разрядник защиты от перенапряжений для высокого или среднего напряжения

Формула изобретения

1. Разрядник защиты от перенапряжений для высокого или среднего напряжения, содержащий разрядный блок (4), газонепроницаемо расположенный в капсюлирующем корпусе (3), отличающийся тем, что внутри капсюлирующего корпуса (3) в разрядный блок (4) встроен датчик в виде датчика (19) поверхностных волн.

2. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что датчик (19) поверхностных волн расположен внутри, по меньшей мере, частично металлического корпуса (18), стенки которого образуют антенну и который помещен в осевом направлении разрядного блока (4) между двумя разрядными элементами (16, 17) или между разрядным элементом и присоединительным электродом.

3. Разрядник по п. 2, отличающийся тем, что металлический корпус (18) направляет ток утечки от разрядного элемента (16) к разрядному элементу (17) без термической перегрузки.

4. Разрядник по п. 2 или 3, отличающийся тем, что металлический корпус (18) имеет цилиндрическую форму и пригнан к внешнему контуру разрядного блока (4).

5. Разрядник по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что датчик (19) поверхностных волн закреплен на внутренней или боковой стенке (21) металлического корпуса (18), непосредственно соседней с разрядным элементом (17).

6. Способ контроля за разрядником защиты от перенапряжений для высокого или среднего напряжения, содержащий капсюлирующий корпус (3), при котором внутри капсюлирующего корпуса (3) посредством датчика измеряют температуру и измеренные значения передают наружу посредством антенны (20), отличающийся тем, что в случае скачкообразного повышения температуры разрядного блока (4), измеренного посредством датчика (19) поверхностных волн, по разности температур и теплоемкости определяют преобразованную в разряднике энергию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разряднику защиты от перенапряжений для высокого или среднего напряжения, содержащему разрядный блок, газонепроницаемо расположенный в капсюлирующем корпусе.

Подобный разрядник защиты от перенапряжений известен, например, из европейского патента 0388779 А2.

У разрядника без искрового промежутка через нелинейные резистивные элементы в состоянии покоя протекает ток утечки, который вызывает определенный нагрев тела разрядника. Этот ток утечки может медленно возрастать в процессе старения разрядника, что привело бы к повышению средней температуры разрядника.

Измерение нагрева разрядника без искрового промежутка может служить для контроля за состоянием его старения. Также у разрядников с искровым промежутком измерение температуры позволяет получить данные о происходящих в разряднике процессах. Кроме того, желательна также информация о других рабочих величинах разрядника, которые могут быть получены внутри капсюлирующего корпуса.

Для этой цели ставится задача создания разрядника зашиты от перенапряжений, который обеспечивал бы особенно простой и удобный контроль его рабочего состояния и состояния его старения, например температуры, тока, давления или влажности газа, а также создания способа, который обеспечивал бы надежный контроль за разрядником и позволил бы получить данные о его состоянии.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что внутри капсюлирующего корпуса в блок разрядника встроен датчик, в частности температурный датчик, в виде датчика поверхностных волн.

Запрашиваемый по радио датчик поверхностных волн является пассивным акустическим ленточным элементом, к которому снаружи за пределами капсюлирующего корпуса разрядника через антенну может быть послан сигнал запроса в виде электромагнитной волны, который принимают посредством антенны и в зависимости от определенных физических величин, например температуры вокруг датчика поверхностных волн, отражают в измененном виде и снова принимают через антенну за пределами капсюлирующего корпуса. Измеренное значение измеряемой величины, в частности температуры внутри капсюлирующего корпуса, имеется, следовательно, без дополнительных затрат в распоряжении для дальнейшей обработки на запрашивающем приборе за пределами капсюлирующего корпуса, который может быть установлен, например, у основания разрядника, и может быть направлено дальше к центральной установке обработки данных, например, посредством световода, по радио или по иной измерительной линии.

Сигналы, отражаемые различными датчиками поверхностных волн, могут быть также кодированы отдельными датчиками поверхностных волн, так что сигналы от нескольких, расположенных вплотную друг к другу разрядников защиты от перенапряжений могут быть без проблем различены и соответственно присвоены. Характеристику датчика поверхностных волн можно, в принципе, необратимо изменять также за счет временной перегрузки датчика. Таким образом, с помощью измененной характеристики датчика поверхностных волн можно установить также произошедшую в прошлом перегрузку. Это свойство можно использовать для регистрации перегрузок разрядника или полных выходов из строя.

