Устройство определения пробоя и/или перекрытия изолятора
Настоящее изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, применяемым на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) или другом электрооборудовании для индикации перекрытия и/или пробоя изоляторов. Устройство относится к устройству определения пробоя или перекрытия изолятора, имеющему разрушаемый элемент и сигнальный элемент. Разрушаемый элемент состоит из корпуса, снабженного электродами, в котором размещен взрывной заряд. Один из электродов содержит разъединяемый крепежный элемент, к которому прикреплен сигнальный элемент. Технический результат - обеспечение простой сборки устройства, а также его ремонта и замены разрушаемого элемента. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам, применяемым на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) или другом электрооборудовании для индикации перекрытия и/или пробоя изоляторов.
Уровень техники
Одной из проблем, возникающей при эксплуатации линий электропередачи является обнаружение пробитого или перекрытого изолятора. При электрическом пробое изолятора он выходит из строя вследствие разрушения внутренней изоляции электрическим разрядом и не может дальше выполнять свою функцию, после чего автоматика отключает линию электропередачи от подачи напряжения до замены пробитого изолятора на новый. Перекрытие изоляторов по воздуху может возникать из-за различных причин, таких как, грозовой разряд, загрязнение изоляции, взаимодействие с птицами и т.д. При перекрытии изолятор чаще всего остается работоспособным, однако, электрический разряд может нанести ущерб изолятору, вследствие которого изолятор может в дальнейшем пробиться.
Из патента RU2609823 известно оптическое устройство определения пробоя изолятора, отображающее состояние изоляции гирлянды изоляторов на линии электропередачи. Принцип действия устройства состоит в том, что он подключается параллельно изолятору или гирлянде изоляторов. В том случае, когда изоляция изоляторов имеет требуемую высокую величину, то к оптическому устройству оказывается приложено напряжение в линии электропередачи и он излучает видимый свет.
Однако, когда изоляция изоляторов нарушена и имеет низкую величину, к устройству приложено значительно меньшее напряжение и он излучает значительно меньше видимого света или не излучает его вообще. Таким образом, по отсутствию видимого излучения из оптического устройства или по его слабой светимости возможно определить повреждение изолятора или пробой изолятора.
Такое оптическое устройство имеет несколько недостатков. Во-первых, для обеспечения работоспособности необходимо подключать такое устройство параллельно изолятору. Так как устройство состоит из проводящих и полупроводящих материалов, образующих проводящую ветвь контура, оно само может стать местом развития перекрытия изолятора.
Во-вторых, падение напряжения на участках изолятора может быть связано не с дефектом изолятора, а с утечками тока по поверхности изолятора в результате его загрязнения или увлажнения, что является нормальным рабочим режимом для изолятора.
В-третьих, интенсивность излучения оптического устройства, субъективно определяемая наблюдателем, будет восприниматься различной в зависимости от интенсивности освещенности окружающего пространства - неба или облаков. Так, например, в яркую солнечную погоду можно не увидеть свечения даже сильно светящегося устройства, а ночью даже слабо светящееся устройство будет хорошо видно, поэтому, определение неисправности изолятора по интенсивности свечения устройства может быть субъективным и неоднозначным.
В-четвертых, описанное оптическое устройство имеет ограниченный срок эксплуатации в связи с тем, что элемент, излучающий видимый свет, имеет конечное количество часов работы. Это означает, что для того, чтобы иметь информацию о состоянии изоляции изоляторов, необходима периодическая замена таких оптических устройств или излучательных элементов в них.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства определения пробоя и/или перекрытия изолятора линии электропередачи, у которого устранены вышеуказанные недостатки.
Задача изобретения решается с помощью устройства определения пробоя и/или перекрытия изолятора, имеющего разрушаемый элемент и сигнальный элемент. Разрушаемый элемент состоит из корпуса, снабженного электродами, и взрывного заряда, размещенного в корпусе. Один из электродов содержит разъединяемый крепежный элемент, к которому прикреплен сигнальный элемент.
Крепежный элемент может быть выполнен в виде стержня для закрепления на нем сигнального элемента, а сигнальный элемент может иметь отверстие или углубление, в которое может быть вставлен стержень. Стержень может быть снабжен резьбой, а ответной резьбой может быть снабжено отверстие или углубление в сигнальном элементе или гайка. В другом варианте крепежный элемент может быть выполнен в виде углубления или отверстия в корпусе или электроде, которое может быть снабжено резьбой, а ответной резьбой может быть снабжен стержень, входящий в состав сигнального элемента или болт или винт. Кроме того, крепежный элемент может быть выполнен в виде защелки.
