Контактная сеть, ответы на экзаменационные вопросы, страница 4. Роговые разрядникиРоговой разрядник - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Роговой разрядникCтраница 1 Роговые разрядники ( см. рис. 275) устанавливают на специальных конструкциях на вершинах железобетонных консольных опор и ригелях жестких поперечин. На опорах гибких поперечин роговые разрядники располагают параллельно оси пути на расстоянии не менее 3 м от верхнего фиксирующего троса. При установке на ригеле жесткой поперечины или сбоку металлической опоры роговой разрядник располагают так, чтобы заземленный рог находился со стороны опоры или ригеля. [1] Роговые разрядники без сопротивления имеют самую плохую вольт-амперную характеристику ( рис. 11 - 2 0, кривая 1 и достаточно высокое напряжение пробоя. На рис. 11 - 1 кривая 4 изображает вольт-секундную характеристику искрового промежутка 11 мм, а кривая 5-промежутка 35 мм. Однако напряжение после пробоя невелико, даже при весьма больших значениях разрядного тока. [3] Сборку роговых разрядников производят в мастерских прорабского пункта. Расстояние между рогами регулируют с помощью шаблона, изготовленного из полосы толщиной 5 мм. Провод для подключения рогового разрядника к контактной сети закрепляют в держателе опорного изолятора на земле до установки разрядника на опоре. [4] Монтаж роговых разрядников состоит из установки собранного в мастерской разрядника на опоре, монтажа электрических соединений изолированного рога с контактным проводом и неизолированного с заземляющим проводом. [5] Монтаж роговых разрядников состоит из установки собранного в мастерской разрядника на опоре, монтажа электрической перемычки ( соединяющей изолированный рог с контактным проводом) и заземляющих проводов. [6] При установке роговых разрядников ( рис. 55) для предотвращения закорачивания защитных промежутков птицами на заземляющих спусках ЛЭП 6 ( 10) кв необходимо устраивать дополнительные воздушные ( искровые) промежутки. Воздушные зазоры должны составлять: для ЛЭП 6 кв А 20, Б 228 и С 10 мм; для ЛЭП 10 кв А 30, В 238, С 15 мм. Сопротивление заземления защитного промежутка должно быть в летнее время не более удвоенных величин, приведенных выше. [7] До проведения дефектировки роговые разрядники должны быть отключены от контактной сети или разрегулированы. Затем производят снятие напряжения с участка контактной сети, где выполняют работы, а также с прилегающих к секционирующим изоляторам секций и заземляют их. Затем в одном из концов испытуемого участка подключают установку по дефекта ровке изоляторов и, сняв заземляющую штангу, начинают подавать испытательное напряжение. [9] Анализ типовых конструкций роговых разрядников показывает, что всем им присущи следующие недостатки. [10] Изготовление новых конструкций роговых разрядников налажено в дорожных электромеханических мастерских Московской и Куйбышевской дорог. [12] Работы по подключению роговых разрядников в период подготовки к грозовому сезону совпадают с весенним осмотром цепной подвески и производятся одновременно с ним, а отключение разрядников - с осенним осмотром. [13] Эта защита осуществляется электролитическими, тиритовыми, вилитовыми и роговыми разрядниками. Для отражения волны перенапряжения в силовую цепь последовательно включена индуктивная катушка ИК. [14] В камере имеются также роговые разрядники, и дуга при помощи рогов выдувается на деионную решетку, и далее охлаждается путем перемещения по окружности под действием магнитных полей дугогасительных катушек. [15] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Роговой разрядник - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3Роговой разрядникCтраница 3 Роговые разрядники ( см. рис. 275) устанавливают на специальных конструкциях на вершинах железобетонных консольных опор и ригелях жестких поперечин. На опорах гибких поперечин роговые разрядники располагают параллельно оси пути на расстоянии не менее 3 м от верхнего фиксирующего троса. При установке на ригеле жесткой поперечины или сбоку металлической опоры роговой разрядник располагают так, чтобы заземленный рог находился со стороны опоры или ригеля. [31] Затем, днем, под напряжением с изолированных съемных вышек в каждом пролете связывают вновь раскатанный несущий трос со старым. Все струновые и другие зажимы, а также шлейфы роговых разрядников и секционных разъединителей со старого несущего троса переставляют на новый. [32] С целью придания необходимой стойкости против перенапряжений на катушки 13 и 14 обмотки автотрансформатора ( рис. 6 - 13) наложена добавочная изоляция по сравнению с прочими катушками этой обмотки. Кроме того, главный ввод трансформатора ( рис. 6 - 14) снабжен роговым разрядником с искровым промежутком между стальными рогами 70 мм. [33] Типовые конструкции устройств грозозащиты и схемы их подключения к контактной подвеске весьма просты, однако очень ремонтоемки. В соответствии с требованиями Правил технического обслуживания и ремонта контактной сети электрифицированных железных дорог роговые разрядники осматривают, регулируют и ремонтируют ежегодно перед грозовым сезоном, трубчатые устанавливают на контактную сеть перед грозовым сезоном, а после окончания его их демонтируют. Но и при этом аварийность устройств грозозащиты ощутима. [35] На опорах, где установлены разрядники, проверяют их состояние, правильность искрового промежутка у роговых разрядников и состояние заземляющего троса и заземлителя. [36] Сборку роговых разрядников производят в мастерских прорабского пункта. Расстояние между рогами регулируют с помощью шаблона, изготовленного из полосы толщиной 5 мм. Провод для подключения рогового разрядника к контактной сети закрепляют в держателе опорного изолятора на земле до установки разрядника на опоре. [37] На крышке 17 установлен дыхательный клапан 18, обеспечивающий постоянное сообщение внутренней полости трансформатора тока с наружным воздухом. Верхний рог разрядника крепится на маслорасширителе, а нижний - на цоколе. Трансформаторы тока ТФН154 роговых разрядников не имеют. [38] При осмотре электрических соединителей проверяют состояние проводов и зажимов, подсоединяющих их к контактным проводам и несущему тросу, степень износа контактного провода у мест крепления питающих зажимов. Ослабевшие болты зажимов подтягивают и закрепляют контргайки, а клинья забивают в паз. При осмотре шлейфов секционных разъединителей и роговых разрядников, кроме того, проверяют отсутствие касания шлейфов с несущим тросом при выходе из соединительных зажимов, так как это касание может привести к пережогу шлейфов или несущего троса. [39] Роговые разрядники ( см. рис. 275) устанавливают на специальных конструкциях на вершинах железобетонных консольных опор и ригелях жестких поперечин. На опорах гибких поперечин роговые разрядники располагают параллельно оси пути на расстоянии не менее 3 м от верхнего фиксирующего троса. При установке на ригеле жесткой поперечины или сбоку металлической опоры роговой разрядник располагают так, чтобы заземленный рог находился со стороны опоры или ригеля. [40] При существующих конструкциях разрядников практически не удается обеспечить защиту от прямых мощных ударов молнии в том случае, когда разряд в сеть происходит вблизи электрического подвижного состава. Помимо перекрытия изоляторов, происходит пробой разрядников контактной сети. Поэтому за пределами пораженного ударом молнии участка сети, ограниченного линейными роговыми разрядниками, перенапряжение не превышает напряжения на этих разрядниках. Таким образом, хотя защита от прямых поражений молнией осуществляется комплексом мероприятий на подвижном составе и в сети, она не исключает опасных перенапряжений в случае появления очень больших разрядных токов. Защиту от индуктированных атмосферных перенапряжений разрядники обеспечивают. [41] Поэтому лабораториями контактной сети Московской и Куйбышевской дорог была разработана другая технология ведения работ по сварке проводов взрывом. Детальным анализом узлов и устройств контактной подвески, тяговых подстанций, пунктов параллельного соединения было установлено, что подавляющее большинство соединений медь-алюминий можно изготовить, используя сварку взрывом на земле, а уже готовые соединения - детали ( рис. 19, 20, 21) вваривать по месту термитной сваркой. На земле можно также сваривать