжения (6-35 кВ) от удара молнии значение g может лежать в интервале 1-5 мм. Если же разрядник по изобретению должен использоваться для защиты ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения, значение g следует увеличить до 5-20 мм.
В некоторых вариантах выполнения разрядника он может быть дополнительно снабжен разрядными камерами, выполненными между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом.
Что касается выполнения изоляционного тела, наиболее предпочтительным (в том числе по соображениям технологичности) представляется придание ему формы бруска, ленты или цилиндра. Стоимостные показатели разрядника могут быть дополнительно улучшены при использовании варианта, обеспечивающего уменьшение материалоемкости за счет выполнения изоляционного тела с утолщениями в местах выходов разрядных камер на поверхность изоляционного тела. Такое решение позволяет обеспечить требуемую толщину слоя изоляции только на участках, окружающих разрядные камеры, тогда как на отрезках между этими участками толщина данного слоя может быть существенно уменьшена.
В целях обеспечения технологичности разрядника промежуточные электроды целесообразно выполнить в виде пластин или цилиндров, например, из металла, графита или углеволокна.
Для того чтобы обеспечить важное требование в отношении низкого разрядного напряжения разрядника по изобретению, предлагается снабдить его дополнительным электродом, соединенным с одним из основных электродов, и расположить этот дополнительный электрод на поверхности изоляционного тела, противоположной по отношению к поверхности, на которую выходят разрядные камеры, или внутри изоляционного тела. В последнем случае может оказаться конструктивно целесообразным, чтобы у изоляционного тела имелся полый компонент, а дополнительный электрод был установлен внутри этого полого компонента. При этом и полому компоненту изоляционного тела, и дополнительному электроду целесообразно придать круглое поперечное сечение. Такое выполнение позволит изготовить разрядник по изобретению на основе кабельной заготовки (отрезка электрического кабеля), жила и твердая изоляция которой образуют соответственно дополнительный электрод и полый компонент изоляционного тела разрядника, имеющие одинаковую длину. В общем случае длина дополнительного электрода составляет, по меньшей мере, половину расстояния между основными электродами. Электрическая прочность изоляции между дополнительным электродом и другим, не соединенным с ним основным электродом, выбирается больше, чем расчетное разрядное напряжение между основными электродами.
При этом промежуточные электроды могут быть закреплены внутри ленты из изоляционного материала, образующей часть изоляционного тела. Такое решение облегчает задачу расположения промежуточных электродов по оптимальной траектории. Например, гибкая лента с электродами может быть зафиксирована на поверхности полого компонента изоляционного тела таким образом, что промежуточные электроды будут расположены параллельно продольной оси изоляционного тела. Альтернативно гибкая лента с промежуточными электродами может быть намотана по спирали на поверхность полого компонента, так что промежуточные электроды будут размещены, с взаимным смещением, вдоль линии, имеющей форму спирали. Последний вариант позволит увеличить, при неизменной общей длине разрядника, количество используемых в нем промежуточных электродов и за счет этого дополнительно повысить его дугогасящую способность.
В альтернативном варианте разрядник по изобретению может использоваться в сочетании с известным разрядником длинно-искровым (РДИ) петлевого типа. В этом варианте полому компоненту изоляционного тела может быть придана U-образная форма, причем первый основной электрод может быть выполнен в виде металлической трубки, охватывающей полый компонент в его изогнутой части. Второй основной электрод может быть механически соединен с одним или с обоими концами полого компонента изоляционного тела и электрически соединен с дополнительным электродом, функцию которого в данном варианте выполняет металлический стержень РДИ. Соответственно, длина дополнительного электрода равна длине изоляционного тела. Промежуточные электроды могут быть расположены на одном или на обоих плечах изоляционного тела.
Еще одна задача, решенная настоящим изобретением, состоит в создании линии электропередачи, обладающей надежной грозозащитой благодаря ее оснащению надежными и недорогими разрядниками, характеризующимися низкими разрядными напряжениями и высокой дугогасящей способностью.

Данная задача решена созданием линии электропередачи, содержащей опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один разрядник для грозозащиты элементов линии электропередачи. В соответствии с изобретением такой разрядник (а предпочтительнее, каждый из множества таких разрядников) выполнен в виде разрядника по настоящему изобретению. Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения один основной электрод, по меньшей мере, одного или каждого разрядника по изобретению непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом линии, а другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей.
Если находящийся под напряжением провод линии электропередачи по изобретению расположен внутри изоляционного защитного слоя, отрезок этого провода, примыкающий к изолятору линии электропередачи и расположенный между основными электродами разрядника, может быть использован в качестве дополнительного электрода, а соответствующий ему отрезок защитного слоя - в качестве полого компонента изоляционного тела. В данном случае первый основной электрод будет выполнен в виде прокусывающего зажима, установленного на указанном отрезке изоляционного защитного слоя и электрически соединенного с концом указанного отрезка провода (т.е. с дополнительным электродом). Второй основной электрод будет расположен на поверхности изоляционного защитного слоя (т.е. полого компонента изоляционного тела) и электрически соединен с металлическим средством крепления провода. Промежуточные электроды разрядника при этом желательно закрепить внутри ленты из изоляционного материала, зафиксированной на поверхности указанного отрезка изоляционного защитного слоя.
В одном из предпочтительных вариантов линии электропередачи по изобретению используется вариант разрядника, у которого изоляционное тело и дополнительный электрод имеют круглое поперечное сечение, причем дополнительный электрод разрядника выполнен в виде штыря изолятора, который в этом случае устанавливается непосредственно на разрядник. Изоляционное тело разрядника соответственно выполнено в виде изоляционного колпачка, при помощи которого изолятор обычно закрепляется на штыре.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 на виде спереди, в сечении, показан вариант осуществления разрядника с плоским изоляционным телом;

на фиг.2 разрядник по фиг.1 представлен на виде сверху;

на фиг.3 показан фрагмент разрядника в сечении на виде спереди по фиг.1;

на фиг.4 фрагмент по фиг.1 представлен на виде сверху;

на фиг.5 на виде спереди, в сечении, показан вариант разрядника по изобретению с цилиндрическим изоляционным телом.

