RU188116U1

RU188116U1 - Spark arrester

Info

Publication number: RU188116U1
Application number: RU2018142599U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Хорохорин
Original assignee: Владимир Николаевич Хорохорин
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-03-29

Abstract

Полезная модель относится к токоотводящим устройствам для защиты от грозовых перенапряжений электрооборудования. Разрядник содержит корпус стержневой формы из диэлектрического материала, на наружной поверхности которого выполнено спиралеобразно расположенное по длине корпуса ребро из диэлектрического материала, два основных электрода, соединенных механически с корпусом на противоположных его концах, один из которых выполнен с возможностью соединения с заземлением, а также промежуточные электроды, расположенные последовательно и спиралеобразно по длине корпуса между основными электродами и дистантно между собой. Разрядник снабжен стержневым электродом, размещенным внутри выполненного из кремнийорганической резины корпуса и связанным механически с основным электродом, выполненным с возможностью соединения с заземлением. Промежуточные электроды размещены на поверхности корпуса в канавке, образованной спиралями ребра. Между другим основным электродом и спиралеобразно расположенным ребром на корпусе выполнены два расположенных на расстоянии относительно друг друга и относительно ребер и этого основного электрода два кольцевых ребра из диэлектрического материала. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to down conductors for protection against lightning surges of electrical equipment. The arrester contains a rod-shaped housing made of dielectric material, on the outer surface of which a rib made of dielectric material is helically spaced along the length of the housing, two main electrodes mechanically connected to the housing at its opposite ends, one of which is made with the possibility of connecting to ground, as well as intermediate electrodes arranged sequentially and helically along the length of the housing between the main electrodes and distantly between themselves. The arrester is equipped with a rod electrode placed inside the housing made of organosilicon rubber and mechanically connected to the main electrode, made with the possibility of connection to ground. Intermediate electrodes are placed on the surface of the housing in a groove formed by rib spirals. Between the other main electrode and the spiral-shaped rib on the body, two annular ribs made of dielectric material are spaced apart from each other and relative to the ribs and this main electrode. 8 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к токоотводящим устройствам для защиты от грозовых перенапряжений электрооборудования и различных сооружений и конструкций, например, высоковольтных установок, изоляторов и других элементов высоковольтных линий электропередачи, электрооборудования, а также конструктивных элементов других сооружений и устройств, нуждающихся в грозозащите.The utility model relates to down conductors for protection against lightning overvoltages of electrical equipment and various structures and structures, for example, high-voltage installations, insulators and other elements of high-voltage power lines, electrical equipment, as well as structural elements of other structures and devices requiring lightning protection.

Известен разрядник длинно-искровой стержневой, содержащий корпус стержневой формы из диэлектрического материала, на наружной поверхности которого выполнено спиралеобразно расположенное по длине корпуса ребро из диэлектрического материала, два основных электрода, соединенных механически с корпусом на противоположных его концах, один из которых выполнен с возможностью соединения с заземлением, а также промежуточные электроды, расположенные последовательно и спиралеобразно по длине корпуса между основными электродами и дистантно между собой (WO 2009120114, H01B 17/14, Н02Н 9/06, опубл. 01.10.2009 г.).A long spark rod arrester is known, comprising a rod-shaped housing of dielectric material, on the outer surface of which a rib of dielectric material is helically spaced along the length of the housing, two main electrodes mechanically connected to the housing at its opposite ends, one of which is made with the possibility of connection with grounding, as well as intermediate electrodes located sequentially and helically along the length of the housing between the main electrodes and distantly a row (WO 2009120114, H01B 17/14, N02N 9/06, publ. 01.10.2009).

Особенностью известного разрядника является исполнение его корпуса в виде фарфорового изолятора со спиралевидным ребром, на концевых участках которого дистантно между собой закреплены промежуточные электроды, выстроенные в спиралеобразную линию. Промежуточные электроды выполнены в виде конусообразных выступов. Корпус разрядника выполнен монолитным. Один основной электрод соединен с проводом высоковольтной установки, а другой - с заземлением.A feature of the known arrester is the execution of its body in the form of a porcelain insulator with a spiral rib, on the end sections of which intermediate electrodes are arranged distantly between themselves, arranged in a spiral line. The intermediate electrodes are made in the form of conical protrusions. The arrester housing is made integral. One main electrode is connected to the wire of the high-voltage installation, and the other to grounding.