полностью готовые к установке на контактную сеть шлейфы секционных разъединителей, роговых разрядников, разнообразные электрические соединители. Такая технология имеет существенные преимущества, так как позволяет: очень экономно использовать только новые провода, лучше поддающиеся сварке; тщательнее, например, с использованием специальных приспособлений в условиях мастерских выполнять чистку и обезжиривание этих проводов и фольги ацетоном. [42] Благодаря малому сопротивлению заземления металлических конструкций быстродействующая защита контактной сети работает надежно и обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и посторонних лиц, прикоснувшихся к металлическим частям сооружений, в момент короткого замыкания на опорные устройства. Заземления опор бывают индивидуальные или групповые. В наиболее ответственных случаях делают двойные заземления, например для опор контактной сети, на которых установлены секционные разъединители и роговые разрядники или расположенных в общедоступных местах ( места погрузки и выгрузки, посадки и высадки пассажиров, переезды и переходы), для мостов, пешеходных и сигнальных мостиков, путепроводов. Это, кроме того, исключает возможность повреждения контактной сети посторонними предметами. [43] Такого же результата впрочем можно достигнуть и при вольтовой дуге переменного тока, но при продувании воздуха через пламя не прямолинейно, а в виде вихревого ветра вдоль пламени вольтовой дуги. Схема конструкции печи Шонгерра изображена на фиг. Дальнейшее усовершенствование в дуговой метод вносит метод Паулинга ( фиг. Электроды в печи имеют вид роговых разрядников. Образующаяся между ними вольтова дуга в 1 м длиной раздувается сильной струей воздуха кверху. В наиболее узком месте оборвавшееся пламя дуги вновь зажигается при помощи дополнительных электродов. Несколько иная конструкция печи для окисления азота, воздуха запатентована И. [44] За грозовой период ( и более короткое время) лаковый покров зачастую нарушается, а ползучие разряды быстро создают очаги аварийных поверхностных перекрытий при дожде даже без грозы. Именно по этой причине почти повсеместно трубчатые разрядники заменили роговыми, хотя последние по техническим характеристикам уступают трубчатым. Следует отметить опасность для контактной сети длительно горящей открытой электрической дуги при срабатывании рогового разрядника, если он по разным причинам оказывается в незащищенной ( мертвой) зоне контактной сети; небезопасно также и большое число отключений масляных выключателей в активный грозовой период. [45] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Роговой разрядник - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2Роговой разрядникCтраница 2 Работы по осмотру и регулировке роговых разрядников на грозовой период выполняют или со снятием напряжения с контактной сети, или без снятия напряжения в зависимости от способа подключения шлейфов разрядников к контактной подвеске. [17] Как выполняют осмотр секционных разъединителей и роговых разрядников без снятия напряжения с контактной сети. [18] В некоторых случаях проводят объезды по осмотру роговых разрядников и изоляторов после сильных гроз, по осмотру состояния грунта вблизи фундаментов опор и анкеров оттяжек - после сильных ливней. [19] Для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются роговые разрядники, дроссели, конденсаторы; более совершенна защита алюминиевыми и тирито-выми разрядниками. [20] На трансформаторах тока типов ТФН-35 и ТФН-110 установлены роговые разрядники с расстоянием между рогами соответственно 300 и 880 мм. [21] Величина воздушного промежутка s, например, у рогового разрядника ( рис. 20 - 4 6) составляет при номинальном напряжении 10 кв порядка 50 мм, а при напряжении 35 кв 200 мм. Однако основным недостаткам искровых разрядников является отсутствие устройства для гашения дуги сопровождающего тока. Вследствие этого в установках с заземленной нейтралью работа их всегда связана с коротким замыканием на землю и отключением защищаемого объекта от источника питания. В установках с изолированной нейтралью короткое замыкание возникает при одновременном срабатывания промежутков на двух-трех фазах, что обычно имеет место после прямых ударов молнии в линию. [23] При непосредственном подключении шлейфа к несущему тросу регулировку и осмотр роговых разрядников производят два электромонтера со снятием напряжения с контактной сети и ее заземлением. В связи с тем, что разрядники на перегонах расположены на значительном расстоянии друг от друга ( 1 - 1 5 км) эту работу обычно производят с дрезины ДМ, что позволяет значительно сократить время на перемещение от одного разрядника к другому. [24] Работы по монтажу линейного оборудования ( секционных изоляторов, разъединителей и роговых разрядников) осуществляют после монтажа проводов контактной, питающей и отсасывающей сетей. [25] Работы по монтажу линейного оборудования ( секционных изоляторов, разъединителей и роговых разрядников) производятся после монтажа контактной, питающей и отсасывающей сетей. [26] Для защиты оборудования и изоляции от перенапряжений в тяговой сети постоянного тока применяют роговые разрядники с двумя искровыми промежутками и трубчатые фибробакелитовые в сетях переменного тока. [28] Для защиты от мощных коммутационных перенапряжений к нулевому выводу уравнительного реактора и концам обмоток трансформатора или параллельно плечам подключены биполярные роговые разрядники типа РБК с дугогасительной камерой. [29] Майкор Пермской обл, работая в 1930 г. на понижающей трансформаторной подстанции, заметил огненный шар диаметром, как он считает, около 1 м, который появился в камере роговых разрядников Шар плавно двигался, уменьшаясь в размерах, прошел мимо наблюдателя и затем исчез. [30] Страницы: 1 2 3 4 www.ngpedia.ru Контактная сеть, ответы на экзаменационные вопросы, страница 4На контактной сети применяют роговые разрядники с двумя последовательно расположенными искровыми промежутками по 5+1 мм при постоянном токе и 45+5 мм — при переменном. Двойной искровой промежуток создают в целях исключения ложного срабатывания при случайном замыкании одного из них. Роговые разрядники располагают, как правило, на вершинах опор и для улучшения осмотра с поезда — перпендикулярно или под углом 45° к оси пути. Над роговым разрядником на расстоянии до 3 м располагать какие-либо провода нельзя. Один из крайних рогов присоединяют к контактной сети медным проводником сечением не менее 25 мм^2. Второй крайний рог присоединяют к тяговому рельсу. Для изготовления рогов используют стальной пруток диаметром 12 мм. Роговые разрядники располагают на линиях постоянного тока обычно на переходных опорах сопряжений анкерных участков так, чтобы расстояние от него до анкеровок несущего троса и контактного провода было не более двух пролетов между опорами, а до секционного разъединителя — не далее одного пролета. С учетом этого требования на изолирующих сопряжениях анкерных участков при нормально отключенных продольных разъединителях разрядники предусмотрены на обеих ветвях сопряжения, а при нормально замкнутых продольных разъединителях — на одной из ветвей сопряжения. На питающей линии разрядники устанавливают в месте присоединения к контактной сети, при длине более 150 м, кроме того, — у тяговой подстанции на расстоянии не далее 100 м от нее, а при значительной длине вдоль линии — через каждые 1— 1,5 км. У искусственных сооружений, используемых для анкеровок контактной сети, разрядники монтируют на расстоянии не более одного пролета между опорами с одной стороны при длине сооружения до 80 м, с двух сторон — при большей длине. При перенапряжении в контактной сети внутренний искровой промежуток перекрывается. Под действием высокой температуры образовавшейся дуги фибра выделяет большое количество газов, которые обеспечивают гашение дуги. Внешний искровой промежуток, выполненный из стального прутка диаметром 10 мм, служит для предохранения органической изоляции трубчатого разрядника от разрушения токами утечки. Заземляющий провод трубчатого разрядника присоединяют к тяговому рельсу или специальному заземлению, расположенному от ближнего рельса на расстоянии не менее 3 м и имеющему сопротивление заземления не более 15 Ом. На участках переменного тока разрядники устанавливают: в горловинах станций