на фиг.6 разрядник по фиг.5 представлен на виде сверху;

на фиг.7 на виде спереди, в сечении, показан вариант разрядника с изоляционным телом, имеющим утолщения в местах выхода на поверхность тела разрядных камер;

на фиг.8 разрядник по фиг.7 представлен на виде сверху;

на фиг.9 на виде спереди, в сечении, показан вариант разрядника с плоским изоляционным телом и с дополнительным электродом;

на фиг.10 разрядник по фиг.9 представлен на виде сверху;

на фиг.11 представлен фрагмент принципиальной электрической схемы разрядника по фиг.9;

фиг.12 поясняет распределение напряжения между электродами разрядника;

на фиг.13 в сечении представлен вариант разрядника с изоляционным телом и с дополнительным электродом, выполненными в форме цилиндра со скругленным окончанием;

на фиг.14 показан вариант осуществления разрядника по фиг.13 с промежуточными электродами, расположенными по спирали;

фиг.15 иллюстрирует вариант ВЛ по изобретению с разрядником, выполненным с использованием изоляционного колпачка и металлического штыря изолятора;

на фиг.16 представлен вариант разрядника с полым компонентом изоляционного тела и с дополнительным электродом, выполненными в форме петли;

на фиг.17, 18 на видах спереди и сверху показан вариант осуществления разрядника с промежуточными электродами, вваренными в изоляцию кабельной заготовки;

фиг.19 иллюстрирует вариант выполнения ВЛ по изобретению, использующей провод, расположенный внутри изоляционного защитного слоя.

Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1-4, разрядник согласно изобретению содержит продолговатое плоское изоляционное тело 1, выполненное из твердого диэлектрика, например из полиэтилена. На концах изоляционного тела 1 установлены первый и второй основные электроды 2, 3 соответственно, которые за счет такой установки оказываются механически связанными с изоляционным телом. Внутри изоляционного тела 1 установлены m промежуточных электродов 4. Минимальное значение m равно двум, тогда как оптимальное количество промежуточных электродов выбирается с учетом конкретной формы их выполнения, расчетного значения перенапряжения и других условий их работы. В представленном на фиг.1-4 варианте разрядника имеется 5 промежуточных электродов 4, которые выполнены в виде прямоугольных пластин, смещенных одна относительно другой вдоль продольной оси разрядника (соединяющей основные электроды 2, 3). Между каждой парой смежных промежуточных электродов 4 имеется воздушный искровой промежуток, определяющий расстояние между смежными электродами (измеряемое вдоль линии, соединяющей смежные электроды). Согласно изобретению длина искрового промежутка не должна быть меньше минимального расстояния g между электродами 4, выбираемого с учетом условий работы разрядника, как это будет описано далее. При этом каждый такой искровой промежуток расположен в разрядной камере 5, выходящей на поверхность изоляционного тела 1.
При защите высоковольтных установок или линий электропередачи разрядник непосредственно или через искровой разрядный промежуток подключается одним основным электродом (например, первым основным электродом 2) к высоковольтному элементу электропередачи, например к проводу (на фиг.1-4 не изображен) электрически параллельно защищаемому элементу электропередачи, например изолятору (на фиг.1-4 не изображен). Своим другим, соответственно вторым, основным электродом 3 разрядник непосредственно или через искровой разрядный промежуток подключается к земле.
При воздействии на разрядник импульса перенапряжения от первого основного электрода 2 по направлению ко второму основному электроду 3 развивается разряд, последовательно пробивая промежутки между промежуточными электродами 4. Данный разряд, в зависимости от условий его формирования, может развиваться в различной форме, например в виде стримерного, лавинного или лидерного разряда. Далее для облегчения понимания и большей конкретности осуществление изобретения будет рассматриваться только на примере стримерного разряда, хотя оно применимо и к другим видам разряда. В процессе образования и развития искрового канала 6 происходит его расширение со сверхзвуковой скоростью. Как будет подробно описано далее, если сделать объемы разрядных искровых камер 5 между промежуточными электродами достаточно малыми, в результате развития разряда внутри камер 5 будет создаваться высокое давление. Под действием этого давления каналы 6 искровых разрядов между промежуточными электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела (как это схематично показано на фиг.1 и 3) и далее выбрасываются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья, приводящего к удлинению каналов между промежуточными электродами, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается. В результате общее сопротивление разрядника возрастает и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. По окончании импульса грозового перенапряжения к разряднику остается приложенным напряжение промышленной частоты. Однако благодаря тому, что разрядник имеет большое сопротивление, а канал разряда разбит на множество элементарных каналов между промежуточными электродами, разряд не может самостоятельно существовать и гаснет.

