Ограничитель перенапряжений

Ограничитель перенапряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты изоляции высоковольтного оборудования электрических сетей и станций от атмосферных и кратковременных коммутационных перенапряжений.

Известен «Разрядник для защиты от перенапряжений» по патенту РФ №2145743, который содержит пакет из нескольких цилиндрических варисторных дисков, установленных в осевом направлении друг за другом между нижним и верхним концевыми электродами и окруженных удлиненным изоляционным наружным кожухом из резины или другого полимерного материала, причем концевые электроды соединены друг с другом с помощью стягивающих элементов в виде, по меньшей мере, трех хомутов из непрерывно намотанной пряди изоляционного материала, для достижения требуемого контактного давления в пакете варисторных дисков. Устройство имеет осевой стержень, выступающий от нижнего концевого электрода и осуществляющий контакт с прижимной токопроводной шайбой, и содержит также винт для создания предварительного натяжения в пакете варисторных дисков. Между прижимной шайбой и концевым электродом установлена упругая электроизоляционная пластина.

Недостатком данного устройства является то, что соединение концевых электродов между собой осуществляют с помощью стягивающих элементов в виде хомутов, выполненных из непрерывно намотанной пряди изоляционного материала. Такое соединение воспринимает только нагрузки растяжения, а при воздействии сжимающих нагрузок или изгибающего момента усилия от верхнего концевого электрода к нижнему концевому электроду передаются через пакет варисторных дисков, что может послужить причиной их разрушения. Такое соединение имеет низкую взрывобезопасность.

Известен «Ограничитель перенапряжений» по патенту РФ №2256972, 4МПК Н01С 7/12, принятый в качестве ближайшего аналога, состоящий, по крайне мере, из одного модуля, содержащего корпусную изоляционную трубу из композиционного материала, облицованную трекингозащитной ребристой покрышкой, закрепленные на ее концах металлические электроды с центральным резьбовым отверстием в днище и размещенную в ее полости колонку состыкованных с поджатием варисторных дисков, зашунтованную с электродами через токопроводную компенсационную шайбу, при этом стаканообразные металлические электроды имеют ступицы, обращенные внутрь стакана и образующие с его стенкой глубокие кольцевые пазы, в которых утоплены перфорированные концы корпусной изоляционной трубы, в стенке и ступице каждого электрода имеются радиальные отверстия, соосные между собой и с отверстиями перфораций на утопленных концах корпусной трубы, в которых размещены и зафиксированы радиальные штифты, скрепляющие электроды с корпусной трубой; между токопроводной компенсационной шайбой и торцом ступицы, по крайне мере, верхнего электрода расположен упругий компенсационный диск из токопроводящего упругого эластичного материала, коэффициент термического расширения у которого выше, чем у композиционного материала корпусной трубы; в резьбовом отверстии ступицы верхнего электрода установлена монтажно-поджимная шпилька, предназначенная для создания и регулирования нормированного усилия поджатия варисторных дисков через токопроводную компенсационную шайбу; в ступице электрода, по крайне мере, одно радиальное отверстие выполнено сквозным и имеет резьбу, в этом отверстии установлен стопорной винт, фиксирующий положение монтажно-поджимной шпильки и нормированное усилие поджима варисторных дисков; варисторные диски, компенсационные шайбы и упругий компенсационный диск сцентрированы в цилиндрическую осесимметричную колонку и жестко зафиксированы радиальным натягом сеточного рукава из спирально-перекрестных непрерывных нитей, охватывающих своими петлевыми кромочными образованиями радиальные штифты, скрепляющие электроды с корпусной трубой, а зазор между ее внутренней поверхностью и осесимметричной варисторной колонкой заполнен теплопроводным электроизоляционным компаундом.

