Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_13561
.pdf
На фиг. 11 показан вид на гирлянду изоляторов в направлении линии электропередачи; гирлянда длиной 85
футов оснащена одним из вариантов изобретения.
На рисунках 12, 13, 14, 5 и 16 представлены подробные поперечные сечения модифицированных форм
элементов управления. 90 На фиг. 17 представлен вид сбоку с деталями в разрезе, демонстрирующими еще
одно применение изобретения.
Рис. 18 представляет собой поперечный разрез, показывающий модифицированную форму одной из частей,
изображенных на рис. 17.
На рис. 19 представлен вид, аналогичный рис. 17, демонстрирующий другое применение данного метода.
изобретение.
На рис. 20 представлен вид, аналогичный рис. 8, демонстрирующий модификацию. На рис. 21 и 22 показаны
детальные разрезы, иллюстрирующие другие типы дуговых огнетушителей.
В высоковольтной линии электропередачи крайне желательно обеспечить достаточную изоляцию опор, чтобы
на изоляторе или между проводником и землей не образовалась дуга, вызывающая короткое замыкание.
Когда над изолятором или между проводником и землей образуется электрическая дуга, обычно необходимо
снять напряжение с линии или существенно его понизить. Это, как правило, затрагивает синхронные и другие
устройства, подключенные к системе, даже если дуговой разряд на землю не причиняет серьезного ущерба.
В большинстве систем искрение на землю составляют значительную часть неисправностей или сбоев в
работе системы. Для минимизации последствий этих перебоев может потребоваться использование
параллельных линий электропередачи, а также большого количества оборудования в виде автоматических
выключателей и реле для отключения поврежденной линии.
Поскольку фиксированные затраты на крупные системы передачи электроэнергии могут составлять
значительную часть себестоимости производства и выработки электроэнергии, любое улучшение,
способствующее снижению стоимости линии электропередачи, является важным фактором. Во многих
системах передачи электроэнергии не менее 50% фиксированных платежей приходится на стоимость линий
электропередачи. В случаях, когда надежность цепи низкая, может потребоваться несколько цепей, что, в
свою очередь, может привести к значительному увеличению затрат не только на дополнительные проводники,
опоры и изоляторы, но и на дополнительную полосу отчуждения.
Там, где можно снизить опасность возникновения неполадок на линии электропередачи, возможно
использование меньшего количества цепей, поэтому любое улучшение, направленное на устранение дуговых
разрядов на землю, оправдано, поскольку оно способствует снижению стоимости поставляемой
электроэнергии. Частота возникновения дуговых разрядов относительно земли, как правило, увеличивается с
ростом или размером подключенных к сети линий электропередачи. Увеличение количества неполадок, как
правило, нивелирует экономическое преимущество межсистемного соединения энергосистем, так что во
многих системах, которые изначально работали с высокой степенью надежности, при их соединении с
другими системами возникает необходимость уменьшить количество дуговых разрядов на землю для
улучшения или поддержания первоначального уровня работы. В местах, где имеется большое количество
электроэнергии, которое может быть подвержено короткому замыканию, дуга на землю может нанести
значительный ущерб проводнику, изолятору или несущей конструкции, что потребует остановки для ремонта
или вызовет значительные перебои в электроснабжении. Одной из наиболее серьезных причин перебоев
является дуга на землю, вызванная молнией или птицами.
Настоящее изобретение разработано для устранения или уменьшения этих проблем и, следовательно, имеет
значительное экономическое значение для поддержания высокого уровня обслуживания и сокращения
дублирования линий и оборудования, необходимого для поддержания заданного уровня обслуживания. Ввиду
того, что молния может создавать очень высокие напряжения в системе электропередачи, очевидно, что
необходимо обеспечить большой объем изоляции там, где требуется предотвратить возникновение дугового
разряда между проводником и землей через изолятор, а также между проводником, опорой или несущей
конструкцией. 7;5 При использовании крупногабаритного изолятора необходимо обеспечить соответствующий
зазор до несущей конструкции. Это приводит к необходимости увеличения длины траверс и расстояния между
проводниками, что не только увеличивает стоимость несущей конструкции, но в некоторых случаях ухудшает
регулирование линии. Предложенный метод позволяет избежать перекрытий даже при использовании
умеренных зазоров и, хотя он особенно применим к строительству новых линий, легко адаптируется для
улучшения работы существующих систем, где существуют серьезные проблемы, вызванные перекрытиями от
молний, скачков напряжения или птиц.
На фиг. 1 показана опорная конструкция, имеющая верхнюю металлическую секцию 10, выступающие рычаги
11 и изолятор 12; поддерживающие проводники 13°. К вершине башни прикреплен провод 14,
представляющий собой зарядный, воздушный или электрический счетчик, имеющий секционные изоляторы,
вставленные через определенные интервалы по всей его длине. Между трубами, а именно между секциями
10 и 17, вставляется изолирующая секция 16. Изолирующая секция 16 содержит экранирующие или
разделительные мембрамы 18 из проводящего материала, шунтирующий резистор 19 и шунтирующий
конденсатор 20. Изоляционная секция 16 имеет если}.
