Устройство для защиты изолированного провода воздушной распределительной системы электроснабжения (варианты)

1 Область техники Настоящее изобретение относится к устройству предотвращения обрыва изолированного провода и моментального нарушения энергоснабжения в случае грозового перенапряжения вблизи от изолятора в воздушной распределительной системе высокого напряжения. Предшествующий уровень техники Механизм обрыва изолированного провода хорошо известен и заключается в том, что изолирующее покрытие вблизи от изолятора подвергается разрушающему пробою вследствие грозового перенапряжения, при этом многофазное перекрытие дугой сопровождается последующим течением переменного тока через фиксационный изолятор металлического плеча, и проводник изолированного провода испаряется и разрушается от нагрева электрической дугой вследствие течения переменного тока короткого замыкания, концентрично текущего к вышеупомянутой части, подвергаемой разрушающему пробою. Для предотвращения разрушения изолированного провода важно, чтобы последующее течение переменного тока, происходящее по цепи разряда, отсекалось после цепи разряда, образованной грозовым перенапряжением. Из патента RU-C1-2096882 известно устройство, обладающее конструкцией средств защиты от грозовых воздействий, в котором линия электропередачи включает, по меньшей мере, одну опору, по меньшей мере, один силовой провод, закрепленный на этой опоре, по меньшей мере, один элемент изоляции указанного силового провода от указанной опоры или от других элементов линии, находящейся под электрическим потенциалом, отличным от грозовых перенапряжений, выполненные в виде, по меньшей мере, одного импульсного искрового разрядника с двумя основными электродами,согласно изобретению указанный импульсный искровой разрядник выполнен в виде разрядника с поверхностным разрядом. В данном устройстве для создания длинного поверхностного разряда по поверхности диэлектрического тела используют линию электропередачи с импульсным грозовым разрядником, который должен иметь соответствующее соотношение параметров, иными словами, известная конструкция является громоздкой и требует для создания сложных расчетов. Краткое описание изобретения Тем не менее, это устройство требует проведения исследования в отношении толщины изолирующего покрытия и тому подобного, поскольку изолирующее покрытие часто подвергается разрушающему пробою до поверхностного разряда в случае приложения высокого напряжения. Таким образом проблема, решаемая посредством настоящего изобретения, заключается в создании такого устройства, чтобы с учетом 2 исследования характеристики поверхностного разряда по изолированному проводу поверхностный разряд наводился, конечно же, без разрушающего пробоя изолированного провода. Для решения вышеупомянутой проблемы создано устройство для защиты изолированного провода воздушной распределительной системы энергоснабжения, которое, согласно изобретению, содержит изолированный провод для релаксации поля, располагаемый параллельно изолированному проводу воздушной распределительной системы, устанавливаемый своей центральной частью на изоляторе и электрически подключаемый к двум точкам изолированного провода воздушной распределительной системы энергоснабжения, расположенным симметрично относительно изолятора на расстоянии, достаточном для поверхностного перекрытия их дугой, создаваемой вследствие грозового перенапряжения, без возникновения течения переменного тока, при этом изолированный провод выполнен с возможностью нанесения на места соединения изолированного покрытия. Другое решения вышеупомянутой проблемы заключается в устройстве, согласно которому имеется изолированный заземляющий провод, располагаемый параллельно изолированному проводу воздушной распределительной системы, причем один конец изолированного заземляющего провода выполнен с возможностью электрического соединения с заземленным выводом изолятора, а второй конец, отстоящий от изолятора, с возможностью соединения через изолирующий материал с изолированным проводом воздушной распределительной системы,при этом длина изолированного заземляющего провода выбрана обеспечивающей возможность поверхностного перекрытия изолированного заземляющего провода дугой, создаваемой вследствие грозового перенапряжения, без возникновения течения переменного тока. Краткое описание чертежей На фиг. 1 представлен схематический вид,иллюстрирующий проведение испытания для исследования характеристики поверхностного разряда. На фиг. 2 представлен график, характеризующий взаимосвязь между толщиной изолирующего слоя и максимальным прилагаемым напряжением, не приводящим к разрушающему пробою. На фиг. 3 представлен график, характеризующий взаимосвязь между прилагаемым напряжением и ограничительным напряжением. На фиг. 4 представлен график, демонстрирующий зависимость напряжения поверхностного разряда от времени. На фиг. 5 предоставлен график, характеризующий взаимосвязь между прилагаемым напряжением и временем до перекрытия дугой. 3 На фиг. 6 представлен вид в сечении первого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг. 7 представлен вид в сечении второго варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг. 8 представлен график, демонстрирующий зависимость напряжения поверхностного разряда от времени. Наилучший способ осуществления изобретения Ниже описаны практические варианты осуществления настоящего изобретения. 