Недостатком известного ограничителя перенапряжений по патенту РФ №2256972, 4МПК Н01С 7/12 является низкая взрывобезопасность из-за соединения радиальными штифтами корпусной изоляционной трубы и металлического электрода, потому что сквозное отверстие под радиальный штифт является концентратором напряжения. Наличие концентратора напряжений может привести к разрушению штифтового соединения при приложении осевой растягивающей силы или изгибающего момента к ограничителю перенапряжений, а также может произойти отрыв и выброс металлического электрода при аварийном разрушении аппарата.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения взрывобезопасности ограничителя перенапряжений за счет соединения оконцевателя и корпусной изоляционной трубы с помощью гибкой шпонки.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что ограничитель перенапряжений содержит корпусную изоляционную трубу из композиционного материала, облицованную трекингозащитными ребрами, установленными на ее внешней цилиндрической поверхности, армированную металлическими оконцевателями, размещенную между ними в полости корпусной изоляционной трубы колонку, состоящую из поджатых пружиной, соосно состыкованных варисторных дисков, и соединенную шунтом с верхним оконцевателем, полость между внутренней цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы и колонкой заполнена теплопроводным электроизоляционным компаундом, при этом соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы осуществлено с помощью гибкой шпонки, установленной через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на корпусной изоляционной трубе и канавкой на оконцевателе, а ось гибкой шпонки лежит в плоскости, перпендикулярной к оси корпусной изоляционной трубы, и касательная плоскость к оси гибкой шпонки параллельна оси корпусной изоляционной трубы.

Гибкая шпонка может быть установлена через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на наружной цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавкой на внутренней сопрягаемой с этой наружной цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя, охватывающего корпусную изоляционную трубу.

Гибкая шпонка может быть установлена через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на внутренней цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавкой на наружной сопрягаемой с этой внутренней цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя, вставленного в корпусную изоляционную трубу.

Гибкая шпонка в поперечном сечении может быть выполнена прямоугольной.

Соединение оконцевателей и корпусной изоляционной трубы может быть осуществлено с помощью нескольких гибких шпонок, установленных через заходные отверстия в шпоночные пазы, образованные канавками на цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавками на сопрягаемой с этой цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя.

Ограничитель перенапряжений содержит корпусную изоляционную трубу из композиционного материала, например стеклопластика, которая воспринимает все механические нагрузки. Внешняя цилиндрическая поверхность корпусной изоляционной трубы облицована трекингозащитными ребрами, изготовленными из кремнийорганической (силаксановой) резины. На концах корпусной изоляционной трубы установлены металлические оконцеватели, которые служат контактными выводами ограничителя перенапряжений и обеспечивают герметичность корпуса аппарата. Соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы осуществляют гибкой шпонкой, выполненной, например, из проволоки, вводимой через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавкой на сопрягаемой с этой цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя. Такое соединение обеспечивает высокую несущую способность ограничителя перенапряжений как при действии осевых растягивающих и сжимающих нагрузок, так и при действии изгибающего момента. Соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы может быть выполнено с помощью нескольких шпонок, оси которых лежат на линии пересечения плоскости, перпендикулярной к оси корпусной изоляционной трубы, и плоскости, параллельной к этой оси, такое соединение является более технологичным. Между оконцевателями в полости корпусной изоляционной трубы на нижнем оконцевателе установлена колонка, состоящая из соосно состыкованных варисторных дисков. На концах колонки соосно с ней могут быть расположены медные шайбы, служащие для распределения тока по всему сечению варисторного диска. Для обеспечения необходимого контактного нажатия колонка варисторных дисков поджимается пружиной, расположенной между верхним оконцевателем и медной шайбой. Электрическое соединение между верхним оконцевателем и колонкой варисторных дисков осуществляют с помощью шунта - гибкого медного проводника. Внутреннюю полость между внутренней цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы и колонкой варисторных дисков заполняют теплопроводным электроизоляционным компаундом, который служит для улучшения теплоотвода и повышения пропускной способности ограничителя перенапряжений. Компаунд закачивается вовнутрь корпусной изоляционной трубы через отверстие в нижнем оконцевателе, в которое затем устанавливается шпилька. Шпилька также устанавливается в верхний оконцеватель, они служат для крепления к ограничителю перенапряжений контактных проводов.

Таким образом, соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы с помощью гибкой шпонки позволяет существенно повысить несущую способность ограничителя перенапряжений и его взрывобезопасность, полностью исключив срыв оконцевателя с корпусной изоляционной трубы при аварийном срабатывании аппарата.

Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2256972 тем, что соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы осуществлено с помощью, по крайней мере, одной гибкой шпонки, установленной через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на корпусной изоляционной трубе и канавкой на оконцевателе, а ось гибкой шпонки лежит в плоскости, перпендикулярной к оси корпусной изоляционной трубы, и касательная плоскость к оси гибкой шпонки параллельна оси корпусной изоляционной трубы.

Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно повысило взрывобезопасность ограничителя перенапряжений за счет соединения оконцевателя и корпусной изоляционной трубы с помощью гибкой шпонки.