Для обеспечения эффективности гашения параметры разрядника по изобретению, в первую очередь такие как минимальное расстояние g между смежными электродами, разделенными камерой 5, а также ширина разрядных камер 5 в зоне формирования разряда и толщина b слоя изоляции, должны выбираться в зависимости от расчетных характеристик разряда (в частности, от силы и крутизны тока в разряде и от его расчетного диаметра). Как это будет показано далее, расчетный диаметр разряда может быть определен с достаточной точностью исходя из требований к разряднику, обусловленных назначением разрядника, т.е. характеристиками и условиями использования элемента высоковольтного оборудования или ВЛ, защищаемого с его помощью.
Более конкретно, при выборе конструктивных параметров разрядников для защиты ВЛ необходимо учитывать, что возможны два существенно различных режима их работы: при ударе молнии вблизи высоковольтной линии электропередачи и при прямом ударе молнии (ПУМ) в линию.
Первый режим соответствует защите ВЛ от индуктированных перенапряжений, т.е. от перенапряжений, возникающих при ударе молнии вблизи ВЛ. Эти перенапряжения характеризуются относительно небольшими амплитудами, не более 300 кВ, и малой длительностью, порядка 2-5 мкс. Амплитуда тока имеет порядок 1-2 кА, а крутизна тока di/dt на фронте импульса лежит в диапазоне 0,1-2 кА/мкс. Как показали лабораторные исследования, применительно к данному режиму и к стримерной форме разряда оптимальное значение длины искрового разрядного промежутка находится в интервале 0,1-2 мм. Индуктированные перенапряжения опасны только для линий среднего класса напряжения, т.е. для ВЛ 6-35 кВ, причем для этих линий они являются основной причиной грозовых отключений. Прямые удары молнии в эти линии - явление относительно редкое вследствие небольшой высоты их опор. Таким образом, для защиты элементов ВЛ от индуктированных перенапряжений целесообразно использовать разрядники с g=0,1-2 мм.
При ПУМ в одиночный хорошо заземленный объект ток молнии может достигать 100 и более килоампер, длительность разряда - 50-1000 мкс, а крутизна тока di/dt на фронте импульса 20 кА/мкс. При ПУМ в провод ВЛ напряжение теоретически могло бы достичь 10 MB. Однако при ПУМ в ВЛ среднего напряжения, защищенную разрядниками, установленными электрически параллельно каждому изолятору, происходит срабатывание разрядников на нескольких опорах, т.к. длины пролетов небольшие (50-100 м) и уровень изоляции линии относительно низкий (100-300 кВ). Ток молнии распределяется между несколькими опорами, а на опорах разветвляется еще на три части между разрядниками трех фаз. Как показали полевые измерения, ток через одну опору не превышает 20 кА. Для таких величин тока во избежание образования проводящих каналов из расплавленного металла электродов целесообразно увеличить минимальное расстояние g между смежными электродами, разделенными камерой, до 4-5 мм.
На ВЛ высокого напряжения 110-220 кВ длины пролетов составляют 200-300 м, а уровень изоляции находится в диапазоне 500-1000 кВ. Поэтому при ПУМ в отводе тока молнии участвуют разрядники одной или двух опор, т.е. ток через один разрядник не превышает 40 кА. Для таких ВЛ по указанной выше причине целесообразно выбирать g в интервале 5-10 мм.
На ВЛ сверхвысокого напряжения 330-750 кВ длины пролетов составляют 400-500 м, а уровень изоляции находится в диапазоне 2000-3000 кВ. Поэтому при ПУМ в отводе тока молнии участвуют только разрядники одной опоры или только один разрядник пораженной молнией фазы. В связи с этим ток через один разрядник может достигать 60-100 кА. Для таких ВЛ целесообразно выбирать g в интервале 10-20 мм.
С учетом приведенных данных минимальное расстояние g между смежными электродами, разделенными камерой, согласно изобретению при его использовании для защиты элементов ВЛ среднего класса напряжения целесообразно выбирать в интервале 0,1-5 мм. Если же разрядник по изобретению предназначен для защиты элементов ВЛ высокого или сверхвысокого напряжения, значение g целесообразно выбирать в интервале 5-20 мм.
Площадь поперечного сечения S разрядных камер и толщина b изоляции могут быть оценены из следующих соображений.
Расчетный радиус r к канала стримера при разряде в воздухе при нормальных условиях может быть определен по формуле С.И.Брагинского (см. Техника высоких напряжений: учебник для вузов. / Под ред. Г.С.Кучинского. СПб.: Энергоатомиздат, 2003, стр.88):

где t - время, с; di/dt - крутизна тока, А/с.
В Таблице приведены расчетные значения радиуса r k по формуле (1) для различных, наиболее характерных значений di/dt и t. Следует отметить, что радиус канала r k и соответственно его диаметр Dk =2rк являются функциями времени, т.е. с увеличением времени они возрастают. Данные расчета приведены в последовательности, дающей постепенное увеличение радиуса стримерного канала.

В качестве параметра t приведены значения длин фронта импульса для наиболее характерных вариантов использования разрядника: 1) при индуктированных перенапряжениях (т.е. при ударе молнии вблизи линии); 2) при прямом ударе молнии в провод для повторных разрядов; 3) при ударе молнии в линию и обратном перекрытии линейной изоляции (например, гирлянды изоляторов); 4) при прямом ударе молнии в провод линии. Крутизны тока di/dt, приведенные в Таблице, также соответствуют вышеназванным вариантам.
Разумеется, для определения расчетного значения радиуса (диаметра) канала стримерного (или иного) разряда могут быть использованы и другие расчетные формулы или экспериментальные методы, оптимизированные для конкретных ситуаций использования разрядника и/или для конкретных вариантов конструкции разрядника по изобретению (например, для конкретных профилей разрядных камер или конструкции промежуточных электродов). Однако, как это подтверждено результатами лабораторных испытаний, расчеты по формуле (1) дают приемлемые результаты практически для всех вариантов разрядника, охватываемых прилагаемой формулой изобретения.
Для того чтобы при разряде возникло избыточное давление в разрядной камере, должны выполняться определенные условия. Рассмотрим эти условия применительно к варианту разрядника с промежуточными электродами в виде пластин и с разрядными камерами, имеющими форму параллелепипедов (см. фиг.1). Стример зарождается между точками смежных промежуточных электродов, на которых напряженность поля максимальна (в рассматриваемом варианте - между углами промежуточных электродов). При развитии стримера его канал расширяется со сверхзвуковой скоростью в радиальном от оси направлении. Если диаметр канала стримера становится больше, чем глубина разрядной камеры h, т е.
где b - толщина слоя изоляции; а - толщина электрода, он начинает перемещаться по стенкам камеры наружу, что способствует его охлаждению и, соответственно, гашению разряда. Таким образом, минимальная толщина изоляции, способствующая гашению разряда, должна быть