изолирующие распорки 21 и поперечные стяжки 22. При эксплуатации предыдущих конструкций с сплошными
металлическими опорами прямой удар молнии в проводник или высвобождение связанного заряда могут
привести к увеличению напряжения между проводником и заземленными элементами опоры, что вызовет
разряд. Если рабочее напряжение высокое, разрядник открывает путь для распространения электрической
дуги, что часто приводит к перебоям в работе. Очевидно, что если напряжение или электрическое напряжение
между проводящим элементом и заземленной опорной конструкцией недостаточно для пробития воздушного
зазора, будь то над изоляторной гирляндой или непосредственно к элементам опоры, то аномальное
напряжение не создаст пути для распространения электрической дуги. 12 Усовершенствованная конструкция
предназначена для уменьшения разности потенциалов или напряжения между проводниками и источником
питания.
порты в рабочих условиях, чтобы дуга не возникла, и для достижения этого результата без чрезмерных затрат
или создания дополнительных опасностей, которые бы нивелировали преимущества. В процессе
эксплуатации высвобождение связанного заряда, например, удар молнии вблизи линии электропередачи,
будет приводить к увеличению потенциала или напряжения между проводником и несущей конструкцией в
обычных условиях строительства.
В усовершенствованной конструкции высвобожденный земной заряд, стремящийся повысить потенциал
проводника 13, может быть использован для повышения напряжения или потенциала несущей конструкции
при условии, что связанный заряд, который воздействует на несущую конструкцию так же, как и на
проводники, не будет перетекать на землю. Если предотвратить протекание связанного заряда к земле,
разность потенциалов или напряжение между проводниками 13 и несущей конструкцией могут быть
уменьшены до такой степени, что электрическая дуга не образуется. Очевидно, что если высвобождение
связанного заряда повышает потенциал элемента башни в той же степени, в какой оно повышает потенциал
проводников, то не будет никакой разницы в потенциале или напряжении между ними, кроме той, которая
возникает при нормальном рабочем напряжении.
В данном случае очевидно, что молния практически не окажет никакого влияния на возникновение
электрической дуги на землю, поэтому желательно максимально приблизить это условие к реальности,
насколько это экономически возможно.
Если электростатическая емкость между изолированным участком 10 и землей настолько велика, что
напряжение, индуцированное возмущающим фактором, недостаточно велико и, следовательно, допускает
слишком большую разницу потенциалов или напряжение между проводниками 13 и участком 10, это можно
компенсировать, используя провод 14, идущий против электродвижущей силы, для повышения потенциала
этого участка. Для того чтобы связанный заряд, стремящийся повысить потенциал небесного провода 14, не
понижался за счет перетекания в другие участки с более низким потенциалом, между каждой башней или по
мере необходимости могут использоваться разделительные изоляторы 1.3. Регулируя количество и размер
секционных изоляторов 15, можно в значительной степени регулировать потенциал элемента башни,
поскольку можно контролировать эффективную длину противоэлектродвижущего провода.
Очевидно, что если провод противодействующей электродвижущей силы не секционирован, он может, по
сути, обладать характеристиками заземляющего провода, особенно в тех случаях, когда изолирующая секция
зашунтирована сопротивлениями 19 и электростатическими емкостями 20. В тех случаях, когда
противоэлектродвижущий провод 14 имеет относительно высокое сопротивление, секционирование может не
потребоваться, хотя при этом возрастет опасность короткого замыкания, вызванного птичьим пометом.
Очевидно, что там, где на проводниках 13 возникает аномально высокое напряжение в виде скачка, эти
проводники, в свою очередь, образуют электростатический конденсатор, более плотный с проводом 14 и
верхней секцией 10 башни; каждый из проводников 13 составляет один проводящий элемент конденсатора,
другим элементом которого является секция башни 10 вместе с проводником 14. В тех случаях, когда
электростатическая связь приводит к снижению напряжения между проводником и кабелем опоры, это, в свою
очередь, создает дополнительную электрическую нагрузку на изолированный участок.
При очень высоких частотах, например, встречающихся в процессе эксплуатации из-за скачков напряжения
или ударов молнии, распределение электрического напряжения будет обратно пропорционально
относительной электростатической емкости. Поэтому важно, чтобы электростатическая емкость между
верхней секцией 10 и нижней секцией башни или землей была должным образом связана с
электростатической емкостью 90 между проводниками 13 и верхними проводящими элементами башни. Это
становится очевидным при рассмотрении следующих обстоятельств. Если электростатическая емкость
секции 10 относительно земли или 5 относительно изоляционной зоны трансформатора высока, что
соответствует очень большой электростатической емкости в конденсаторе, показанном на диаграмме 20,
очевидно, что изолированная секция будет иметь эффект короткого замыкания на очень высоких частотах по
сравнению с связью между проводником 13 и секцией трансформатора 10. Это привело бы к тому, что
практически вся потенциальная разница j05 оказалась бы между проводниками 13 и опорой 10.