Другой электрод, отличающийся от того электрода, к которому прикреплен сигнальный элемент, также может содержать крепежный элемент, с помощью которого устройство прикрепляется к изолятору или к элементу крепления (который может представлять собой кронштейн), который в свою очередь прикрепляется к изолятору (например, оконцевателю) или другому элементу электроустановки, электрически соединенному с изолятором. Крепежный элемент может быть выполнен в виде стержня для закрепления разрушаемого элемента на изоляторе или другом элементе электроустановки, электрически соединенным с изолятором, или элементе крепления (кронштейне), а изолятор или другой элемент электроустановки или элемент крепления (кронштейн) могут иметь отверстие, в которое может быть вставлен стержень. Стержень может быть снабжен резьбой, а ответной резьбой может быть снабжено отверстие в изоляторе или другом элементе электроустановки или кронштейне или гайка. В другом варианте крепежный элемент может быть выполнен в виде углубления или отверстия в корпусе или электроде, которое может быть снабжено резьбой, а ответной резьбой может быть снабжен стержень, входящий в состав объекта, к которому прикрепляется разрушаемый элемент (то есть изолятор или элемент крепления, например, кронштейн), или болт или винт. Кроме того, крепежный элемент может быть выполнен в виде защелки.
Сигнальный элемент предпочтительно имеет размеры больше, чем размер корпуса разрушаемого элемента. В данном случае речь преимущественно идет о поперечных размерах, например, диаметре или ширине. В то же время могут сравниваться и другие размеры. Размер сигнального элемента может быть и меньше размера корпуса разрушаемого элемента, а его заметность может обеспечиваться его цветовыми, отражательными или излучательными свойствами, которые могут использоваться и в том варианте, когда размеры сигнального элемента больше размеров корпуса. В частном варианте реализации сигнальный элемент может иметь плоскую форму. Кроме того, размеры сигнального элемента могут составлять величину от 40 до 1000 мм или от 40 до 400 мм или от 60 до 300 мм или от 80 до 250 мм.
Взрывной заряд содержит взрывчатое вещество некоторой массы или объема, которое может находиться в газообразном, жидком, текучем, твердом или другом возможном состоянии. В предпочтительном варианте взрывной заряд содержит порох или другую взрывчатку. Взрывчатое вещество может быть заключено в корпус для взрывного заряда. Например, это может быть патрон, в том числе строительный монтажный патрон или пиропатрон, у которого в металлическом корпусе (гильзе) расположен порох. В свою очередь патрон располагается в корпусе разрушаемого элемента.
В корпусе разрушаемого элемента может быть расположен элемент инициации взрыва. Он может включать в себя цепь, подающую электрический импульс на взрывной заряд. Кроме того, элемент инициации взрыва может включать в себя чувствительное к внешним воздействиям взрывчатое вещество, например, в виде капсюля патрона. Внешним воздействием может быть электрический, магнитный или механический импульс, или тепловое воздействие. В некоторых вариантах в корпусе может быть предусмотрен искровой промежуток, расположенный около взрывного заряда или элемента инициации взрыва (например, капсюля патрона).
Помимо механических соединений между элементами устройства также предусмотрены и электрические соединения некоторых элементов. В частности, электрически могут соединяться взрывной заряд или патрон, в котором он размещен с одним или обоими электродами разрушаемого элемента. Кроме того, электрически могут соединяться элемент инициации взрыва с одним или обоими электродами разрушаемого элемента. Также могут быть предусмотрены электрические соединения элемента инициации взрыва с взрывным зарядом. Электрические соединения могут осуществляться прижатием, пайкой, сваркой, скручиванием, зажимом или привинчиванием элементов или посредством соединяющих их проводников. Кроме того, электрические соединения могут содержать искровые промежутки. Электроды разрушаемого элемента также могут быть электрически соединены между собой резистором и/или варистором и/или проволокой и/или диодом.
Корпус разрушаемого элемента выполнен с использованием диэлектрика, например, твердого или эластичного. Кроме того, при изготовлении могут использоваться металлические материалы и элементы. Электроды могут быть закреплены в корпусе при изготовлении корпуса или после изготовления, например, приклеиванием, ввинчиванием, прессованием или другими известными способами.