где а - толщина электрода. Чем больше толщина изоляции b, тем сильнее возникающее в процессе расширения канала стримера дутье, т.е. тем лучше охлаждается и гасится канал разряда. Поэтому для повышения надежности гашения целесообразно выбрать значение b превышающим расчетный диаметр Dк канала.
С другой стороны, с увеличением b усиливается давление на стенки газоразрядных камер, что может привести к разрушению разрядника. Оптимальная толщина изоляции b может быть определена расчетным и экспериментальным путем при конкретной разработке разрядника в зависимости от его назначения и применяемых материалов. Однако, полагая приближенно толщину электрода а=1 мм, можно указать границы, в которых она находится, используя формулу (3) и данные Таблицы: b=1÷35 1÷40 мм.
Продольное сечение канала стримера имеет расчетную площадь Dк•g. Однако при выборе ширины камеры меньшей Dk, т.е. при выполнении условия



стример полностью перекроет разрядную камеру по ширине, не успев достичь расчетного диаметра D k. Другими словами, стримерный разряд займет всю площадь S поперечного сечения разрядной камеры. Как следствие, канал стримера будет выдуваться из разрядной камеры наружу, что приведет к ускоренному гашению разряда.
Подставляя в (4) соответствующие значения расчетного диаметра Dk=2r к, где значения радиуса rк канала стримера взяты из Таблицы (rк=0,5-18 мм и g=0,1-20 мм), легко определить конкретные значения и диапазоны возможных изменений площади поперечного сечения разрядных камер:
Механизм гашения искрового разряда внешне напоминает механизм гашения дугового разряда в трубчатом разряднике, описанном в разделе "Уровень техники", но имеет существенное отличие, которое состоит в том, что внутри трубчатого разрядника достаточно долго (до 10 мс) горит дуга, имеющая температуру порядка 20 тыс. градусов. Она выжигает стенки газогенерирующей трубки, и образовавшиеся от теплового разрушения газы выбрасывают канал разряда наружу. В разряднике по изобретению гашение искрового разряда происходит сразу после окончания импульса грозового перенапряжения, длительность которого в среднем составляет порядка 50 мкс, т.е. примерно на 3 порядка меньше, чем длительность горения дуги. Кроме того, температура канала стримера не превышает 5-6 тыс. градусов, т.е. примерно в 4 раза меньше, чем температура дуги. Благодаря указанным двум факторам в разряднике по изобретению практически нет эрозии даже после многократных срабатываний.
На практике возможны следующие варианты применения разрядников:
1) для защиты ВЛ среднего класса напряжения (СН) 6-35 кВ от индуктированных перенапряжений (см. Таблицу, строки 1 и 2);

2) для защиты ВЛ высокого (ВН) 110-220 кВ и сверхвысокого (СВН) 330-7500 кВ классов напряжения при наличии грозозащитного троса от обратных перекрытий (см. Таблицу, строки 5 и 6);

3) для защиты ВЛ высокого 110-220 кВ и сверхвысокого 330-7500 кВ классов напряжения при отсутствии грозозащитного троса от прямых ударов молнии в провод линии (см. Таблицу, строки 3, 4 и 7, 8) и обратных перекрытий (см. Таблицу, строки 5 и 6).

При конструировании разрядников необходимо ориентироваться на наиболее тяжелые условия работы в данном классе, т.е. на наибольшие значения крутизны тока di/dt и времени t. Так, для защиты ВЛ 6-35 кВ от индуктированных перенапряжений следует расчет конструкции разрядника вести в соответствии со строкой 2 приведенной таблицы, т.е. для t=2 мкс и соответственно для rк =1,8 мм. При этом согласно изобретению толщина слоя изоляции b желательно должна быть больше, чем диаметр канала D k к моменту максимума напряжения, т.е. b>D k=2rк=2•1,8=3,6 мм. Площадь поперечного сечения разрядной камеры S, по изобретению, должна быть S<Dк•g=2•3,6=7,2 мм 2. Например, при круглой форме поперечного сечения разрядной камеры ее диаметр d должен быть не более  

Экспериментальные исследования показали, что в конкретных реализациях, рассчитанных на вариант 1 применения, т.е. предназначенных для защиты ВЛ 10 кВ от индуктированных перенапряжений, параметры разрядника могут быть, например, следующие: число разрядных камер m=50; g=2 мм; b=4 мм; d=3 мм; S=7 мм2 (реализация 1). Для ВЛ 20 кВ: m=150; g=3 мм; b=4 мм; d=3 мм; S=7 мм 2 (реализация 2).

При этом следует учитывать, что в разряднике по изобретению ограничения накладываются только на минимальное расстояние между смежными электродами, разделенными камерой, на минимальное значение толщины изоляции и на максимальное значение площади поперечного сечения разрядной камеры. Это позволяет оптимизировать конструкцию разрядника применительно к конкретным вариантам его использования, варьируя указанные параметры, а также форму разрядных камер в достаточно широких пределах.

На фиг.5, 6 показан вариант разрядника с цилиндрическим изоляционным телом 1 и с разрядными камерами 5, проходящими от промежуточных электродов 4 к верхней и к нижней поверхностям изоляционного тела 1. Таким образом, разрядные камеры 5 выполнены в виде сквозных отверстий, проходящих через изоляционное тело 1 и определяющих разрядные воздушные промежутки между промежуточными электродами 4. Поперечное сечение камеры может иметь прямоугольную (как показано на фиг.1-4), круглую (как показано на фиг.6) или иную форму. Вариант по фиг.5, 6 обладает большей технологичностью по сравнению с вариантом, показанным на фиг.1-4, т.к. для его изготовления может быть применена, например, высокотехнологичная гидроабразивная резка материалов, с использованием которой возможно быстрое и точное выполнение сквозных отверстий.

В сквозных (т.е. выходящих на обе стороны изоляционного тела) разрядных камерах давление, создаваемое внутри камеры при расширении канала разряда, меньше, чем в глухих (т.е. с выходом только на одну поверхность изоляционного тела) камерах, поэтому скорость перемещения канала разряда в них меньше и эффективность гашения ниже. Однако надежность их работы выше, т.к. вероятность разрыва камеры при избыточном давлении ниже. То же самое относится и к щелевым камерам. Эффективность гашения их ниже, но электродинамическая стойкость (т.е. способность выдерживать большие токи, например, при прямом ударе молнии в линию) выше. Поэтому выбор типа и формы разрядных камер зависит от назначения разрядника (например, для защиты от индуктированных перенапряжений или от ПУМ), технологии изготовления и экономических факторов.