Образовавшаяся дуга или путь разряда будут стремиться перенести полную нагрузку на изолированную
секцию башни, что может вызвать разряд с последующей электрической дугой. Если же, с другой стороны,
относительные электростатические емкости таковы, что изоляционная зона обеспечивает изоляцию или
противодействующую электродвижущую силу, которая будет суммироваться с силой на изоляторе 115 или
между проводником 13 и оконечной балкой, то проводники 13 могут передавать более высокий потенциал или
напряжение без возникновения дуги.
В целом, пропорции средней конструкции линии электропередачи таковы, что изолирующий участок или зона
в опоре, подобная показанной на рис. 1, будет эффективна без каких-либо специальных средств контроля
электростатической емкости проводников в зоне над изолирующим участком. В случаях использования очень
толстых проводников целесообразно максимально эффективно использовать изолированные участки, чтобы
их размеры оставались небольшими по механическим соображениям. В этом случае может возникнуть
необходимость или целесообразность контролировать электростатическую емкость в зоне путем добавления
конденсаторных элементов. Они могут представлять собой электростатические конденсаторы, подобные тем,
которые используются в системах с несущим током, за счет увеличения площади по обе стороны
изолированной зоны с помощью пластин или проволочных экранов 23 или проводников 24 и 25, идущих от
башни к башне.
Проводник 24 может быть разделен на секции с изоляторами аналогично проводнику 14. В тех случаях, когда
башня или несущая конструкция имеет только одну изоляционную зону, i) проводнику 25 не потребуется
изоляционный изолятор, поскольку этот проводник обычно заземляется через башню. Этот проводник не
обязательно протягивать от одной вышки к другой, но в некоторых случаях его можно использовать в качестве
оттяжки.
Очевидно, что элементы 24 и 2-5 не обязательно должны представлять собой проводники, натянутые между
опорами, а могут быть выступающими элементами или участками, которые увеличат электростатическую
емкость изоляционной зоны. Разгрузочные или фильтрующие элементы 18 могут использоваться для
увеличения пропускной способности путем увеличения их длины таким образом, чтобы они перекрывались в
вертикальной плоскости при сохранении достаточного зазора 10, но с увеличением их длины и расположения.
Таким образом, электростатическую емкость изоляционной зоны можно легко регулировать в соответствии с
условиями любой конкретной установки.
Одним из способов увеличения этой электростатической емкости является использование двух
перекрывающихся проводящих элементов из конического волокна, по одному с каждой стороны изоляционной
зоны. Данная конструкция показана на рис. 4q, где 26 представляет собой одну проводящую пластину
конденсатора, а 27 — другую проводящую пластину. Они могут быть расположены на таком расстоянии друг
от друга, что также будут ограничивать напряжение в изоляционной зоне, предотвращая повреждение
элементов. Очевидно, что проводящие пластины 26 и 27 могут иметь различные формы и могут
располагаться внутри или снаружи башни, либо одна внутри, а другая снаружи.
Давно известно, что деревянные столбы обеспечивают значительное количество теплоизоляции, которая
предотвращает возгорание.
закончилось во время грозы. «Многие линии умеренного напряжения имеют более высокое эффективное
напряжение пробоя между проводником и проводником, чем самые высоковольтные линии, используемые
сегодня со стальными или заземленными опорами». Однако в прошлом возникали трудности с обеспечением
эффективного использования этого теплоизоляционного материала без серьезных проблем, вызванных
другими причинами. Там, где используются обычные деревянные столбы, молния во многих случаях
разрушает конструкцию, а в районах, где изоляторы покрываются защитным слоем или изоляция становится
дефектной, ток утечки и зарядный ток изолятора часто приводят к возгоранию деревянной конструкции.
Эти недостатки часто делают невозможным использование преимуществ структуры древесины для
предотвращения перегорания пламени во время скачков напряжения или из-за птиц.
Эксперименты показывают, что там, где путь разряда можно расположить вдали от изолирующих деревянных
элементов, их можно использовать с выгодой. Для этого необходимо экранировать или защитить деревянный
элемент с помощью выпускного патрубка или колпачка 18.
Эти элементы, как правило, соприкасаются с поверхностью в начале и располагаются дальше от
изолирующих элементов 16 по мере их сближения. Это обеспечивает экранирование концов, и при
правильном выполнении разряд, вызванный молнией, будет происходить между концами разрядных рожков,
вдали от поверхности изолирующих элементов 16.