со стороны перегона на расстоянии не более одного пролета между опорами от изолирующих сопряжений и разъединителей; с обеих сторон от мест присоединения постов секционирования на расстоянии не более одного пролета между опорами; с обеих сторон искусственных сооружений с секционированной контактной подвеской на расстоянии не более одного пролета между опорами от нейтральных вставок со стороны перегона; к обоим выводам первичной обмотки отсасывающих трансформаторов; у мест присоединения по каждому пути пунктов параллельного соединения; в конце консольных участков длиной более одного анкерного пролета на последней или предпоследней опоре. В местах, где наблюдаются частые грозовые разряды, устанавливают дополнительные разрядники и в середине перегонов. На питающих линиях в местах присоединения к контактной сети устанавливают трубчатые разрядники, а если длина линии более 300 м, кроме того, дополнительно монтируют трубчатые разрядники с внешним искровым промежутком 100 мм на расстоянии 150—200 м от тяговой подстанции. На станциях стыкования постоянного и переменного тока на питающих линиях постоянного тока предусматривают роговые разрядники, а на питающих линиях переменного тока — трубчатые, которые монтируют у первого ответвления к пункту группировки и в конце линии. vunivere.ru Роговой разрядник
Класс 21с, 72 V 6 379 СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зарегистрировано в Ropo изобретений Госплана CCCP Г. В. Буткевич РОГОВОЙ РАЗРЯДНИК Заявлено 1 августа 1945 г. в Наркомэлектропроги за Л": 987 (339845) Опубликовано 31 октября 1946 г. Известные трубчатые разрядники обладают тем недостатком, что в них, исходя из условий надежного дугогашения, приходится итти на значительное увеличение внутренних промежутков, приводящее к понижению их защитного действия. В предлагаемом разряднике обеспечиваются как малый искровой промежуток, т. е. низкое разрядное напряжение, так и высокая дугогасящая способность благодаря растяжению дуги электродинамическими усилиями и образованию поперечного газового дутья. Конструктивно предлагаемый разрядник выполняется аналогично известным разрядникам с плоскими расходящимися наподобие рогов электродами, заключенными между пластинами из электроизоляционноного материала. Отличие же его от этих известных разрядников заключается в том, что указанные пластины со стороны, образующей дугогасительную камеру, покрыты слоем твердого газогенерирующего материала, обеспечивающего создание поперечного газового дутья. Изложенное поясняется чертежом, на фиг. 1 которого предлагаемый разрядник показан спереди (в частичном разрезе) и на фиг. 2 — сбоку. Электроды разрядника выполнены в виде рогов 1, расположенных .,Ie кду газогенерирующими пластинами 2 и 8. В нижней части имеется резервуар 4 для аккумулирования газов и обеспечения более интенсивного дутья в момент прохода тока через нуль. Выбрасываемая из искрового промежутка дуга перемещается под влиянием электродинамических усилий в узкой щели между пластинами. Дуга в конечном итоге прижимается к щелям 6, где она продувается поперечными газовыми потоками Ф-1 и Ф-2. Для большей жесткости всей системы газогенерирующие плас1ины закрепляются между двумя механически стойкими электроизолирующими плитами б, стягнваемыми между собой при помощи болтов 7. Выводы от роговых электродов по условиям изоляции выполнены в различные стороны при помощи зажимов 8. В случае необходимости увеличения напряженности поля по блокам ¹ 67379 Фиг. 1 разрядника могут быть расположены витки, включенные по ледовательно в главную цепь. Предмет изобретения Роговой разрядник с элекгродами, расположенными в узком промежутке между двумя изоляционными пластинами, плотно прилегающими к электродам, о тли ч а юшийся тем, что пластины покрыты слоем твердого газогенерирующего материала, М 67379 Фиг. 2 Отв. редактор А. Н. Панасенко Техн. редактор В. Т. Крашннн А10002. Подписано к печати 7/Х 1948 г. Тираж 400 зкз. Цена 65 к.. Зак. 104 Типография Госпланнздата им. Воровского, Калуга    Похожие патенты:
Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для защиты воздушных линий среднего напряжения
Изобретение относится к электротехнике
Изобретение касается искрового промежутка (1) для защиты от перенапряжения. Разрядник содержит обращенные друг к другу электроды (3,4,20), имеющие по меньшей мере частично ограничивающие путь прохождения тока средства (7,16,17) для принудительного обеспечения желаемого пути прохождения тока в самих электродах (3,4,20). При этом электроды (3, 4, 20) имеют электродные плечи (10,11,22), которые проходят на общей стороне искрового разряда электродной системы (2). Технический результат - повышение эффективности дугогашения за счет уменьшения времени деионизации искрового промежутка. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
Роговой искровой разрядник с деионной камерой (8) незадувающей конструкции имеет составной корпус из диэлектрика, служащий в качестве опорного и приемного элемента для электродов (1, 2) в форме рогов и для деионной камеры (8), а также средства для проведения потока газа, создаваемого электрической дугой. Корпус разделен по плоскости, определяемой электродами в форме рогов, и образует первую и вторую основные части корпуса. Электроды (1, 2) имеют асимметричную форму. Область (11) движения электрической дуги между электродами в направлении деионной камеры (8) ограничена пластинчатым диэлектрическим материалом (20), каждая из пластин которого вставлена с геометрическим замыканием в первую выемку соответствующей основной части корпуса. Первые выемки вмещают магнитную вставку (21) области (11) движения электрической дуги. Материал (20) изолирует каждую из вставок от соответствующих электродов (1, 2). Основные части корпуса имеют еще по одной, второй выемке, которая фиксирует с геометрическим замыканием вставляемую в нее деталь деионной камеры (8). Между первой и второй выемками в соответствующей основной части корпуса находятся прорези или отверстия. Более короткий (2) из электродов заканчивается перед деталью деионной камеры (8), так что поток газа попадает в деионную камеру только частично. Технический результат - создание компактного легко модифицируемого разрядника с быстрым вхождением дуги в камеру и ее разделением для эффективного ограничения тока. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Разрядник содержит деионную камеру (6) для гашения дуги в корпусе (1) и средства для управления внутренним потоком газа для регулировки характеристик электрической дуги, возникающей при нагрузке импульсным током, и электрической дуги, обусловленной током последействия сети. Расстояние между противоположными поверхностями электродов разрядника в области зажигания поддерживается очень малым. Имеется лишь незначительное расширение расстояния между ними в направлении конца разрядника, что препятствует нежелательному движению электрической дуги при импульсных токах. Циркуляция газа предусмотрена так, что ударная волна от дуги, обусловленной импульсным током молнии, отражается от деионной камеры (6) и/или от препятствий на пути потока, что противодействует движению электрической дуги. Поток газа проходит сквозь деионную камеру (6) с временной задержкой, отводится назад к области зажигания и приводится к имеющимся в электродах отверстиям для потока, способствуя движению дуги при токах последействия сети в направлении деионной камеры (6). Технический результат - обеспечение оптимального ограничения тока последействия сети с исключением поступления в деионную камеру импульсов тока с высокой амплитудой, что повышает срок службы разрядника. 12 з.п. ф-лы, 6 ил. Роговой разрядник, роговые разрядники, разрядник регулируемый www.findpatent.ru Искровые промежутки и роговые разрядники.Ядерная техника |
Искровые промежутки и роговые разрядники. Рис. 45. Принцип работы искрового промежутка
Искровые промежутки являются самым простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений, в настоящее время применяется редко. В сетях напряжением 3..35 кВ могут выполняться в виде рогов, способствующих растягиванию и гашению дуги из-за электродинамических сил и тепловых потоков. В сетях до 35 кВ длина защитного промежутка мала, и для предотвращения замыкания промежутка птицами в заземляющих спусках создаются дополнительные искровые промежутки.