1. Краткое изложение испытания. Испытание было проведено с целью выяснения эффективности изоляции изолированного провода и изолирующей трубки, а также ограничительного напряжения на основе поверхностного разряда. Базовая схема испытания представлена на фиг. 1. Изолированный провод 1 с покрытием 2 удерживался изолятором 3 пальцевого типа и фиксировался медной соединительной деталью диаметром 1,2 мм. Разрядный электрод 4 был обеспечен посредством втыкания штыря в изолированный провод 1 в месте,отстоящем на 75 см от изолятора 3 пальцевого типа. Напряжение грозового импульса (1,2/50 мкс) было приложено к одному концу изолированного провода 1 с изменением амплитудного значения посредством импульсного генератора 5, причем напряжение (ограничительное напряжение), создаваемое по отношению к земле в это время и за время до возникновения поверхностного разряда или разряжающего пробоя,было соответствующим образом измерено посредством вольтметра 6. Испытание было проведено для исследования эффективности только изолированного провода (без изолятора) путем создания цепи короткого замыкания изолятора 3 за счет использования медной соединительной детали. Также было проведено испытание для исследования самого изолирующего покрытия без втыкания штыря и создания поверхностного разряда. 2. Результаты испытания. Взаимосвязь между толщиной изолирующего покрытия и максимальным прилагаемым напряжением, при котором на каждом изолирующем покрытии не происходит разрушающий пробой (далее называемым максимальным прилагаемым напряжением), соответственно в случае только изолированного провода и в случае обеспечения электрода поверхностного разряда, показана на фиг. 2. Из нее очевидно, что оснащение электродом поверхностного разряда обеспечивает возможность приложения более высокого напряжения и ограничивает напряжение, прилагаемое к изолирующему покрытию посредством поверхностного разряда, по сравнению только с изолированным проводом. Кроме того, очевидно, что этот эффект более заметен в отношении изолирующего покрытия соот 002071 4 ветственно увеличению его толщины и для напряжения с отрицательной полярностью (такое напряжение, когда проводник провода является отрицательным, а заземленная сторона положительной) по сравнению с положительной полярностью. В случае приложения напряжения с отрицательной полярностью максимальное прилагаемое напряжение быстро увеличивается при толщине изолирующего покрытия 4 мм или более и без разрушающего пробоя может быть приложено напряжение 6200 кВ. Согласно фиг. 3, где показано ограничительное напряжение в отношении изолирующего покрытия при поверхностном разряде,можно полагать, что изолирующий провод с заданным уровнем эффективности изоляции вполне может противостоять разрушающему пробою даже при повышении прилагаемого напряжения, поскольку ограничительное напряжение при отсутствии изолятора распределяется в диапазоне от 120 до 180 кВ вне зависимости от прилагаемого напряжения. Можно полагать,что ограничительное напряжение при наличии изолятора распределяется в диапазоне от 200 до 300 кВ, поскольку время до поверхностного разряда при наличии изолятора становится продолжительным и в течение этого времени напряжение, прилагаемое к изолирующему покрытию, возрастает. Характеристика напряжения поверхностного разряда по времени (фиг. 4) и взаимосвязь между прилагаемым напряжением и временем до перекрытия дугой были тщательно исследованы для выяснения влияния полярности прилагаемого напряжения при поверхностном разряде. В случае положительной полярности создается весьма высокое напряжение по сравнению с тем, когда имеет место отрицательная полярность (фиг. 4). Предполагается, что поверхностный разряд при положительной полярности не происходит плавно по сравнению с отрицательной полярностью по той причине, что в случае положительной полярности требуется большее время до перекрытия дугой, чем при отрицательной полярности (фиг. 5). Можно считать,что поверхностный разряд при положительной полярности занимает больше времени до перекрытия дугой и создаваемое напряжение становится высоким (фиг. 4), а в результате максимальное прилагаемое напряжение становится низким (фиг. 2). Заявителями разработаны два способа(фиг. 6, 7) решения вопроса влияния полярности и посредством испытания удостоверена их эффективность, когда влияние полярности заметно и ее приходится учитывать на практике. Считается, что свободный электрон ограничен в пространстве и невозможно содействие развитию поверхностного разряда под влиянием поля по наружной поверхности электрического провода при поверхностном разряде положительной полярности, и в конце концов предполагается ре 5 лаксация поля по наружной поверхности провода. Первый вариант осуществления конструкции На фиг. 6 представлен вид в сечении, иллюстрирующий первый вариант конструкции,при этом изолированный провод 7 для релаксации поля расположен так, чтобы он был связан с изолированным проводом 1, находясь между изолированным проводом 1 и землей. Каждый конец 8 проводника этого изолированного провода для релаксации поля подсоединен к изолированному проводу 1 и изолирован изолирующим покрытием 9 в месте, отстоящем на 75 см от изолятора 3. Второй вариант