При правильном подборе пропорций точка выброса может находиться достаточно далеко от изоляционных
элементов, чтобы они не обуглились и не подверглись воздействию высокой температуры. В целом, однако,
желательно обеспечить достаточную изоляцию, чтобы разряд не происходил. Однако это может быть
экономически нецелесообразно или не нужно в некоторых редких случаях, когда разрядные нивелиры 18
защитят изоляционные нивелиры. Верхние разрядные или экранирующие элементы могут быть выполнены в
виде защитного экрана от атмосферных воздействий, как показано на рис. 28 (рис. 3), таким образом, чтобы
они стремились поддерживать по меньшей мере часть изоляционной зоны в рабочем состоянии для
поддержания высокого уровня сопротивления. Однако в целом это не обязательно, поскольку
электростатическая емкость достаточно высока для данной зоны, так что в условиях молнии изоляция,
обеспечиваемая элементами 16, даже во влажном состоянии, может быть столь же эффективной, как если бы
элементы были сухими.
Это, разумеется, применимо только там, где частоты 1 очень высоки. В тех случаях, когда изоляционные
элементы 16 имеют большие прожилки, из-за чего их сопротивление может быть довольно низким во влажном
состоянии, целесообразно оставлять часть из них сухой, чтобы избежать проблем с птицами, как в случае
короткого замыкания гирлянды птичьим пометом, позволяющим нормальному частотному напряжению
воздействовать на изолятор и вызывать короткое замыкание.
Суммарный ток заряда и ток утечки при высоких частотах приведет к очень большому падению напряжения
(Ill) на влажной изолированной зоне по сравнению с падением напряжения на нормальной частоте. В
последнем случае, т.е.
При нормальной частоте падение напряжения может быть настолько низким в местах полного намокания
элементов, что в случае короткого замыкания изолятора 12 из-за птиц или по другим причинам может
возникнуть электрическая дуга.
Очевидно, что в случае использования изоляционного материала 371,471 достаточно просто использовать
изоляционную трубку 191 (рис. 5), заполненную средой сопротивления, такой как вода, к которой добавлен
спирт или другой материал для предотвращения замерзания.
Там, где нет опасности замерзания, можно использовать саму воду, сопротивление которой регулируется с
помощью любого электролита, такого как хлорид натрия или кальция.
Если требуется высокое сопротивление для предотвращения замыкания на землю в случае короткого
замыкания 75 изоляторных гирлянд птицами, его можно получить с помощью небольшой трубки, заполненной
водой и спиртом или водой и глицерином. В целом, таким образом можно легко получить сопротивление в
несколько тысяч ом, что будет способствовать предотвращению короткого замыкания.
В случае возникновения электрической дуги и прохождения её через резистор, она обычно автоматически
устраняется, поскольку в резисторной трубке образуется газ, стремящийся к температуре 85°C, что приводит к
его срабатыванию в качестве предохранителя.
Разряды на одной и той же вышке редко происходят последовательно, за исключением длительных
промежутков времени, поэтому можно использовать недорогую резистивную трубку, которую можно вывести
из строя или заменить. Очевидно, что при любом несимметричном напряжении между проводниками и землей
сопротивление должно быть достаточно низким, чтобы несимметричный ток проходил к земле без
образования достаточно высокого напряжения, способного вызвать возгорание или разрушение
изоляционных элементов 16 и 21. При использовании резистора трудно предотвратить протекание через него
значительного тока, если практически вся изоляция между проводником и верхней частью опоры будет
удалена.
Подобные случаи обычно длятся лишь мгновение, если только не повреждена гиря изолятора 105. В тех
случаях, когда верхняя часть башни изменяется лишь на мгновение, для разрыва дуги путем газового
разряда, как в случае предохранителя, или путем разрушения может использоваться временное
сопротивление. При правильной конструкции сопротивление обычно может быть таким, что короткое
замыкание, вызванное заземлением проводника на верхней секции башни, позволит срабатывать реле.
Деревянные элементы дешевы и в большинстве случаев могут эффективно использоваться в качестве
изоляционной секции башни, особенно если элементы пропитаны для предотвращения утечки тока через их
внутреннюю поверхность. В целом, любой из обычных способов пропитки подходит, поскольку это
предотвращает проникновение воды или проводящего пути внутрь элемента, так что в конечном итоге он
легко экранируется или защищается от воздействия элементов 18.
Во многих случаях экранирование или пропитка не требуются, но это, как правило, устраняет проблемы в
суровых условиях, а пропитка имеет дополнительное преимущество: элементы экранируются таким образом,
чтобы часть оставалась сухой, что позволяет эффективно обеспечить высокое сопротивление для
предотвращения образования электрической дуги при нормальных условиях напряжения или при
сравнительно низкой частоте. В некоторых участках ток утечки и зарядный ток через изоляторы при
нормальном рабочем напряжении таков, что любой несбалансированный ток, протекающий вокруг, вызовет
возгорание конструкции. Этого можно избежать, используя изолирующую зону, которая будет выдерживать
этот разряд так же, как и изоляторы. Для такого типа конструкций обычно требуется использование
секционных изоляторов из фарфора или стекла, либо изоляторов типа «монета-фунт», поверхность которых
позволяет пропускать ток без обугливания. Существует множество изоляторов такого типа, например,
используемые в некоторых типах шинных систем и для секционирования радиовышек. Однако в целом
использование составных изоляционных элементов или элементов, препятствующих поверхностной утечке,
слишком дорого, поскольку обычно можно получить результаты, используя деревянные или волокнистые
элементы, защищенные шунтирующим резистором 19, который компенсирует любую несбалансированную
утечку или напряжение на землю, создаваемое проводниками.
