Устройство для защиты от перенапряжений

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты изоляции электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Изобретение позволяет увеличить надежность устройств и повысить его взрывобезопасность. Устройство содержит по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе, расположенном в наружной полимерной оболочке. Изоляционный каркас содержит по меньшей мере три продольных ребра жесткости, соединенных перемычками, образующими на боковой поверхности каркаса окна, при этом каркас снабжен эластичной оболочкой. Каркас в поперечном сечении образует многоугольник. Продольные ребра жесткости выполнены из стеклопластика и в поперечном сечении имеют форму круга. Перемычки выполнены, например, из стеклопластиковых волокон. Окна каркаса имеют форму, например, прямоугольника. Эластичная оболочка выполнена, например, из кремнийорганической резины. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение для защиты от перенапряжений относится к электротехнике и предназначено для защиты изоляции электрооборудования высокого напряжения станций и подстанций переменного и постоянного тока от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Известно устройство для защиты от перенапряжений [1]. Оно содержит герметичную оболочку на базе обмотки из стеклянных волокон, пропитанных смолой, предназначенную для аппаратуры, способной выдерживать значительные термические нагрузки и внутреннее избыточное давление. Обмотка плотно прилегает к внешней поверхности аппаратуры. Эта внешняя поверхность, покрытая обмоткой, имеет участки, не покрытые волокнами, образующие ячейки, заполненные смолой. Площадь не покрытой волокнами поверхности составляет по крайней мере 15%.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую механическую прочность несущего корпуса.

Известно устройство для защиты от перенапряжений [2], принятое за прототип. Оно содержит блок варисторных элементов, размещенный между двумя концевыми электродами в удлиненном изоляционном корпусе из полимера, например каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера. Для механического упрочнения устройства трубка из волокнита размещена между блоком и полимерным корпусом. Трубка изготовлена методом профильной вытяжки в процессе получения одноориентированного волокнистого пластика, при этом волокна армирования вытянуты в осевом направлении трубки, что обеспечивает ее более высокую прочность на растяжение при относительно низкой прочности в радиальном направлении.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую взрывобезопасность. В процессе работы устройство подвергается действию чрезмерно высокого переходного перенапряжения такого, которое возникает, например, при действии молнии или перенапряжения промышленной частоты. Иногда переходные условия могут вызвать некоторые повреждения одного или нескольких варисторных элементов. Достаточно серьезное повреждение может вызвать возникновение электрической дуги внутри корпуса устройства, что приводит к экстремальному нагреву и выделению газа, поскольку внутренние компоненты, находящиеся в контакте с дугой, испаряются. Это выделение газа приводит к быстрому повышению давления внутри устройства, а нахождение устройства в таких условиях может приводить к взрывному разбросу деталей и их осколков во всех направлениях. Такие повреждения представляют угрозу для персонала и оборудования, находящихся поблизости.

Изобретение решает задачу увеличения надежности устройства и повышения его взрывобезопасности.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе, расположенном в наружной полимерной оболочке с ребрами, новым является то, что изоляционный каркас содержит по меньшей мере три продольные ребра жесткости, соединенные перемычками, образующими на боковой поверхности каркаса окна, при этом каркас снабжен эластичной оболочкой.

Упомянутый каркас в поперечном сечении может образовать многоугольник.

Упомянутые продольные ребра жесткости могут быть выполнены из стеклопластика и в поперечном сечении иметь форму, например, круга.

Упомянутые перемычки могут быть выполнены, например, из стеклопластиковых волокон.

Упомянутые окна каркаса могут иметь форму, например, прямоугольника.

Упомянутая эластичная оболочка может быть выполнена, например, из кремнийорганической резины.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Известные устройства для защиты от перенапряжений в переходных условиях, в результате повреждения одного или нескольких варисторных элементов, могут выходить из строя со взрывным разбросом их деталей и осколков этих деталей Частично это связано с тем фактом, что в случае, если внутренние детали в этих устройствах выходят из строя, возникающая электрическая дуга приводит к испарению этих деталей и выделению газа с такой скоростью, что он не может быть достаточно быстро отведен, чтобы предотвратить разрыв корпуса устройства. В соответствии с этим существует необходимость создания устройства, которое при повреждении будет разрушаться без возникновения осколков. Такое устройство должно исключать возможность катастрофических повреждений посредством отведения дуги, которая является причиной повреждения, вне внутренних деталей, таким образом предупреждая возникновение дополнительного давления.