В одном варианте устройство может содержать в своем составе элемент крепления, выполненный с возможностью установки на изоляторе и/или элементе электроустановки, на котором или около которого установлен изолятор, например, в виде кронштейна. Разрушаемый элемент может быть соединен с элементом крепления таким же образом, как и с сигнальным элементом. Эти соединения предпочтительно являются механическими, однако могут быть и электрическими.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности определения пробоя изолятора и его перекрытия с помощью устройства, которое обеспечивает простой ремонт, замену и сборку устройства вследствие того, что сигнальный элемент может быть легко отсоединен от разрушенного разрушаемого элемента и прикреплен к новому разрушаемому элементу благодаря разъединяемому крепежному элементу. Предложенное устройство имеет длительный срок службы и не требует обеспечения электрического питания для слаботочных элементов и разрушаемого элемента. Все указанные технические результаты, в том числе дополнительные, достигаются в соответствии с настоящей полезной моделью одновременно и неразрывно друг от друга.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 показан устройство в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 3 показан устройство в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 4 показан устройство в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Далее изобретение описывается со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых изображены отдельные варианты реализации изобретения. Последующее описание и чертежи не предназначены для ограничения объема охраны, который определяется формулой изобретения, а даны с целью упрощения понимания сущности изобретения и возможных вариантов его осуществления, которые не исчерпываются представленными на фигурах и в описании. Изобретение далее описано по отношению к подвесному полимерному изолятору, но не ограничивается этим видом и может быть использовано по отношению к любым изоляторам (в т.ч. опорным, неполимерным и т.п.), где оно может быть применено.
Одинаковые числовые обозначения позиций на фигурах относятся к элементам, имеющим одинаковое функциональное назначение. В случае описания какого-либо элемента по отношению к одной или нескольким фигурам это описание распространяется и на аналогичные элементы (т.е. элементы с теми же номерами позицией) на других фигурах, если не сказано обратное или если частичные различия при сохранении основного функционального назначения не вытекают из конструкции или назначения элемента в соответствии с фигурой и/или описанием.
Описание изобретение дано для устройства в ориентации, показанной на фигуре, в соответствии с которой сигнальный элемент расположен внизу, а разрушаемый элемент наверху. Однако такое расположение не ограничивает объем охраны изобретения и дано лишь в целях упрощения пояснения. В общем случае, определяемом формулой изобретения, ориентация устройства не является однозначно заданной и может меняться. В соответствии с изменением ориентации устройства изменяется и расположение его частей относительно верха, низа и различных сторон.
На фигурах указаны следующие элементы: 1 – кронштейн; 2 - сигнальный элемент; 3 - корпус разрушаемого элемента; 4 - дугоприемный элемент; 5 - полость внутри разрушаемого элемента, в которой происходит разряд; 6 - токопроводящий элемент с высоким сопротивлением (проволока, резистор, диод); 7 - верхний электрод (электрический контакт); 8 – патрон с взрывчатым веществом; 9 - нижний электрод (электрический контакт); 10 - хомут кронштейна; 11 - изоляционный элемент изолятора; 12 - оконцеватель изолятора; 13 - варистор.
Как показано на фиг. 1-4, предлагаемое в соответствии с настоящим описанием изобретение в одном из основных вариантов реализации представляет собой устройство определения пробоя и/или перекрытия изолятора, имеющее разрушаемый элемент и сигнальный элемент 2. Разрушаемый элемент предназначен для отделения сигнального элемента от изолятора или элемента крепления (например, кронштейна 1), посредством которого разрушаемый элемент с сигнальным элементом 2 прикреплены к изолятору (в частности, к его оконцевателю 12 с использованием хомута 10 кронштейна 1) или другому элементу электроустановки, электрически соединенному с изолятором. Сигнальный элемент предназначен для индикации состояния изолятора: работает ли изолятор штатным образом (когда сигнальный элемент прикреплен к разрушаемому элементу), или является пробитым или перекрытым (когда разрушаемый элемент разрушился и сигнальный элемент упал вниз).
Разрушаемый элемент состоит из корпуса 3, снабженного электродами 7 и 9, в котором (в частности, внутри которого) размещен взрывной заряд в виде патрона 8, который в некоторых показанных вариантах соединен с одним из электродов, в частности, с нижним (фиг. 1,2,4), а в одном из вариантов, показанных на фиг. 3, не имеет контакта с электродами 7 и 9. Наличие взрывного заряда обеспечивает разрушение разрушаемого элемента при прохождении через разрушаемый элемент тока короткого замыкания, протекающего через дуговой разряд, образующийся в случае пробоя изолятора или его перекрытия.