В целом, это сопротивление 19 может быть очень высоким, поскольку утечка через изолятор чрезвычайно
мала.
В тех случаях, когда опасность со стороны птиц невелика, а относительная электростатическая емкость
между проводниками и верхней секцией башни, а также над изоляционной зоной достаточно велика, можно
использовать сопротивление сравнительно небольшой величины, поскольку противодействующая
электродвижущая сила при перенапряжении будет достаточно высокой, чтобы потенциал или напряжение
между проводниками 13 и секцией 10 башни не снизилось настолько, чтобы допустить образование дуги из-за
утечки или разряда в секции 10 через сопротивление. Это сопротивление можно легко регулировать в
соответствии с условиями и даже контролировать относительное напряжение между проводниками и верхней
частью башни, а также в изолированной зоне. Резистивное сопротивление может быть выполнено в виде
высокоомной проволоки, намотанной в любой подходящей форме, либо в корпусе, либо на открытом воздухе,
либо это сопротивление может быть образовано высокоомной проволокой, погруженной в электролит,
который образует часть сопротивления, или в изолирующем слое, причем окружающая среда используется
для предотвращения пробоя между различными участками резистивного элемента, а также для его
охлаждения и предотвращения разрушения в результате кратковременного сильного разряда.
Другой способ получения этого сопротивления371,471 37 1,471 заключается в том, что его можно
использовать для продления срока службы деревянного элемента, чтобы он был равен или превышал срок
службы металлических элементов.
Поскольку сложно изготовить крупные деревянные детали из цельного куска, которые не будут расслаиваться
или зиять при сушке, такие детали могут быть собраны из сравнительно тонких элементов. В целом,
целесообразно располагать различные части элемента на некотором расстоянии друг от друга, чтобы они не
задерживали воду в пространстве между собой за счет капиллярного притяжения и, следовательно, не
вызывали разряд между угольками. В некоторых случаях снижение поверхностного сопротивления элементов
позволит устранить любые неравномерные утечки. Этого можно добиться путем легкого обугливания
поверхности или нанесения проводящего слоя электролита. Однако, как правило, при использовании
проводящего пути электролита для покраски или пропитки детали сопротивление значительно изменяется со
временем, и обычно целесообразно использовать шунтирующий резистор, который будет поддерживать
равномерные условия. Если какое-либо несбалансированное состояние вызовет возникновение потенциала
или напряжения в изолированной зоне, этот потенциал или напряжение может быть опасным, если
сопротивление шунта не будет достаточно низким для его разряда.
В случае, если шунтирующее сопротивление 19 не используется, зона может быть зашунтирована
проводником или выключателем, предназначенным для этой цели, аналогичным тем, которые используются в
линиях электропередачи. Этот шунтирующий переключатель -5, разумеется, используется только в случае
перегрева или если изолирующая зона настолько длинная, что необходимо ее перекрыть. Помимо
предотвращения искрения на землю, изолированная зона предотвращает возникновение высокого
напряжения у основания башни, которое в некоторых случаях может представлять опасность для жизни,
особенно при высоком сопротивлении заземления.
Если расстояние между концами дугогасительных рожков 18 достаточно велико, то разряд через зазор,
вызванный молнией, не будет сопровождаться электрической дугой, но если расстояние относительно мало,
электрическая дуга может продолжаться после того, как дуга образовалась в результате разряда молнии.
Поэтому желательно сделать дугогасители достаточно длинными, чтобы предотвратить возникновение
электрической дуги, но в этом случае возникают дополнительные трудности с предотвращением удара дуги о
деревянную опору между дугогасительными рожками. Для того чтобы зазор между электродами был
достаточно длинным для гашения дуги после прохождения аномального напряжения, и одновременно для
направления дуги таким образом, чтобы она не попала на деревянную опору, иногда желательно
использовать какое-либо средство для направления дуги, например, показанное на рис. Г и 7.
W5 В конструкции, изображенной на этих рисунках, деревянный столб 30 несет деревянные поперечные
балки 31 и 32. Заземляющий провод установлен в точке 33 на верхней поперечной балке 32 и соединен с
заземлением посредством провода 34.
Проводники поддерживаются изоляторами 7o 35, 36 и 37, а поперечные балки снабжены путями утечки 38 с
высоким сопротивлением для проведения токов утечки и зарядных токов, чтобы предотвратить обугливание
деревянных поперечных балок. Поперечные балки снабжены дугогасительными рожками 39, а на концы
каждого из дугогасительных рожков надеты втулки 40 из диэлектрического материала, которые приклеены или
иным образом закреплены на месте. Эти втулки служат для направления разрядной дуги от одного
80-градусного рупора к другому и предотвращают попадание дуги на деревянную траверсу. Элементы
управления для дугового разрядника могут быть выполнены в различных формах и могут использоваться в
сочетании с различными аппаратами, как будет указано ниже.