Достоинством такого разрядника является его небольшой размер по длине. Однако, на небольшой длине практически невозможно обеспечить траекторию перемещения скользящего разряда даже при укладке промежуточных электродов по спиральной линии вдоль длины корпуса разрядника. Условием работы разрядника с применением промежуточных электродов является наличие между каждой парой смежных промежуточных электродов воздушного искрового промежутка и достаточно большую длину линии расположения этих промежуточных электродов. При этом расстояние между промежуточными электродами в смежно расположенных спиральных витках (по линии вдоль длины корпуса параллельной осевой линии корпуса) должно быть достаточно большим, чтобы исключить перескакивание разряда с одного витка на другой, минуя промежуточные электроды. На небольшой длине корпуса увеличение длины линии расположения промежуточных электродов приводит к сокращению расстояния между спиральными витками. А это приводит к тому, что разряд идет не по спирали вдоль корпуса разрядника, а по прямой линии через те промежуточные электроды, которые выставлены на витках вдоль одной линии, параллельной осевой линии корпуса разрядника. Это обусловлено тем, что промежуточные электроды на ребрах винтовой линии установлены на торцевых стенках этого ребра. По сути, предполагалось, что установка промежуточных электродов на торцевых стенках ребра приведет к увеличению линии перемещения разряда, но в реальности, из-за непредсказуемости поведения разряда и его нелинейности в прохождении воздушного зазора, приводит к образованию некоего объемного сгустка импульсного разряда, который и захватывает одновременно несколько промежуточных электродов на разных спиралях ребра, что и приводит к не спиральному скольжению разряда вдоль корпуса разрядника.The advantage of such a spark gap is its small size in length. However, for a small length it is almost impossible to provide a trajectory of moving a sliding discharge even when laying intermediate electrodes in a spiral line along the length of the arrester housing. The condition for the arrester to work with the use of intermediate electrodes is the presence between each pair of adjacent intermediate electrodes of the air spark gap and a sufficiently large length of the location line of these intermediate electrodes. In this case, the distance between the intermediate electrodes in adjacent spiral coils (along the line along the length of the housing parallel to the axial line of the housing) should be large enough to prevent the discharge from jumping from one coil to another, bypassing the intermediate electrodes. Over a short length of the housing, an increase in the length of the line of arrangement of the intermediate electrodes leads to a reduction in the distance between the spiral turns. And this leads to the fact that the discharge does not go in a spiral along the arrester housing, but in a straight line through those intermediate electrodes that are exposed on the turns along one line parallel to the center line of the arrester. This is due to the fact that the intermediate electrodes on the edges of the helical line are installed on the end walls of this rib. In fact, it was assumed that the installation of intermediate electrodes on the end walls of the rib will lead to an increase in the line of discharge movement, but in reality, due to the unpredictability of the discharge behavior and its nonlinearity in the passage of the air gap, it leads to the formation of a certain volumetric bunch of a pulsed discharge, which captures at the same time, several intermediate electrodes on different rib spirals, which leads to non-spiral sliding of the discharge along the spark gap body.

Именно по этой причине такие разрядники не получили широкого применения. Взамен был разработан стержневой разрядник с достаточной большой длиной диэлектрической части, на поверхности которого спиралеобразно были укреплены промежуточные электроды на достаточно большом межвитковом расстоянии (так называемые разрядники петлевого типа, RU 2346368, фиг. 16).For this reason, such arresters are not widely used. Instead, a rod arrester with a sufficiently large length of the dielectric part was developed, on the surface of which intermediate electrodes were helically mounted at a sufficiently large inter-turn distance (the so-called arresters of the loop type, RU 2346368, Fig. 16).

В известном решении промежуточные электроды выполнены в виде точечных выступов из условия обеспечения между этими электродами воздушного зазора. Для успешной работы разрядника необходимо, чтобы таких воздушных зазоров было много (для получения увеличенного по длине пути скольжения разряда). Однако при таком исполнении этих электродов получение такого длинного пути скольжения возможно только на достаточно большой длине корпуса разрядника. Но в этом случае теряется достоинство стержневого разрядника в части небольших его габаритов.In a known solution, the intermediate electrodes are made in the form of point protrusions from the condition of providing between these electrodes an air gap. For successful operation of the arrester, it is necessary that there are a lot of such air gaps (to obtain an increased discharge along the slip path). However, with such a design of these electrodes, obtaining such a long sliding path is possible only at a sufficiently large length of the arrester housing. But in this case, the dignity of the rod spark gap in terms of its small dimensions is lost.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и работоспособности при небольших длинах корпуса.This utility model is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing operational reliability and uptime with small casing lengths.