Ток короткого замыкания пробитого изолятора может попасть на устройство благодаря дугоприемному элементу 4, который образует разрядный промежуток между устройством и треком пробитого изолятора. Этот же дугоприемный элемент 4 может использоваться для приема тока от дуги при перекрытии изолятора. В частных вариантах дугопремный элемент может иметь соединение с изоляционным элементом 11 изолятора, например, с помощью проволоки или специального токопроводящего соединительного элемента, что упрощает попадание тока с пробитого изолятора в устройство.
При протекании тока короткого замыкания при пробое или перекрытии изолятора в результате электрического, магнитного, искрового, механического или теплового воздействия взрывной заряд самостоятельно или с помощью элемента инициации взрыва взрывается и разрушаемый элемент разрушается, после чего сигнальный элемент, прикрепленный к одному из электродов разрушаемого элемента, падает вниз и по отсутствию сигнального элемента возможно определить то, что изолятор пробит и/или перекрыт.
Один из электродов, в частности, нижний электрод 9, содержит разъединяемый крепежный элемент в виде стержня с резьбой, к которому прикреплен сигнальный элемент 2 с помощью гайки 4, накрученной на стержень, пропущенный через отверстие в сигнальном элементе. Гайка 4, закрепляющая сигнальный элемент 2 на стержне, являющимся частью электрода 9, одновременно представляет собой дугоприемный элемент 4.
С помощью такого крепежного элемента сигнальный элемент может быть легко присоединен к разрушаемому элементу, формируя тем самым при его сборке устройство определения пробоя и/или перекрытия изолятора. Наличие такого крепежного элемента также обеспечивает простой ремонт и замену разрушаемого элемента благодаря тому, что сигнальный элемент может быть легко отсоединен от разрушенного разрушаемого элемента и прикреплен к новому разрушаемому элементу с помощью этого разъединяемого крепежного элемента. Кроме того, такая конструкция обеспечивает простоту и технологичность изготовления устройства, поскольку разрушаемый элемент может быть самостоятельным изделием, выпускаемым серийно на различных предприятиях. Также, такая конструкция позволяет просто менять размер, форму, цвет сигнального элемента, в зависимости от назначения устройства и требований потребителя, не меняя других элементов устройства.
Крепежный элемент также может быть выполнен в виде стержня без резьбы, а сигнальный элемент может иметь отверстие или углубление, в которое может быть вставлен стержень. Стержень может удерживаться в отверстии или углублении благодаря посадке с натягом или магниту. Стержень может быть снабжен резьбой, а ответной резьбой может быть снабжено отверстие или углубление в сигнальном элементе или гайке. Дугоприемным элементом может являться как сам стержень, прошедший в отверстие сигнальном элементе, так и металлическая вставка в сигнальном элементе, в углубление которого вставлен и закреплен стержень электрода.
В другом варианте крепежный элемент может быть выполнен в виде углубления или отверстия в корпусе разрушаемого элемента или электроде, в который может вставляться стержень, входящий в состав сигнального элемента или болт или винт, пропускаемые через отверстие в сигнальном элементе. Закрепление может осуществляться благодаря посадке с натягом или магниту или же благодаря резьбовому соединению, для чего отверстие или углубление может быть снабжено резьбой, а ответной резьбой может быть снабжен стержень, входящий в состав сигнального элемента или болт или винт, пропускаемые в отверстие сигнального элемента. В собранном виде головка винта или болта будут представлять собой дугоприемный элемент. В случае использования для закрепления сигнального элемента стержня, являющегося частью сигнального элемента, он может быть металлическим и выходить наружу снизу сигнального элемента и, таким образом, образовывать дугоприемный элемент. Кроме того, крепежный элемент может быть выполнен в виде защелки. Все эти варианты выполнения крепежных элементов обеспечивают более простой ремонт и замену, а также сборку устройства вследствие того, что сигнальный элемент может быть легко отсоединен от разрушенного разрушаемого элемента и прикреплен к новому разрушаемому элементу благодаря таким разъемным крепежным элементам.