Роговые разрядники выполняются либо с одним искровым промежутком, либо с двумя искровыми промежутками (рис. 46).
Способность гашения дуги роговым разрядником сильно зависит от скорости и направления ветра. При определенных условиях дуга не успевает погаснуть за время меньшее время срабатывания релейной защиты, происходит аварийное отключение ЭУ.
Для роговых разрядников характерны недостатки чисто искровых промежутков.
Трубчатые разрядники (рис. 47) представляют собой разновидность искровых промежутков, дополненных приспособлением для принудительного гашения дуги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ выполнено в виде трубки из газогенерирующего материала (1) (винипласт или менее прочный фибробакелит).
Рис. 47. Устройство трубчатого разрядника : 1 - газогенерирующая трубка; 2- стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; S1 – внешний искровой промежуток; S2 – внутренний искровой промежуток.
При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка S1 и S2 пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и, искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Гашение дуги происходит в течение времени меньшего, чем время срабатывания релейной защиты. Разрядники, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и бесперебойное электроснабжение получили название защитных разрядников.
Вентильные разрядники являются другой разновидностью искровых промежутков, отличающихся слабой неоднородностью электрического поля и нелинейным резистором для гашения дуги.
Рис. 48. Принцип работы вентильного разрядника
При воздействии на вентильный разрядник волны перенапряжения (Uп), превышающей его пробивное напряжение (Uпр), происходит пробой его искрового промежутка (ИП) и нелинейное сопротивление (Rр) присоединяется к сети. После пробоя искрового промежутка действующее на изоляцию ЭУ перенапряжение определяется в основном падением напряжения на нелинейном сопротивление (Uимп), вследствие протекания через него импульсного тока (Iимп). Причем ВАХ нелинейного сопротивления такова, что сильному изменению тока соответствует слабое изменение напряжения. Максимальное значение Uимп принято называть остающимся напряжением (Uост). Это напряжение ≈ Uпр с некоторым запасом (~ 30%) должно быть меньше допустимого для защищаемой изоляции.
После импульсного пробоя загорается дуга и через разрядник протекает ток поддерживаемый рабочим напряжением (Uр). Этот ток принято называть сопровождающим. Он ограничивается нелинейным сопротивлением (до нескольких десятков ампер), величина которого резко возрастает при снижение напряжения на разряднике с Uимп до Uр. При прохождении тока через нуль дуга гаснет, и разрядник приходит в исходное положение. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, искровые промежутки вентильных разрядников при отсутствии перенапряжений отделяют нелинейные сопротивления от сети и подключают их в момент появления опасных для изоляции перенапряжений.
Импульсный ток (от 5 до 10 кА, в зависимости от типа разрядника и номинального напряжения ЭУ), при остающимся напряжение, принято называть током координации (Iкоорд).
Искровые промежутки вентильных разрядников, по возможности, должны иметь вольт-секундную характеристику близкую к горизонтальной. Получить такую характеристику возможно с помощью многократных искровых промежутков или с помощью активизации единичных промежутков.
Рис. 49. Единичный искровой промежуток с неподвижной дугой
Активизации единичных промежутков подразумевает вращение или растягивание дуги под действием магнитного поля.
Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН)
Основным недостатком вентильного разрядника является сравнительно невысокая нелинейность резисторов на основе карбида кремния, что не позволяет обеспечить уровень перенапряжений ниже 2Uф. Более глубокое их снижение требует уменьшения значения нелинейного сопротивления, что приводит к существенному увеличению сопровождающих токов, которые не бывают погашены в искровых промежутках.
Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам на основе окиси цинка.
При рабочем напряжении сопротивление ОПН очень велико и ток через него составляет доли миллиампера, а при токах соответствующих атмосферным и коммутационным перенапряжениям сопротивление резко снижается и остающиеся напряжение не превышает допустимых значений.
Вопросы для самопроверки:
· Токоограничивающие реакторы.
· Принцип работы искрового промежутка.
· Роговые разрядники.
· Трубчатые разрядники.
· Вентильные разрядники.
· Нелинейные ограничители перенапряжений.
Читайте также
Искровые промежутки являются самым простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений, в настоящее время применяется редко. В сетях напряжением 3..35 кВ могут выполняться в виде рогов, способствующих растягиванию и гашению дуги из-за электродинамических сил и тепловых... [читать подробенее]
Искровые промежутки являются самым простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений, в настоящее время применяется редко. В сетях напряжением 3..35 кВ могут выполняться в виде рогов, способствующих растягиванию и гашению дуги из-за электродинамических сил и тепловых... [читать подробенее]
Искровой промежуток (ИП) устанавливается параллельно изоляции ЭУ (ИЭУ) (рис.45). При набегании импульса перенапряжения (Uп), происходит пробой искрового промежутка (ИП) с последующим резким падением напряжения. При этом, опасных перенапряжений на изоляции ЭУ не возникает, так... [читать подробенее]
oplib.ru
Молниезащитный роговой искровой разрядник с деионной камерой
Разрядник содержит деионную камеру (6) для гашения дуги в корпусе (1) и средства для управления внутренним потоком газа для регулировки характеристик электрической дуги, возникающей при нагрузке импульсным током, и электрической дуги, обусловленной током последействия сети. Расстояние между противоположными поверхностями электродов разрядника в области зажигания поддерживается очень малым. Имеется лишь незначительное расширение расстояния между ними в направлении конца разрядника, что препятствует нежелательному движению электрической дуги при импульсных токах. Циркуляция газа предусмотрена так, что ударная волна от дуги, обусловленной импульсным током молнии, отражается от деионной камеры (6) и/или от препятствий на пути потока, что противодействует движению электрической дуги. Поток газа проходит сквозь деионную камеру (6) с временной задержкой, отводится назад к области зажигания и приводится к имеющимся в электродах отверстиям для потока, способствуя движению дуги при токах последействия сети в направлении деионной камеры (6). Технический результат - обеспечение оптимального ограничения тока последействия сети с исключением поступления в деионную камеру импульсов тока с высокой амплитудой, что повышает срок службы разрядника. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Изобретение относится к молниезащитному роговому искровому разряднику с деионной камерой для гашения дуги в корпусе, в том числе и с незадувающей конструкцией, и средствами для регулировки отличающихся характеристик электрической дуги, возникающей при нагрузке импульсным током, с одной стороны, и электрической дуги, обусловленной током последействия сети, с другой стороны.
Уровень техники
Из патентного документа DE 4435968 C2 известен элемент защиты от перенапряжения для отвода переходных перенапряжений, основанный на роговом искровом разряднике. В нем каждый электрод рогового искрового разрядника имеет элемент для подключения и искровой рог, причем искровые рога электродов, расположенных на расстоянии друг от друга, образуют пробиваемый воздушный искровой промежуток. Кроме того, внутри корпуса элемента защиты от перенапряжения предусмотрено плоско-электродное гасительное устройство, имеющее несколько плоских гасительных электродов, которые расположены напротив концов электродов искрового разрядника, удаленных от элементов для подключения, на расстоянии от этих концов электродов.
Известный искровой разрядник выполнен с задуванием дуги и поэтому требует обширных и дорогостоящих мер по его защите. Для реализации достаточного ограничения тока, а также для долговечности при сопротивлении появляющимся тепловым и механическим нагрузкам искровой разрядник по патентному документу DE 4435968 C2 имеет разделение электрической дуги, а именно разделение с использованием двух деионных камер, что также приводит к дополнительным издержкам.
