Импульсный грозовой разрядник для линии электропередачи (варианты) и колонка импульсных разрядников

Импульсный грозовой разрядник для линии электропередачи (варианты) и колонка импульсных разрядников

Реферат

 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. Разрядник состоит из цепочки последовательно соединенных между двумя зажимами разрядных модулей. Технический результат - получение низкого защитного уровня разрядника и его пологой вольт-секундной характеристики, обеспечивающих высокую надежность защиты. Это достигается за счет того, что в разряднике для выравнивания напряжений на всех разрядных модулях использованы нелинейные резисторы. При этом выход каждого нечетного разрядного модуля, кроме последнего, связан через один из указанных резисторов с одним зажимом, а выход каждого четного разрядного модуля связан через другой из указанных резисторов с другим зажимом, а сопротивления резисторов удовлетворяют соотношениям R_к>R_к+2 для нечетных К; R_к<R _{для четных К, где К - порядковый номер резистора. 5 с. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.}

Область техники Настоящее изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно - к импульсным грозовым разрядникам для защиты элементов линий электропередач и высоковольтных установок от грозовых перенапряжений, состоящим из последовательно соединенных разрядных искровых промежутков, объединенных в цепочку из N (N - нечетное число, равное или большее 3) последовательно соединенных разрядных модулей. Изобретение относится также к колонкам, составленным из нескольких разрядников.

Уровень техники Широко известны искровые грозовые разрядники, содержащие множество разрядных промежутков, каждый из которых образован парой электродов (конструкция типичного разрядного промежутка описана, например, в книге: Техника высоких напряжений. Под ред. Разевига Д.В., М., Энергия, 1976, с. 297, рис. 16-10. Примеры разрядников с несколькими разрядными промежутками приведены, например, на с. 299 указанной книги и в патенте РФ 2096882, принадлежащем заявителю настоящего изобретения). При использовании большого количества разрядных промежутков они могут быть объединены в разрядные модули, некоторые из которых могут содержать более одного разрядного промежутка (см., например, рис. 16-13 указанной книги).

Для грозозащиты электрооборудования высоких классов напряжения используются также колонки, составленные из последовательно соединенных разрядников более низкого класса напряжения (см. например, Техника высоких напряжений. Под ред. Разевига Д.В., М., Энергия, 1976, с. 301, рис. 16-14).

Разрядники с цепочкой разрядных модулей и колонки из нескольких разрядников обеспечивают большую длину пути перекрытия, вследствие чего при их использовании импульсное грозовое перекрытие не переходит в силовую дугу и электроустановка, которую защищает такой разрядник или такая колонка, продолжает работу без отключения. Однако вследствие того, что разрядные модули включены последовательно, грозовое перенапряжение, приложенное к разряднику, распределяется между этими модулями. Как следствие, разрядное напряжение разрядника в целом значительно выше, чем одного отдельного разрядного модуля и зачастую трудно обеспечить заданный низкий уровень ограничения перенапряжений.

В импульсном режиме распределение напряжения между разрядными модулями определяется их собственными емкостями и емкостями по отношению к земле, т. е. разрядник с последовательно включенными разрядными модулями представляет собой емкостную цепочку. Импульсное напряжение по такой цепочке распределяется очень неравномерно, что обеспечивает каскадный пробой всех разрядных модулей, при котором пробой отдельных модулей разрядных промежутков отдельных модулей происходит последовательно.

Примером разрядника с каскадным пробоем может служить импульсный искровой грозовой разрядник, включающий в себя первый и второй зажимы для подключения разрядника к элементам линии электропередачи или электроустановки, находящимися соответственно под высоким и низким потенциалом, а также цепочку из N последовательно соединенных разрядных модулей, каждый из которых содержит разрядный промежуток, образованный первым и вторым электродами, электрически соединенными с входом и с выходом данного разрядного модуля. Вход первого разрядного модуля и выход N-ого разрядного модуля соединены с первым и вторым зажимами соответственно (см. Техника высоких напряжений. Под ред. Разевига Д. В., М., Энергия, 1976, с. 303, рис. 16-16).