Указанный технический результат достигается тем, что разрядник длинно-искровой стержневой, содержащий корпус стержневой формы из диэлектрического материала, на наружной поверхности которого выполнено спиралеобразно расположенное по длине корпуса ребро из диэлектрического материала, два основных электрода, соединенных механически с корпусом на противоположных его концах, один из которых выполнен с возможностью соединения с заземлением, а также промежуточные электроды, расположенные последовательно и спиралеобразно по длине корпуса между основными электродами и дистантно между собой, снабжен стержневым электродом, размещенным внутри выполненного из кремнийорганической резины корпуса и связанным механически с основным электродом, выполненным с возможностью соединения с заземлением, а промежуточные электроды размещены на поверхности корпуса в канавке, образованной спиралями ребра, при этом между другим основным электродом и спиралеобразно расположенным ребром на корпусе выполнены два расположенных на расстоянии относительно друг друга и относительно ребер и этого основного электрода два кольцевых ребра из диэлектрического материала.The specified technical result is achieved in that the spark gap is a long rod containing a rod-shaped housing made of dielectric material, on the outer surface of which a rib made of dielectric material is helically arranged along the length of the housing, two main electrodes are mechanically connected to the housing at its opposite ends, one of which is made with the possibility of connecting to ground, as well as intermediate electrodes located sequentially and helically along the length of the housing between the main electrodes and distantly between themselves, is equipped with a rod electrode placed inside the housing made of organosilicon rubber and mechanically connected to the main electrode made with the possibility of grounding, and the intermediate electrodes are placed on the surface of the housing in a groove formed by rib spirals, while between another main electrode and a spiral-shaped rib on the housing are made two located at a distance relative to each other and relative to the ribs and main electrode of two annular ribs of a dielectric material.

При этом в этом разряднике стержневой электрод может быть выполнен в виде металлического цилиндра или в форме металлического стакана. А все ребра могут быть выполнены заодно с корпусом (при изготовлении литьем) или в виде отдельных деталей, закрепленных на корпусе или в виде одной отдельной детали, закрепляемой на корпусе..In this case, the rod electrode in this spark gap can be made in the form of a metal cylinder or in the form of a metal cup. And all the ribs can be made at the same time with the body (during casting) or in the form of individual parts mounted on the body or as one separate part mounted on the body ..

А каждый промежуточный электрод может быть выполнен в виде пластинки с отогнутыми вверх противоположно расположенными краями, а в линии расположения промежуточных электродов каждые два смежно расположенных промежуточных электрода обращены навстречу друг к другу отогнутыми краями. При этом целесообразно, чтобы ширина каждого промежуточного электрода была равна ширине канавки, образованной спиралями ребра в месте установки этого электрода. Промежуточные электроды могут быть закреплены на несущей ленте из диэлектрического материала, а лента закреплена на поверхности корпуса в канавке, образованной спиралями ребра. А все ребра в сечении могут быть выполнены треугольной формы.And each intermediate electrode can be made in the form of a plate with oppositely spaced edges bent upward, and in the line of location of the intermediate electrodes, each two adjacent intermediate electrodes are facing towards each other with bent edges. It is advisable that the width of each intermediate electrode be equal to the width of the groove formed by the spirals of the ribs at the installation location of this electrode. Intermediate electrodes can be fixed on a carrier tape made of dielectric material, and the tape is fixed on the surface of the housing in a groove formed by spiral ribs. And all the ribs in the section can be made triangular in shape.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present utility model is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата для грозозащиты токопроводящих конструкций - разрядника стержневого длинно-искрового;In FIG. 1 shows a General view of the apparatus for lightning protection of conductive structures - rod spark arrester;

фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1.FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

В рамках настоящей полезной модели решается задача создания надежного и обладающего небольшими габаритами токоотводящего аппарата для грозозащиты токопроводящих конструкций. Полезная модель может использоваться для решения широкого круга задач и, прежде всего, не только для эффективного отвода тока молнии при защите электрооборудования от прямого удара молнии, но и как грозового токоотводящего устройства, способного гасить дугу сопровождающего тока при больших, реально встречающихся на практике значениях этого тока. В частности, рассматривается конструкция разрядника длинно-искрового стержневого для напряжения 6-10 кВт.In the framework of this utility model, the problem of creating a reliable and small-sized current-removing apparatus for lightning protection of conductive structures is solved. The utility model can be used to solve a wide range of problems, and, first of all, not only for effective removal of lightning current when protecting electrical equipment from direct lightning strikes, but also as a thunderstorm current collector capable of extinguishing the accompanying current arc at large values of this actually encountered in practice current. In particular, the design of a long-spark rod spark gap for a voltage of 6-10 kW is considered.