Для современных молниезащитных разрядников, монтируемых в секционных корпусах и используемых в области низкого напряжения, существует требование выполнять их капсулированными. Такие молниезащитные разрядники должны иметь высокую эффективность гашения тока последействия сети, а также высокую степень ограничения тока последействия сети.
В патентных документах EP 1535378 B1 или EP 0860918 B1 показаны молниезащитные искровые разрядники с деионными камерами для секционных встраиваемых устройств, которые выполнены задувающими, но в которых, однако, выходящие газы по меньшей мере частично деионизованы. Эти искровые разрядники не дают возможности функционального разделения между возникающими импульсными токами и потокам последействия сети.
Вообще применение распространенного в области низких напряжений принципа ограничения тока последействия сети посредством деионных камер в молниеотводах проблематично. Эффективное ограничение тока последействия сети с применением деионных камер основано на быстром вхождении электрической дуги в соответствующую дугогасительную камеру. Время до поступления в дугогасительную камеру мало, если реализуются малое расстояние между местом зажигания и деионной камерой и высокая скорость движения электрической дуги. Однако скорость движения электрической дуги зависит от многих параметров, а именно, помимо прочего, от материала электродов, от аэродинамического сопротивления, от конструкции и от соответствующих сил, которые действуют на электрическую дугу.
Поскольку, когда целью является сильное ограничение тока последействия сети, мгновенное значение тока последействия сети должно быть всегда меньше величины подводимых импульсных токов, возникает противоречие, так как силы, поддерживающие движение электрической дуги, увеличиваются с увеличением электрического тока, в соответствии с правилом Лоренца.
В известных роговых искровых разрядниках это приводит к тому, что при быстром поступлении электрической дуги тока последействия сети в дугогасительную камеру и при хорошем ограничении тока последействия сети в деионную камеру поступают также и наиболее продолжительные импульсные токи, и, таким образом, также и обладающие высокой энергией импульсные токи молний. Значит, используемая деионная камера должна быть рассчитана термически и динамически на подводимые импульсные токи.
Напряжение электрической дуги и вместе с ним преобразование мощности в соответствующем роговом искровом разряднике существенно повышается при разделении дуги на несколько частичных электрических дуг, так как при подводимых импульсных токах не происходит ограничения тока. Поэтому нагрузка на все части разрядника существенно увеличивается. Это особенно критично для капсулированных устройств, так как преобразование мощности происходит полностью в пределах разрядника. В противоположность им разрядники с задуванием дуги отдают до 90% оборота преобразуемой мощности в окружающее пространство.
Альтернативой необходимости противостоять этой сильной нагрузке внутри разрядника является временная задержка поступления электрической дуги в камеру путем увеличения интервалов или расстояний. В результате этого предотвращается поступление электрической дуги импульсного тока в камеру электрической дуги, однако получающееся при этом ограничение тока последействия сети неприемлемо. Относительно этого можно сослаться на патентный документ DE 2419731 B2.
Раскрытие изобретения
Из вышеизложенного следует задача изобретения - создать усовершенствованный молниезащитный роговой искровой разрядник с деионной камерой, который, с одной стороны, имеет оптимальное ограничение тока последействия сети и, с другой стороны, позволяет избегать поступления в деионную камеру подводимых импульсных токов с высокой амплитудой, что обеспечивает высокий срок службы и износоустойчивость.
Решение задачи изобретения достигается благодаря комбинации признаков технического решения по пункту 1, причем зависимые пункты формулы изобретения представляют по меньшей мере целесообразные варианты осуществления и усовершенствования изобретения.
В молниезащитном роговом искровом разряднике согласно изобретению, в том числе и с незадувающей конструкцией, вызывается различное поведение электрической дуги при токах последействия сети и при импульсных токах. В результате этого достигается экономически целесообразная и компактная конструкция деионной камеры, а также расходящихся электродов, сокращается тепловая и механическая нагрузка на разрядник, становится возможным уменьшение затрат на предотвращение явлений задувания, а также достигается повышение срока службы. Реализуется также простое, недорогое и компактное приспособление для зажигания в форме пускового электрода.
При помощи решения согласно изобретению удается сокращать нагрузку на деионную камеру, создаваемую вследствие подводимых импульсных токов молний, вплоть до полного ее исключения. В первом варианте исполнения изобретения при незадувающей, т.е. капсулированной конструкции рогового искрового разрядника электрическая дуга импульсного тока как бы фиксируется внутри области зажигания расходящихся электродов вследствие особой формы области зажигания и целенаправленного управления отражениями волн давления в пределах искрового разрядника, в то время как электрическая дуга тока последействия сети за значительно более короткий промежуток времени поступает в дуговую камеру и ограничивается.
Идея согласно изобретению исходит из молниезащитного рогового искрового разрядника с деионной камерой для гашения дуги в корпусе с незадувающей конструкцией и управлением внутренним потоком газа для регулировки отличающихся характеристик электрической дуги, возникающей при нагрузке импульсным током, с одной стороны, и электрической дуги, обусловленной током последействия сети, с другой стороны.
Для этого расстояние между противоположными поверхностями электродов рогового искрового разрядника в области зажигания поддерживается очень малым, чтобы предотвращать нежелательное перемещение электрической дуги при импульсных токах молний. Кроме того, противоположные поверхности электродов в области зажигания проходят по существу параллельно друг другу или имеют только очень незначительное расширение расстояния между ними в направлении конца рогового искрового разрядника. В результате этих геометрических мер в области зажигания действие сил на электрическую дугу импульсного тока минимизируется. В дополнение к этому ударные волны, производимые электрической дугой, которая возникает при разряде импульсного тока молнии в области зажигания искрового разрядника, образуют определенные отражения на препятствиях, с которыми поток встречается перед деионной камерой, на ней или также за ней. Силовое воздействие отраженной ударной волны или ударных волн используется для дальнейшего сокращения или компенсации тех сил электрического тока, которые могли бы вызывать нежелательное смещение электрической дуги импульсного тока молнии в направлении деионной камеры. Эффективность этих отражений для фиксации электрической дуги ограничивается, в частности, импульсными токами, обусловленными молнией, и ограничена также по времени. При применяемых мерах интенсивность и продолжительность действия эффективных сил фронта отражения зависит от величины, продолжительности и энергетического содержания импульсного тока, обусловленного молнией, таким образом, что это заставляет, в частности, критичные высокоэнергетические импульсные токи молний очень эффективно фиксироваться в месте зажигания дуги.
Применение мер, разъясненных выше, возможно также в полностью капсулированном роговом искровом разряднике с деионной камерой для ограничения тока электрической дуги, обусловленной током последействия, без дрейфа импульсного тока молнии в деионную камеру, вызванного внутренней циркуляцией газа, которая способствует также и подвижности тока последействия. Проходящий сквозь деионную камеру поток газа, в таком искровом разряднике идущий с временной задержкой, по меньшей мере частично возвращается к области движения электрической дуги искрового разрядника при помощи отклоняющих средств.
Как уже представлено, возможно расположение в области зажигания пускового электрода.
Пусковой электрод включает в себя электропроводный элемент, который окружен искровым промежутком поверхностного разряда или имеет соседние с ним искровые промежутки поверхностного разряда из изолирующего либо полупроводящего материала.
Пусковой электрод вставлен либо в одном из двух электродов в области зажигания, либо между обоими электродами рогового искрового разрядника, причем предпочтительно расположен в нижней части области зажигания.
Искровые промежутки поверхностного разряда могут выполняться асимметричными или располагаться асимметрично.
Решение согласно изобретению позволяет достигать минимизации сил, возникающих вследствие амплитуды электрического тока, до уровня импульсного тока молнии благодаря специальному оформлению области зажигания и использованию отражения ударных волн внутри молниеотвода.
