RU2299508C2 - Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device - Google Patents
Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299508C2 RU2299508C2 RU2005105990/09A RU2005105990A RU2299508C2 RU 2299508 C2 RU2299508 C2 RU 2299508C2 RU 2005105990/09 A RU2005105990/09 A RU 2005105990/09A RU 2005105990 A RU2005105990 A RU 2005105990A RU 2299508 C2 RU2299508 C2 RU 2299508C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- insulating body
- electrodes
- main
- collector according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Insulators (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к токоотводящим устройствам для защиты электрооборудования и различных сооружений и конструкций от грозовых перенапряжений. С помощью таких устройств могут защищаться, например, высоковольтные установки, изоляторы и другие элементы высоковольтных линий электропередачи, электрооборудование, а также конструктивные элементы радаров (особенно самолетных) и других сооружений и устройств, нуждающихся в грозозащите.The present invention relates to down conductors for protecting electrical equipment and various structures and structures from lightning surges. Such devices can protect, for example, high-voltage installations, insulators and other elements of high-voltage power lines, electrical equipment, as well as structural elements of radars (especially aircraft) and other structures and devices requiring lightning protection.
Уровень техникиState of the art
Известно токоотводящее устройство для ограничения перенапряжений на линии электропередачи в виде защитного искрового промежутка, состоящего из двух металлических стержней и воздушного промежутка между ними (см. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.285). Один из стержней известного устройства 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.A current-conducting device is known for limiting overvoltages on a power line in the form of a protective spark gap consisting of two metal rods and an air gap between them (see High Voltage Technique / Edited by D.V. Rasevig - M .: Energy, 1976, p. 285). One of the rods of the known device is connected to the high-voltage wire of the line, and the second to the grounded structure, for example, to the body of the support of the power line. During overvoltage, the spark gap breaks through, the lightning overvoltage current is diverted to the ground and the voltage across the device drops sharply. In this way, thunderstorm current is removed and overvoltage is limited. However, the arcing ability of a single gap is insignificant, so that after the overvoltage over the arc of the spark gap the accompanying current continues to flow. Therefore, the switch must come into operation and break the circuit, which is very undesirable for consumers receiving electricity from this line.
Известно также токоотводящее устройство, отличающееся от описанного выше тем, что между первым и вторым основными электродами (стержнями) расположен третий стержневой промежуточный электрод (см., например, патент США №4665460, 12.05.87, Н01Т 004/02). Таким образом, вместо одного воздушного искрового промежутка создано два таких промежутка. Благодаря этому удалось несколько увеличить дугогасящую способность токоотводящего устройства и с его помощью гасить небольшие (порядка десятков ампер) сопровождающие токи при однофазных замыканиях на землю. Однако это устройство не может отключать токи более 100 А, которые обычно бывают при двух- и трехфазных замыканиях на землю при грозовых перенапряжениях.A collector is also known, which differs from the one described above in that a third rod intermediate electrode is located between the first and second main electrodes (rods) (see, for example, US patent No. 4665460, 12.05.87, H01T 004/02). Thus, instead of one air spark gap, two such gaps are created. Thanks to this, it was possible to slightly increase the arc-suppressing ability of the collector and to suppress small (of the order of tens of amperes) accompanying currents during single-phase earth faults. However, this device cannot disconnect currents of more than 100 A, which usually occur during two- and three-phase earth faults during lightning overvoltages.
С целью преодоления указанной трудности разработаны более совершенные токоотводящие устройства для защиты линий электропередач, выполненные на основе импульсных искровых токоотводящих устройств (см., например, патенты США №4308566, 29.12.81, Н02Н 001/04 и №6002571, 14.12.99, Н02Н 001/00).In order to overcome this difficulty, more sophisticated down conductors for protecting power lines based on pulsed spark collectors have been developed (see, for example, US Pat. 001/00).
Однако, поскольку большинство известных токоотводящих устройств указанного назначения основаны на использовании набора нелинейных элементов, они имеют сложную конструкцию и высокую стоимость.However, since most of the known down conductors of this purpose are based on the use of a set of nonlinear elements, they have a complex structure and high cost.
Важную и довольно сложную проблему представляет также молниезащита самолетных радаров, поскольку при ударе молнии имеют место серьезные повреждения токопроводящих элементов и узлов радара, вплоть до их полного разрушения. Кроме того, при таком ударе, как следствие резкого возрастания давления внутри оболочки (обтекателя) антенны радара, возможны повреждения конструкции радара, прежде всего, его обтекателя.An important and rather difficult problem is also the lightning protection of aircraft radars, since a lightning strike causes serious damage to the conductive elements and components of the radar, up to their complete destruction. In addition, with such a shock, as a result of a sharp increase in pressure inside the shell (fairing) of the radar antenna, damage to the structure of the radar, especially its fairing, is possible.
Для предотвращения подобной опасности разработаны различные токоотводящие устройства, устанавливаемые на обтекатель радара (подобные устройства описаны, например, в патентах США №4445161, 24.04.84, Н02Н 003/22 и 4583702, 22.04.86, B64D 045/02). В известных устройствах данного типа обычно используется полоса из диэлектрического материала, которая закрепляется на наружной поверхности обтекателя (в некоторых известных устройствах, например, по патенту США №4796153, 03.01.89, B64D 045/02; H05F 003/00 имеется несколько таких полос). Единственная или каждая подобная полоса несет укрепленные на ней электроды, например, квадратной или круглой формы, между которыми образуется большое число последовательно включенных разрядных промежутков.To prevent such a danger, various down conductors have been developed that are installed on the radar fairing (such devices are described, for example, in US Pat. Nos. 4,445,161, 04.24.84, H02H 003/22 and 4583702, 04.22.86, B64D 045/02). Known devices of this type typically use a strip of dielectric material, which is fixed on the outer surface of the fairing (in some known devices, for example, according to US patent No. 4796153, 01/03/89, B64D 045/02; H05F 003/00 there are several such strips) . A single or each such strip carries electrodes mounted on it, for example, square or round in shape, between which a large number of discharge gaps are connected in series.
В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения может быть выбрано токоотводящее устройство для молниезащиты обтекателей самолетных радаров по патенту США №4506311, 19.03.85, H05F 003/00. Данное устройство также содержит полосу из твердого диэлектрика, выполняющую функцию изоляционного тела, с которой механически связаны (путем установки на нее) множество электродов, расположенных с взаимным смещением вдоль продольной оси изоляционного тела. Два крайних электрода выполняют функцию основных электродов, а остальные, расположенные между ними, электроды представляют собой промежуточные электроды. При ударе молнии в указанное устройство перекрываются искровые промежутки между электродами и ток молнии протекает по образовавшемуся каналу на металлический корпус самолета, минуя обтекатель и расположенное под ним электрооборудование. Для снижения разрядного напряжения в устройстве-аналоге применены электроды ромбовидной формы, ориентированные вершинами друг к другу; этой же цели служит неравномерное расположение промежуточных электродов вдоль изоляционного тела. Благодаря разбиению интервала между основными электродами на множество искровых промежутков данное токоотводящее устройство 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, как это будет пояснено в дальнейшем описании, разрядные напряжения в известном устройстве слишком высокие, что ограничивает его область применения только защитой самолетных радаров. Однако оно не может применяться, например, как токоотводящее устройство для защиты элементов электропередачи от перенапряжений.As the closest analogue of the present invention, a down conductor device for lightning protection of fairings of aircraft radar fairings according to US patent No. 4506311, 03.19.85, H05F 003/00 can be selected. This device also contains a strip of solid dielectric, which performs the function of an insulating body, with which many electrodes are located mechanically connected (by installing on it), located with mutual displacement along the longitudinal axis of the insulating body. The two extreme electrodes serve as the main electrodes, and the rest, located between them, the electrodes are intermediate electrodes. When lightning strikes the specified device, spark gaps between the electrodes overlap and the lightning current flows through the formed channel to the metal body of the aircraft, bypassing the fairing and the electrical equipment located underneath. To reduce the discharge voltage in the analog device, rhomboid-shaped electrodes oriented vertices to each other are used; The uneven arrangement of the intermediate electrodes along the insulating body serves the same purpose. By dividing the interval between the main electrodes into many spark gaps, this downstream device has a higher arc suppression ability than devices with one or with a small number of discharge gaps (see, for example, AS Taev, “Electric arc in low voltage apparatuses,” ed. "Energy", 1965, p. 85). However, as will be explained in the further description, the discharge voltages in the known device are too high, which limits its scope only to the protection of aircraft radars. However, it cannot be used, for example, as a collector to protect power transmission elements from overvoltage.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Соответственно, задачей, которую решает настоящее изобретение, является создание надежного и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации токоотводящего устройства, характеризующегося низкими разрядными напряжениями. Это позволит использовать устройство по изобретению для решения широкого круга задач и, прежде всего, не только для эффективного отвода тока молнии при защите электрооборудования от прямого удара молнии, но и как грозового токоотводящего устройства, способного гасить дугу сопровождающего тока при больших, реально встречающихся на практике значениях этого тока.Accordingly, the problem that the present invention solves is the creation of a reliable and low cost in the production and operation of a collector device characterized by low discharge voltages. This will make it possible to use the device according to the invention for solving a wide range of problems, and, first of all, not only for efficient removal of lightning current while protecting electrical equipment from direct lightning strikes, but also as a lightning current-collecting device capable of extinguishing the accompanying current arc at large, actually encountered in practice values of this current.