Другой электрод 7, отличающийся от того электрода 9, к которому прикреплен сигнальный элемент 2, также может содержать крепежный элемент, с помощью которого устройство может прикрепляться к изолятору или другому элементу электроустановки, который электрически соединен с изолятором, или к элементу крепления, например, кронштейну 1, который в свою очередь прикрепляется (например, с помощью хомута 10) к изолятору (например, оконцевателю 12) или другому элементу электроустановки, который электрически соединен с изолятором. В тех случаях, когда электрод, отличающийся от того электрода, к которому прикреплен сигнальный элемент, не имеет крепежных элементов, крепление устройства может осуществляться за корпус устройства при обеспечении контакта электрода, отличающегося от того электрода, к которому прикреплен сигнальный элемент, с изолятором или элементом электроустановки или элементом крепления, таким как кронштейн, с ними.
Крепежный элемент может быть выполнен в виде стержня для прикрепления корпуса устройства к изолятору или элементу крепления, а изолятор (например, оконцеватель) или другой элемент электроустановки или элемент крепления (например, кронштейн) могут иметь отверстие, в которое может быть вставлен стержень. Закрепление может осуществляться благодаря посадке с натягом или магниту. Однако в предпочтительном варианте стержень может быть снабжен резьбой, а ответной резьбой может быть снабжено отверстие в изоляторе или другом элементе электроустановки или элементе крепления или гайка, навинчиваемая на стержень, пропущенный через отверстие.
В другом варианте крепежный элемент может быть выполнен в виде углубления или отверстия в корпусе или электроде, в которое может вставляться стержень, входящий в состав объекта, к которому крепится разрушаемый элемент, или болт или винт, пропускаемые через отверстие в этом объекте. Закрепление может осуществляться благодаря посадке с натягом или магниту или же благодаря резьбовому соединению, чего отверстие или углубление может быть снабжено резьбой, а ответной резьбой может быть снабжен стержень, входящий в состав объекта, к которому прикрепляется разрушаемый элемент (то есть изолятор или другой элемент электроустановки или элемент крепления), или болт или винт. Кроме того, крепежный элемент может быть выполнен в виде защелки. Все эти варианты выполнения крепежных элементов обеспечивают более простой ремонт и замену, а также сборку и установку устройства вследствие того, что сигнальный элемент может быть легко отсоединен от разрушенного разрушаемого элемента и прикреплен к новому разрушаемому элементу благодаря таким разъединяемым крепежным элементам.
Сигнальный элемент предпочтительно имеет размеры больше, чем размер корпуса разрушаемого элемента для обеспечения повышенной заметности. В данном случае речь преимущественно идет о поперечных размерах, например, диаметре или ширине. В то же время могут сравниваться и другие размеры. Размер сигнального элемента может быть и меньше размера корпуса разрушаемого элемента, а его заметность может обеспечиваться его цветовыми, отражательными или излучательными свойствами, которые могут использоваться и в том варианте, когда размеры сигнального элемента больше размеров корпуса. В показанном варианте реализации сигнальный элемент имеет преимущественно плоскую форму. Кроме того, размеры сигнального элемента могут составлять величину от 40 до 1000 мм или от 40 до 400 мм или от 60 до 300 мм или от 80 до 250 мм.
Взрывной заряд содержит взрывчатое вещество, которое может находиться в газообразном, жидком, текучем, твердом или другом возможном состоянии. В предпочтительном варианте взрывной заряд содержит порох или другую взрывчатку. Взрывчатое вещество может быть заключено в корпус для взрывного заряда. Например, это может быть патрон 8, в том числе пиропатрон или строительный монтажный патрон, у которого в полностью или частично металлическом корпусе (гильзе) расположен порох.
Элемент инициации взрыва может включать в себя цепь, подающую электрический импульс на взрывной заряд. Кроме того, элемент инициации взрыва может включать в себя чувствительное к внешним воздействиям взрывчатое вещество, например, в виде капсюля патрона. Внешним воздействием может быть электрическое, магнитное, искровое, механическое или тепловое воздействие. Такое воздействие может быть длительным (в частности, нагрев, в том числе протекающим током или искровой дугой) или импульсным (например, это может быть механический, электрический или магнитный импульс). В некоторых вариантах, например, показанных на фиг. 1-4, в корпусе может быть предусмотрен искровой промежуток, расположенный около чувствительного к внешним воздействиям взрывчатого вещества или элемента инициации взрыва (например, капсюля патрона).