На фиг.1 представлен ограничитель перенапряжений, показан пример, когда оконцеватель охватывает корпусную изоляционную трубу.

На фиг.2 показан разрез ограничителя перенапряжений по А-А фиг.1.

На фиг.3 представлен разрез ограничителя перенапряжений по Б-Б фиг.1.

На фиг.4 представлен ограничитель перенапряжений, показан пример, когда оконцеватель вставлен в корпусную изоляционную трубу.

На фиг.5 показан разрез ограничителя перенапряжений по В-В фиг.4.

На фиг.6 представлен разрез ограничителя перенапряжений по Г-Г фиг.5.

На фиг.7 представлен ограничитель перенапряжений, показан пример, когда продольное сечение гибкой шпонки имеет прямоугольную форму.

На фиг.8 представлен разрез ограничителя перенапряжений по Д-Д фиг.7.

На фиг.9 представлен ограничитель перенапряжений, показан пример, когда соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы выполнено с помощью нескольких шпонок.

На фиг.10 показан разрез ограничителя перенапряжений по Е-Е фиг.9.

На фиг.11 представлен разрез ограничителя перенапряжений по Ж-Ж фиг.9.

Ограничитель перенапряжений содержит корпусную изоляционную трубу 1 (фиг.2, 3, 5, 6, 8, 10, 11) из композиционного материала, облицованную трекингозащитными ребрами 2 (фиг.1-11), установленными на ее внешней цилиндрической поверхности 3 (фиг.2, 5, 8, 10), армированную металлическими оконцевателями 4 (фиг.1-11), размещенную между ними в полости 5 (фиг.2, 5, 8, 10) корпусной изоляционной трубы 1, по крайне мере, одну колонку 6 (фиг.2, 5, 8, 10), состоящую из поджатых пружиной 7 (фиг.2, 3, 5, 8, 10), соосно состыкованных варисторных дисков 8 (фиг.2, 5, 8, 10), и соединенную шунтом 9 (фиг.2, 5, 8, 10) с верхним оконцевателем 4, полость 5 между внутренней цилиндрической поверхностью 10 (фиг.2, 5, 8, 10) корпусной изоляционной трубы 1 и колонкой 6 заполнена теплопроводным электроизоляционным компаундом 11 (фиг.2, 5, 8, 10), при этом соединение оконцевателя 4 и корпусной изоляционной трубы 1 осуществлено с помощью, по крайней мере, одной гибкой шпонки 12 (фиг.2, 3, 5, 6, 8, 10, 11), установленной через заходное отверстие 13 (фиг.1, 3, 6, 7, 9, 11) в шпоночный паз 14 (фиг.2, 3, 5, 6, 8, 10, 11), образованный канавкой 15 (фиг.2, 5, 8, 10) на корпусной изоляционной трубе 1 и канавкой 16 (фиг.2, 5, 8, 10) на оконцевателе 4, а ось 17 (фиг.3, 6, 11) гибкой шпонки 12 лежит в плоскости, перпендикулярной к оси 18 (фиг.2, 5, 8, 10) корпусной изоляционной трубы 1, и касательная плоскость к оси 17 гибкой шпонки 12 параллельна оси 18 корпусной изоляционной трубы 1.

Гибкая шпонка 12 установлена через заходное отверстие 13 в шпоночный паз 14, образованный канавкой 15 на наружной цилиндрической поверхности 3 корпусной изоляционной трубы 1 и канавкой 16 на внутренней сопрягаемой с этой наружной цилиндрической поверхностью 3 корпусной изоляционной трубы 1 поверхности 19 (фиг.2, 8, 10) оконцевателя 4, охватывающего корпусную изоляционную трубу 1.

Гибкая шпонка 12 установлена через заходное отверстие 13 в шпоночный паз 14, образованный канавкой 15 на внутренней цилиндрической поверхности 10 корпусной изоляционной трубы 1 и канавкой 16 на наружной сопрягаемой с этой внутренней цилиндрической поверхностью 10 корпусной изоляционной трубы 1 поверхности 20 (фиг.5) оконцевателя 4, вставленного в корпусную изоляционную трубу 1.

Гибкая шпонка 12 в поперечном сечении выполнена прямоугольной.