осуществления конструкции На фиг. 7 представлен вид в сечении, иллюстрирующий второй вариант конструкции,при этом электрод 10, отстоящий в сторону заземления, расположен со стороны земли от изолированного провода 1, причем один, неизолированный конец 11 проводника подсоединен к заземленному выводу изолятора 3, а другой,изолированный конец изолирован от изолированного провода 1 посредством изолирующего материала 12. Расстояние между изолятором 3 и изолирующим материалом 12 составляет 75 см. Способ использования изолированного провода 7 для релаксации поля усовершенствован, как показано на фиг. 8, за счет того, что поверхностный разряд положительной полярности генерировался с той же самой характеристикой напряжение-время, как и в случае отрицательной полярности, при этом поверхностный разряд генерировался плавно. В случае способа,при котором используется электрод 10, отстоящий в сторону заземления, при приложении напряжения с отрицательной полярностью перекрывающая дуга проходит по поверхности изолированного провода 1 (основная линия), а также проходит по поверхности изолированного провода для электрода 10, отстоящего в сторону заземления. Таким образом изолированный провод диаметром 4 мм, который подвергается разрушающему пробою при приложении напряжения 854 кВ, имеющего положительную полярность, усовершенствован до такой степени, что противостоит разрушающему пробою даже при приложении 6200 кВ, причем также и при приложении напряжения с отрицательной полярностью. 6 Испытания на импульс грозового разряда с использованием имитационной линии распределения в практическом масштабе 1. Краткое изложение сути испытания. Создание поверхностного разряда вдоль необходимого расстояния (75 см) подтверждено посредством использования имитационной линии распределения, проведением различных мероприятий и приложением большого тока грозового импульса (максимальный ток 17 кА,15/11 мкс), генерированного импульсным генератором большого размера (максимальное генерируемое напряжение 12 MB). 2. Результаты испытания. Результаты испытания приведены в таблице. Следует иметь в виду, что исходя из результатов этого испытания последующее относится к такому току грозового импульса, пиковое значение которого приблизительно составляет 17 кА (примерно 30% встречающихся случаев). 1) Можно создать поверхностный разряд без разрушающего пробоя изоляции силового кабеля толщиной порядка 4 мм или более в случае использования молниезащитного провода и изоляции силового кабеля толщиной 6 мм или более в случае, когда молниезащитный провод не используется. 2) Посредством способа исключения полярности грозового разряда можно снизить необходимую толщину изоляции силового кабеля до 3 мм или более в случае использования молниезащитного провода и до 4 мм или более в случае, когда молниезащитный провод не используется. Согласно настоящему изобретению возможно, как упомянуто выше, чтобы изолированный провод с эффективностью изоляции на заданном уровне не подвергался разрушающему пробою, поскольку по результатам исследования характеристики поверхностного разряда в отношении изолированного провода эффект ограничения напряжения поверхностного разряда оказался выше ожидаемого. Также можно исключить влияние полярности прилагаемого напряжения несмотря на то, что характеристика поверхностного разряда часто подвергается влиянию его полярности и не демонстрируют эффект ограничения напряжения. Промышленное применение Настоящее изобретение может быть применено для предотвращения обрыва изолированного провода электрического силового поля в воздушной распределительной системе высокого напряжения и моментального нарушения энергоснабжения вследствие грозового перенапряжения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для защиты изолированного провода воздушной распределительной системы электроснабжения, характеризующееся тем, что содержит изолированный провод для релаксации поля, располагаемый параллельно изолированному проводу воздушной распределительной системы, устанавливаемый своей центральной частью на изоляторе и электрически подключаемый к двум точкам изолированного провода воздушной распределительной системы энергоснабжения, расположенным симметрично относительно изолятора на расстоянии, достаточном для поверхностного перекрытия их дугой, создаваемой вследствие грозового перенапряже ния, без возникновения течения переменного тока, при этом изолированный провод выполнен с возможностью нанесения на места соединения изолированного покрытия. 2. Устройство для защиты изолированного провода воздушной распределительной системы электроснабжения, характеризующееся тем, что содержит изолированный заземляющий провод,располагаемый параллельно изолированному проводу воздушной распределительной системы, причем один конец изолированного заземляющего провода выполнен с возможностью электрического соединения с заземленным выводом изолятора, а второй конец, отстоящий от изолятора, с возможностью соединения через изолирующий материал с изолированным проводом воздушной распределительной системы,при этом длина изолированного заземляющего провода выбрана обеспечивающей возможность поверхностного перекрытия изолированного заземляющего провода дугой, создаваемой вследствие грозового перенапряжения, без возникновения течения переменного тока.