Электрическая дуга импульсного тока в начале своего возникновения стремится к диффузной форме. Эта форма благоприятствует существованию нескольких оснований электрической дуги и еще не сильно сфокусированной дуги. В результате слишком сильного сужения электрической дуги или ее охлаждения смежными элементами, такими как антифрикционные элементы стенок корпуса, керамические пластины и т.п., на начальной стадии электрической дуги повышается преобразование мощности в плазме, и электрическая дуга быстрее переходит в состояние термической плазмы. В этом состоянии сжатие электрической дуги выражено значительно сильнее, и электрическая дуга больше подвержена действующим на нее силам, которые способствуют нежелательному смещению во время нагрузки подаваемыми импульсными токами молнии.
Вышеназванному эффекту противодействуют путем уменьшения расстояния между электродами в области зажигания до значений менее 1,2 мм, предпочтительно 0,8 мм. Сверх того, активные поверхности электродов в пределах области зажигания расположены приблизительно на таком же расстоянии. Это приблизительно одинаковое расстояние имеет место, в частности, в области выше места зажигания в направлении движения электрической дуги. Благодаря незначительному начальному расширению, т.е. благодаря минимальному изменению расстояния между расходящимися электродами, предотвращается или ограничивается "выбегание" электрической дуги. Степень начального расширения расстояния между расходящимися электродами должна составлять максимально 50%.
Ширина активной поверхности электродов при предпочтительном варианте исполнения составляет по меньшей мере 2 мм. При импульсных токах до 50 кА предпочтительна и достаточна активная ширина электрода от 2 мм до 6 мм.
Было установлено, что необходимо реализовать плотность тока менее 2 кА/мм2, предпочтительно 1 кА/мм2, по отношению к амплитуде подведенного импульсного тока в нормальных атмосферных условиях, чтобы конструктивно предотвращать отшнуровывание электрической дуги в области ее начала.
Достаточно большая поверхность электродов, незначительное отшнуровывание и незначительная длина электрической дуги позволяют уменьшить - в частности, в фазе дуги перед достижением теплового равновесия - действие сил, которое приводит к нежелательному перемещению электрической дуги в деионные камеры. Таким образом, тепловая постоянная времени электрической дуги в воздухе может составлять примерно 10 мкс до 100 мкс.
Поскольку при помощи упомянутых мер невозможно бесконечно задерживать сжатие электрической дуги, обусловленной импульсным током, самое позднее на участке заднего фронта импульса молнии после достижения теплового равновесия электрическая дуга сожмется и подвергнется повышенному силовому воздействию. В этой критической фазе согласно изобретению подействует отражение ударной волны, создаваемое представленной описанной конструкцией препятствий на пути потока циркуляции газа.
Наряду с сокращением воздействия сил электрического тока в конструкции с расходящимися электродами для электрической дуги импульсного тока, в представленном разряднике с внутренней циркуляцией газа поперечное сечение потока и сопротивление потоку формируются таким образом, что отражение ударной волны, произведенной самим импульсным током, противодействует движению электрической дуги.
Для этого в качестве фронта отражения может служить повышение сопротивления потоку в зоне впуска деионной камеры, но также и сопротивление потоку при выпуске воздуха из деионной камеры.
Чтобы оптимизировать воздействие отражения давления, нужно учитывать скорость распространения ударной волны в соответствующей среде. При этом первая отраженная ударная волна не обязательно должна встречать электрическую дугу до достижения "собственного времени выдержки", зависящего помимо прочего от материала и составляющего несколько десятков микросекунд. Считается, что временных промежутков, значительно больших, чем 100 мкс, или превышающих время половинного уменьшения амплитуды на участке заднего фронта импульса, нужно избегать.
Вследствие геометрических характеристик искрового промежутка в области зажигания разрядника на электрическую дугу импульсного тока молнии действуют, как уже разъяснялось, только минимальные силы, которые могли бы вызывать движение дуги в направлении деионной камеры. Отражения, создаваемые препятствием или препятствиями на пути потока, приводят к ударным волнам, которые достигают электрической дуги импульсного тока молнии самое позднее после "собственного времени выдержки" и по возможности действуют также до достижения времени половинного уменьшения амплитуды на участке заднего фронта токового импульса, а также в достаточной степени компенсируют силы, приводящие в движение электрическую дугу, своим противоположно направленным силовым воздействием. Для достижения этой цели намеренно создаются ударные волны отражения от одного или нескольких препятствий, расположенных последовательно на пути потока. Посредством этих мер создаются отраженные волны давления разной продолжительности или частоты, и их распределенные по времени отдельные силы или также наложение этих сил используются в течение критического периода.
Краткое описание графических материалов
Ниже изобретение более подробно разъясняется на основе варианта осуществления, а также с привлечением фигур чертежей.
Показаны:
фиг.1a - принципиальное изображение молниезащитного рогового искрового разрядника согласно изобретению, с изображением конструкции расходящихся электродов и принципиальной схемой деионной камеры;
фиг.1b - детальное изображение области зажигания электродов рогового искрового разрядника;
фиг.2 - вид сбоку согласно изображению на фиг.1a с показанным направлением течения газа назад к отверстиям для потока в электродах рогового искрового разрядника;
фиг.3 - совмещение графиков электрического тока и напряжения обычного закрытого рогового искрового разрядника с деионной камерой при импульсе E и нагрузке F от токов последействия сети;
фиг.4 - изображение, аналогичное представленному на фиг.3, однако, с характеристиками электрического тока и напряжения рогового искрового разрядника согласно изобретению;
фиг.5 - изображение области зажигания рогового искрового разрядника с пусковым электродом, который встроен в один из электродов искрового рога разрядника, и
фиг.6 - изображение области зажигания в конструкции молниезащитного рогового искрового разрядника согласно изобретению с пусковым электродом между обоими слегка расходящимися основными электродами.
Осуществление изобретения
На основании фиг.1a понятен принципиальный вариант исполнения конструкции молниезащитного рогового искрового разрядника согласно изобретению.
При этом устройство искрового разрядника смонтировано в секционном корпусе 1 и имеет две соединительные клеммы 2.
Искровой разрядник имеет два незначительно расходящихся электрода 3 и 4 с выемками 5 для циркуляции газа и обтекания электрической дуги тока последействия.
Между сильно расходящимися участками электродов 3 и 4 в их конечной области находится деионная камера 6 с отверстиями для циркуляции газа.
Участок движения электрической дуги между областью зажигания (см. детальное изображение согласно фиг.1b) и деионной камерой 6 ограничивается по сторонам изолирующими пластинами (см. фиг.2, поз.8).
Деионная камера 6 предпочтительно имеет выпуски воздуха из отдельных участков деионной камеры, расположенные попеременно на разных сторонах. Эти отверстия размещены как на боковых сторонах, так и на торцевой стороне деионной камеры 6.
В области движения дуги искрового разрядника газы отводятся через упомянутые боковые выемки 5 в электродах 3 и 4. При этом эти боковые отверстия для потока или выемки 5 находятся выше области, в которой электрическая дуга стагнирует во время нагрузки импульсным электрическим током молнии (см. фиг.1b).
Для целенаправленного разделения устремляющихся назад газов по отдельным выемкам или отверстиям 5 для потока с целью лучшего поддержания движения электрической дуги при токе последействия сети вытекающее из деионной камеры количество газа разделяется сплиттером 7 на несколько отдельных потоков газа.
Кроме того, этот сплиттер 7 предотвращает непосредственное течение газа из деионной камеры 6 в боковые выемки 5, вследствие чего даже при очень сильных нагрузках электрической дуги еще нагретые и/или ионизированные газы не возвращаются в область движения. Кроме того, предотвращается подвод продуктов сгорания или соответствующих твердых частиц.