Соединение оконцевателя 4 и корпусной изоляционной трубы 1 осуществлено с помощью четырех гибких шпонок 12, установленных через заходные отверстия 13 в шпоночные пазы 14, образованные канавками 15 на наружной цилиндрической поверхности 3 корпусной изоляционной трубы 1 и канавками 16 на сопрягаемой с этой наружной цилиндрической поверхностью 3 корпусной изоляционной трубы 1 поверхности 19 оконцевателя 4.

На концах колонки 6 соосно с ней могут быть расположены медные шайбы 21 (фиг.2, 5, 8, 10), служащие для распределения тока по всему сечению варисторного диска 8. В оконцевателях 4 установлены шпильки 22 (фиг.1, 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10), которые служат для крепления к ограничителю перенапряжений контактных проводов.

Ограничитель перенапряжений работает следующим образом. В экстремальных условиях работы при мощных грозовых или коммутационных перегрузках при приложении к ограничителю перенапряжений достаточного напряжения через него протекает электрический ток. Электрический ток протекает от верхнего оконцевателя 4 через шунт 9, медную шайбу 21 и колонку 6, состоящую из варисторных дисков 8, к нижнему оконцевателю 4. При протекании электрического тока через колонку 6 выделяется большое количество тепла, которое отводится через теплопроводный электроизоляционный компаунд 11 и стенку корпусной изоляционной трубы 1, выполненной из композиционного материала, например стеклопластика, а затем рассеивается в окружающую среду. При аварийном срабатывании ограничителя перенапряжений, то есть при его пробое, происходит испарение компаунда 11, что приводит к росту давления в полости 5 корпусной изоляционной трубы 1. Наиболее слабые волокна корпусной изоляционной трубы 1 разрушаются, что приводит к раскрытию корпусной изоляционной трубы 1 ограничителя перенапряжений, и через образовавшиеся отверстия происходит выброс газа в окружающую среду. Это приводит к падению давления в полости 5 корпусной изоляционной трубы 1. Наиболее опасным при аварийном срабатывании ограничителя перенапряжений является срыв оконцевателей 4 с корпусной изоляционной трубы 1. Соединение оконцевателя 4 и корпусной изоляционной трубы 1 гибкой шпонкой 12 позволяет существенно повысить взрывобезопасность ограничителя перенапряжений, полностью исключив срыв оконцевателя 4 с корпусной изоляционной трубы 1.

Изобретение позволило получить технический результат, а именно повысило взрывобезопасность ограничителя перенапряжений за счет соединения оконцевателя и корпусной изоляционной трубы с помощью гибкой шпонки.

1. Ограничитель перенапряжений, содержащий корпусную изоляционную трубу из композиционного материала, облицованную трекингозащитными ребрами, установленными на ее внешней цилиндрической поверхности, армированную металлическими оконцевателями, размещенную между ними в полости корпусной изоляционной трубы, по крайне мере, одну колонку, состоящую из поджатых пружиной, соосно состыкованных варисторных дисков, и соединенную шунтом с верхним оконцевателем, полость между внутренней цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы и колонкой заполнена теплопроводным электроизоляционным компаундом, отличающийся тем, что соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы осуществлено с помощью, по крайне мере, одной гибкой шпонки, установленной через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на корпусной изоляционной трубе и канавкой на оконцевателе, а ось гибкой шпонки лежит в плоскости, перпендикулярной к оси корпусной изоляционной трубы, и касательная плоскость к оси гибкой шпонки параллельна оси корпусной изоляционной трубы.

2. Ограничитель перенапряжений по п.1, отличающийся тем, что гибкая шпонка установлена через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на наружной цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавкой на внутренней сопрягаемой с этой наружной цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя, охватывающего корпусную изоляционную трубу.

3. Ограничитель перенапряжений по п.1, отличающийся тем, что гибкая шпонка установлена через заходное отверстие в шпоночный паз, образованный канавкой на внутренней цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавкой на наружной сопрягаемой с этой внутренней цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя, вставленного в корпусную изоляционную трубу.

4. Ограничитель перенапряжений по п.1, отличающийся тем, что гибкая шпонка в поперечном сечении выполнена прямоугольной.

5. Ограничитель перенапряжений по п.1, отличающийся тем, что соединение оконцевателя и корпусной изоляционной трубы осуществлено с помощью четырех гибких шпонок, установленных через заходные отверстия в шпоночные пазы, образованные канавками на наружной цилиндрической поверхности корпусной изоляционной трубы и канавками на сопрягаемой с этой наружной цилиндрической поверхностью корпусной изоляционной трубы поверхности оконцевателя.