На фиг.7, 8 показан вариант разрядника с изоляционным телом 1 в виде гибкой ленты с утолщениями в местах выходов разрядных камер 5 на поверхность изоляционного тела 1 и с промежуточными электродами 4 в виде круглых металлических шайб или шайб из графита. Этот вариант характеризуется наиболее экономным использованием изоляционного материала для изготовления изоляционного тела 1, так как необходимая толщина b изоляции, определяющая размер камеры по ее оси, обеспечивается локально в месте выхода камеры на поверхность изоляционного тела.

На фиг.9, 10 представлен вариант разрядника с плоским изоляционным телом 1 и с дополнительным электродом 7. Первый основной электрод 2 предназначен для подключения к элементу высоковольтной линии электропередачи, например к проводу, находящемуся под высоким потенциалом, а второй основной электрод 3 - к земле, имеющей нулевой потенциал. В данном варианте помимо разрядных камер 5 между промежуточными электродами 4 введены дополнительные разрядные камеры между каждым из основных электродов 2, 3 и смежным с ним промежуточным электродом 4. Дополнительные разрядные камеры могут быть выполнены аналогично разрядным камерам между промежуточными электродами. Однако в некоторых вариантах выполнения разрядника по изобретению параметры дополнительных разрядных камер могут быть модифицированы с учетом того, что длина канала разряда в этих камерах может превышать длину аналогичного канала в остальных разрядных камерах.

Дополнительный электрод 7 электрически соединен со вторым основным электродом 3, т.е. он также имеет нулевой потенциал. Таким образом, высокое напряжение между основными электродами 2 и 3 приложено также между первым основным электродом 2 и дополнительным электродом 7. Ширина плоского изоляционного тела 1 выбирается такой, чтобы электрическая прочность по верхней и нижней поверхностям плоского изоляционного тела по кратчайшему расстоянию между электродами 2 и 7 была выше, чем электрическая прочность между основными электродами 2 и 3. Изоляционные свойства материала, из которого изготовлено изоляционное тело 1, и его толщина должны быть такими, чтобы их электрическая прочность также была выше, чем разрядное напряжение разрядника между основными электродами 2 и 3. Это необходимо для того, чтобы при воздействии перенапряжения разряд развивался от основного электрода 2 через искровые промежутки между промежуточными электродами 4 ко второму основному электроду 3, а не напрямую между основным электродом 2 и дополнительным электродом 7. Благодаря наличию дополнительного электрода в этом варианте разрядника обеспечиваются малые разрядные напряжения, что позволяет ограничивать перенапряжения до весьма низкого уровня. Более подробно механизм влияния дополнительного электрода на разрядные напряжения поясняется фиг.11, 12.

На фиг.11 показан развернутый фрагмент принципиальной электрической схемы варианта по фиг.9, содержащий первый основной электрод 2, ближайший к нему промежуточный электрод 4 и дополнительный электрод 7. Между электродами 2 и 4 существует емкость C 1, а между электродами 4 и 7 - емкость С 0. Эти емкости соединены последовательно, причем при воздействии импульса перенапряжения к ним прикладывается напряжение U. Напряжение U1 на емкости C1, т.е. напряжение на искровом промежутке между первым основным электродом 2 и ближайшим к нему промежуточным электродом 4, в относительных единицах определяется по формуле



Благодаря относительно большой площади поверхности промежуточного электрода 4, обращенной в сторону дополнительного электрода 7, а также вследствие того, что диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика  значительно выше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха  0 (обычно  / 0=2÷3), емкость промежуточного электрода 4 на дополнительный электрод 7 (т.е. емкость этого промежуточного электрода на землю) существенно больше, чем его емкость на основной электрод 2, т.е. С0 >C1 и, соответственно, C 1/C0<1.

При значениях отношения C1/C0, лежащих в диапазоне C1/C0=0,1÷1, напряжение U1 находится в диапазоне U 1=(0,50÷0,91)U. Поэтому при воздействии напряжения U на разрядник основная часть (по меньшей мере, более половины) падения напряжения приходится на первый искровой промежуток между электродами 2 и 4. Под действием этого напряжения U 1 данный промежуток пробивается, и ближний к основному электроду 2 промежуточный электрод 4 приобретает потенциал основного электрода 2, а следующий, соседний с первым промежуточным электродом, промежуточный электрод приобретает потенциал U 0. Далее физическая картина пробоя искрового промежутка повторяется. Таким образом, происходит каскадное, т.е. последовательное, перекрытие промежутков между промежуточными электродами с образованием искрового разряда. Благодаря каскадности срабатывания разрядных промежутков обеспечиваются требуемые низкие разрядные напряжения срабатывания разрядника в целом.

На фиг.13 показан вариант разрядника с изоляционным телом 1 в виде цилиндра со скругленным окончанием. Таким образом, изоляционное тело 1 в данном варианте содержит цилиндрический полый компонент и сплошной компонент, образующий скругленное окончание. Дополнительный электрод 7 расположен внутри полого компонента изоляционного тела 1 и также имеет форму цилиндра со скругленным окончанием. Первый основной электрод 2 разрядника через воздушный искровой промежуток 10 подключен к проводу 9 ВЛ. При возникновении перенапряжения на проводе 9 сначала перекрывается искровой промежуток 10, и в результате высокое напряжение прикладывается к первому основному электроду 2. Далее процесс работы разрядника протекает так, как это было описано выше со ссылкой на фиг.1-4.