Для усиления каскадного эффекта, т.е. для создания условий, при которых первоначально почти все напряжение, приложенное к разряднику в целом, прикладывается к одному разрядному модулю, в данном разряднике (который может рассматриваться в качестве ближайшего аналога разрядника по настоящему изобретению) применены N -1 токопроводящих элементов (конденсаторов), каждый из которых включен между выходом одного из разрядных модулей и одним из зажимов, находящимся под низким потенциалом. Конденсаторы представляют собой дополнительные шунтирующие емкости (имеющие порядок сотен пикоФарад), которые электрически связывают все узлы соединений разрядных модулей с землей.

Импульс грозового перенапряжения имеет длину фронта порядка одной микросекунды, что эквивалентно частоте переменного напряжения, примерно f200 кГц. На такой высокой частоте сопротивление дополнительно включенной шунтирующей емкости С оказывается весьма малым, поскольку оно обратно пропорционально частоте _c = 1/2fC. (Например, при С=200 пФ емкостное сопротивление составляет около 4 кОм). Поэтому второй электрод разрядного промежутка первого разрядного модуля через дополнительную емкость оказывается подключенным к земле через относительно малое сопротивление. Таким образом, все напряжение, приложенное к цепочке разрядных модулей, оказывается приложенным к одному первому промежутку. Остальные разрядные модули цепочки в это время практически находятся без напряжения. Под воздействием приложенного напряжения разрядный промежуток первого разрядного модуля пробивается, и все напряжение, как следствие наличия второй шунтирующей емкости, оказывается приложенным ко второму разрядному модулю и т.д. Таким образом, обеспечивается срабатывание разрядника при низком напряжении. Однако каскадность, т.е. поочередность срабатывания разрядных модулей цепочки, приводит к тому, что общее время срабатывания разрядника Т равно сумме времен срабатывания всех n единичных разрядных модулей t: T=t₁+t₂+...+t_n, т.е. является относительно большим.

Как следствие, вольт-секундная характеристика в области малых времен (порядка 1 мкс) является весьма крутой, что не позволяет применять указанный разрядник для защиты объектов с пологой вольт-секундной характеристикой, например кабельных вставок и трансформаторов при воздействии крутых импульсов перенапряжений, поскольку за время срабатывания разрядника воздействующее перенапряжение успевает нарасти до опасных для изоляции защищаемого аппарата величин.

После прохождения грозового импульса и перекрытия всех разрядных модулей на цепочку разрядных модулей продолжает воздействовать напряжение промышленной частоты 50 Гц. На этой стадии целесообразно равномерное распределение напряжения по всем разрядным модулям для облегчения гашения дуги сопровождающего тока в каждом модуле. Однако на частоте 50 Гц сопротивления дополнительных емкостей С весьма велики и они не оказывают существенного влияния на распределения напряжения по разрядным модулям.

Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является повышение надежности грозового разрядника для защиты высоковольтных установок от грозовых перенапряжений.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является хороший (т.е. низкий) защитный уровень разрядника и пологая вольт-секундная характеристика, обеспечивающие высокую надежность защиты элементов электропередач и электроустановок от грозовых перенапряжений.

В рамках решения поставленной задачи предлагается импульсный искровой грозовой разрядник для защиты элементов линий электропередач или электроустановок. Предлагаемый разрядник, как и его ближайший аналог, содержит цепочку из N (N - нечетное число, равное или большее 3) последовательно соединенных разрядных модулей, N-1 токопроводящих элементов, а также первый и второй зажимы для подключения разрядника к элементам линии электропередачи или электроустановки, находящимися соответственно под более высоким и более низким потенциалом. Каждый из разрядных модулей содержит, по меньшей мере, один разрядный промежуток, образованный первым и вторым основными электродами, электрически соединенными с входом и с выходом данного разрядного модуля соответственно. Вход первого разрядного модуля и выход N-ого разрядного модуля соединены с первым и вторым зажимами соответственно, тогда как каждый К-ый (К= 1, 2, . ..N-1) токопроводящий элемент включен между выходом К-ого разрядного модуля и одним из зажимов.

Главные отличительные особенности нового разрядника заключаются в том, что указанные токопроводящие элементы выполнены в виде резисторов, причем выход каждого нечетного разрядного модуля, кроме последнего, связан через один из указанных резисторов со вторым зажимом, а выход каждого четного разрядного модуля связан через другой из указанных резисторов с первым зажимом.