Помимо механических соединений между элементами устройства также предусмотрены и электрические соединения некоторых элементов. В частности, электрически могут соединяться взрывной заряд (или патрон, в котором он размещен) и/или элемент инициации взрыва с одним или обоими электродами разрушаемого элемента. На фиг. 1,2 и 4 показан вариант, когда патрон 8, представляющий собой взрывной заряд в металлической гильзе, закреплен в нижнем электроде 9, с которым соединяется сигнальный элемент 2.
В варианте, показанном на фиг. 3, патрон 8 электрически не соединен ни с одним из электродов 7 и 9, а закреплен в диэлектрической стенке корпуса 3 так, чтобы патрон или капсюль патрона (при его наличии) были расположены около искрового промежутка между электродами 7 и 9. Также могут быть предусмотрены электрические соединения элемента инициации взрыва с взрывным зарядом, когда они отделены друг от друга. Электрические соединения могут осуществляться прижатием, пайкой, сваркой, скручиванием, зажимом или привинчиванием элементов или соединяющих их проводников. Кроме того, электрические соединения могут содержать искровые промежутки.
Электроды 7 и 9 разрушаемого элемента электрически могут быть соединены резистором и/или варистором и/или проволокой и/или диодом, которые на фигурах 1-3 условно показаны как токопроводящий элемент 6. Токопроводящий элемент 6 преимущественно обладает высоким сопротивлением и шунтирует разрядный промежуток между верхним и нижним электродами 7 и 9 для сообщения дугоприемному элементу 4 того же электрического потенциала, под которым находится оконцеватель изолятора или элемент электроустановки, соединенный электрически с ним, а также - для предотвращения случайного срабатывания в результате импульсных скачков напряжения или статического электричества. Токопроводящий элемент также может соединять патрон, закрепленный или соединенный с одним из электродов, с другим электродом с той же целью. Например, на фиг. 4 показан вариант, когда патрон 8 закреплен в нижнем электроде 9 и электрически соединен с верхним электродом 7 посредством токопроводящего элемента, выполненного в виде трубчатого варистора 13, шунтирующего искровой промежуток в полости, в которой происходит разряд 5.
При одинаковом электрическом потенциале на электродах предотвращаются ложные срабатывания, которые могут иметь место из-за наведенного электричества на дугоприемный элемент 4 и нижний электрод 9 электрическим полем в случае отсутствие электрического контакта между электродами. Когда же на дугоприемный элемент и, соответственно, электрод разрушаемого элемента, соединенный с сигнальным элементом, попадает дуга при перекрытии изолятора или ток короткого замыкания при пробое изолятора, токопроводящий элемент разрушается под действием этого тока большой величины и появляются условия для обеспечения воздействия на взрывной заряд. В частности, в устройствах на фиг. 1-4 в полости 5 корпуса 3 происходит пробой искровых промежутков, и дуга загорается между верхним электродом 7 и патроном 8 (на фиг. 1, 2 и 4) или между верхним электродом 7 и нижним электродом 9 (на фиг. 3).
Корпус 3 разрушаемого элемента выполнен с использованием диэлектрика, например, твердого или эластичного. Электроды 7 и 9 могут быть закреплены в корпусе при изготовлении корпуса или после изготовления, например, приклеиванием, ввинчиванием, прессованием или другими известными способами.
В некоторых вариантах, как, например, показано на фиг. 2 и 4, корпус разрушаемого элемента может быть изготовлен (частично) из металла и иметь электрический контакт с одним из электродов (на фиг. 2 и 4 – с верхним электродом 7). Контакт корпуса может быть как с нижним, так и с верхним электродом или его может не быть ни с одним из электродов.
В одном варианте устройство может содержать в своем составе элемент крепления (например, на изоляторе и/или на элементе электроустановки), например, кронштейн. Разрушаемый элемент может быть соединен с элементом крепления таким же образом, как и с сигнальным элементом. Эти соединения являются не только механическими, но и электрическими для обеспечения соединения одного из электродов разрушаемого элемента с заземленными частями изолятора или элементами электроустановки, или с такими частями изолятора или элементами электроустановки, которые имеют электрический потенциал, отличающийся от потенциала трека пробитого изолятора или от того элемента, или частей изолятора или элемента электроустановки на котором закреплено устройство.
Не смотря на высокую надежность, массовое применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи сдерживается трудоемкостью определения пробитых изоляторов, поскольку визуально без применения оптических приборов пробитый полимерный изолятор на линии электропередачи 110-750 кВ, подвешенный на высотах от 15 до 40 м от земли, можно определить только с близкого расстояния и невозможно с земли.
