IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Согласно проведенным исследованиям настоящая разработка относится к области высоковольтной техники, а более конкретно к  изоляторам  и  устройствам  грозозащиты, а также к линиям электропередачи, снабженным устройствами грозозащиты.

Тарельчатый изолятор, широко применяемый на электрифицированных  железных дорогах, не обеспечивает защиту от перенапряжения, является только изолирующей деталью для крепления проводов к опорным конструкциям. В линиях напряжением 110 кВ и выше, в качестве защиты, используют грозозащитный трос. Предлагаемый изолятор-разрядник позволяет защищать ЛЭП 110 кВ и выше без использования грозозащитного троса.

Результат достигается тем, что в изоляторе-разряднике, который содержит  изоляционное тело, установленные на его концах первый и второй элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Он также дополнительно снабжен мультиэлектродной системой (МЭС), состоящей из 5 - 100 и более электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины, механически связанных с изоляционным телом. Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры. Изолятор-разрядник содержит также первый и второй подводящие электроды, каждый из которых отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и одним концом связан гальванически или через воздушный промежуток с верхним или нижним элементом арматуры, а вторым концом через воздушный промежуток с первым или вторым концом МЭС. По окружности   тела, с внутренней стороны МЭС жестко закреплено кольцо из электропроводящего материала, которое обеспечивает высокую эффективность работы изолятора-разрядника за счет действия электродвижущих сил, возникающих в нем и влияющих на электрическую дугу между смежными электродами в МЭС в момент прохождения волны перенапряжения.

На чертеже представлен изолятор - разрядник, который состоит из изоляционного тела (тарелка)1(рис.1 и рис.3), выполненного из стекла, первый 2 и второй 3 элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Изолятор-разрядник дополнительно снабжен мультиэлектродной системой (МЭС) 4, состоящей из 5 - 100 и более электродов 5 (рис.2), вмонтированных в профиль из силиконовой резины 6, механически связанных с изоляционным телом 1 (рис.1 и рис.3). Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры 7 (рис.2). Изолятор-разрядник содержит также первый 8 (рис.1 и рис.3) и второй 9 подводящие электроды, каждый из которых одним концом соединен гальванически с первым 2 и вторым 3 элементом арматуры, а другим концом, через воздушные промежутки 10 и 11 с первым и вторым концом МЭС 4. На изоляционном теле 1 с внутренней стороны МЭС 4 жестко закреплено кольцо из электропроводящего материала 12.

Изолятор-разрядник работает следующим образом: при воздействии перенапряжения на изолятор-разрядник сначала пробиваются искровые воздушные промежутки 10 или 11, а затем - МЭС 4. Ток грозового перенапряжения протекает от второго элемента арматуры 3 и его подводящего электрода 9 через искровой канал нижнего искрового промежутка 11, затем -  по МЭС 4, и далее - через канал разряда верхнего искрового промежутка 10 по верхнему подводящему электроду 8  к первому элементу арматуры 2. При воздействии  импульса грозового перенапряжения на МЭС 4 пробиваются промежутки между электродами 7 (рис.2). Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами 5 в МЭС 4 (рис.1 и рис.3) происходят внутри камер 7 (рис.2), объёмы которых весьма малы, при расширении канала создаётся высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами 5 перемещается к поверхности изоляционного тела, образуя канал разряда 13, и далее - выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами 5 каналы разрядов 13 охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т. е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. Одновременно с этим в кольце из электропроводящего материала 12 (рис.1 и рис.3), расположенного на изоляционном теле 1, на внутренней стороне МЭС 4, индуцируется ток, магнитное поле которого воздействует на дугу, которая образовалась между смежными электродами, выдувая ее еще больше. Все это позволяет увеличить длину дуги и, следовательно, ее сопротивление, что приводит к увеличению скорости  гашения дуги.

На участке МЭС 4 между подводящими электродами промежуточных электродов нет, и разряд развивается по МЭС 4, занимающий примерно три четверти периметра ребра изоляционного тела 1, а не между подводящими  электродами 8 и 9. При ударе молнии непосредственно в ЛЭП или в опору происходит перекрытие изолятора-разрядника, как это было описано выше. После окончания грозового перенапряжения и стекании его тока через опору в землю благодаря работе МЭС 4 происходит гашение разряда «в импульсе», т. е. без сопровождающего тока, и ЛЭП продолжает работу без отключения.

Как можно заметить, использование кольца из электропроводящего материала в изоляторе-разряднике приводит к увеличению скорости гашения дуги, за счет увеличения длины дуги и увеличению сопротивления, что способствует повышению эффективности работы разработки и экономической целесообразности ее использования.