В качестве дополнительных отличительных признаков, присутствующих во всех или в некоторых предпочтительных вариантах разрядника, можно отметить следующие.

Резисторы выполняются из нелинейного полупроводящего материала, что облегчает получение требуемых значений их сопротивления. При этом сопротивление К-го резистора выбирается большим, чем сопротивление (К+2)-го резистора для всех нечетных значений К, и меньшим, чем сопротивление (К+2)-го резистора для всех четных значений.

По меньшей мере, один из разрядных модулей (а предпочтительно каждый модуль) дополнительно содержит тело из твердого диэлектрика, на поверхности которого размещены первый и второй основные электроды с тем, чтобы обеспечить возможность формирования между этими электродами поверхностного разряда, зона развития которого предпочтительно заполнена мелкодисперсным изоляционным материалом (например, кварцевым песком). В случае использования поверхностного разряда желательно также поместить разрядник в изоляционную оболочку и снабдить его, по меньшей мере, одним нелинейным резистором, включенным между одним из зажимов и смежным с ним разрядным модулем для замыкания на указанный нелинейный резистор тока поверхностного разряда.

Согласно одному из предпочтительных вариантов выполнения импульсного разрядника в соответствии с настоящим изобретением тело из твердого диэлектрика имеет форму удлиненного стакана, на торцах которого размещены первый и второй основные электроды. В этом случае внутри тела по всей его длине размещен дополнительный электрод, электрически связанный со вторым электродом и изолированный от первого электрода.

В некоторых других предпочтительных вариантах разрядника тело из твердого диэлектрика является общим для всех разрядных модулей, каждый из которых выполнен с возможностью формирования поверхностного разряда между первыми и вторыми основными электродами. Резисторы в этом случае могут быть размещены внутри общего твердого тела или на его внешней поверхности.

В одном из вариантов осуществления импульсного разрядника согласно настоящему изобретению первый и второй зажимы размещены на противоположных торцах общего твердого тела, а на его боковой поверхности выполнено N коаксиальных, отстоящих друг от друга ребер из диэлектрического материала. На противоположных поверхностях каждого ребра у его основания размещены первый и второй основные электроды одного из разрядных модулей.

В другом варианте разрядника все разрядные модули выполнены с возможностью формирования разряда по внутренней поверхности общего трубчатого тела из твердого диэлектрика. При этом первый электрод первого разрядного модуля и второй электрод третьего разрядного модуля установлены на противоположных торцах трубчатого тела. Второй электрод первого разрядного модуля и второй электрод второго разрядного модуля установлены на внутренней боковой поверхности общего трубчатого тела и являются одновременно первым электродом второго разрядного модуля и первым электродом третьего разрядного модуля соответственно, тогда как резисторы выполнены из полупроводящего материала и размещены на наружной стороне трубчатого тела на некотором расстоянии друг от друга. Внутренняя полость трубчатого тела, по меньшей мере, в зоне, прилегающей к боковой поверхности, на которой происходит формирование поверхностного разряда, заполнена в этом случае мелкодисперсным электроизоляционным материалом.

В следующем предпочтительном варианте осуществления импульсного разрядника разрядник содержит не одно, а два трубчатых тела из твердого диэлектрика, на наружной поверхности каждого из которых установлен центральный электрод, а на концах - первый и второй концевые электроды, причем второй концевой электрод и центральный электрод первого трубчатого тела электрически соединены соответственно с центральным и первым концевым электродами второго трубчатого тела. В данном разряднике первый и второй основные электроды первого разрядного модуля образованы соответственно первым концевым и центральным электродами первого трубчатого тела, причем указанный разрядный модуль содержит часть этого трубчатого тела, расположенную между указанными электродами. Первый и второй основные электроды второго разрядного модуля образованы соответственно соединениями центрального и второго концевого электродов первого трубчатого тела с первым концевым и центральным электродами второго трубчатого тела соответственно, причем указанный разрядный модуль содержит части этих трубчатых тел, расположенные между указанными соединениями. Аналогично первому разрядному модулю, первый и второй основные электроды третьего разрядного модуля образованы соответственно центральным и вторым концевым электродами второго трубчатого тела, причем указанный разрядный модуль содержит часть этого трубчатого тела, расположенную между указанными электродами.