Таким образом, достигаемым техническим результатом является повышение надежности и упрощение конструкции средств защиты от грозовых воздействий.Thus, the achieved technical result is to increase the reliability and simplify the design of means of protection against lightning impacts.
Еще одна задача, решенная настоящим изобретением, состоит в создании линии электропередачи, обладающей надежной грозозащитой благодаря ее оснащению надежными и недорогими токоотводящими устройствами, характеризующимися низкими разрядными напряжениями.Another problem solved by the present invention is to create a power line having reliable lightning protection due to its equipping with reliable and inexpensive current-conducting devices characterized by low discharge voltages.
Первая задача решена, в основном, созданием токоотводящего устройства для грозозащиты элементов электрооборудования, линии электропередачи, конструкции или сооружения, содержащего изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, по меньшей мере, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и m промежуточных электродов, расположенных на изоляционном теле между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. При этом устройство по изобретению характеризуется тем, что внутри изоляционного тела, вдоль его оси, установлен дополнительный стержневой электрод, электрически соединенный с одним из основных электродов и расположенный напротив, по меньшей мере, одного из промежуточных электродов. Кроме того, толщина Δi слоя изоляционного тела между i-м промежуточным электродом (i=1, 2,...(m) и основным электродом, электрически соединенным с дополнительным электродом, выбрана удовлетворяющей условиюThe first problem was solved mainly by creating a down conductor device for lightning protection of electrical components, power lines, structures or structures containing an insulating body made of a solid dielectric, at least two main electrodes mechanically connected to the insulating body, and m intermediate electrodes, located on the insulating body between the main electrodes with mutual displacement, at least along the longitudinal axis of the insulating body. Moreover, the device according to the invention is characterized in that an additional rod electrode is installed inside the insulating body, along its axis, electrically connected to one of the main electrodes and located opposite at least one of the intermediate electrodes. In addition, the thickness Δ i of the layer of the insulating body between the ith intermediate electrode (i = 1, 2, ... (m) and the main electrode electrically connected to the additional electrode is selected to satisfy the condition
где Up,i - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и основным электродом, электрически связанным с дополнительным электродом; Епр - пробивная напряженность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело (далее для большей определенности тот основной электрод, который при протекании разрядного тока через устройство имеет более высокий потенциал, будет именоваться первым основным электродом; соответственно, основной электрод, который при протекании разрядного тока через устройство имеет низкий, например нулевой, потенциал, будет именоваться вторым основным электродом).where U p, i is the discharge voltage between the i-th intermediate electrode and the main electrode, electrically connected to the additional electrode; E CR - breakdown voltage of the insulating material from which the insulating body is made (hereinafter, for greater certainty, the main electrode, which has a higher potential when the discharge current flows through the device, will be called the first main electrode; accordingly, the main electrode, which when the discharge current flows through the device has a low, for example, zero, potential, will be called the second main electrode).
В целях наиболее эффективного использования материала, из которого изготавливается изоляционное тело, в одном из предпочтительных вариантов устройства толщина изоляции между дополнительным электродом и соответствующим промежуточным электродом связана прямой зависимостью с расстоянием между этим электродом и основным электродом, электрически связанным с дополнительным электродом.In order to make the most efficient use of the material from which the insulating body is made, in one of the preferred embodiments of the device, the insulation thickness between the additional electrode and the corresponding intermediate electrode is directly related to the distance between this electrode and the main electrode electrically connected to the additional electrode.
В одном из вариантов устройства, предпочтительном из технологических соображений, изоляционное тело, представляющее собой изоляцию отрезка кабеля, имеет U-образную форму, а дополнительный электрод представляет собой жилу этого отрезка кабеля, т.е. имеет длину, равную длине изоляционного тела. Первый основной электрод в этом варианте целесообразно выполнить в виде металлической трубки, охватывающей изоляционное тело в его изогнутой части. Соответственно, второй основной электрод может быть механически соединен с одним или обоими концами изоляционного тела и электрически соединен с дополнительным электродом. Промежуточные электроды могут быть при этом расположены на одном или на обоих плечах изоляционного тела.In one embodiment of the device, preferred for technological reasons, the insulating body, which is the insulation of the cable section, is U-shaped, and the additional electrode is a core of this cable section, i.e. has a length equal to the length of the insulating body. The first main electrode in this embodiment, it is advisable to perform in the form of a metal tube, covering the insulating body in its curved part. Accordingly, the second main electrode can be mechanically connected to one or both ends of the insulating body and electrically connected to the additional electrode. The intermediate electrodes can be located on one or both shoulders of the insulating body.
В зависимости от конкретных требований к качеству грозозащиты и от условий использования устройства по изобретению в нем могут использоваться промежуточные электроды различных конструкций. Например, эти электроды могут быть выполнены в виде металлических пластин с закругленными краями или отрезков изолированного провода. При этом линия, вдоль которой, с взаимным смещением, расположены промежуточные электроды, может быть ориентирована параллельно продольной оси изоляционного тела. Однако в вариантах, в которых изоляционное тело и дополнительный электрод имеют, по меньшей мере, в зоне установки промежуточных электродов круглое поперечное сечение, может оказаться целесообразным расположение промежуточных электродов вдоль линии, которая имеет форму спирали, охватывающей поверхность изоляционного тела. При осуществлении последнего варианта может оказаться особенно удобным закрепить промежуточные электроды на ленте из изоляционного материала и зафиксировать эту ленту путем намотки по спирали на поверхность изоляционного тела.Depending on the specific requirements for the quality of lightning protection and on the conditions of use of the device according to the invention, intermediate electrodes of various designs can be used in it. For example, these electrodes can be made in the form of metal plates with rounded edges or pieces of insulated wire. In this case, the line along which the intermediate electrodes are located with mutual displacement can be oriented parallel to the longitudinal axis of the insulating body. However, in embodiments in which the insulating body and the auxiliary electrode have a circular cross-section at least in the area where the intermediate electrodes are installed, it may be appropriate to arrange the intermediate electrodes along a line that has the shape of a spiral covering the surface of the insulating body. In the latter embodiment, it may be especially convenient to fix the intermediate electrodes on a tape of insulating material and fix this tape by spiral winding on the surface of the insulating body.