Верховые осмотры с применением подъемной техники или летательных аппаратов, оборудованных видеокамерой, достаточно трудоемки и требуют много времени и финансовых затрат. В отличие от полимерного, стеклянный изолятор при пробое разрушается с утратой его стеклянной части, что легко определяется с земли визуально без использования приборов или техники. Таким образом, несмотря на то, что надежность полимерного изолятора существенно выше, а цена, как правило, ниже стеклянного, потребитель отдает предпочтение стеклянным изоляторам.
Создание устройства, который позволяет определять состояние полимерных изоляторов так же просто, как и стеклянных, может коренным образом изменить соотношение среди видов линейных изоляторов в пользу полимерных, что позволит на практике реализовать их другие положительные качества и, в частности, энергосбережение.
На сегодняшний день простые и надежные устройства определения пробоя для полимерных изоляторов отсутствуют. Как отмечалось выше, оптические индикаторы ненадежны, недостоверны и имеют ограниченный ресурс работы. Индикаторы пробоя с использованием элемента из закаленного стекла на основе серийных изолирующих элементов стеклянных тарельчатых изоляторов обладают низкой надежностью. Стеклянные изоляторы склонны к самопроизвольному разрушению при электродинамических нагрузках, от старения или от внутренних напряжений, полученных при изготовлении. Интенсивность отказов стеклянного тарельчатого изолятора (разрушение тарелки) составляет от 10-3 до 10-4 отказов в год, а полимерного изолятора – 10-6 отказов в год. То есть, надежность полимерного изолятора в 100 -1000 раз выше стеклянного. Это значит, что на 1000 случаев срабатывания устройства на основе стеклянного изолятора будет только от 1 до 10 пробоев полимерного изолятора, а достоверность индикации таким устройством от 0,1% до 1%.
Проблему обнаружения пробоя полимерного изолятора удается решить с помощью настоящего изобретения. Пробой в полимерном изоляторе развивается от места повреждения защитной оболочки изолятора в зоне с повышенной напряженностью электрического поля возле оконцевателя, находящегося под напряжением (для линейных подвесных изоляторов – возле нижнего оконцевателя) к заземленному оконцевателю (верхнему). В зоне повреждения защитной оболочки под действием напряженности электрического поля во влажной среде начинают образовываться частичные разряды, которые, воздействуя на материал стеклопластикового стержня, образуют науглероженную токопроводящую дорожку – трек в стержне или по границе раздела стержня с защитной оболочкой, которая развивается в сторону заземленного оконцевателя.
В обычном изоляторе, не снабженном устройством определения пробоя, трек достигает заземленного оконцевателя и образуется электрический пробой изолятора, сопровождающийся дуговым разрядом – силовой электрической дугой, которая длится до срабатывания автоматической защиты на подстанции и отключения напряжения на линии электропередачи.
В полимерном изоляторе, снабженном устройством в соответствии с настоящим изобретением, последовательность событий иная. Когда напряжение пробоя изоляции между фронтом трека и электродом, к которому присоединен сигнальный элемент становится меньше фазного напряжения за счет развития трека в сторону устройства и уменьшения изоляционного промежутка, происходит электрический пробой изоляционного промежутка между электродом и фронтом трека. Ток проходит от нижнего оконцевателя изолятора через трек, через дугу в промежутке между фронтом трека и электродом (через дугоприемный элемент), через электрод и далее через разрушаемый элемент и второй электрод разрушаемого элемента к заземленному оконцевателю.
Таким образом, при попадании дуги на дугоприемный элемент замыкается электрическая цепь между нижним и верхним оконцевателем изолятора через нижний и верхний электроды разрушаемого устройства, кронштейн и через токопроводящий элемент, шунтирующий искровой промежуток между электродом и патроном или между электродами. Токопроводящий элемент разрушается под действием тока пробоя или перекрытия изолятора (тока короткого замыкания) и вследствие искрового пробоя искрового промежутка во внутренней полости разрушаемого элемента загорается дуга. Дуга внутри корпуса нагревает патрон и приводит его в действие – патрон взрывается с образованием большого количества газов, создающих высокое давление в полости камеры. Камера не выдерживает давления и разрушается в наиболее слабом месте.