Резисторы в этом варианте разрядника выполнены в виде стержневых электродов из полупроводящего материала, проходящих внутри указанных трубчатых тел и соединенных с концевыми электродами, установленными на том трубчатом теле, в котором размещены эти стержневые электроды.

В другом своем аспекте настоящее изобретение предусматривает создание колонки из М (М больше или равно 2) электрически соединенных (например, последовательно) импульсных искровых грозовых разрядников для защиты элементов линий электропередач или электроустановок. Один из указанных разрядников снабжен первым зажимом для подключения колонки к элементам линии электропередачи или электроустановки, находящимися под высоким потенциалом, а другой из указанных разрядников снабжен вторым зажимом для подключения колонки к элементам линии электропередачи или электроустановки, находящимися под низким потенциалом. Главное отличие колонки по настоящему изобретению от известных колонок заключается в том, что каждый или, по меньшей мере, один из входящих в ее состав разрядников выполнен в соответствии с одним из рассмотренных вариантов разрядников, предусмотренных настоящим изобретением.

При этом предусматривается, что все разрядники, входящие в состав колонки, могут быть одинаковыми по своей конструкции и параметрам. В случае, когда оба входящих в состав колонки одинаковых разрядника содержат по два трубчатых тела, центральный электрод второго трубчатого тела первого разрядника может быть соединен с первым зажимом второго разрядника, а второй зажим первого разрядника - с центральным электродом первого трубчатого тела второго разрядника.

В другом варианте выполнения колонки, также использующем два разрядника, в каждом из которых применено по два трубчатых тела, эти разрядники имеют различные параметры. При этом один из них является основным, т.е. определяющим характеристики защиты от грозовых перенапряжений, а второй, меньший разрядник служит для улучшения свойств основного разрядника. Этот второй разрядник включен параллельно второму модулю первого разрядника, и разрядные напряжения первого и третьего разрядных модулей первого разрядника выбраны, по существу, одинаковыми с разрядным напряжением второго разрядника.

Вместе с тем, допускается и комбинирование различных вариантов разрядников. Например, один из двух входящих в состав колонки разрядников, имеющий общее тело из твердого диэлектрика, может содержать, как это было описано выше, электроды, расположенные на внутренней поверхности общего трубчатого тела, и один или два нелинейных резистора, установленные внутри трубчатого тела для замыкания тока поверхностного разряда, развивающегося в мелкодисперсном электроизоляционном материале. Второй разрядник в данном случае может соответствовать описанному выше варианту с двумя трубчатыми телами.

Перечень фигур чертежей Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - принципиальная схема импульсного грозового разрядника с цепочкой из пяти разрядных модулей; на фиг.2-5 - альтернативные варианты импульсного грозового разрядника с трубчатыми телами из твердого диэлектрика, вдоль которых развивается поверхностный разряд; на фиг.6-8 - альтернативные варианты колонок из импульсных разрядников, построенные на основе варианта разрядника, показанного на фиг.5.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг.1 показана принципиальная схема импульсного грозового разрядника, содержащего цепочку из N (N=5) разрядных модулей N1-N5. Для облегчения понимания каждый разрядный модуль изображен содержащим только один искровой промежуток 1-5. Первый зажим 6, называемый "потенциальным", соединен с входом первого разрядного модуля и служит для подключения разрядника (непосредственно или через какой-либо промежуточный компонент, например другой разрядник) к элементу линии электропередачи, находящемуся под высоким потенциалом U (например, к проводу ЛЭП). Разрядные модули включены последовательно, т. е. выход каждого из разрядных модулей 1-4 соединен в соответствующей точке 7-10 со входом следующего разрядного модуля 2-5 соответственно. Второй "нулевой" зажим 11 разрядника, соединенный с выходом последнего разрядного модуля 5, т.е. со вторым электродом этого модуля, служит для подключения разрядника (непосредственно или через какой-либо промежуточный компонент) к заземленному элементу линии электропередачи, имеющему нулевой потенциал (например, к опоре ЛЭП). Потенциал зажима 11 обозначен на фиг.1 как 0.