Один из наиболее эффективных вариантов выполнения промежуточных электродов состоит в придании каждому (или, по меньшей мере, одному) из них формы кольца и в снабжении каждого или единственного электрода в форме кольца парой выступов, расположенных с его противоположных торцевых сторон. Длина каждого такого выступа должна быть меньшей расстояния от торцевой плоскости кольца до смежного промежуточного электрода. При этом выступы желательно взаимно сместить по окружности кольца предпочтительно на 180°, но, по меньшей мере, на 90°. При использовании двух или более промежуточных электродов в виде колец, снабженных выступами, обращенные друг к другу выступы на смежных электродах предпочтительно расположены без взаимного смещения по окружности кольца.One of the most effective embodiments of the intermediate electrodes is to give each (or at least one) of them a ring shape and to supply each or a single electrode in the form of a ring with a pair of protrusions located on its opposite end sides. The length of each such protrusion should be less than the distance from the end plane of the ring to the adjacent intermediate electrode. In this case, the protrusions are preferably mutually displaced around the circumference of the ring, preferably 180 °, but at least 90 °. When using two or more intermediate electrodes in the form of rings provided with protrusions, protrusions facing adjacent electrodes on adjacent electrodes are preferably arranged without mutual displacement around the circumference of the ring.
Кроме того, кольца могут быть выполнены из резистивного материала (например, из нихрома), а их боковую поверхность желательно покрыть слоем изоляции. При этом предпочтительно покрыть слоем изоляции одновременно и поверхность изоляционного тела, и боковую поверхность колец, за исключением выполненных на них выступов.In addition, the rings can be made of resistive material (for example, nichrome), and it is desirable to cover their side surface with a layer of insulation. In this case, it is preferable to cover with a layer of insulation both the surface of the insulating body and the side surface of the rings, with the exception of the protrusions made on them.
В варианте токоотводящего устройства, специально предназначенного для защиты электрооборудования и обтекателя антенны радара, основные электроды и дополнительный электрод целесообразно выполнить в форме параллелепипедов. Изоляционное тело в этом случае имеет форму полого параллелепипеда, полость которого соответствует форме дополнительного электрода, который и заполняет данную полость. Второй основной электрод в этом случае электрически соединен с корпусом радара и с дополнительным электродом.In a variant of a collector specially designed to protect electrical equipment and radar radome, the main electrodes and an additional electrode, it is advisable to perform in the form of parallelepipeds. The insulating body in this case has the form of a hollow parallelepiped, the cavity of which corresponds to the shape of an additional electrode, which fills this cavity. The second main electrode in this case is electrically connected to the radar housing and to the additional electrode.
В варианте токоотводящего устройства, специально предназначенного для защиты элементов воздушной линии (ВЛ) электропередачи, по меньшей мере, один первый основной электрод может быть непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с защищаемым элементом, а второй основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей. При этом, если ВЛ рассчитана на напряжение 10 кВ, диаметры изоляционного тела и дополнительного электрода рекомендуется выбрать соответственно составляющими 8-60 мм и 3-50 мм. Расстояния между основными и промежуточными электродами в таком случае рекомендуется выбрать соответственно составляющими 600-1000 мм и 1-100 мм.In an embodiment of a collector specifically designed to protect overhead power line (VL) power line elements, at least one first main electrode can be connected directly or through a spark gap to a protected element, and a second main electrode directly or through a spark discharge gap is connected to ground. Moreover, if the overhead line is designed for a voltage of 10 kV, it is recommended that the diameters of the insulating body and the additional electrode be selected with components of 8-60 mm and 3-50 mm, respectively. The distances between the main and intermediate electrodes in this case, it is recommended to choose respectively 600-1000 mm and 1-100 mm components.
Вторая задача, поставленная перед изобретением, 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, одно токоотводящее устройство для грозозащиты элементов линии электропередачи. В соответствии с настоящим изобретением такое токоотводящее устройство для грозозащиты элементов линии электропередачи (а, предпочтительнее, каждое из множества таких токоотводящих устройств) выполнено в виде токоотводящего устройства по настоящему изобретению.The second problem posed by the invention is solved by creating a power line containing supports with insulators, at least one wire under electrical voltage, connected to the insulators by means of fixing devices, and at least one current-conducting device for lightning protection of power line elements. In accordance with the present invention, such a collector for lightning protection of power line elements (and, preferably, each of a plurality of such collectors) is made in the form of a collector of the present invention.
В том случае, если находящийся под напряжением провод линии расположен внутри изоляционного защитного слоя, первый основной электрод может быть выполнен в виде прокусывающего зажима, установленного на изоляционном защитном слое и электрически соединенного с проводом, а изоляционное тело и дополнительный электрод - соответственно в виде отрезка изоляционного защитного слоя и отрезка провода, расположенных между основными электродами.In the event that the live wire of the line is located inside the insulating protective layer, the first main electrode can be made in the form of a biting clip installed on the insulating protective layer and electrically connected to the wire, and the insulating body and the additional electrode, respectively, in the form of a piece of insulating a protective layer and a piece of wire located between the main electrodes.
В альтернативном варианте, когда, по меньшей мере, одно крепежное устройство выполнено в виде изоляционной обвязки, промежуточные электроды токоотводящего устройства могут быть выполнены в виде металлических колец, установленных на эту обвязку с взаимным смещением по ее длине. В данном варианте второй основной электрод расположен вблизи изолятора линии, а первый основной электрод выполнен в виде прокусывающего зажима, электрически соединенного с находящимся под напряжением проводом.Alternatively, when at least one fastening device is made in the form of an insulating strapping, the intermediate electrodes of the collector can be made in the form of metal rings mounted on this strapping with mutual displacement along its length. In this embodiment, the second main electrode is located near the line insulator, and the first main electrode is made in the form of a biting clip, electrically connected to a live wire.