На фиг.14 показан вариант разрядника с промежуточными электродами 4, расположенными по спирали вблизи поверхности полого компонента удлиненного изоляционного тела 1, причем внутри данного компонента расположен дополнительный электрод 7, связанный со вторым основным электродом 3. Такое расположение дает возможность разместить на разряднике большее количество промежуточных электродов 4, чем в предыдущем варианте по фиг.13, и тем самым еще более улучшить дугогасящую способность разрядника. В данном варианте (как и в других вариантах, рассматриваемых далее) полый компонент и дополнительный электрод, по меньшей мере, в зоне установки промежуточных электродов предпочтительно имеют круглое поперечное сечение. Такое выполнение облегчает равномерное распределение промежуточных электродов 4 по наружной поверхности изоляционного тела 1 и равенство толщины изоляционного слоя по всем радиальным направлениям.

На фиг.15 показан вариант ВЛ по изобретению с разрядником, выполненным с использованием изоляционного колпачка и металлического штыря изолятора. Вариант выполнения разрядника аналогичен вариантам, показанным на фиг.13, 14, но отличается тем, что вместо искрового промежутка 10 использован изолятор 12 линии электропередачи. Таким образом, в этом варианте дополнительный электрод 7 разрядника выполняет также функцию штыря, на котором устанавливается линейный изолятор. Изоляционное тело 1 разрядника выполняет также функцию полимерного изоляционного колпачка, который обычно применяется при установке линейного изолятора на штырь. Как и в варианте по фиг.13, 14, полый компонент изоляционного тела и дополнительный электрод имеют круглое поперечное сечение. Для упрощения изготовления разрядника его первый основной электрод 2 может быть выполнен конструктивно таким же, как промежуточные электроды 4.

При перенапряжении на проводе 9 ВЛ сначала развивается разряд 13 по поверхности изолятора 12, так что высокое напряжение прикладывается к первому основному электроду 2. Затем каскадно перекрываются промежутки между промежуточными электродами 4, т.е. разрядник работает так, как это описано выше.

Благодаря выполнению элементами разрядника функций линейной арматуры этот вариант характеризуется компактностью и низкой стоимостью.

На фиг.16 показан вариант разрядника по фиг.7, 8, установленный на одно из плеч разрядника длинно-искрового (РДИ) петлевого типа (см. патент РФ №2096882, 17.11.95, Н01Т 4/00, а также Г.В.Подпоркин, Г.В.Сиваев «Современная грозозащита распределительных воздушных линий 6, 10 кВ длинно-искровыми разрядниками», «Электро», 2006, №1, стр.36-42).

РДИ состоит из согнутого в виде петли металлического стержня, покрытого слоем 11 изоляции из полиэтилена высокого давления. Концы изолированной петли закреплены в зажиме крепления, с помощью которого РДИ присоединяется к штырю изолятора на опоре ВЛ (не изображены). В средней части петли поверх изоляции расположена металлическая трубка, которая подключается к проводу ВЛ через искровой воздушный промежуток.

Принцип работы разрядника основан на использовании эффекта скользящего разряда, который обеспечивает большую длину импульсного перекрытия по поверхности разрядника и на предотвращении за счет этого перехода импульсного перекрытия в силовую дугу тока промышленной частоты.

При возникновении на проводе ВЛ индуктированного грозового импульса искровой воздушный промежуток между проводом ВЛ и металлической трубкой разрядника пробивается, и к изоляции между металлической трубкой и металлическим стержнем петли, имеющим потенциал опоры, прикладывается напряжение.

Под воздействием приложенного импульсного напряжения вдоль поверхности изоляции петли от металлической трубки (от первого основного электрода 2) к зажиму крепления разрядника (ко второму основному электроду 3) по одному или по обоим плечам петли развивается скользящий разряд. Вследствие эффекта скользящего разряда вольт-секундная характеристика разрядника расположена ниже, чем вольт-секундная характеристика изолятора, т.е. при воздействии грозового перенапряжения разрядник перекрывается, а изолятор нет.

После прохождения импульсного тока молнии разряд гаснет, не переходя в силовую дугу, что предотвращает возникновение короткого замыкания, повреждение провода и отключение ВЛ.

При совместном использовании с РДИ разрядника по изобретению, например выполненного в варианте, показанном на фиг.7, 8, функции первого и второго основных электродов 2, 3 выполняют соответственно металлическая трубка и зажим крепления РДИ, тогда как полый компонент изоляционного тела и дополнительный электрод (имеющие в данном случае U-образную форму), образованы соответственно слоем 11 изоляции и металлическим стержнем РДИ. Промежуточные электроды размещены внутри ленты, навитой по спирали вокруг полого компонента на одном из плеч РДИ.

В случае использования такой комбинации РДИ и разрядника по изобретению при перенапряжении каскадно перекрываются промежутки между промежуточными электродами при более низком напряжении, чем у исходного РДИ. Кроме того, в отличие от обычного РДИ происходит эффективное гашение разряда до перехода тока промышленной частоты через ноль. Поэтому комбинация РДИ и разрядника по изобретению имеет меньшие размеры и большую эффективность, чем обычный РДИ, и может быть применена для более высоких классов напряжения.

На фиг.17, 18 показан вариант разрядника по изобретению, выполненный по кабельной технологии. В качестве основы для изготовления разрядника используется специальная кабельная заготовка с твердой изоляцией, в которой в качестве полого компонента изоляционного тела 1 и дополнительного электрода 7 выступают твердая изоляция и жила кабеля соответственно. На поверхность такой кабельной заготовки накладывается металлическая проволока или полоса, а затем наносится (например, экструдированием с привариванием к изоляции кабеля) еще один слой твердой изоляции. Таким образом, образуется изоляционное тело разрядника, состоящее из изоляции кабельной заготовки (образующей полый компонент) с нанесенным на нее дополнительным слоем изоляции. Затем, например, сверлением или фрезерованием в изоляционном теле 1 выполняются камеры 5, образующие разрядные промежутки между промежуточными электродами 4 (предпочтительно) между основными электродами 2, 3 и смежными с ними промежуточными электродами 4. При сверлении камеры имеют поперечное сечение круглой формы, а при фрезеровании - прямоугольной или щелевой. Для более компактного расположения промежуточных электродов и уменьшения габаритов разрядника указанные выше металлическая полоса или проволока могут навиваться по спирали аналогично варианту разрядника, показанному на фиг.16. При спиральном расположении щелевых камер необходимо следить за тем, чтобы щели камер, принадлежащих соседним виткам, не были направлены друг на друга. В этом случае, как показали эксперименты, каналы разрядов при выдувании из камер могут слиться в единый канал, расположенный в воздухе поверх изоляционного тела, что приводит к резкому снижению дугогасящих свойств разрядника. Поэтому щелевые камеры на соседних витках должны быть расположены с некоторым дополнительным смещением или с взаимным угловым разворотом.