Разрядник снабжен также К (К=N-1=4) токопроводящими элементами, выполненными в соответствии с настоящим изобретением в виде резисторов 12-15. Первый и третий резисторы 12, 14 включены между "нулевым" зажимом 11 и выходами нечетных (первого и третьего) разрядных модулей 1 и 3 соответственно (т. е. точками 7 и 9). Благодаря этому указанные точки 7, 9 приобретают потенциал "нулевого" зажима 11. Второй и четвертый резисторы 13, 15 включены между "потенциальным" зажимом 6 и выходами четных разрядных модулей 2 и 4 соответственно (т. е. точками 8, 10) Следовательно, указанные точки 8, 10 приобретают потенциал U. Таким образом, каждый из разрядных модулей 1-5 оказывается под разностью потенциалов U.

В каждом разрядном модуле имеются первый 16 и второй 17 электроды, электрически соединенные с входом и с выходом данного разрядного модуля соответственно. Каждая пара электродов 16, 17 образует разрядный промежуток, в котором при возникновении перенапряжения достаточной величины образуется искровой канал между указанными электродами.

Импульсный грозовой разрядник, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, работает следующим образом.

Благодаря наличию резисторов 12-15, включенных описанным образом, при возникновении грозового перенапряжения его полный потенциал U оказывается приложенным одновременно к каждому разрядному модулю 1-5. Под воздействием этого перенапряжения между электродами 16 и 17 всех модулей 1-5 развивается разряд, который замыкает искровые промежутки всех разрядных модулей и создает путь с весьма малым сопротивлением (порядка единиц Ом) для прохождения тока грозового перенапряжения с высоковольтного электрода (например, провода ЛЭП) на землю. Падение напряжения на общем канале перекрытия цепочки разрядных модулей весьма мало, благодаря чему происходит ограничение воздействующего грозового перенапряжения на защищаемый элемент электропередачи.

За счет дугогасящих свойств разрядных промежутков между электродами 16 и 17 после прохождения импульса тока грозового перенапряжения происходит гашение дуги сопровождающего тока, и защищаемый разрядником элемент электропередачи продолжает нормальную работу без отключения.

Вследствие статистической природы развития искрового разряда, даже при приложении полного потенциала перенапряжения к каждому разрядному модулю, возможно неодновременное перекрытие разрядных модулей. Для обеспечения срабатывания всех разрядных модулей в этих условиях желательно обеспечить определенное соотношение сопротивлений резисторов 12 (R₁), 14 (R₃), а также 13 (R₂) и 15(R₄).

Например, в случае, если первым сработал разрядный модуль 1, ток протекает от зажима 6 через этот модуль и через резистор 12 (R₁) на "нулевой" зажим 11 и далее на землю. Сопротивление канала перекрытия между основными электродами 16 и 17 весьма мало (единицы Ом), поэтому практически все напряжение U оказывается приложенным к резистору 12 (R₁). Следовательно, в этом случае резистор 12 (R₁) должен иметь достаточно большую величину, порядка сотен Ом, чтобы, во-первых, ограничить ток, протекающий через первый разрядный модуль, и, во-вторых, обеспечить достаточно большое падение напряжения на нем, чтобы сработали .остальные разрядные модули 2-5.

В случае, если сначала сработали разрядные модули 1 и 3, через них, а также через соответствующие резисторы 12, 14 протекают токи, так что к разрядному модулю 2 оказывается приложенной разность потенциалов, равная разности падений напряжений на резисторах 12 (с сопротивлением R₁) и 14 (с сопротивлением R₃). Для того, чтобы сработал разрядный модуль, необходимо, чтобы падение напряжения на резисторе 14 было меньше, чем падение напряжения на резисторе 12. Следовательно, сопротивление R₁ должно быть больше, чем сопротивление R₃.

Аналогичное соотношение должно выполняться и сопротивлений ₂ и R₄ для резисторов 13 и 15.

В общем случае, величины сопротивлений резисторов R целесообразно выбирать из следующих соотношений: R_к>R_к+2 2 для нечетных К; R_к<R _{для четных К, где К - номер резистора.}

Следует отметить, что в разряднике по изобретению неодновременность срабатывания разрядных модулей определяется только статистической природой срабатывания промежутков (например, моментами появления свободных электронов в разрядных промежутках), и время срабатывание всего разрядника существенно меньше, чем время срабатывания разрядника-прототипа, у которого принципиально общее время срабатывания разрядника равно сумме времен срабатываний, входящих в него единичных промежутков.