Согласно еще одному варианту построения линии электропередачи входящее в ее состав токоотводящее устройство для грозозащиты содержит отрезок кабеля, изоляция которого образует изоляционное тело, а металлическая жила - дополнительный электрод. В токоотводящем устройстве имеются два первых основных электрода, которые выполнены в виде оконцевателей отрезка кабеля, а также зажимы, посредством которых концы отрезка кабеля прикреплены к проводу линии. Второй основной электрод выполнен в данном варианте в виде металлической трубки, установленной в средней части отрезка кабеля и прикрепленной к опорному изолятору. Промежуточные электроды выполнены в виде колец, установленных на изоляционном теле между первыми основными электродами и вторым основным электродом с взаимным смещением по длине изоляционного тела. На опоре установлен вспомогательный электрод для формирования, вместе со вторым основным электродом, искрового разрядного промежутка.According to another embodiment of the construction of the power line, the current-conducting device for lightning protection included in it comprises a length of cable, the insulation of which forms an insulating body, and the metal core is an additional electrode. In the collector there are two first main electrodes, which are made in the form of terminators of the cable segment, as well as clamps, through which the ends of the cable segment are attached to the line wire. The second main electrode is made in this embodiment in the form of a metal tube mounted in the middle of the cable and attached to the support insulator. The intermediate electrodes are made in the form of rings mounted on an insulating body between the first main electrodes and the second main electrode with mutual displacement along the length of the insulating body. An auxiliary electrode is mounted on the support for forming, together with the second main electrode, a spark discharge gap.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг.1а дано схематичное изображение устройства по изобретению на виде спереди;on figa given a schematic representation of the device according to the invention in front view;
на фиг.1б устройство по фиг.1 представлено в сечении, на виде сбоку;on figb the device of figure 1 is presented in cross section, in side view;
на фиг 1в представлена принципиальная электрическая схема устройства по изобретению;Fig. 1c shows a circuit diagram of a device according to the invention;
фиг.2 поясняет распределение напряжения между электродами устройства;figure 2 explains the voltage distribution between the electrodes of the device;
на фиг.3 показан вариант осуществления устройства с промежуточными электродами, расположенными по спирали;figure 3 shows an embodiment of a device with intermediate electrodes arranged in a spiral;
фиг.4 иллюстрирует вариант устройства с промежуточными электродами из отрезков изолированного провода;figure 4 illustrates a variant of the device with intermediate electrodes from pieces of insulated wire;
на фиг.5, в сечении, представлен вариант устройства с промежуточными электродами в форме колец;figure 5, in cross section, shows a variant of the device with intermediate electrodes in the form of rings;
на фиг.6, в сечении, представлен вариант устройства, аналогичный варианту по фиг.5, но со слоем изоляции, покрывающим изоляционное тело и промежуточные электроды в форме колец;Fig.6, in cross section, shows a variant of the device, similar to the variant of Fig.5, but with an insulation layer covering the insulating body and the intermediate electrodes in the form of rings;
на фиг.7, в сечении, представлен вариант устройства с изоляционным телом и дополнительным электродом, выполненными в форме петли;7, in cross section, shows a variant of the device with an insulating body and an additional electrode made in the form of a loop;
фиг.8 иллюстрирует вариант выполнения воздушной линии электропередачи (ВЛ) по изобретению с токоотводящим устройством, построенным с использованием защищенного провода линии;Fig. 8 illustrates an embodiment of an overhead power transmission line (VL) according to the invention with a collector constructed using a protected line wire;
фиг.9 иллюстрирует вариант выполнения ВЛ по изобретению с токоотводящим устройством, построенным с использованием изоляционной обвязки защищенного провода ВЛ;Fig. 9 illustrates an embodiment of an overhead line according to the invention with a collector constructed using an insulating harness of a protected overhead line;
на фиг.10 приведены, в различных масштабах и в перспективном изображении, частичные виды ВЛ 10 кВ, в состав которой входит токоотводящее устройство по изобретению.figure 10 shows, at various scales and in a perspective image, partial types of OHL 10 kV, which includes a collector device according to the invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Как показано на фиг.1а, 1б, токоотводящее устройство для грозозащиты согласно изобретению содержит продолговатое изоляционное тело 1, выполненное из твердого диэлектрика, например из полиэтилена. На концах изоляционного тела 1 установлены первый 2 и второй 3 основные электроды, которые за счет такой установки оказываются механически связанными с изоляционным телом. На изоляционном теле 1 закреплены m промежуточных электродов 5. Минимально значение m равно единице, тогда как оптимальное количество промежуточных электродов выбирается с учетом конкретной формы их выполнения, расчетного значения перенапряжения и других условий их работы. В данном варианте устройства промежуточные электроды 5 выполнены в виде 7 металлических пластин, имеющих закругленные края и смещенных одна относительно другой вдоль продольной оси устройства (соединяющей основные электроды 2, 3). Как видно из фиг.1б, внутри изоляционного тела 1 расположен дополнительный электрод 6 в форме металлического стержня, который электрически соединен с одним из основных электродов (в варианте по фиг.1а, 1б - со вторым основным электродом 3). Как показано на фиг.1б, длину дополнительного электрода 6 целесообразно выбрать такой, чтобы он располагался напротив всех промежуточных электродов 5. Однако полезный эффект, создаваемый дополнительным электродом, будет значительным и в том случае, когда его длина составляет, по меньшей мере, половину расстояния между основными электродами 2, 3. В любом случае для достижения положительного эффекта минимальная длина дополнительного электрода 6 должна быть такой, чтобы он располагался напротив, по меньшей мере, одного (на фиг.1б нижнего) промежуточного электрода.As shown in figa, 1b, the down conductor device for lightning protection according to the invention contains an elongated
Толщина слоя изоляции, т.е. толщина Δi изоляционного тела 1 между i-м промежуточным электродом 5 (i=1, 2,...m), основным электродом, электрически соединенным с дополнительным электродом 6 (в данном случае - вторым основным электродом 3), определяется из условияThe thickness of the insulation layer, i.e. the thickness Δ i of the insulating
где Up,i - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и основным электродом, электрически связанным с дополнительным электродом 6; Епр - пробивная напряженность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело 1.where U p, i is the discharge voltage between the i-th intermediate electrode and the main electrode, electrically connected to the
В том случае, когда токоотводящее устройство по изобретению используется для молниезащиты радара (преимущественно самолетного), т.е. когда защищаемыми элементами являются элементы электрооборудования радара и обтекатель его антенны, устройство по изобретению (как и известные устройства аналогичного назначения) закрепляется на поверхности обтекателя с помощью не изображенных на фиг.1 крепежных средств. Тот основной электрод, который электрически соединен с дополнительным электродом 6 (в приведенном на фиг.1 варианте - второй основной электрод 3), подсоединяется также к корпусу радара и в процессе работы устройства выполняет функции электрода, имеющего низкий (нулевой потенциал). При этом продольная ось устройства по изобретению предпочтительно ориентируется параллельно оси обтекателя. Применительно к данному использованию устройства по изобретению поперечному сечению дополнительного электрода 6 желательно придать прямоугольную форму. Соответственно, основным электродам 2, 3 целесообразно придать форму, близкую к форме параллелепипеда, а изоляционному телу 1 - форму, близкую к форме полого параллелепипеда, полость которого заполнена дополнительным электродом 6.In the case where the collector according to the invention is used for lightning protection of a radar (mainly aircraft), i.e. when the elements to be protected are the electric equipment of the radar and the fairing of its antenna, the device according to the invention (as well as known devices of a similar purpose) is fixed to the surface of the fairing using fastening means not shown in FIG. The main electrode, which is electrically connected to the additional electrode 6 (in the embodiment shown in FIG. 1, the second main electrode 3), is also connected to the radar housing and, in the process of operation of the device, acts as an electrode having a low (zero potential). Moreover, the longitudinal axis of the device according to the invention is preferably oriented parallel to the axis of the fairing. With regard to this use of the device according to the invention, it is desirable to give the cross-section of the additional electrode 6 a rectangular shape. Accordingly, it is advisable to give the
В других применениях, например при защите высоковольтных установок или линий электропередачи, токоотводящее устройство подключается одним основным электродом (например, первым основным электродом 2) к высоковольтному элементу электропередачи, например к проводу 4 (непосредственно или через искровой разрядный промежуток), а другим, соответственно вторым, основным электродом 3 (непосредственно или через искровой разрядный промежуток) к земле.In other applications, for example, when protecting high-voltage installations or power lines, the collector is connected by one main electrode (for example, the first main electrode 2) to a high-voltage power element, for example, to wire 4 (directly or through a spark discharge gap), and the other, respectively, the second , the main electrode 3 (directly or through the spark discharge gap) to the ground.