На рис. Изобретение применяется к натяжному изолятору 41, который оснащен дугогасительными или
управляющими рупорами 42 и 43. Эти рупоры выполняют двойную функцию: они, как правило,
электростатически экранируют деревянный изолятор 41 и обеспечивают путь разряда от одного рупора к
другому. Там, где расстояние между рогами относительно велико, электростатическая емкость деревянного
тела 95 41 имеет тенденцию притягивать стример, исходящий от рогов 42 или 43. При попадании разряда в
деревянную деталь он может причинить серьезный ущерб. Поскольку электростатическая емкость на пути
разряда является важным параметром, улучшение характеристик материала может быть достигнуто путем
наложения изоляционной втулки 44 на концы рогов 42 или 43.
Эта изолирующая втулка может быть изготовлена из фарфора или любого подходящего диэлектрического
материала, и может иметь форму трубки, открытого канального участка или представлять собой просто
стержень из диэлектрика. «В тех случаях, когда элемент не представляет собой трубчатый элемент или
изолирующую втулку, желательно, чтобы удельная индуктивная способность материала была значительно
выше, чем у воздуха». Фарфор или стекло, обладающие удельной индуктивной способностью 6 или 7,
полезны для обеспечения пути для электростатического стримера 115, поскольку он будет стремиться
следовать по поверхности элемента с высокой пропускной способностью по магнитному потоку.
Электростатический поток через элемент 44 увеличивается, что несколько похоже на увеличение магнитного
потока, возникающее при помещении куска железа в магнитное поле. При использовании трубчатого
элемента достигается двойное преимущество, поскольку цилиндр будет оказывать эффект, аналогичный
эффекту предохранительной трубки, предотвращая возникновение электрической дуги после
высоковольтного разряда.
Разумеется, нет необходимости размещать диэлектрические элементы в электризуемом элементе М,
оснащенном электродами 51, выступающими в поле, чтобы они инициировали разряд. Эти электроды 51
снабжены диэлектрическими покрытиями 52, так что разряд, инициированный между точками соединения 51,
будет проходить через центр элементов 62. Преимущество такой конструкции заключается в том, что при
нормальных условиях эксплуатации, если изоляторы мокрые, разряд от кольца 75 или электрода к
изоляторной гирлянде будет предотвращен в условиях, которые в противном случае могли бы вызвать этот
разряд при относительно низком потенциале, но которые могут быть сглажены неблагоприятными
переходными процессами. 80 В этих условиях, когда наибольшая плотность магнитного потока приходится на
поверхность плитки оголенного кольца, напряжение пробоя может быть значительно снижено при
использовании только кольца1. Покрытие точки наибольшего разряда изоляцией придает ей свойства
изолированного контрольного элемента, что весьма желательно, поскольку это свойство в значительной
степени предотвращает пробои при относительно низком напряжении 90°, которое изоляция должна легко
выдерживать.
При условии правильного подбора размеров деталей, сброс может осуществляться через трубчатый или
канальный участок 95. Повышенная способность трубчатого элемента к поглощению магнитного потока по
сравнению с воздухом, как правило, направляет зарождающийся стример по этому пути. Если возникнет
электрическая дуга, трубчатая секция будет обладать свойствами предохранителя, обеспечивая размыкание
цепи, но не будет иметь недостатка в виде снижения напряжения вспышки, как в случае, когда
предохранитель или проводник выступают на конец трубки. Благодаря использованию удельной индуктивной
способности или повышенной пропускной способности по магнитному потоку элементов управления разрядом
52, нет необходимости существенно уменьшать расстояние разряда для контроля траектории дуги в самых
жестких условиях. В наиболее суровых условиях дуга имеет тенденцию ударяться о струну по причинам,
описанным выше, хотя в более мягких условиях дуга может ударяться свободно от кольца к кольцу. Таким
образом, усовершенствование позволяет повысить эффективность изоляции для заданной длины гирлянды
или изолятора и одновременно контролировать траекторию дуги или разряда.
Элементы управления 52, разумеется, могут применяться к дугогасительным рожкам или к любому электроду.
Одно из применений — использование их в качестве ограничительных зазоров, применяемых в
грозозащитных устройствах, или в качестве зазоров 125, используемых для ограничения напряжения на
генерирующих станциях, подстанциях или в различных точках вдоль линии электропередачи.
Изобретение обладает множеством преимуществ, в частности, количество перехватов составит 130 тродов.
Один из способов применения изобретения заключается в том, чтобы поддерживать диэлектрический
элемент 45 b) между электродами, прикрепляя его к основанию изолятора 41 с помощью элемента 46.
Предпочтительно, элемент 46 является изолятором или обладает достаточными изоляционными свойствами,
чтобы предотвратить разряд в тело 41 до того, как разряд будет происходить в пространстве между 42 и 4:3
вдоль поверхности 45.