Таким образом, при прохождении тока через разрушаемый элемент он вызывает взрыв взрывного заряда и разрушает разрушаемый элемент. Сигнальный элемент отсоединяется от верхнего оконцевателя и падает под своим весом вниз. В тех вариантах, когда инициация взрыва осуществляется не искровым разрядом и дугой, инициация взрыва может осуществляться с помощью других видов воздействия, описанных в заявке или известных из уровня техники.
В том случае, когда короткое замыкание происходит между фронтом трека и элементом верхнего оконцевателя, например в случае высокой электрической прочности защитной оболочки изолятора, образующаяся впоследствии электрическая дуга развивается по кратчайшему промежутку между заземленными и находящимися под напряжением частями изолятора или элементами электроустановки, одним из которых является устройство определения пробоя и/или перекрытия. В связи с этим, для устойчивого срабатывания устройства предпочтительно, чтобы кратчайшее расстояние по воздуху между дугоприемным элементом устройства и частями изолятора или элементами электроустановки, находящимися под другим электрическим потенциалом было меньше кратчайшего расстояния по воздуху между частями изолятора или элементами электроустановки, находящимися под разными электрическими потенциалами. Кроме того, электрическая дуга имеет тенденцию развития к периферийным частям относительно оси изолятора, т.е. к дугоприемному элементу устройства, что также повышает устойчивость срабатывания устройства.
В конструкции устройства может быть предусмотрена возможность предохранения сигнального элемента от падения на землю с помощью гибкой связи (например, троса, который может быть диэлектрическим) или шарнирного соединения, которое также может быть диэлектрическим, сигнального элемента с элементом устройства, изолятора или элементом электроустановки. В этом случае сигнальный элемент повисает на тросе или проворачивается на шарнире, меняя свое положение в пространстве. Отсутствие сигнального элемента или изменение его положения в пространстве сигнализирует о том, что изолятор был пробит или перекрыт силовой электрической дугой.
Представленные на сопровождающих фигурах и детально описанные в описании варианты осуществления предназначены для упрощения понимания сущности изобретения и не должны толковаться как ограничивающие объем охраны изобретения, определяемый последующей формулой изобретения. Описанные варианты могут объединяться и комбинироваться в любых сочетаниях, причем такие комбинации могут обеспечивать реализацию принципа действия и достижение технических результатов. В результате комбинации отдельных вариантов могут достигаться дополнительные технические результаты одновременно, неразрывно и совместно друг с другом и основными техническими результатами.
1. Устройство определения пробоя и/или перекрытия изолятора, включающее в себя разрушаемый элемент и сигнальный элемент, причем разрушаемый элемент включает в себя корпус, снабженный электродами, и взрывной заряд, размещенный в корпусе, причем один из электродов содержит разъединяемый крепежный элемент, к которому прикреплен сигнальный элемент.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крепежный элемент выполнен в виде стержня, а сигнальный элемент имеет отверстие или углубление, в которое может быть вставлен стержень.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что стержень снабжен резьбой.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отверстие или углубление в сигнальном элементе снабжено резьбой.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крепежный элемент выполнен в виде углубления или отверстия в корпусе или электроде.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что углубление или отверстие снабжено резьбой.
7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сигнальный элемент снабжен стержнем.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что стержень снабжен резьбой.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что взрывной заряд заключен в патроне, расположенном в корпусе разрушаемого элемента.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе разрушаемого элемента расположен элемент инициации взрыва.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что элемент инициации взрыва представляет собой капсюль патрона.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе предусмотрен искровой промежуток, расположенный около взрывного заряда.
13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в корпусе предусмотрен искровой промежуток, расположенный около элемента инициации взрыва и/или элемент инициации взрыва электрически соединен с одним или двумя электродами разрушаемого элемента.
14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что взрывной заряд или патрон, в котором он размещен, электрически соединен с одним или двумя электродами разрушаемого элемента.
15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды разрушаемого элемента электрически соединены резистором, и/или варистором, и/или проволокой, и/или диодом.
16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит элемент крепления, выполненный с возможностью установки на изоляторе и/или элементе электроустановки, на котором или около которого установлен изолятор.
17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент крепления представляет собой кронштейн.
18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнальный элемент имеет размеры от 40 до 1000 мм, или от 40 до 400 мм, или от 60 до 300 мм, или от 80 до 250 мм.
19. Изолятор, снабженный устройством в соответствии с любым из пп. 1-18.