На фиг. 2 показана схема одного из альтернативных вариантов импульсного грозового разрядника в соответствии с настоящим изобретением. Разрядник в этом варианте состоит из трех разрядных модулей 1-3, обеспечивающих развитие поверхностного скользящего разряда при весьма низких значениях грозовых перенапряжений.

Каждый из разрядных модулей 1, 2, 3 имеет трубчатое изоляционное тело из твердого диэлектрика в виде удлиненного стакана с полусферическим дном 18, на котором установлен первый электрод 16. Второй электрод 17 установлен на противоположном конце стакана 18, на его наружной поверхности. На внутренней поверхности изоляционного стакана 18 установлен дополнительный электрод 19, электрически связанный со вторым электродом 17 и изолированный от первого электрода 16. Первый электрод 16₁ (т.е. вход) первого разрядного модуля 1 подключен к "потенциальному" зажиму 6, второй электрод 17з (т.е. выход) последнего, третьего разрядного модуля 3 подключен к "нулевому" зажиму 11.

Наличие в каждом разрядном модуле дополнительного электрода 19, подключенного ко второму основному электроду 17, обеспечивает высокую напряженность электрического поля на первом основном электроде 16 при воздействии перенапряжения. Кроме того, дополнительный электрод 19 создает условия для развития скользящего разряда 20 в каждом из разрядных модулей 1-3, т.е. поверхностного разряда при наличии проводящей подложки на другой поверхности изоляционного тела. Эти два фактора обеспечивают весьма низкие разрядные напряжения, что является важным достоинством рассматриваемого варианта разрядника.

Разрядник снабжен двумя резисторами 12, 15. Первый резистор 12 включен между "нулевым" зажимом 11 и выходом первого (нечетного) разрядного модуля 1 соответственно (т.е. точкой 7). Второй резистор 15 включен между "потенциальным" зажимом 6 и выходом второго (четного) модуля 2 (т.е. точкой 8). Благодаря этому точки 7, 8 соответственно приобретают потенциал "нулевого" и "потенциального" зажимов 6, 11. Таким образом, каждый из разрядных модулей 1-3 оказывается под разностью потенциалов U.

На фиг.3 представлен еще один вариант разрядника, число N разрядных модулей в котором также равно трем. В отличие от предыдущего варианта, в нем имеется одно тело 18а из твердого диэлектрика в форме цилиндра, общее для всех разрядных модулей 1-3. На противоположных торцах указанного тела размещены первый "потенциальный" и второй "нулевой" зажимы 6, 11, а на его боковой поверхности выполнено N (т.е. три) коаксиальных, ребер 21 из диэлектрического материала, например, фарфора, взаимно смещенных вдоль оси тела 18а, предпочтительно на равные расстояния. На верхних поверхностях трех ребер 21, у их оснований, размещены первые электроды 16 трех разрядных модулей 1-3. На противоположных (нижних) поверхностях ребер 21 аналогичным образом размещены вторые электроды 17 разрядных модулей 1-3. Как и в предыдущем варианте, вход первого разрядного модуля 1 (т.е. его первый электрод 16₁) и выход (второй электрод 17з) последнего разрядного модуля 3 соединены с первым и вторым зажимами 6, 11 соответственно.

В разряднике, представленном на фиг.3, имеются также К (К=N-1=2) резисторов 12, 15, включенных подобно тому, как это сделано в предыдущем варианте разрядника (см. фиг.2). Однако в данном варианте резисторы размещены внутри твердого тела 18а и предпочтительно выполнены из полупроводящего материала для того, чтобы обеспечить необходимую величину сопротивления порядка сотен Ом.

При воздействии перенапряжения U достаточной величины по поверхностям ребер 21 в разрядных модулях 1, 2, 3 развиваются поверхностные разряды 20. После перекрытия всех разрядных модулей "потенциальный" 6 и "нулевой" 7 зажимы разрядника оказываются замкнутыми через единый канал разряда 20. Вследствие весьма большой длины канала 20 после прохождения тока грозового перенапряжения происходит его быстрое охлаждение и силовая дуга от напряжения промышленной частоты не устанавливается.