Данное применение изобретения особенно важно в тех случаях, когда используются довольно большие
зазоры, и необходимо предотвратить попадание дуги в основной корпус - 41. Во многих вариантах
применения изобретения 15 корпус 41 представляет собой деревянный столб на деревянной поперечной
балке. Диэлектрические элементы 44 могут выступать из любого устройства защиты от дугового разряда,
такого как кольца, предназначенные для крепления к подвесным изоляторным гирляндам или в
промежуточных точках.
На фиг. 9 показано применение изобретения к подвесной струне 47, в которой элементы 44 прикреплены к
рогам 48 в верхней и нижней части струны. На рисунке показаны элементы 49, предназначенные для
управления электростатическим потоком, которые поддерживаются элементами 54 в промежуточной точке
гирлянды. Эти элементы 54 могут представлять собой диэлектрики с достаточной изоляцией, чтобы
предотвратить проникновение разряда в тело изолятора 47 b) по этому пути. Элемент 49 может быть снабжен
электродом 55 в центре тюля или электродами 56 и 57 на одном или обоих концах. Эти электроды служат для
направления пути разряда через трубку. В тех случаях, когда пропускная способность магнитного потока
элемента 49 велика и позволяет контролировать путь разряда, эти электроды могут быть довольно
маленькими, так что они лишь незначительно уменьшат путь разряда.
После разряда через элемент возникнет тенденция к очистке области из-за действия, обычно вызываемого
предохранительной трубкой.
Очевидно, что для создания гирлянды изоляторов можно использовать более одного элемента, чтобы в
случае опасности были доступны и другие. Эти элементы могут иметь любую подходящую форму и могут
быть изготовлены из стекла, фарфора, волокна, резины, бакелита или их комбинации, обеспечивающей
механическую прочность и желаемые электрические свойства. Размер отверстия в тюле можно регулировать
для обеспечения наилучшего эффекта очистки Z5 в случае возникновения электрической дуги после
первоначального разряда. В тех местах, где отверстия в трубках 44 и 49 открыты на их верхних концах, может
быть образован дренаж через цемент, с помощью которого трубки -6 крепятся к рожкам 48 или сбоку от
электрода 5.5, чтобы предотвратить скопление воды в трубках.
На фиг. 10 показано применение изобретения для градуировки экранов, соединенных с изоляторной
гирляндой. Градационные экраны 50 уменьшены в результате увеличения эффективного пути разряда
(pre371,47-1 3771,471). Кроме того, стоимость довольно низкая, а обслуживание предохранителей исключено.
Благодаря воздушному каналу и благоприятным электрическим условиям, которые можно создать с помощью
этой схемы, опасность опрокидывания в условиях повышенной влажности или неисправности практически не
возрастает.
В тех случаях, когда открытые концы элементов 52 расположены непосредственно друг над другом, обычно
целесообразно располагать их оси под углом. Это способствует разделению потоков горячих газов от каждой
трубки, тем самым увеличивая путь возникновения дуги и вероятность ее устранения. Изобретение особенно
применимо к втулкам, где необходимо предотвратить контакт электрической дуги с корпусом втулки.
Элементы управления.52 могут иметь любую удобную форму и при желании могут быть оборудованы
навесами от непогоды. Однако это обычно необходимо только в тех случаях, когда допустимые зазоры
ограничены.
В модификации, показанной на рис. 11, элементы управления 44 наклонены относительно вертикальной
плоскости проводника, а центральный элемент 58 изогнут таким образом, что отверстие в проходящем через
него участке будет располагаться под углом к линии отверстий соседних элементов 44. Верхний конец
отверстия в элементе 58 и нижний конец отверстия в элементе 44 направлены в одну и ту же сторону 335
плоскости проводника, тогда как нижний конец отверстия в элементе 58 и верхний конец отверстия в
элементе 44 направлены в противоположные стороны. В любом случае поток газов из соседних открытых
концов элементов управления будет смещен, что приведет к разрыву дуги.
В модификации, показанной на рис. 12, управляющий элемент 9 снабжен увеличенным углублением 60, в
котором горячие газы будут стремиться расширяться, создавая взрывную волну через ограниченную часть 61
отверстия в элементе 59. Это приведет к эффекту взрыва в углублении r0 60, что будет способствовать
рассеиванию дуги.
На рис. 1.5 показана аналогичная конструкция, за исключением того, что изображен управляющий элемент на
верхнем конце изоляторной гирлянды, а отверстие 61 более ограничено, чем показано на рис. 12, чтобы
обеспечить более высокую скорость выходящего газа из камеры 60.
На фиг. 1:3 и 16 показаны соответственно нижний и верхний элементы, в которых трубки (62) изогнуты наружу
на своих концах, образуя выступающий край или экран 133, который направляет дугу наружу и стремится
предотвратить ее попадание в изоляторную гирлянду. На фиг. 1:3 диэлектрическая трубка снабжена
перфорацией 64 для отвода воздуха из внутренней части трубки, что позволяет газу выходить наружу. В
некоторых случаях может оказаться целесообразным вставить взрывной патрон 65 внутрь трубки управления,
как показано на рис. 14. Патрон 65 может содержать порох г'уIIn или другое взрывчатое вещество, и в случае
возникновения электрической дуги это вещество воспламенится и будет стремиться погасить дугу.