Ток утечки является в нормальном случае лишь кратковременным, так что высокая энергия преобразуется в разрядном блоке в тепло в очень короткое время. Это приводит к временному сильному нагреву разрядника, который выражается в скачке температуры, воспринимаемом датчиком поверхностных волн. По разности температур такого скачка, умноженной на среднюю теплоемкость материала разрядника, можно тогда пычислить преобразованную в разряднике энергию или по соответствующей градуировочной кривой можно подсчитать число процессов утечки, с тем чтобы соответственно задокументировать состояние разрядника или провести техобслуживание.

Способ согласно изобретению предусматривает для этого, что, в случае скачкообразного повышения температуры разрядного блока, измеренного посредством датчика поверхностных волн, по разности температур и теплоемкости определяют преобразованную в разряднике электрическую энергию.

Для этого может быть предусмотрено, чтобы значения температуры воспринимались датчиком поверхностных волн непрерывно. Стационарный блок запроса посылает тогда непрерывно сигналы к датчику поверхностных волн и принимает отраженные сигналы для обработки.

Может быть, однако, предусмотрено, чтобы переносной блок запроса запрашивал отдельные датчики поверхностных волн группы разрядников только в случае техобслуживания или периодически.

Предпочтительное выполнение разрядника защиты от перенапряжений согласно изобретению предусматривает, что датчик поверхностных волн расположен внутри, по меньшей мере, частично металлического корпуса, стенки или другие составные части которого образуют антенну и который в осевом направлении разрядного блока помешен между двумя разрядными элементами или между одним разрядным элементом и присоединительным электродом.

Металлический корпус может иметь форму полого цилиндра с торцевыми крышками, выполненного, например, из алюминия. Металлический корпус может тогда иметь, например, по меньшей мере, одну продольную прорезь, которая проходит параллельно продольной оси тела разрядника и действует как щелевая антенна для приема и излучения сигналов, обмениваемых между блоком запроса и датчиком поверхностных волн. Для этого с корпусом соединены два присоединительных провода расположенного внутри металлического корпуса датчика поверхностных волн.

Металлический корпус или его часть может быть выполнен также в качестве полосковой антенны, состоящей из двух проводящих слоев и расположенного между ними диэлектрического слоя.

Подобные щелевые и полосковые антенны или так называемые микрополосковые антенны известны, например, из Meinke, Grundlach: "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", 5. Auf-lage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, а также из статьи "Input Impedance and Radiation Pattern of Cylindrical-Rectangular and Wraparound Microsprip Antennas", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 38, 5, май 1990 г.

Далее может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы корпус в случае отвода направлял ток утечки.

В этом случае несущая способность металлического корпуса по току должна быть такой, чтобы корпус мог отводить ток утечки без повреждения корпуса или датчика поверхностных волн в результате перегрева.

Корпус может быть для этой цели склеен с непосредственно соседними разрядными элементами или контактировать за счет усилия пружины.

Изобретение может быть, кроме того, реализовано предпочтительно за счет того, что корпус имеет форму цилиндра и пригнан к наружному контуру разрядного блока.

Благодаря этому выполнению возникает высокая диэлектрическая стабильность без выступающих кромок, которые могли бы способствовать возникновению разрядов.

Другое предпочтительное выполнение изобретения предусматривает, что датчик поверхностных волн закреплен на внутренней стенке корпуса, непосредственно соседней с одним разрядным элементом.

За счет этого датчик поверхностных волн без больших задержек принимает температуру соседнего разрядного элемента, так что показываемая температура надежно представляет актуальную температуру разрядника.

В принципе можно также расположить датчик поверхностных волн в газовой камере разрядника защиты от перенапряжений за пределами разрядного блока, с тем чтобы контролировать температуру разрядника или другую измеряемую величину, такую как плотность или влажность заполненного газа. Однако следует обратить внимание на то, чтобы датчик поверхностных волн был согласован с антенной диэлектрически оптимально, т.е. без больших искажений электрического поля.

Изобретение описано ниже с помощью примера выполнения и чертежа, на котором изображают:

фиг.1 - схематично конструкцию разрядника защиты от перенапряжений;

фиг. 2 - схематично конструкцию разрядного блока с помешенным в него металлическим корпусом;

фиг. 3 - схематично конструкцию металлического корпуса с датчиком поверхностных волн;

фиг.4 - схематично корпус с микрополосковой антенной;

фиг.5 - схематично корпус с выполненной послойно стенкой;

фиг.6 - схематично корпус с перегородкой, выполненной в виде щелевой антенны.