Для повышения технологичности изготовления разрядника вместо металлической проволоки или полосы может быть использован проводящий жгут или полоса из углеволокна. При этом существенно облегчается процесс сверления и фрезерования разрядных камер. Рассмотренный вариант обладает высокой технологичностью в изготовлении и высокой механической прочностью.

На фиг.19 показан фрагмент ВЛ с защищенными проводами, в которой используется вариант разрядника, оптимизированный применительно к подобной ВЛ. На опоре 14 из проводящего материала (железобетонной, стальной и т.п.) установлен изолятор 12, к которому при помощи металлического крепежного средства 15 крепится провод 9, имеющий изоляционный защитный слой 16. На проводе устанавливается зажим, имеющий контакт с крепежным средством 15 и выполняющий функцию второго основного электрода 3 разрядника по фиг.7, 8. Первый основной электрод 2 выполнен в виде прокусывающего зажима. Он обеспечивает фиксацию разрядника на проводе и контакт с жилой провода 9, отрезок которого между основными электродами 2, 3 выполняет одновременно функцию дополнительного электрода 7 разрядника. Лента, внутри которой закреплены промежуточные электроды разрядника, зафиксирована (навита по спирали) на отрезок изоляционного защитного слоя 16 между основными электродами, выполняющий функцию полого компонента изоляционного тела разрядника.

При воздействии перенапряжения на провод 9 сначала перекрывается изолятор 12 и крепежное средство вместе со вторым основным электродом 3 оказывается под потенциалом земли, т.е. под нулевым потенциалом. Провод 9 и соответственно прокусывающий зажим (первый основной электрод 2) находятся под потенциалом перенапряжения. Таким образом, между первым основным электродом 2 (прокусывающим зажимом) и вторым основным электродом 3 (зажимом) возникает перенапряжение, под действием которого последовательно перекрываются все промежутки между основными электродами 2, 3 и промежуточными электродами 4. Таким образом, жила провода 9 через прокусывающий зажим, через промежутки между промежуточными электродами 4, через второй основной электрод 3, через крепежное средство 15, через канал разряда по изолятору 12 оказывается связанной с заземленной опорой 14. Ток грозового перенапряжения протекает по указанному пути в землю. После окончания грозового тока разряд гаснет, не переходя в дуговую стадию, и линия работает без отключения.

Работоспособность разрядника по изобретению подтверждена экспериментальной проверкой, для проведения которой были изготовлены и испытаны разрядники двух типов на класс напряжения 10 кВ: 1) РДИП-10, разрядник длинно-искровой петлевого типа с промежуточными электродами-кольцами; 2) РДИП-10 без колец, но с навитым на одно из его плеч разрядником по изобретению в соответствии с вариантом, представленным на фиг.16.

Основные параметры испытанных токоотводящих устройств следующие:

кабель типа ПИГР-8 производства завода «Севкабель» с алюминиевой жилой диаметром 9 мм и с полиэтиленовой изоляцией толщиной 4 мм;

длина одного плеча (от края металлической трубки до края зажима) 800 мм;

промежуточные электроды 4 выполнены в виде шайб с наружным диаметром 9 мм и толщиной 1 мм; они были вмонтированы в ленту из силиконовой резины;

количество промежуточных электродов равнялось 50;

расстояние между смежными электродами, разделенными камерой, составляло g=2 мм (обоснование такого выбора применительно к рассматриваемому варианту защиты было приведено выше);

разрядные камеры 5 имели диаметр d=3 мм и высоту b=4 мм (таким образом, испытанный вариант разрядника по изобретению соответствовал рассмотренной выше реализации 1 для первого варианта его применения);

разрядник по фиг.3 был навит на одно из плеч РДИП-10 (т.е. на кабель) с шагом 30 мм; таким образом, разрядник занимал на плече участок длиной 30 см, т.е. примерно одну треть от длины плеча РДИП-10.

Испытания показали, что оба испытанных разрядника (известный РДИП-10 с кольцами и РДИП-10 с разрядником по изобретению) защищают изолятор ВЛ от грозовых перекрытий, однако РДИП-10 с кольцами гасит дугу сопровождающего тока в нуле, т.е. имеется бестоковая пауза порядка 3-5 мс, а разрядник по изобретению гасит ток сразу после окончания грозового перенапряжения, т.е. в тот момент, когда заканчивается грозовое перенапряжение длительностью 5-30 мкс, и напряжение на проводе снижается до нормального рабочего напряжения. Таким образом, работа разрядника происходит без паузы тока, что важно в случае электроснабжения чувствительных к перебоям в электроснабжении электронных устройств, например компьютеров. Большим преимуществом комбинированного разрядника по изобретению является то, что его габариты почти в три раза меньше, чем известного разрядника РДИП-10, и он может быть разработан на более высокие классы напряжения.

Таким образом, область применения и надежность работы токоотводящего устройства по настоящему изобретению существенно увеличены. При этом гашение канала разряда осуществляется тем более эффективно, чем больше используется промежуточных электродов. Вместе с тем, с увеличением числа промежуточных электродов при неизменной суммарной длине разрядных промежутков возрастают габариты и стоимость разрядника. Оптимальная конструкция разрядника, следовательно, может быть определена применительно к конкретной задаче, на основе рекомендаций, приведенных в данном описании, и с учетом заданных исходных параметров: типа защищаемых конструкций или оборудования, класса напряжения, уровня защиты оборудования и т.п.