Согласно настоящей полезной модели аппарат для грозозащиты токопроводящих конструкций - разрядник длинно-искровой стержневой (фиг. 1) содержит корпус 1 стержневой формы из диэлектрического материала. Предпочтительно использовать в качестве такого материала кремнийорганическую резину. Конструктив разрядника построен на применении корпуса небольшой длины, но формирующего достаточно длинный путь скольжения разряда. В такой ситуации на поверхности диэлектрика могут возникать не только высокое напряжение, но и высокая температура.According to the present utility model, an apparatus for lightning protection of conductive structures — a long-spark rod arrester (Fig. 1) comprises a rod-shaped housing 1 of a dielectric material. It is preferable to use silicone rubber as such a material. The design of the arrester is based on the use of a housing of small length, but forming a fairly long path for the discharge to slip. In such a situation, not only high voltage, but also high temperature can occur on the surface of the dielectric.

Известно, что поверхностный разряд - пробой воздуха между электродами по поверхности твердого диэлектрика. Используемые на практике диэлектрики имеют неоднородное строение. Например, в твердых диэлектриках (электрокартон, пластмассы, керамика и др.) всегда присутствуют поры и различные включения. Поэтому большое практическое значение имеет знание картины распределения вектора напряженности электрического поля в диэлектриках в зависимости от расположения поверхности раздела диэлектрических сред относительно силовых линий поля, а также от их электрических и физико-химических свойств. Часто встречаемые диэлектрические конструкции состоят из двух диэлектрических сред, находящихся в различных агрегатных состояниях. Наиболее часто встречается комбинация твердый диэлектрик - воздух. При внесении в равномерное электрической поле диэлектрика картина поля искажается, поле становится неоднородным. После внесения твердого диэлектрика в однородное поле, это поле в межэлектродном пространстве становится неоднородным, и пробой наступает при более низком напряжении. Практически всегда вектор напряженности электрического поля имеет тангенциальную составляющую, действующую по касательной к поверхности диэлектрика.It is known that surface discharge is a breakdown of air between the electrodes along the surface of a solid dielectric. The dielectrics used in practice have an inhomogeneous structure. For example, in solid dielectrics (electrical board, plastics, ceramics, etc.), pores and various inclusions are always present. Therefore, of great practical importance is the knowledge of the distribution pattern of the electric field vector in dielectrics depending on the location of the interface of the dielectric media relative to the field lines of force, as well as on their electrical and physicochemical properties. Frequently encountered dielectric structures consist of two dielectric media in different aggregate states. The most common combination is a solid dielectric - air. When a dielectric is introduced into a uniform electric field, the field picture is distorted, the field becomes inhomogeneous. After introducing a solid dielectric into a uniform field, this field in the interelectrode space becomes inhomogeneous, and breakdown occurs at a lower voltage. Almost always, the electric field vector has a tangential component acting tangentially to the surface of the dielectric.

На поверхности твердого диэлектрика всегда имеется пленка адсорбированной из воздуха влаги, которая в зависимости от природы диэлектрика является сплошной или прерывистой, толщиной от мономолекулярного слоя и более. Вода в пленке частично диссоциирована, а с увеличением непрерывности и толщины пленки количество ионов возрастает. Чем больше ε и λ_s твердого диэлектрика, меньше краевой угол смачивания θ, сильнее загрязнена его поверхность ионогенной примесью, выше относительная влажность воздуха и температура, тем толще пленка адсорбированной влаги и тем, следовательно, больше в ней ионов. Таким образом, электропроводность образующейся на поверхности твердого диэлектрика пленки адсорбированной из воздуха влаги является решающим фактором в нарушении однородности электрического поля, в результате чего разрядное напряжение Up снижается. Особенно значительно Up снижается при плохом прилегании электродов к поверхности твердого диэлектрика. В этом случае электрическое поле в межэлектродном пространстве становится еще более неоднородным, в результате разрядное напряжение снижается.On the surface of a solid dielectric there is always a film of moisture adsorbed from air, which, depending on the nature of the dielectric, is continuous or discontinuous, with a thickness of a monomolecular layer or more. The water in the film is partially dissociated, and with an increase in the continuity and thickness of the film, the number of ions increases. The greater the ε and λ _{s of the} solid dielectric, the smaller the contact angle θ, the more its surface is contaminated with an ionic impurity, the higher the relative humidity and temperature, the thicker the film of adsorbed moisture and, therefore, the more ions there are. Thus, the electrical conductivity of the moisture adsorbed from air film formed on the surface of a solid dielectric is a decisive factor in disrupting the uniformity of the electric field, as a result of which the discharge voltage Up decreases. Especially significantly Up decreases with poor adhesion of the electrodes to the surface of the solid dielectric. In this case, the electric field in the interelectrode space becomes even more inhomogeneous, as a result, the discharge voltage decreases.

