высоковольтный изолятор

Формула изобретения

1. Высоковольтный изолятор для установки силового провода на опоре линии электропередачи, содержащий снабженное спиралевидными ребрами изоляционное тело, один конец которого предназначен для крепления силового провода, а другой для крепления изолятора на опоре, отличающийся тем, что внутри изоляционного тела установлен направляющий электрод, длина которого больше, чем половина длины указанного изоляционного тела, причем указанный электрод установлен в изоляционном теле так, что пробивное напряжение изоляционного тела больше, чем разрядное напряжение по поверхности изолятора.

2. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что направляющий электрод выполнен в виде набора изолированных друг от друга металлических электродов.

3. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что направляющий электрод выполнен в виде изоляционного тела с дисперсно распределенными в нем металлическими, полупроводящими или сегнетоэлектрическими частицами.

4. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что направляющий электрод выполнен с выступом, выведенным на поверхность изолятора.

5. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что направляющий электрод выполнен в виде спирали.

6. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что на поверхности изоляционного тела в междуреберном промежутке нанесено полупроводящее покрытие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к высоковольтной технике может быть использовано для повышения надежности электрических систем.

Известен высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционного (фарфорового) ребристого тела и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции [1].

Недостатком известного изолятора является то, что при грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между металлическими фланцами, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, что требует экстренного отключения высоковольтной установки, содержащей указанный изолятор [2].

Известна гирлянда тарелочных стеклянных изоляторов [3], которая обладает тем же недостатком, что и упомянутый ранее опорный изолятор.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фарфоровый изолятор со спиралевидными ребрами [4], один конец которого предназначен для крепления к высоковольтному электроду, а другой - для крепления к заземленной опоре.

У известного изолятора, так же как и у изолятора с параллельными ребрами [1] , при грозовом перенапряжении происходит перекрытие по воздуху между металлическими элементами крепления, расположенными по концам изоляционного тела изолятора, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, что требует экстренного отключения высоковольтной установки, содержащей указанный изолятор.

Задачей изобретения является повышение надежности работы изолятора при перенапряжениях.

Задача решается тем, что внутрь изоляционного тела изолятора со спиралевидными ребрами, один конец которого предназначен для крепления силового провода, а другой для крепления изолятора на опоре, устанавливается направляющий электрод, имеющий длину, большую, чем половина длины указанного изоляционного тела, причем указанный электрод установлен в изоляционном теле так, что пробивное напряжение изоляционного тела больше, чем разрядное напряжение по поверхности изолятора.

Кроме того, направляющий электрод может быть изолирован от обоих концов изоляционного тела.

Кроме того, направляющий электрод может быть выполнен в виде набора изолированных электродов.

Кроме того, направляющий электрод может быть выполнен в виде изоляционного тела с дисперсно распределенными в нем металлическими, полупроводящими или сегнетоэлектрическими частицами.

Кроме того, направляющий электрод может быть выполнен с выступом, выведенным на поверхность изолятора.

Кроме того, направляющий электрод может быть выполнен в виде спирали.

Кроме того, на поверхности изолятора в междуреберном промежутке может быть нанесено полупроводящее покрытие.

В таком изоляторе при перенапряжении наличие направляющего электрода обеспечивает формирование скользящего разряда по поверхности изолятора в междуреберном промежутке по спиральной траектории. При этом возникают электродинамические силы, приложенные к каналу разряда и направленные в сторону от вертикальной оси изолятора, т.е. растягивающие спираль канала разряда. (Аналогичные растягивающие силы возникают в обмотке реактора при протекании по ней электрического тока.) Эти силы перемещают канал разряда в холодном (непрогретом) воздухе. Таким образом происходит интенсивное охлаждение канала и увеличение его электрического сопротивления. Вследствие этого после прохождения импульсного тока грозового перенапряжения силовая дуга от напряжения промышленной частоты не образуется и электроустановка, в состав которой входит изолятор по изобретению, может продолжать бесперебойную работу без отключения.

Все приведенные варианты конструкции изолятора просты в изготовлении и обеспечивают при перенапряжениях скользящий разряд по поверхности изолятора по спиралевидной траектории.

Сопоставительный анализ заявляемого высоковольтного изолятора и прототипа показывает, что заявляемая конструкция отличается от известной тем, что внутри изоляционного тела или частично на его поверхности установлен направляющий электрод, имеющий длину, большую, чем половина длины указанного изоляционного тела.

Кроме того, каждый из приведенных конструктивных вариантов изолятора отличается от прототипа.

Таким образом, заявляемый высоковольтный изолятор соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники, и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность широкого использования заявляемого устройства в области высоковольтной техники обеспечивает ему критерий "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображена схема изолятора с направляющим электродом, соединенным со стержнем для крепления изолятора к опоре; на фиг. 2 - схема изолятора с направляющим электродом, изолированным от обоих концов изоляционного тела; на фиг. 3 - схема изолятора с направляющим электродом в виде набора из изолированных друг от друга электродов; на фиг. 4 - схема изолятора с направляющим электродом в виде изоляционного тела с дисперсно распределенными проводящими, полупроводящими или сегнетоэлектрическими частицами; на фиг. 5 - схема изолятора с направляющим электродом, изолированным от обоих концов изоляционного тела и выступом на его поверхности; на фиг. 6 - схема изолятора с направляющим электродом в виде спирали; на фиг. 7 - схема изолятора с полупроводящим покрытием в междуреберном промежутке.