Разрядник 1 защиты от перенапряжений для высокого напряжения установлен на фундаменте 2. Он состоит, в том числе, из капсюлируюшего корпуса 3, газонепроницаемо охватывающего разрядный блок 4, запорной арматуры 5, 6, которая запирает капсюлирующий корпус 3 на обоих концах, и элементов 7, 8 управления полем. Разрядный блок 4 состоит из цилиндрических разрядных элементов 15, 16, 17, 18 в виде нелинейных резисторов, например цинкоксидных резисторов, аксиально сжатых посредством усилия пружины или электропроводяще склеенных или удерживаемых другими средствами. Высоковольтный вывод расположен на арматуре 5, тогда как заземление соединено с арматурой 6.

В разрядном блоке черным цветом изображены три элемента 11, 12, 13, каждый из которых представляет корпус 18 датчика 19 поверхностных волн. На основании разрядника 1 защиты от перенапряжений изображен блок 9 запроса, который через антенну излучает высокочастотные электромагнитные волны, причем фронты волн символически обозначены поз. 10. Эти волны воспринимаются антеннами датчиков поверхностных волн в корпусах 11, 12, 13 и после прохождения через соответствующий датчик поверхностных волн и произошедшего в соответствии с данным зарегистрированным измеренным значением, например температуры, изменения данного сигнала отражаются к блоку 9 запроса.

Внутри блока 9 запроса по отраженным сигналам определяют и записывают в память воспринятое отдельными датчиками поверхностных волн, локальное измеренное значение, в частности значение температуры. Значения могут быть направлены дальше по измерительному проводу 14 на диспетчерский пункт.

За счет размещения датчиков температуры в разрядном блоке 4 его температуру можно определять в соответствующих местах по отдельности. При повышении тока покоя разрядника вследствие старения происходит постепенный нагрев разрядника, который можно соответственно зарегистрировать. Если этот нагрев происходит локально неравномерно, то это указывает на преждевременное старение определенных разрядных элементов.

В случае отвода очень большое количество энергии в очень короткое время преобразуется в тепло, которое лишь с задержкой посредством изолирующего газа, находящегося в капсюлирующем корпусе 3, может быть отведено наружу к корпусу 3. Кратковременный скачок температуры, который может быть зарегистрирован датчиками поверхностных волн, позволяет судить о преобразованном количестве энергии и, тем самым, о нагрузке разрядника.

На фиг.2 схематично изображена часть разрядного блока 4 с разрядными элементами 15, 16, 17, 18. Между разрядными элементами 16, 17 расположен корпус 18 датчика 19 поверхностных волн. В корпусе 18 выполнена продольная прорезь 20, продольное направление которой параллельно оси разрядного блока 4. Эта прорезь 20 действует как антенна для приема и отражения сигналов запроса от блока 9 запроса.

Корпус 18 состоит, например, из алюминия или стали и выполнен настолько тонкостенным, что он направляет ток утечки дальше от разрядного элемента 16 к разрядному элементу 17 без термической перегрузки. Датчик 19 поверхностных волн электропроводяще соединен с двумя различными точками корпуса 18.

Может быть также предусмотрено, как это изображено на фиг.4, размещение "wraparound patch" или полосковой антенны произвольной формы на корпусе 18 или встраивание в наружную стенку корпуса 18, которая электропроводяще соединена тогда с датчиком 19 поверхностных волн и служит для излучения или приема сигналов.

В качестве альтернативы цилиндрическая стенка корпуса 18, как изображено на фиг.5, может быть также, по меньшей мере, частично выполнена в виде тела, состоящего из двух проводящих слоев с расположенным между ними диэлектриком, так что это устройство также может быть использовано в качестве антенны.

Внутренний слой 23 выполнен в этом случае массивным металлическим и направляет ток утечки. На этот слой нанесен диэлектрик 24, например ПТФЭ, который снаружи покрыт проводящим слоем 25. Проводящий слой электропроводяще соединен с массивным металлическим слоем только на одном конце 26 корпуса.

На фиг.6 показано, что также перегородка 27 корпуса может быть выполнена в качестве его составной части в виде антенны, например щелевой антенны.

Корпус может быть выполнен также в виде клетки из электропроводящих стержней, проходящих параллельно продольной оси разрядного блока.