Из принципиальной электрической схемы токоотводящего устройства (изображенной на фиг.1в) понятно, что при описанном варианте подключения основных электродов 2, 3 в случае воздействия на устройство импульса перенапряжения (соответствующего напряжению U) сначала пробивается искровой разрядный промежуток между высоковольтным проводом 4 защищаемой ВЛ и первым основным электродом 2, а затем разряд развивается от первого основного электрода 2 по направлению ко второму основному электроду 3, последовательно пробивая промежутки между промежуточными электродами 5.From the circuit diagram of the collector (shown in Fig.1c) it is clear that with the described connection of the
На фиг.2 показан развернутый фрагмент принципиальной электрической схемы по фиг.1в, содержащий первый основной электрод 2, ближайший к нему промежуточный электрод 5 и дополнительный электрод 6. Между электродами 2 и 5 существует емкость C1, а между электродами 5 и 6 - емкость С0. 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 ближайшем к нему промежуточным электродом 5, в относительных единицах определяется по формуле: Благодаря относительно большой площади поверхности промежуточного электрода 5, обращенной в сторону дополнительного электрода 2, а также вследствие того, что диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика ε значительно выше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха ε0 (обычно ε/ε0≈2÷3), емкость промежуточного электрода 5 на дополнительный электрод 6 (т.е. емкость этого промежуточного электрода на землю) существенно больше, чем его емкость на основной электрод 2, т.е. С0>C1 и, соответственно, C1/C0<1.Figure 2 shows a detailed fragment of the circuit diagram of figure 1B, containing the first
При значениях отношения C1/C0, лежащих в диапазоне C1/C0=0,1÷0,9, напряжение U1 находится в диапазоне U1=(0,53÷0,91)U. Поэтому при воздействии напряжения U на токоотводящее устройство основная часть (по меньшей мере, более половины) падения напряжения приходится на первый искровой промежуток между электродами 2 и 5. Под действием этого напряжения U1 данный промежуток пробивается, и первый к основному электроду 2 промежуточный электрод 5 приобретает потенциал основного электрода 2, а следующий, соседний с первым промежуточным электродом промежуточный электрод 5 приобретает потенциал U0. Далее физическая картина пробоя искрового промежутка повторяется. Таким образом, происходит каскадное, т.е. последовательное перекрытие промежутков между промежуточными электродами 5 с образованием дугового разряда (дуги) 7. Благодаря каскадности срабатывания разрядных промежутков обеспечиваются требуемые низкие разрядные напряжения срабатывания токоотводящего устройства в целом.When the values of the ratio C 1 / C 0 lying in the range C 1 / C 0 = 0.1 ÷ 0.9, the voltage U 1 is in the range U 1 = (0.53 ÷ 0.91) U. Therefore, when the voltage U is applied to the collector, the main part (at least more than half) of the voltage drop falls on the first spark gap between the
Следует отметить, что принципиальная электрическая схема, показанная на фиг.1в и фиг.2, применима и к рассмотренному выше ближайшему аналогу изобретения. Однако в этом случае С0 - это емкость промежуточного электрода 5 на землю, которая находится на существенно большем (в десятки и сотни раз) расстоянии от промежуточного электрода 5, чем расстояние между соседними промежуточными электродами 5, которое определяет емкость C1 между ними. Поэтому С0 в несколько раз меньше, чем C1. Например, при значениях отношения C1/C0, лежащих в диапазоне C1/C0=5÷10, напряжение U1 находится в диапазоне U1=(0,09÷0,17)U. Таким образом, видно, что в прототипе неравномерность распределения напряжения по искровым промежуткам между промежуточными электродами 5 существенно меньше, а разрядные напряжения всего устройства в целом значительно больше, чем в устройстве по изобретению.It should be noted that the circuit diagram shown in FIGS. 1c and 2 is also applicable to the closest analogue of the invention discussed above. However, in this case, C 0 is the capacitance of the
При воздействии перенапряжения U на токоотводящее устройство не допустим пробой твердой изоляции между промежуточными электродами 5 и дополнительным электродом 6, т.е. необходимо, чтобы разряд между основными электродами развивался, проходя только через промежуточные электроды и через воздушные искровые промежутки. Таким образом, разрядное напряжение токоотводящего устройства (искровых промежутков, расположенных на его поверхности) должно быть меньше, чем пробивное напряжение твердой изоляции Up<Uпр. Пробивное напряжение можно выразить через толщину изоляции Δ (т.е. толщину слоя изоляционного тела) и пробивную напряженность материала Епр, из которого изготовлено изоляционное тело: Uпр=Δ·Епр. Следовательно, толщина изоляции должна соответствовать условию Under the influence of overvoltage U on the collector, it is not permissible to break through the solid insulation between the
Таким образом, для обеспечения необходимой электрической прочности изоляции толщина Δi изоляционного тела 1 между дополнительным стержневым электродом 6 и i-м промежуточным электродом 5 (i=1, 2,...m) должна выбираться из условияThus, in order to ensure the necessary dielectric strength of the insulation, the thickness Δ i of the insulating
где Up,i - разрядное напряжение между i-м промежуточным электродом и вторым основным электродом;where U p, i is the discharge voltage between the i-th intermediate electrode and the second main electrode;
Епр - пробивная напряженность изоляционного материала, из которого выполнено изоляционное тело 1.E CR - breakdown strength of the insulating material from which the insulating
В целях удешевления устройства, а также для дальнейшего снижения разрядных напряжений толщина изоляции между промежуточными электродами 5 и дополнительным электродом 6 может быть сделана различной для различных промежуточных электродов. Чем дальше i-ый промежуточный электрод находится от второго основного электрода 3, тем больше должно быть разрядное напряжение Up,i между ними и, соответственно, тем толще должен быть слой изоляции Δi. Другими словами, толщина изоляции между дополнительным электродом 6 и i-м промежуточным электродом 5 должна быть связана прямой зависимостью с расстоянием между i-м промежуточным электродом и вторым основным электродом (в общем случае - тем основным электродом, который электрически связан с дополнительным электродом).In order to reduce the cost of the device, as well as to further reduce discharge voltages, the insulation thickness between the
Чем ближе дополнительный электрод 6 к промежуточному электроду 5, тем больше емкость С0, и тем ниже разрядные напряжения токоотводящего устройства. Поэтому для снижения разрядных напряжений целесообразно расположение дополнительного электрода 6 вдоль всего изоляционного тела 1 таким образом, чтобы каждый промежуточный электрод 5 находился напротив дополнительного электрода 6. Однако могут быть случаи, когда гарантированное отсутствие пробоев изоляции важнее, чем снижение разрядных напряжений. При этом дополнительный электрод может располагаться не по всей длине изоляционного тела 1, а перекрывать только какую-то его часть. В таком варианте часть промежуточных электродов 5, расположенных ближе ко второму основному электроду 3, будет находиться напротив дополнительного электрода 6, а другая часть промежуточных электродов будет расположена со смещением вдоль продольной оси дополнительного электрода. При этом расстояния между этими промежуточными электродами 5 и концом дополнительного электрода 6 (толщины изоляции) будут существенно больше, чем при расположении дополнительного электрода на всю длину изоляционного тела 1. И в этом случае разрядные напряжения в устройстве по изобретению будут ниже, чем в устройствах-аналогах, но не в такой значительной мере, как в случае расположения дополнительного электрода 6 вдоль всего изоляционного тела 1. Очевидно, что максимальное увеличение толщин изоляции между промежуточными электродами 5 и дополнительным электродом 6 при одновременном снижении разрядных напряжений достигается при расположении дополнительного электрода только напротив одного промежуточного электрода 5, ближайшего ко второму основному электроду 3.The closer the
На фиг.3 показан вариант токоотводящего устройства с промежуточными электродами 5, расположенными по спирали. Такое расположение дает возможность разместить на токоотводящем устройстве большее число промежуточных электродов 5, чем в варианте по фиг.1, и тем самым еще более улучшить дугогасящую способность токоотводящего устройства. Очевидно, что в данном варианте (как и в других вариантах, рассматриваемых далее) изоляционное тело и дополнительный электрод, по меньшей мере, в зоне установки промежуточных электродов предпочтительно имеют круглое поперечное сечение, облегчающее равномерное распределение промежуточных электродов 5 по наружной поверхности изоляционного тела 1 и равенство толщины изоляционного слоя по всем радиальным направлениям.Figure 3 shows a variant of a collector with