Был испытан экспериментальный образец разрядника, представленного на фиг.3, изготовленный из капролона и имеющий следующие основные размеры: - диаметр трубчатого тела 18а-30 мм - диаметр ребер 21-80 мм - толщина ребер 21-3 мм - сопротивления резисторов 12, 15-9 кОм.

Испытания проведены при воздействии стандартного импульса грозового перенапряжения 1,2/50 мкс. При отсутствии резисторов 12 и 15, задающих распределение потенциалов по разрядным модулям, разрядное напряжение разрядника составило 80 кВ. При наличии резисторов 12 и 15 разрядное напряжение составило 36 кВ, т.е. было примерно в два раза меньше. Таким образом, экспериментально показано, что при использовании разрядника в соответствии с данным вариантом настоящего изобретения разрядное напряжение разрядника, т.е. его защитный уровень, может быть существенно снижен.

На фиг. 4 представлен следующий вариант разрядника по настоящему изобретению, в котором основные электроды 16, 17 всех трех разрядных модулей 1, 2, 3 расположены внутри единого трубчатого изоляционного тела 18а. Первый "потенциальный" зажим 6 и второй "нулевой" зажим 11 расположены на верхнем и нижнем торцах твердого тела 18а соответственно.

Первый электрод 16₁ первого разрядного модуля 1 расположен внутри трубчатого изоляционного тела 18а на его торце и соединен с "потенциальным" зажимом 6, находящимся под потенциалом U, а также с дополнительным электродом 22а (который одновременно выполняет функции резистора 15), расположенным на наружной поверхности трубчатого тела 18а (или, как показано на фиг.4, в канавке на наружной стороне трубчатого тела 18а).

Второй электрод 17₁ первого разрядного модуля 1 расположен относительно первого электрода 16₁ на расстоянии, примерно равном одной трети длины трубчатого тела 18а. Этот электрод 17₁ через дополнительный электрод 22б, выполненный из полупроводящего материала и одновременно представляющий собой резистор 12, соединен с "нулевым" зажимом 11, имеющим нулевой потенциал.

Второй электрод 17 первого разрядного модуля 1 одновременно является и первым электродом 16₂ второго разрядного модуля 2. Второй основной электрод 17₂ второго разрядного модуля 2 расположен относительно первого электрода 16₂ этого модуля на расстоянии, примерно равном одной трети длины трубчатого тела 18а, и соединен с резистором 15, служащим для подачи потенциала U от "потенциального" зажима 6 на первый электрод 16₃ третьего разрядного модуля 3.

Конструкция третьего разрядного модуля 3, в состав которого входят первый основной электрод 16₃ и смещенный относительно него второй основной электрод 17₃, расположенный внутри трубчатого изоляционного тела 18а, на его нижнем торце, и соединенный с "нулевым" зажимом 11, находящимся под нулевым потенциалом, аналогична конструкции разрядного модуля 1, описанной ранее.

Внутреннее пространство трубчатого тела 18а заполнено мелкодисперсным изоляционным материалом 22, например кварцевым песком КП.

Для повышения эффективности работы разрядника он может быть снабжен, по меньшей мере, одним нелинейным элементом 23, который располагается внутри трубчатого тела 18а, и включается последовательно в цепь протекающего тока. Под действием грозового перенапряжения вдоль внутренней поверхности трубчатого тела 18а в разрядном модуле 1 развивается канал скользящего разряда 20. Развитию этого разряда способствует наличие дополнительных электродов 22а, б (эта роль дополнительных электродов иллюстрируется на фиг.4 тем, что в первом и третьем разрядных модулях 1, 3 скользящий разряд развивается на той стороне трубчатого тела 18а, к которой примыкает дополнительный электрод 22; во втором разрядном модуле 2, взаимодействующим с обоими дополнительными электродами, скользящий разряд с равной вероятностью может развиваться по обеим сторонам трубчатого тела).

Заполнение полости трубчатого тела 18а мелкодисперсным изоляционным материалом обеспечивает эффективное гашение дуги сопровождающего тока. При прохождении импульса грозового перенапряжения нелинейный элемент 23 имеет низкое сопротивление, а после прохождения грозового импульса резко увеличивает свое сопротивление и ограничивает величину сопровождающего тока, что способствует эффективному гашению дуги в искровых промежутках. Сочетание эффективного гашения дуги с компактным исполнением представляет собой основное достоинство варианта разрядника, показанного на фиг.4.