В представленной на фиг. 17 конструкции устройства разряда используется в качестве ограничителя
напряжения, а также в качестве устройства отключения или грозозащитного разрядника. Провод 66,
прикрепленный к шине или высоковольтному проводнику, заканчивается дугогасительным рожком 67, сферой
или другим подходящим разрядником, ap. Зазорный элемент 67 поддерживается пакетом изоляторов 68,
который может вращаться, изменяя ширину ограничивающего зазора или позволяя проводить обслуживание
или регулировку аппарата. Другой дополнительный электрод 69 разрядного зазора расположен напротив
элемента 67. Это обеспечивается подходящим пакетом изоляторов 70, который может быть подвижным или
вращающимся для облегчения регулировки или обеспечения достаточного зазора, чтобы с устройством
можно было работать, не отключая напряжение со стороны линии электропередачи.
При неправильной работе перенапряжение достаточной величины вызовет разряд между электродами зазора
(67 и 69). Способность элементов шины к заземлению приведет к возникновению напряжения между
электродами воздушного зазора 67 и 69. Если (пространство между двумя частями (7 и (939) достаточно
велико, то может быть возможно осуществить разряд в этом трубчатом нинипере 7-1. Если в трубчатом
элементе i1 предусмотрен длинный путь разряда, так что после разряда будет наблюдаться тенденция к
затуханию дуги, очевидно, что устройство может не обеспечить достаточную защиту, поскольку для
возникновения разряда потребуется очень высокое напряжение.
Эта сложность может быть компенсирована распределением электростатического напряжения таким
образом, что даже при использовании длинного пути разряда разряд может быть начат между клеммными
элементами 72 и 73. Этого можно добиться, установив на конце внешнее электростатическое поле, например,
с помощью емкостных элементов 74 и 7a5, расположенных рядом с внешней стороной или с потенциалом 7I,
или tiha-. Потенциал Liglx вызовет перенапряжение на разрядных элементах или электродах 72 и 73.
Этот потенциал будет распространяться от точки к точке вдоль пути разряда внутри трубки до тех пор, пока
дуга не замкнется.
В целом, напряжение разряда от точки к аноду или вокруг него значительно снижается там, где точка имеет
положительный заряд. Если клемма 72 положительная, то напряжение пробоя будет значительно ниже, чем
если бы она была отрицательной при обычных условиях поля. Однако можно экранировать поле таким
образом, чтобы устройство выдавало приблизительно одинаковое напряжение I независимо от полярности.
Изолированное контрольное или градуировочное устройство, подобное показанным на рис. 19 под номерами
76 и 77, будет приблизительно соответствовать этому состоянию. В целом, однако, целесообразно начинать
перегрев до напряжения при низком потенциале по сравнению с длиной элемента 71.
Очевидно, что в случае, когда поле контролируется проводником 75, прикрепленным к конденсатору,
напряжение на клемме 7s 72 может быть увеличено таким образом, что разряд начнется, когда клемма 72
будет положительной. Разряд, начинающийся от 72, будет стремиться распространяться в сторону пластины
75. Ток в разряде снижает сопротивление, так что потенциал между контактом 72 и внутренней поверхностью
трубки, противоположной контакту 7,5, значительно уменьшится. В связи с наличием поля, создаваемого
конденсатором 78, и, т. е. возможностью образования дуги, дуга может быть продлена до тех пор, пока разряд
не завершит путь между 72 и 73.
Результат может быть достигнут несколькими различными способами.
Один из вариантов расположения элементов c(i,,er показан на рис.
i8 -n w'-hicl два iis ulat'ed управляющих стержня 79 и s,) adz placod по одному с каждой стороны разрядного
отверстия в трубчатом диэлектрическом элементе 81. Эти регулирующие стержни могут быть выполнены в
сборе с концевыми элементами 82 и 83 или могут быть размещены снаружи плитки 81. Хотя при
определенных условиях элементы управления могут быть оголены, близкое расположение элементов
управления и пути распространения заряда внутри трубки, как правило, требует их изоляции.
Один из способов обеспечения различной полярности разряда заключается в использовании двух разрядных
ламп, одна из которых будет разряжать поле положительным переходным процессом на линии
электропередачи, а другая — отрицательным переходным процессом на той же линии электропередачи;
таким образом, можно установить необходимую напряженность поля, чтобы получить разряд на сравнительно
длинном пути, что будет способствовать повышению способности устройства устранять разряд. Подобная
конструкция показана на рис. 19, в которой две разрядные трубки 84 и 85 соединены параллельно, причем
трубка 84 имеет электрод 86, подключенный к линии и снабженный кольцом магнитного потока 76 для
облегчения разряда.
Соседние файлы в папке патенты