Рассмотренные в данном описании варианты и модификации выполнения разрядника по изобретению и линии электропередачи, построенной с использованием таких разрядников, приведены лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны различные усовершенствования, модификации и отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой изобретения. Например, в том случае, когда возникающий между электродами разрядника разряд развивается не в стримерной, а в другой форме, например в лавинной или в лидерной, могут быть использованы соответствующие иные зависимости для определения расчетного диаметра разряда с возможной модификацией предпочтительных значений минимальных расстояний между смежными электродами.
Яндекс.Директ
Все объявления    Покупаем трансформаторы ТДТН
Покупаем трансформаторы ТДТН в любом состоянии. Самовывоз по РФ. Дорого!
crgo.biz

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Разрядник для грозозащиты элементов 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, размещенных между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела и выполненных с возможностью формирования разряда между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, отличающийся тем, что промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, толщина которого выбрана превышающей расчетный диаметр Dк канала указанного разряда, при этом между смежными промежуточными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры, площадь S поперечного сечения которых в зоне формирования канала разряда выбрана из условия S<Dк•g, где g - минимальное расстояние между смежными промежуточными электродами.

2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что минимальное расстояние между смежными электродами выбрано в интервале 1÷5 мм.

3. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что минимальное расстояние между смежными электродами выбрано в интервале 5÷20 мм.

4. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительными разрядными камерами, выполненными между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом.

5. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что разрядные камеры выполнены в виде прямоугольных или круглых отверстий в изоляционном теле.

6. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что разрядные камеры выполнены в виде щелей в изоляционном теле.

7. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что разрядные камеры выполнены в виде сквозных отверстий в изоляционном теле.

8. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено в виде бруска, ленты или цилиндра.

9. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что изоляционное тело выполнено с утолщениями в местах выходов разрядных камер на поверхность изоляционного тела.

10. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что промежуточные электроды выполнены в виде пластин или цилиндров.

11. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что промежуточные электроды выполнены из графита или углеволокна.

12. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что линия, вдоль которой, с взаимным смещением, размещены промежуточные электроды, расположена по продольной оси изоляционного тела.

13. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что линия, вдоль которой, с взаимным смещением, размещены промежуточные электроды, ориентирована параллельно продольной оси изоляционного тела.

14. Разрядник по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что внутри изоляционного тела или на его поверхности, противоположной по отношению к поверхности, на которую выходят разрядные камеры, расположен дополнительный электрод, соединенный с одним из основных электродов, причем длина дополнительного электрода составляет, по меньшей мере, половину расстояния между основными электродами, а электрическая прочность изоляции между дополнительным электродом и другим, не соединенным с ним основным электродом, больше, чем расчетное разрядное напряжение между основными электродами.

15. Разрядник по п.14, отличающийся тем, что изоляционное тело содержит полый компонент, а дополнительный электрод установлен внутри полого компонента.

16. Разрядник по п.15, отличающийся тем, что полый компонент изоляционного тела и дополнительный электрод имеют круглое поперечное сечение.

17. Разрядник по п.16, отличающийся тем, что линия, вдоль которой, с взаимным смещением, размещены промежуточные электроды, имеет форму спирали.

18. Разрядник по п.15, отличающийся тем, что изоляционное тело дополнительно содержит ленту, зафиксированную на поверхности полого компонента, причем промежуточные электроды закреплены внутри указанной ленты.

19. Разрядник по п.18, отличающийся тем, что лента намотана по спирали на поверхность цилиндрического компонента.

20. Разрядник по п.19, отличающийся тем, что дополнительный электрод представляет собой жилу отрезка электрического кабеля, а полый компонент изоляционного тела - изоляцию указанного отрезка электрического кабеля.

21. Разрядник по п.20, отличающийся тем, что полый компонент изоляционного тела имеет U-образную форму, длина дополнительного электрода выбрана равной длине полого компонента, первый основной электрод выполнен в виде металлической трубки, охватывающей полый компонент в его изогнутой части, а второй основной электрод механически соединен с одним или с обоими концами полого компонента и электрически соединен с дополнительным электродом, при этом промежуточные электроды расположены на одном или на обоих плечах изоляционного тела.

22. Линия электропередачи, содержащая опоры с изоляторами, по меньшей мере, один находящийся под электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и, по меньшей мере, один разрядник для грозозащиты элементов линии электропередачи, отличающаяся тем, что разрядник для грозозащиты выполнен в виде разрядника по любому из пп.1-21.

23. Линия электропередачи по п.22, отличающаяся тем, что один основной электрод, по меньшей мере, одного указанного разрядника непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом линии, а другой основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей.

24. Линия электропередачи по п.23, отличающаяся тем, что находящийся под напряжением провод расположен внутри изоляционного защитного слоя, первый основной электрод разрядника выполнен в виде прокусывающего зажима, установленного на изоляционном защитном слое и электрически соединенного с проводом, второй основной электрод разрядника расположен на поверхности изоляционного защитного слоя и электрически соединен с металлическим средством крепления провода к изолятору линии электропередачи, а изоляционное тело содержит полый компонент, при этом указанный полый компонент и дополнительный электрод разрядника выполнены соответственно в виде отрезка изоляционного защитного слоя и отрезка провода, расположенных между основными электродами, а промежуточные электроды разрядника закреплены внутри ленты, зафиксированной на поверхности полого компонента.

25. Линия электропередачи по п.22, отличающаяся тем, что изолятор линии установлен на разряднике, полый компонент изоляционного тела и дополнительный электрод которого имеют круглое поперечное сечение, причем дополнительный электрод выполнен в виде штыря изолятора, а изоляционное тело выполнено в виде изоляционного колпачка, при помощи которого изолятор закрепляется на штыре.