На фиг.5 представлен следующий вариант импульсного грозового разрядника, также имеющего три разрядных модуля 1, 2, 3, образованных, в отличие от предыдущих вариантов, с использованием двух трубчатых тел 18₁, 18₂ из твердого диэлектрика. На наружной поверхности каждого трубчатого тела 18₁, 18₂, в средней его части, установлен центральный электрод 24₁, 24₂, на верхнем конце - первый концевой электрод 25₁, 25₂, а на нижнем конце - второй концевой электрод 26₁, 26₂ соответственно. При этом, как показано на фиг.5, первый концевой электрод 25₁ первого трубчатого тела 18₁ и второй концевой электрод 26₂ второго трубчатого тела соединены соответственно с первым, "потенциальным зажимом" 6 и "нулевым" зажимом 11 разрядника. Второй концевой электрод 26₁ и центральный электрод 24 первого трубчатого тела 18₁ электрически соединены соответственно с центральным и первым концевым электродами 24₁ и 25₂ второго трубчатого тела 18₂.

Таким образом, в этом варианте разрядника первый разрядный модуль 1 образован первым концевым и центральным электродами 25₁ и 24₁ первого трубчатого тела 18₁ (выполняющими функции первого 16₁ и второго 17₁ электродов) и той частью этого трубчатого тела, которая заключена между электродами 25₁ и 24₁.

Первый основной электрод 16₂ второго разрядного модуля 2 образован соединением центрального электрода 24 первого трубчатого тела 18₁ с первым концевым электродом 25₂ второго трубчатого тела 18₂; второй основной электрод 17₂ этого модуля образован соединением второго концевого электрода 26₁ первого трубчатого тела 18₁ с центральным электродом 24₁ второго трубчатого тела 18₂. При этом данный разрядный модуль 2 содержит также части обоих трубчатых тел, расположенные между указанными соединениями.

Конструкция третьего разрядного модуля 3 аналогична конструкции модуля 1. Он образован центральным и вторым концевым электродами 24₁ и 26₁ второго трубчатого тела 18₂ (выполняющими соответственно функции первого 16₂ и второго 17₃ основных электродов) и той частью этого трубчатого тела, которая заключена между указанными электродами.

Функции резисторов 15 и 12, соединяющих второй электрод 17₁ первого разрядного модуля и второй электрод 17₂ второго разрядного модуля с "нулевым" и "потенциальным" зажимами 11, 6 соответственно, выполняют дополнительные стержневые электроды 21₂ и 21₁, установленные внутри второго 18₂ и первого 18₁ трубчатых тел.

Таким образом, и в данном варианте разрядника для всех трех разрядных модулей 1, 2, 3 созданы условия для одновременного развития скользящих разрядов 20 между соответствующими основными электродами каждого модуля. Эти разряды 20 при перекрытии всех разрядных модулей в условиях грозового перенапряжения создают единый длинный канал перекрытия.

Отличительной особенностью данного варианта, как уже отмечалось, является использование двух трубчатых тел 18₁, 18₂, благодаря чему разрядный промежуток второго разрядного модуля образован не двумя, а четырьмя попарно соединенными электродами 24₁-25₂ и 26₁-24₂. При этом расстояние между трубчатыми телами и их взаимную ориентацию можно варьировать с учетом конкретных конструктивных требований к разряднику и/или конкретных условий его применения.

Достоинством этого (как и предыдущего) варианта разрядника является совмещение элементами 21₁, 21₂ функций дополнительных электродов, способствующих развитию скользящего разряда, и резисторов, обеспечивающих требуемое распределение потенциала, предусмотренное настоящим изобретением.

Работоспособность и эффективность варианта разрядника, представленного на фиг. 5, проверена экспериментально применительно к разрядникам класса 10 кВ. Экспериментальный образец разрядника был изготовлен с использованием двух отрезков кабеля с жилой из полупроводящего полиэтилена, выполнявшей функции резисторов и дополнительных электродов. Диаметр жилы составлял 10 мм, сопротивление каждого резистора составляло 400 Ом. Трубчатые тела были образованы изоляцией указанных отрезков кабеля, выполненной из полиэтил