Эту задачу решает предлагаемое новое устройство для защиты от перенапряжений, которое способно перемещать электрическую дугу вне устройства и шунтировать ток в обход вышедших из строя внутренних деталей. Для этого в стенке каркаса выполнены окна, образованные продольными ребрами жесткости и перемычками и закрытые эластичной оболочкой. Эти окна обеспечивают отведение ионизированного газа от колонки варисторов. Наличие в предложенной конструкции изоляционного каркаса с продольными ребрами жесткости, соединенными перемычками, образующими окна, заполненные эластичной оболочкой, позволяет, во-первых, обеспечить механическую прочность и жесткость несущего корпуса, во-вторых, обеспечить необходимый теплоотвод от колонки варисторов в окружающую среду, что увеличивает надежность устройства и повышает его взрывобезопасность.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит наружную полимерную оболочку с ребрами 1, например, из кремнийорганической резины, размещенный в ней изоляционный каркас 2. В каркасе 2 расположена колонка варисторов 3 между верхней 4 и нижней 5 крышками с концевыми электродами. Устройство снабжено фланцами 6. Каркас 2 содержит продольные ребра жесткости 7. В данном конкретном случае ребра 7 представляют собой стеклопластиковые цилиндрические стержни. Ребра 7 соединены поперечными перемычками 8, в конкретном случае выполненными из стеклопластиковых нитей. Между перемычками 8 и ребрами 7 на боковой поверхности каркаса 2 образованы окна 9, которые заполнены эластичной оболочкой 10, например, из кремнийорганической резины. Свободное пространство между каркасом 2 и колонкой варисторов 3 и наружной оболочкой 1 заполнено наполнителем 11, например, из низкомолекулярной резины.

Сборку устройства осуществляют следующим образом.

На технологическом сердечнике размещают и закрепляют продольные ребра 7. Затем на ребра 7 наматывают перемычки 8 из стекловолокна, пропитанного смолой. Сборку подвергают термообработке. Полученный в результате каркас 2 вставляют в технологическую оправку, в которую заливают сырую кремнийорганическую резину, и всю сборку подвергают термообработке, в результате чего формируется эластичная оболочка 10, заполняющая окна 9 каркаса 2 и все свободное пространство между элементами каркаса 2. На полученную заготовку надевают наружную полимерную оболочку с ребрами 1. Затем собирают и центрируют колонку варисторов 3, размещают ее в каркасе 2. Свободное пространство между каркасом 2 и колонкой варисторов 3 и наружной оболочкой 1 заполняют наполнителем 11, например, низкомолекулярной резиной, затем с торцов закрывают крышками 4 и 5 с фланцами.

Устройство для защиты от перенапряжений, работает следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При повышении напряжения в сети сопротивление варисторов 3 уменьшается до уровня, при котором напряжение на варисторах достигает напряжения срабатывания этих элементов, при этом их полное сопротивление резко уменьшается и варисторы 3 становятся высокопроводящими. В этом режиме высокой проводимости варисторы 3 обеспечивают отвод результирующего переходного тока на землю. После того, как переходное перенапряжение и результирующий ток уменьшаются, полное сопротивление варисторов 3 увеличивается, возвращая устройство и энергосистему, в их нормальное, установившееся состояние. Соответственно, если устройство подвергается действию чрезмерно высокого переходного перенапряжения, такого, которое возникает, например, при прямом попадании молнии, переходные условия могут вызвать повреждения одного или нескольких варисторов 3. Достаточно серьезное повреждение приводит к возникновению электрической дуги внутри каркаса 2, что вызывает экстремальный нагрев и выделение газа, поскольку внутренние компоненты, находящиеся в контакте с дугой, испаряются. Под действием высокой температуры оболочка 10 в окнах 9, имеющая значительно меньшую механическую прочность, чем каркас 2, быстро прорывается, освобождая окна 9 для отвода ионизированного газа.

Предложенная конструкция позволяет отводить ионизированные газы, возникающие из-за внутренней электрической дуги, через окна в стенке каркаса, причем ионизированные газы формируют альтернативный путь малого полного сопротивления для дуги, который таким образом шунтирует поврежденные внутренние компоненты, предотвращая возникновение дополнительного внутреннего давления, которое может в противном случае привести к катастрофическому повреждению устройства.

Литература 1. Франция, A1 2646957, H 01 C 7/12, 12.05.89 г.

2. PCT, 93/07630, H 01 C 7/12, 15.04.93 г., прототип.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее по меньшей мере одну колонку варисторов, размещенную между двумя концевыми электродами в изоляционном каркасе, расположенном в наружной полимерной оболочке с ребрами, отличающееся тем, что изоляционный каркас содержит по меньшей мере три продольные ребра жесткости, соединенных перемычками, образующими на боковой поверхности каркаса окна, при этом каркас снабжен эластичной оболочкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас в поперечном сечении образует многоугольник.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продольные ребра жесткости выполнены из стеклопластика и в поперечном сечении имеют форму, например, круга.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемычки выполнены, например, из стеклянных волокон.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что окна каркаса имеют форму, например, прямоугольника.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная оболочка выполнена, например, из кремнийорганической резины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3