На фиг.4 показан вариант токоотводящего устройства с промежуточными электродами в форме отрезков изолированного провода. Применение отрезков изолированного провода в качестве промежуточных электродов 5 дает возможность расположить их вплотную на поверхности изоляционного тела 1 и тем самым еще больше увеличить количество промежутков, на которые разбивается дуга 7. Таким образом можно дополнительно повысить дугогасящую способность токоотводящего устройства.Figure 4 shows a variant of a collector with intermediate electrodes in the form of pieces of insulated wire. The use of pieces of insulated wire as
На фиг.5 показан вариант токоотводящего устройства с промежуточными электродами 5, выполненными в виде колец, охватывающих изоляционное тело 1. Благодаря такому выполнению промежуточных электродов их емкость на дополнительный электрод 6 увеличивается и, как было показано выше, тем самым усиливается эффект каскадности срабатывания токоотводящего устройства, т.е. снижаются его разрядные напряжения, необходимые для пробоя межэлектродных промежутков. Выполненные экспериментальные исследования показали, что для погасания дуги важно, чтобы отдельные ее участки (дужки), которые образуются благодаря применению промежуточных электродов в виде колец, находились на возможно большом удалении друг от друга. При таком взаимном расположении участков дуги затруднено образование единого канала дуги при ее раздувании в процессе протекании тока и, следовательно, облегчено гашение дуги. При этом важна фиксация места инициации дуги. Для этой цели служат выступы 8 на кольцевых промежуточных электродах. Как видно из фиг.5, каждый промежуточный электрод 5 предпочтительно снабжается двумя такими выступами, расположенными с противоположных торцевых сторон кольца, т.е. обращенными к двум смежным электродам. Длина каждого выступа 8, естественно, должна быть меньше, чем расстояние от торцевой плоскости соответствующего кольца до смежного промежуточного электрода 5 или (для крайних промежуточных электродов) до смежного основного электрода 2, 3.Figure 5 shows a variant of the collector device with
Для пространственного разнесения участков дуги по боковой поверхности изоляционного тела 1 выступы 8 на каждом промежуточном электроде 5 взаимно смещены по его окружности. На фиг.5 показано, что смещение выступов 8 предпочтительно соответствует 180°, но в любом случае оно не должно быть менее 90°. Вместе с тем, для того чтобы облегчить образование каналов разряда между смежными промежуточными электродами 5, обращенные друг к другу выступы 8 на смежных электродах расположены напротив друг друга, т.е. без взаимного смещения по окружности кольца.For the spatial separation of the arc sections along the lateral surface of the insulating
Дополнительное увеличение дугогасящей способности может быть достигнуто в случае, если боковая поверхность каждого промежуточного электрода 5 в форме кольца покрыта слоем изоляции, а сами кольца выполнены из резистивного материала, например из нихрома.An additional increase in the arc suppression ability can be achieved if the side surface of each ring-shaped
На фиг.6 показан еще один вариант токоотводящего устройства, аналогичный варианту по фиг.5. Для обеспечения более надежной фиксации места развития перекрытий между выступами 8 промежуточных электродов 5, а также для того, чтобы после образования каналов разряда (отрезков дуги 7) между выступами 8 исключить слияние отдельных отрезков дуги в единый дуговой канал, поверхность изоляционного тела 1 и дополнительные электроды 5 совместно покрыты слоем изоляции 18. На поверхности указанного слоя 18 остаются только выступы 8, между которыми и развивается разряд. Таким образом, по сравнению с вариантом по фиг.5, при несколько увеличенной стоимости (вследствие нанесения дополнительного изоляционного слоя 18), обеспечивается более высокая дугогасящая способность токоотводящего устройства по изобретению.Figure 6 shows another variant of the collector, similar to the embodiment of figure 5. To provide a more reliable fixation of the place of development of the overlap between the
На фиг.7 показан вариант токоотводящего устройства, напоминающий вариант по фиг.5. Однако изоляционное тело 1 и находящийся внутри дополнительный электрод 6 выполнены в данном случае в форме петли (т.е. имеют U-образную форму). При этом длина дополнительного электрода 6 предпочтительно выбрана равной длине изоляционного тела 1, а первый основной электрод 2 выполнен в виде металлической трубки, охватывающей изоляционное тело 1 в его средней части. Второй основной электрод 3 в данном варианте может быть механически соединен с одним или обоими концами изоляционного тела 1 и электрически соединен с дополнительным электродом 6. В зависимости от конкретных условий использования токоотводящего тела, например от требуемого количества промежуточных электродов, они могут быть расположены на одном или на обоих плечах изоляционного тела. Такая конструкция позволяет применить в качестве заготовки для токоотводящего устройства отрезок кабеля, у которого металлическая жила выполняет функцию дополнительного электрода 6, а изоляция кабеля - функцию изоляционного тела 1. За счет этого существенно повышается технологичность изготовления токоотводящего устройства, поскольку производство кабельной продукции хорошо технологически отлажено, причем может быть обеспечено очень высокое качество изоляции.In Fig.7 shows a variant of the collector, resembling the variant of Fig.5. However, the insulating
На фиг.8 показан вариант исполнения токоотводящего устройства, который может быть реализован на ВЛ с защищенными проводами. На опоре 13 из проводящего материала (железобетонной, стальной и т.п.) установлен опорный изолятор 12, к которому при помощи металлического крепежного средства (выполняющего в данном варианте устройства также функции второго основного электрода 3) крепится провод 4, имеющий изоляционный защитный слой. На соответствующем расстоянии от крепления провода устанавливается прокусывающий зажим, действующий в данном варианте как первый основной электрод 2. Изоляционный слой провода 4 выполняет функцию продолговатого изоляционного тела 1, а сам провод 4 - функцию дополнительного электрода 6. На поверхности защищенного провода 4 установлены промежуточные электроды 5.On Fig shows an embodiment of the collector device, which can be implemented on overhead lines with protected wires. A
Согласно одному из возможных вариантов промежуточные электроды 5 могут быть предварительно закреплены на ленте из изоляционного материала, которая затем фиксируется на проводе (например, путем навивки на него) между первым основным электродом 2 и вторым основным электродом 3. В этом случае совокупность промежуточных электродов 5 располагается по спирали, аналогично тому, как это показано на фиг.3. При воздействии перенапряжения на провод 4 сначала перекрывается изолятор 12, и крепежное средство (второй основной электрод 3) оказывается под потенциалом земли, т.е. под нулевым потенциалом. Провод 4 и, соответственно, прокусывающий зажим находятся под потенциалом перенапряжения. Таким образом, между вторым основным электродом 3 и прокусывающим зажимом (первым основным электродом 2) возникает перенапряжение, под действием которого последовательно перекрываются все промежутки между основными электродами 2, 3 и промежуточными электродами 5.According to one of the possible options, the
На фиг.9 показан вариант исполнения токоотводящего устройства на основе изоляционной обвязки 17, посредством которой защищенный провод ВЛ электропередачи крепится к изолятору 12, установленному на опоре 13. По меньшей мере, на одном из плеч обвязки 17 установлены промежуточные электроды 5, выполненные в виде металлических колец, причем кольцо, ближайшее к изолятору 12, выполняет функции второго основного электрода 3. Конец обвязки 17 крепится к прокусывающему зажиму, т.е. к первому основному электроду 2. Как и в предыдущем варианте, изоляционный слой провода выполняет функцию продолговатого изоляционного тела 1, а сам провод (проходящий внутри изоляционного слоя) - функцию дополнительного электрода. Аналогично предыдущему варианту, при воздействии перенапряжения сначала развивается канал 7 перекрытия по изолятору 12 между опорой и вторым основным электродом 3, а затем происходит каскадное перекрытие воздушных промежутков между промежуточными электродами 5, установленными на обвязке 17.Fig. 9 shows an embodiment of a down conductor device based on an insulating strapping 17, by means of which a protected overhead power transmission wire is attached to an