Высоковольтный изолятор включает изоляционное тело со спиралевидными ребрами 1 (фиг. 1) и направляющий электрод 2. Верхний конец изоляционного тела 1 предназначен для крепления высоковольтного электрода 3, а направляющий электрод 2 соединен со стержнем 4, служащим для крепления изолятора к опоре. Направляющий электрод 2 обеспечивает условия для развития скользящего разряда по поверхности изолятора. При достаточно большом перенапряжении, приложенном к изолятору, около электрода 3 начинает развиваться канал импульсного разряда. В прототипе, т.е. изоляторе со спиралевидными ребрами, перекрытие развивается по кратчайшему пути по воздуху. В изоляторе по изобретению наличие направляющего электрода 2, имеющего тот же потенциал, что и стержень 4, усиливает напряженность электрического поля на кончике канала разряда и, таким образом, создает более благоприятные условия для развития скользящего разряда вдоль поверхности изолятора, нежели по воздуху. Благодаря спиралевидным изоляционным ребрам разряд вынужден развиваться по спиралевидной траектории.

Как показали выполненные исследования, для того чтобы разряд развивался по поверхности изолятора по спиралевидной траектории, а не по кратчайшему пути по воздуху длина направляющего электрода l должна быть по крайней мере не меньше половины длины изоляционного тела h (фиг. 1 - 2).

Изолятор, изображенный на фиг. 1, может быть применен на относительно небольшие номинальные напряжения 6-10 кВ, поскольку все рабочее напряжение в нормальном режиме приложено к слою твердой изоляции между высоковольтным электродом 3 и направляющим электродом 2. Этот слой изоляции должен надежно выдерживать рабочее напряжение в длительном режиме в течение всего срока эксплуатации изолятора.

Для более высоких номинальных напряжений направляющий электрод 2 может быть изолирован как от высоковольтного электрода 2, так и от металлического крепления изолятора к опоре 5 (фиг. 2). В этом варианте конструкции изолятора рабочее напряжение промышленной частоты распределено уже между двумя слоями твердой изоляции, т. е. между высоковольтным электродом 3 и направляющим электродом 2, а также между направляющим электродом 2 и креплением к опоре 5.

При перенапряжении, приложенном к электроду 3, в изолированном металлическом направляющем электроде 2 происходит разделение (поляризация) электрических зарядов: заряды, противоположные по знаку заряду на электроде 3, перемещаются на верхнюю часть направляющего электрода 2, а заряды, одноименные с зарядом на электроде 3 уходят, на нижнюю часть направляющего электрода 2. Заряды на верхней части направляющего электрода 2 усиливают напряженность электрического поля на поверхности изоляционного тела 1 вблизи высоковольтного электрода 3 и тем самым облегчают условия формирования скользящего разряда по поверхности изолятора.

Для увеличения механической прочности крепление изолятора к опоре может быть выполнено в виде фланца 5 (фиг. 3), и высоковольтный электрод 2 может крепиться к верхнему концу изоляционного тела также при помощи металлического фланца 6.

Для дальнейшего усиления внутренней изоляции направляющий электрод 2 может быть выполнен в виде набора электродов 7, разделенных слоями изоляции 8 (фиг. 3).

Направляющий электрод 2 может быть также выполнен в виде изоляционного тела 9 с дисперсно распределенными в нем металлическими, полупроводящими или сегнетоэлектрическими частицами 10 (фиг. 4). Физика поляризации и усиления электрического поля на кончике развивающегося разряда в этих вариантах такая же, как и в варианте, показанном на фиг. 2.

Для облегчения развития разряда по поверхности изолятора при перенапряжении направляющий электрод 2 может быть выполнен с выступом 11, выведенным на поверхность изоляционного тела 1 (фиг. 5). В этом случае развитие разряда по спиралевидной траектории по поверхности изолятора облегчено, так как оно происходит в два этапа: сначала происходит перекрытие между верхним фланцем 6 и выступом 11, а затем разряд продвигается до нижнего фланца 5.

Для обеспечения более надежного развития разряда по спиралевидной траектории, направляющий электрод может быть также выполнен в виде спирали 12 (фиг. 6).

Для устранения влияния загрязнений на разрядные характеристики изолятора, а также для обеспечения более надежного развития разряда по спиралевидной траектории на поверхность изолятора в междуреберном промежутке может быть нанесено полупроводящее покрытие 13 (фиг. 7).

С целью повышения номинального напряжения изоляционной конструкции указанные типы изоляторов могут быть соединены последовательно, т. е. из них могут быть сформированы гирлянды или опорные колонны изоляторов.

Все приведенные варианты конструкции изолятора обеспечивают развитие скользящего разряда по его поверхности по спиралевидной траектории и просты в изготовлении.