Сплиттер 7 выполняется, например, в форме маленькой разделительной стенки, расположенной под углом, и находится в области уменьшения давления газа, т.е. в области, в которую попадают газы из области движения и из камеры электрической дуги. Сплиттер 7 служит в этой области в качестве разделительной или отклоняющей стенки для газов, которые подводятся из камеры электрической дуги еще с высокой температурой и которые снова подводятся к области движения электрической дуги через пазы в электродах с двух сторон. Относительно прямой сфокусированный поток газа из камеры электрической дуги наталкивается на сплиттер и разделяется на два потока с более длинными путями, - помимо прочего для снижения температуры и для распределения в виде диффузного потока, - которые оба попадают в отверстия подвода газа в области электродов. Таким образом, еще нагретый газ разделяется на два потока с двух сторон, охлаждается и дополнительно предотвращает попадание свободных проводящих частиц в область электродов. Имеющиеся сплиттеры способствуют равномерному распределению охлажденного газа между всеми отверстиями для обратного потока в области движения электрической дуги. Это равномерное разделение имеет большое значение для оптимального поддержания характеристик движения электрической дуги тока последействия. Например, при использовании только одного отверстия рециркуляции относительно тонкая электрическая дуга электрического тока последействия легко могла бы остаться без воздействия целенаправленной внутренней циркуляции газа, поддерживающего движение. Это привело бы контрпродуктивным образом к слишком продолжительному прохождению электрической дуги от места зажигания до камеры электрической дуги или даже к застою электрической дуги, вследствие чего был бы возможен отказ искрового разрядника. Таким образом, сплиттер поддерживает первоначальную основную функцию капсулирования рогового искрового разрядника, а именно целенаправленную внутреннюю циркуляцию газа для обеспечения характеристики движения электрической дуги тока последействия и тем самым для ограничения и погашения тока последействия.
Поперечное сечение выемок 5 в электродах выбрано очень незначительным по сравнению с выпускными отверстиями деионной камеры 6 и составляет в примере осуществления не менее 10% от поперечного сечения отверстия выпусков воздуха.
На фиг.1b детально показана область зажигания электрической дуги, которая образуется между электродами 3 и 4 ниже выемок 5 для циркуляции газа.
Зажигание электрической дуги может происходить активно или пассивно.
При этом электрическая дуга возникает между обоими электродами 3 и 4 в области A.
Расстояние между электродами в области A при варианте осуществления - от 0,8 мм до 1,2 мм.
Поверхность, на которой остается электрическая дуга во время нагрузки электрическим импульсным током молнии, проходит самое большее до области B. Максимальное расширение расстояния между расходящимися электродами по отношению к области A на месте B составляет 50%.
Результирующая поверхность электродов между областями A и B соответствует в минимальном случае той поверхности, которая получается как частное от деления максимальной амплитуды подведенного электрического импульсного тока на предпочтительное значение плотности тока 1 кА/мм2.
На фиг.2 показано поперечное сечение деионной камеры, а также размещение предпочтительных областей отражения.
Здесь также в свою очередь надо исходить из секционного монтажного корпуса 1 с искровым промежутком и видимым электродом 4, а также боковыми выемками 5 для циркуляции газа между деионной камерой 6 и областью движения электрической дуги.
Область движения электрической дуги ограничивается изолирующими защитными пластинами 8.
Электрическая дуга 9 тока последействия сети проходит вдоль расходящихся электродов 3, 4 до области C впуска деионной камеры 6 и после этого разделяется на отдельные участки камеры. Деионная камера 6 имеет на боковых сторонах и на торцевой стороне выпускные отверстия (изображены стрелками), с помощью которых удаляют воздух из областей между отдельными плоскими гасительными электродами с V-образным вырезом деионной камеры. Отдельные плоские гасительные электроды с V-образными вырезами внутри деионной камеры 6 представлены пунктиром.
На торцевой стороне деионной камеры выпуск воздуха разделяется также в направлении оси камеры, изоляционной перемычкой 10.
На аэродинамическое сопротивление в области C впуска деионной камеры 6, наряду с выбором расстояния между отдельными плоскими электродами, формой V-образного выреза и расстоянием от первого отдельного плоского гасителя деионной камеры до соответствующих электродов или направляющих пластин 3, 4, влияют также следующие меры.
V-образные вырезы деионной камеры дополнительно могут забиваться изоляцией.
В боковых изоляционных пластинах 8 области движения электрической дуги ниже деионной камеры 6 могут располагаться дополнительные сужения в качестве препятствий для потока.
Количество, размер и форма выпускных отверстий могут влиять на аэродинамическое сопротивление в области D выпуска воздуха деионной камеры 6 и задавать его.
Описанная возможность располагать препятствие для потока ниже деионной камеры служит для создания фронта отражения вблизи области фиксации электрической дуги импульсного тока молнии. Одновременно благодаря этой мере происходит ускорение поступления электрической дуги тока последействия в деионную камеру. Упомянутое клиновидное сужение, расположенное с обеих сторон в области движения электрической дуги, может использоваться очень гибко для управления аэродинамическим сопротивлением путем варьирования клиновидной формы вплоть до массивного клина и соответственно остаточной ширины канала.
Однако возможно также изменение аэродинамического сопротивления за счет объема и геометрии каналов возвратного потока рядом с деионной камерой 6 и над ней. В принципе для содействия фиксации электрической дуги импульсного тока в непосредственной близости от области зажигания (см. фиг.1b) электродов 3, 4 подходят отражения ударной волны как в диапазоне впуска C, так и в области выпуска D воздуха. Решающими для выбора наиболее благоприятной области отражения являются, в соответствии с формой исполнения искрового разрядника, требования в отношении предельной допускаемой импульсной нагрузки и гасящей способности при электрическом токе последействия сети.
Представленные согласно изобретению меры вызывают надежную фиксацию импульсных токов молнии с временем выдержки порядка нескольких миллисекунд в области зажигания между участком A и участком B искрового разрядника.
При ожидаемом токе последействия сети, например, 50 кА поступление в деионную камеру 6 и ее ограничение, напротив, происходит в течение максимум одной миллисекунды. При этом мгновенное значение токов последействия ограничивается немногими кА. Эффективность мер согласно изобретению прослеживается посредством сравнения изображений по фиг.3 и 4.
На фиг.3 показано совмещение характеристик электрического тока (внизу) и напряжения (вверху) в обычном закрытом роговом искровом разряднике с деионной камерой при импульсе (E) и нагрузке токами последействия сети (F).
Видно, что при импульсном токе вследствие высокой крутизны графика электрического тока и высокой амплитуды электрическая дуга поступает в деионную камеру очень скоро. Энергетическая нагрузка деионной камеры за счет подведенного импульсного тока, который практически не может быть ограничен при поступлении в камеру, очень высока. Детали всего искрового разрядника чрезвычайно сильно нагружаются в результате воздействия давления и тепловой нагрузки. Оборот энергии в деионной камере при 25 кА 10/350 мкс находится в пределах до 7 кДж.
За счет реализованного ограничения тока последействия сети удельная энергия при ожидаемом электрическом токе последействия сети 25 кА составляет только 2 кА2с. При нагрузке импульсным током 25 кА 10/350 мкс это значение составляет, напротив, примерно в 100 раз больше. Однако при исполнении искрового разрядника согласно изобретению имеется возможность рассчитывать параметры деталей камеры для электрической дуги или всего искрового разрядника на значительно более низкую энергетическую нагрузку. Материал, подвергаемый сильным энергетическим нагрузкам, и соответственно дорогой, требуется исключительно в области зажигания рогового искрового разрядника между участками A и B.