На фиг.10 приведены частичные виды ВЛ 10 кВ, для грозозащиты которой использован еще один вариант токоотводящего устройства по изобретению. Токоотводящее устройство в данном варианте выполнено в виде отрезка кабеля, имеющего изоляцию, образующую изоляционное тело 1, и металлическую жилу внутри изоляции, выполняющую функцию дополнительного электрода 6. В средней части отрезка кабеля поверх изоляционного тела 1 установлена металлическая трубка, выполняющая функции второго основного электрода 3, а оконцеватели кабеля выполняют функции первых основных электродов 2. Концы жилы кабеля (т.е дополнительного электрода 6) при помощи зажимов 11 крепятся к проводу 4 ВЛ. Второй основной электрод 3 при помощи скобы 15 и проволоки 16 крепится к изолятору 12, установленному на опоре 13 ВЛ. На опоре 13 укреплен также электрод 14, образующий искровой разрядный промежуток S со вторым основным электродом 3 (для ВЛ 10 кВ S=2 см). На отрезке кабеля установлены металлические кольца, образующие промежуточные электроды 5.Figure 10 shows partial views of a 10 kV overhead line, for which lightning protection is used another version of the collector according to the invention. The down conductor device in this embodiment is made in the form of a piece of cable having insulation forming an insulating
При воздействии перенапряжения на провод 4 ВЛ жила кабеля (т.е. дополнительный электрод 6), подключенная к проводу 4, получает через оконцеватели высокий потенциал. Вследствие сильной емкостной связи между дополнительным электродом 6 и металлической трубкой эта трубка также приобретает высокий потенциал. Опора 13 ВЛ и соединенный с ней электрод 14 имеют нулевой потенциал, т.к. опора 13 заземлена. Между вторым основным электродом 3 (металлической трубкой) и электродом 14 возникает разность потенциалов (высокое напряжение), под действием которой искровой воздушный промежуток S пробивается, так что второй основной электрод 3 приобретает нулевой потенциал (потенциал земли). После этого все перенапряжение оказывается приложенным между жилой кабеля и вторым основным электродом 3. Под действием этого перенапряжения по поверхности кабеля в одну или в обе стороны, в зависимости от величины перенапряжения, развиваются каналы скользящего разряда, последовательно перекрывая промежутки между кольцами, т.е. между промежуточными электродами 5. После прохождения перенапряжения по каналам разряда протекает сопровождающий ток промышленной частоты, который разогревает канал перекрытия и переводит искровой разряд в дугу. Вследствие разбиения дуги с помощью промежуточных кольцевых электродов 5 на отдельные участки (дужки) имеет место охлаждение дужек на холодных металлических кольцах. Благодаря этому токоотводящее устройство с кольцами гасит существенно больший ток, чем токоотводящее устройство без колец. Другими словами, токоотводящее устройство по изобретению при достаточно простой конструкции (и соответственно низкой стоимости) обладает повышенной дугогасящей способностью.When the overvoltage acts on the
Этот вывод подтвержден экспериментальной проверкой. С этой целью были изготовлены и испытаны токоотводящие устройства на класс напряжения 10 кВ как с промежуточными электродами-кольцами, так и без колец. Основные параметры испытанных токоотводящих устройств следующие:This conclusion is confirmed by experimental verification. For this purpose, down conductors were manufactured and tested for a voltage class of 10 kV, both with intermediate ring electrodes and without rings. The main parameters of the tested down conductors are as follows:
- кабель типа ПИГР-8 производства завода "Севкабель" с алюминиевой жилой диаметром 9 мм и полиэтиленовой изоляцией толщиной 4 мм;- a cable of the PIGR-8 type manufactured by the Sevcable plant with an aluminum core of 9 mm diameter and 4 mm thick polyethylene insulation;
- длина одного плеча (от края металлической трубки до края зажима) 800 мм;- the length of one shoulder (from the edge of the metal tube to the edge of the clamp) 800 mm;
- расстояние между кольцами 50 мм.- the distance between the rings is 50 mm.
Испытания показали, что оба испытанные токоотводящие устройства (с кольцами и без колец) защищают изолятор ВЛ от грозовых перекрытий, однако токоотводящее устройство без колец обеспечивает гашение дуги сопровождающего тока при токе до 150 А, а токоотводящее устройство с кольцами - при токе до 600 А. Это означает, что токоотводящее устройство без колец можно ставить в эксплуатацию на ВЛ 10 кВ только в том случае, если сопровождающий ток не превышает 150 А, например если сопротивление заземления опоры больше или равно 40 Ом. В эксплуатации, однако, находится довольно большое количество опор, имеющее сопротивление от 10 до 30 Ом. Такие опоры применяются, например, при прохождении ВЛ по населенной местности. Что касается токоотводящего устройства с кольцами, то его можно ставить на опору с низким сопротивлением заземления, вплоть до 10 Ом, т.е. практически на любую опору. Таким образом, область применения и надежность работы токоотводящего устройства по настоящему изобретению существенно увеличены.Tests have shown that both tested down conductors (with rings and without rings) protect the overhead line insulator from thunderstorms, however, the down current device without rings ensures the extinction of the accompanying current arc at currents up to 150 A, and the collector with rings - at currents up to 600 A. This means that a collector without rings can be put into operation on a 10 kV overhead line only if the accompanying current does not exceed 150 A, for example, if the support grounding resistance is greater than or equal to 40 Ohms. In operation, however, there is a fairly large number of supports having a resistance of 10 to 30 ohms. Such supports are used, for example, when passing overhead lines in a populated area. As for the collector with rings, it can be placed on a support with a low ground resistance, up to 10 Ohms, i.e. almost any support. Thus, the scope and reliability of the collector of the present invention is significantly increased.
Экспериментальные исследования и проведенные расчеты показали также, что диаметры изоляционного тела и дополнительного электрода предпочтительно выбирать соответственно в интервалах 8-60 мм и 3-50 мм. Расстояние между основными электродами, например, для ВЛ 10 кВ целесообразно выбирать в пределах 600-1000 мм. При этом приемлемое разрядное расстояние между соседними промежуточными электродами лежит в диапазоне 1-100 мм, а предпочтительный интервал для этого расстояния составляет 1-80 мм. Таким образом, общее количество промежуточных электродов реально может составить от 8 до 1000. Естественно, что применительно к другим классам напряжения и иным конкретным задачам грозозащиты (например, применительно к защите от индуктированных напряжений или от прямого удара молнии) должны подбираться такие (вероятно, иные) параметры устройства, которые являются оптимальными именно для конкретной решаемой задачи. При этом чем больше используется промежуточных электродов, тем лучше осуществляется гашение дуги. Вместе с тем, с увеличением числа промежуточных электродов при неизменной суммарной длине разрядных промежутков возрастают габариты и стоимость токоотводящего устройства. Оптимальная конструкция токоотводящего устройства, применительно к конкретной задаче должна, следовательно, решаться на основе учета заданных исходных параметров: типа защищаемых конструкций или оборудования, класса напряжения, уровня защиты оборудования и т.п.Experimental studies and calculations also showed that the diameters of the insulating body and the additional electrode are preferably selected in the ranges of 8-60 mm and 3-50 mm, respectively. The distance between the main electrodes, for example, for a 10 kV overhead line, it is advisable to choose between 600-1000 mm. An acceptable discharge distance between adjacent intermediate electrodes is in the range of 1-100 mm, and a preferred interval for this distance is 1-80 mm. Thus, the total number of intermediate electrodes can actually be from 8 to 1000. Naturally, in relation to other voltage classes and other specific tasks of lightning protection (for example, in relation to protection against inducted voltages or from direct lightning strikes), such (probably, other ) device parameters that are optimal specifically for the particular problem being solved. Moreover, the more intermediate electrodes are used, the better arc extinction is. However, with an increase in the number of intermediate electrodes with a constant total length of the discharge gaps, the dimensions and cost of the collector device increase. The optimal design of the collector, as applied to a specific task, should therefore be decided on the basis of the given initial parameters: the type of structures or equipment to be protected, voltage class, equipment protection level, etc.
Рассмотренные в данном описании варианты и модификации выполнения токоотводящего устройства по изобретению и линии электропередачи, построенной с использованием таких устройств, приведены лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой изобретения.The variants and modifications of the execution of the collector device according to the invention and the power line constructed using such devices described in this description are presented only to explain their design and operating principles. Specialists in the art should understand that there may be deviations from the above examples, which are also covered by the claims.