На фиг.4. показана характеристика закрытого рогового искрового разрядника согласно изобретению. Изменение напряжения электрической дуги и ограничение тока при нагрузке током последействия сети (F) соответствуют тем же характеристикам (F) с фиг.3. При нагрузке импульсным электрическим током (E) электрическая дуга, согласно изобретению, фиксируется в области зажигания обоих электродов, так что тепловая и динамичная нагрузка всего искрового разрядника сокращается до малой доли нагрузки искрового разрядника, соответствующей графику на фиг.3, вследствие значительно меньшего напряжения электрической дуги.
При варианте исполнения искрового разрядника согласно изобретению оборот энергии при импульсной нагрузке с 25 кА в форме импульса 10/350 мкс сокращается по меньшей мере десятикратно по сравнению с искровым разрядником без соответствующего функционального разделения в отношении тока последействия сети и импульсного тока молнии.
Благодаря исполнению искрового разрядника, возможно, незадувающего, согласно изобретению имеется возможность резко сокращать оборот энергии, который вследствие капсулирования нагружает все детали искрового разрядника на 100%. В результате этого в свою очередь становится возможным сокращение конструктивных размеров, и это уменьшает конструктивные затраты. В конце концов, находят применение более простые и соответственно менее дорогие материалы.
В дальнейшем варианте исполнения оформление области зажигания производится с использованием пускового электрода.
При этом возможно обращение к исполнению в форме воздушного искрового разрядника в соответствии с фиг.5 и/или в форме искрового промежутка поверхностного разряда в соответствии с фиг.6.
На фиг.5 показан вариант исполнения с пусковым электродом 11 в области зажигания. Пусковой электрод 11 и искровой промежуток 12 поверхностного разряда проводятся сквозь выемку внутри одного из двух основных электродов 3, 4 или на его поверхности. Этот вариант подходит, в частности, для исполнения искрового промежутка между обоими основными электродами 3, 4 без искрового промежутка для поверхностного разряда.
Кроме того, показанное устройство зажигания по фиг.5 очень хорошо защищено термически и механически благодаря жаростойкому материалу соответствующего основного электрода и таким образом особенно долговечно. Это является особенным преимуществом представленного варианта исполнения рогового искрового разрядника, так как фиксация электрической дуги импульсного тока в области зажигания более сильно нагружает также пусковой электрод. К тому же в представленном варианте расположения пускового электрода особенно просто реализуется необходимый для показанных вариантов исполнения малый интервал между двумя основными электродами 3, 4 при очень хороших значениях сопротивления изоляции.
В качестве альтернативы расположению пускового электрода 11 между обоими расходящимися основными электродами представляется допустимым также боковое расположение пускового электрода.
Согласно фиг.6 пусковой электрод 11 находится между обоими основными электродами 3 и 4. При этом пусковой электрод 11 расположен внутри двух искровых промежутков 13, 14 поверхностного разряда. При предпочтительном асимметричном оформлении искровых промежутков 13, 14 поверхностного разряда возможен также выбор более высокого, в вертикальном направлении, расположения искрового промежутка 14 поверхностного разряда и/или выполнение его более толстым. В результате этого также повышается сопротивление изоляции. Исполнение одного или обоих искровых промежутков поверхностного разряда в форме воздушных промежутков также в рамках изобретения.
Искровые промежутки 12, 13 поверхностного разряда, которые пробиваются при зажигании искрового разрядника, могут быть выполнены в соответствии с уровнем техники как чисто изоляционные промежутки или же в виде сочетания изоляционного промежутка, имеющего пренебрежимо малое напряжение пробоя, с продолжением из электротехнического материала, который пробивается электрической дугой.
В случае чистого изоляционного промежутка применением импульсного трансформатора обеспечивается повышенное напряжение зажигания. При варианте исполнения с электропроводным материалом в качестве вспомогательного элемента для пробоя в принципе требуется только переключатель напряжения.
В представленных вариантах с триггером принимается, что по причине небольших расстояний между обоими основными электродами 3, 4 при необходимости выбирается очень короткое время задержки зажигания искрового разрядника в целом, вследствие чего энергетическая нагрузка и соответственно также конструктивные размеры также очень незначительны. Кроме того, малое расстояние между основными электродами обеспечивает, например, при отказе пусковой схемы функционирование пассивного разрядника при уровне защиты максимум 4 кВ.
В варианте исполнения изобретения с электропроводным материалом, служащим в качестве вспомогательного элемента для пробоя, в принципе требуется только переключатель напряжения и/или элемент, ограничивающий электрический ток, такой как резистор, варистор, позистор или аналогичный.
1. Молниезащитный роговой искровой разрядник с деионной камерой для гашения дуги в корпусе и средствами для регулировки отличающихся характеристик электрической дуги, возникающей при нагрузке импульсным током, с одной стороны, и электрической дуги, обусловленной током последействия сети, с другой стороны, в котором обеспечено поддержание малого расстояния между противоположными поверхностями электродов рогового искрового разрядника в области зажигания, при этом противоположные поверхности электродов в области зажигания имеют незначительное расширение расстояния между ними в направлении конца рогового искрового разрядника, причем в электродах предусмотрены отверстия для потока, при этом данный молниезащитный роговой искровой разрядник незадувающей конструкции обеспечивает возможность циркуляции газа таким образом, что ударная волна, которую производит обусловленная импульсным током молнии электрическая дуга, отражается от деионной камеры и/или от препятствий на пути потока и противодействует движению электрической дуги, а также таким образом, что поток газа, который проходит сквозь деионную камеру, по меньшей мере частично отводится назад к области зажигания при помощи отклоняющих средств и приводится к имеющимся в электродах отверстиям для потока, чтобы способствовать движению электрической дуги при токах последействия сети в направлении деионной камеры, причем для этой цели отверстия для потока выполнены, в направлении деионной камеры, над областью зажигания и над областью, в которой электрическая дуга стагнирует во время нагрузки импульсным электрическим током молнии.
2. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между противоположными поверхностями электродов в области зажигания составляет менее 1,5 мм, предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 мм до 0,8 мм.
3. Разрядник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что максимальное расширение расстояния между противоположными поверхностями электродов в области зажигания составляет 50%.
4. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что ширина поверхностей электродов в области зажигания составляет по существу от 2 мм до 6 мм.
5. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что устройство смонтировано в секционном корпусе, причем корпус имеет отверстия в форме щелей или прорезей для выравнивания давления.
6. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что участок движения электрической дуги ограничен по сторонам изолирующими пластинами, закрывающими электроды по бокам, причем пластины проходят от области зажигания до деионной камеры.
7. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что площадь сечения отверстий для потока в электродах существенно меньше, чем общая площадь отверстий для выхода потока деионной камеры.
8. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что деионная камера имеет множество отдельных плоских гасителей, расположенных на расстоянии друг от друга, каждый из которых имеет V-образный вырез, проем которого направлен к роговому искровому промежутку, чтобы путем выбора расстояния между отдельными гасителями и/или их дополнительного заполнения устанавливать или регулировать аэродинамическое сопротивление в области впуска деионной камеры.
9. Разрядник по п. 8, отличающийся тем, что деионная камера имеет отверстия для выхода воздуха, количество, размер и форма которых выбраны из условия регулировки или задания аэродинамического сопротивления в области впуска деионной камеры.
10. Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что в области зажигания расположен пусковой электрод.
11. Разрядник по п. 10, отличающийся тем, что пусковой электрод включает в себя электропроводный элемент, который окружен искровым промежутком поверхностного разряда или рядом с которым имеются искровые промежутки поверхностного разряда.
12. Разрядник по п. 10 или 11, отличающийся тем, что пусковой электрод встроен в один из двух электродов в области зажигания или расположен между двумя электродами рогового искрового разрядника.
13. Разрядник по п. 11, отличающийся тем, что искровые промежутки поверхностного разряда выполнены асимметричными или асимметрично расположены.
www.findpatent.ru