Claims (25)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105990/09A RU2299508C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device |
RU2005105990/07K RU2537037C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-collecting device for lightning protection of electrical equipment, and overhead transmission line equipped with such device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105990/09A RU2299508C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005105990A RU2005105990A (en) | 2006-08-10 |
RU2299508C2 true RU2299508C2 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=37059375
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005105990/07K RU2537037C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-collecting device for lightning protection of electrical equipment, and overhead transmission line equipped with such device |
RU2005105990/09A RU2299508C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005105990/07K RU2537037C2 (en) | 2005-03-04 | 2005-03-04 | Current-collecting device for lightning protection of electrical equipment, and overhead transmission line equipped with such device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (2) | RU2537037C2 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009120114A1 (en) | 2008-03-27 | 2009-10-01 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator |
WO2010082861A1 (en) | 2009-01-19 | 2010-07-22 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester |
RU2457592C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharger, hv insulator with discharger and hv aerial power line using such insulator |
EA017328B1 (en) * | 2012-03-05 | 2012-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Apparatus for lightning protection with spring-type electrodes and a power transmission line provided with such an apparatus |
RU2470430C1 (en) * | 2011-08-10 | 2012-12-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Multi-chamber discharger, high-voltage insulator with multichamber discharger and high-voltage power transmission line using such insulator |
RU2521771C1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" | Insulator-arrestor and power transmission line using this insulator |
WO2015167360A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Multi-electrode discharging screen |
WO2015167359A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharging screen |
RU2584690C2 (en) * | 2014-05-05 | 2016-05-20 | Александр Викторович Левашов | Arrester protecting high voltage power transmission lines against lightning overvoltage |
EA023737B1 (en) * | 2013-04-22 | 2016-07-29 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharger with spacer, insulator-arrester and power transmission line |
EA025064B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Apparatus for lightning protection and electric power line provided with such an apparatus |
EA025065B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Method for manufacturing discharge element for lightning protector |
RU226620U1 (en) * | 2024-03-22 | 2024-06-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Динамикс ГРУПП" | DEVICE FOR PROTECTING OVERHEAD POWER LINES FROM ATMOSPHERIC OVERVOLTAGE |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5595284A (en) * | 1979-01-11 | 1980-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | Arrester for transmission line |
US4445161A (en) * | 1982-06-07 | 1984-04-24 | The Boeing Company | Ionization-type lightning diverter strip structures |
WO1984003594A1 (en) * | 1983-03-03 | 1984-09-13 | Schaff Jean Paul | Device for protecting overhead electroconducting lines against lightning |
US4506311A (en) * | 1983-09-22 | 1985-03-19 | Dayton-Granger, Inc. | Lightning diverter strip with diamond-shaped conducting segments |
US4796153A (en) * | 1987-06-01 | 1989-01-03 | Lightning Diversion Systems | Lightning diversion strips for aircraft |
RU2172036C1 (en) * | 2000-08-18 | 2001-08-10 | Алексеева Елена Николаевна | Surge protective gear |
RU2183037C2 (en) * | 2000-09-05 | 2002-05-27 | Пикман Яков Маркович | Surge voltage limiter |
-
2005
- 2005-03-04 RU RU2005105990/07K patent/RU2537037C2/en active
- 2005-03-04 RU RU2005105990/09A patent/RU2299508C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2276039A1 (en) * | 2008-03-27 | 2011-01-19 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo "NPO "Streamer" | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator |
WO2009120114A1 (en) | 2008-03-27 | 2009-10-01 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator |
EP2276039A4 (en) * | 2008-03-27 | 2014-12-10 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Npo Streamer | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator |
WO2010082861A1 (en) | 2009-01-19 | 2010-07-22 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester |
EA019191B1 (en) * | 2009-01-19 | 2014-01-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester |
AU2009337203B2 (en) * | 2009-01-19 | 2014-01-30 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Npo "Streamer" | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester |
US8743524B2 (en) | 2009-01-19 | 2014-06-03 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo “NPO Streamer” | Lightning arrester and a power transmission line provided with such an arrester |
RU2457592C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharger, hv insulator with discharger and hv aerial power line using such insulator |
RU2470430C1 (en) * | 2011-08-10 | 2012-12-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Multi-chamber discharger, high-voltage insulator with multichamber discharger and high-voltage power transmission line using such insulator |
CN103311809B (en) * | 2012-03-05 | 2017-03-01 | 斯特里莫Npo股份公司 | The lightning protection device with spring type electrode and the power circuit being provided with this device |
EA017328B1 (en) * | 2012-03-05 | 2012-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Apparatus for lightning protection with spring-type electrodes and a power transmission line provided with such an apparatus |
CN103311809A (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-18 | 斯特里莫Npo股份公司 | apparatus for lightning protection with spring-type electrodes and a power transmission line provided with such an apparatus |
RU2521771C1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-07-10 | Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" | Insulator-arrestor and power transmission line using this insulator |
EA023737B1 (en) * | 2013-04-22 | 2016-07-29 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharger with spacer, insulator-arrester and power transmission line |
EA025064B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Apparatus for lightning protection and electric power line provided with such an apparatus |
EA025065B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Method for manufacturing discharge element for lightning protector |
WO2015167359A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharging screen |
CN105409074A (en) * | 2014-04-30 | 2016-03-16 | 西美雷电气公司 | Discharging screen |
EA025205B1 (en) * | 2014-04-30 | 2016-11-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Multi-electrode discharging screen |
EA025237B1 (en) * | 2014-04-30 | 2016-12-30 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Discharging screen |
WO2015167360A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример" | Multi-electrode discharging screen |
RU2584690C2 (en) * | 2014-05-05 | 2016-05-20 | Александр Викторович Левашов | Arrester protecting high voltage power transmission lines against lightning overvoltage |
RU226620U1 (en) * | 2024-03-22 | 2024-06-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Динамикс ГРУПП" | DEVICE FOR PROTECTING OVERHEAD POWER LINES FROM ATMOSPHERIC OVERVOLTAGE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005105990A (en) | 2006-08-10 |
RU2537037C2 (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101343188B1 (en) | Lightning arrester and a power transmission line provided with such an arrester | |
RU2346368C1 (en) | Lightning protector and power transmission line equipped therewith | |
US6108187A (en) | Electric power transmission line with protection devices against lightning overvoltages | |
KR960000924B1 (en) | Earth line and carrier system | |
RU2299508C2 (en) | Current-carrying device for lightning protection of electrical equipment and power transmission lines equipped with such device | |
WO2009120114A1 (en) | High-voltage insulator and a high-voltage electric power line using said insulator | |
US5903427A (en) | Arc containing device | |
US6717790B1 (en) | Creeping discharge lightning protection device | |
RU2096882C1 (en) | Power transmission line with pulse lightning arrester | |
RU95119890A (en) | ELECTRIC TRANSMISSION LINE WITH PULSE THUNDER DISCHARGE | |
RU171093U1 (en) | ROOF MULTI-CAMERA DISCHARGE | |
US2288428A (en) | Device for protecting electrical apparatus from voltage surges | |
RU50055U1 (en) | CURRENT CONDUCTOR FOR ELECTRICAL PROTECTION OF ELECTRICAL EQUIPMENT AND ELECTRIC TRANSMISSION LINE SUPPLIED WITH SUCH DEVICE | |
RU2510651C1 (en) | Arrester with guide strips for protection of electric equipment from overvoltage at lightning and insulator of power line equipped with such arrester | |
JP7222079B2 (en) | Lightning arrester with external gap | |
RU171056U1 (en) | LOOP MULTI-ELECTRODE DISCHARGE | |
RU2666358C2 (en) | Power transmission line with ground wire, protected by discharger | |
RU2661932C1 (en) | Insulation arrester | |
RU2146847C1 (en) | Pulse-operated air-gap lightning arrester | |
RU173089U1 (en) | LONG SPARK DISCHARGE | |
RU2121741C1 (en) | Surge gap spark lightning arrester for electric power line | |
RU197315U1 (en) | MULTI-CAMERA DISCHARGE WITH RIBS | |
RU2783384C2 (en) | Discharger with multi-chamber washers | |
RU2149488C1 (en) | Lightning surge protective device for overhead power transmission lines | |
RU141376U1 (en) | DEVICE FOR THREAD PROTECTION OF CURRENT CONDUCTING STRUCTURES (OPTIONS) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070305 |
|
RZ4A | Other changes in the information about an invention | ||
MF4A | Cancelling an invention patent |