Если поверхность твердого диэлектрика сильно шероховатая и содержит трещины, то в этих местах образуются воздушные микрозазоры, которые оказываются включенными последовательно с твердым диэлектриком. Из-за разных значений диэлектрической проницаемости воздуха и твердого диэлектрика напряженность поля в микрозазорах повышается и, достигнув начальной напряженности, вызывает ионизацию воздушных включений. Ионизация, в свою очередь, становится дополнительным фактором усиления неоднородности поля и снижения Up.If the surface of a solid dielectric is very rough and contains cracks, then air micro-gaps form in these places, which turn out to be connected in series with the solid dielectric. Due to different values of the dielectric constant of air and solid dielectric, the field strength in microgaps increases and, having reached the initial intensity, causes the ionization of air inclusions. Ionization, in turn, becomes an additional factor in enhancing field heterogeneity and decreasing Up.

Учитывая данные факторы и в целях получения достаточно чистой поверхности диэлектрика с обеспечением им высокой температурной стойкости корпус, то есть диэлектрический элемент, выполняется из кремнийорганической резины. Такие резины на основе кремнийорганических эластомеров не проводят электрический ток даже при 250-300°С, а, например, любые резины на основе органических эластомеров становятся электропроводными уже при 120-150°С. Кремнийорганические резины сгорают, если температура пламени превышает 600-700°С. Однако горение не сопровождается выделением токсичных продуктов, а на изделии остается изолирующий слой диоксида кремния. Указанные свойства позволяют, в большинстве случаев заметно повысить безопасность работы при возможных перенапряжениях и пожарах. Кремнийорганические резины отличаются хорошими электроизоляционными свойствами, высокой нагревостойкостью и морозостойкостью, большой влагостойкостью, стойкостью против действия озона и света.Given these factors, and in order to obtain a sufficiently clean dielectric surface with high temperature resistance, the body, that is, the dielectric element, is made of silicone rubber. Such rubbers based on organosilicon elastomers do not conduct electric current even at 250-300 ° C, and, for example, any rubbers based on organic elastomers become electrically conductive even at 120-150 ° C. Organosilicon rubbers burn out if the flame temperature exceeds 600-700 ° C. However, combustion is not accompanied by the release of toxic products, and an insulating layer of silicon dioxide remains on the product. These properties allow, in most cases, significantly increase the safety of work in case of possible overvoltages and fires. Organosilicon rubbers are distinguished by good electrical insulating properties, high heat and frost resistance, high moisture resistance, and resistance to ozone and light.

Эти резины прекрасно формуются для получения изделий сложной формы с высокой чистотой поверхности и при достаточной однородности структуры материала после полимеризации. Кроме того, существенным недостатком многих диэлектриков, которые наиболее часто применяются в кабелях и изоляторах (полиэтилен, резина, поливинилхлорид, полипропилен, полиуретан) является старение материала под воздействием времени и внешней среды (ветер, влага, снег, грязь, кислоты в атмосфере и т.д.), в том числе из-за воздействия ультрафиолетового излучения и озона. Это приводит к разрушению поверхностного слоя и образованию микротрещин, раковин, шероховатости, которые нарушают однородность электрического поля, в результате чего разрядное напряжение Up снижается. А кремнийорганическая резина обладает повышенной стойкостью к внешнему воздействию, высокой озоно- и короностойкостью (благодаря отсутствию двойных связей). Насыщенный характер связей поладиметилеилоксана, большая энергия силоксановой связи обусловливают высокую стойкость главной цепи микромолекулы к воздействию тепла и кислорода. Возникающая при определенных температурах термоокислительная деструкция полидиметилсилоксана преимущественно идет за счет окисления боковых метальных групп с последующим поперечным сшиванием полимера силоксановыми связями. При температурах 200-250°С происходит сравнительно слабое окисление метальных групп, и только при 300-350°С и особенно при 400°С интенсивность деструкции резко возрастает и начинается распад связей Si - О. Электрическая прочность кремнийорганических резин за время старения при температуре 275 С в течение 4,5 месяца меняется без изменений.These rubbers are perfectly formed to obtain products of complex shape with a high surface finish and with sufficient uniformity of the material structure after polymerization. In addition, a significant drawback of many dielectrics that are most often used in cables and insulators (polyethylene, rubber, polyvinyl chloride, polypropylene, polyurethane) is the aging of the material under the influence of time and the environment (wind, moisture, snow, dirt, acids in the atmosphere, etc.) etc.), including due to exposure to ultraviolet radiation and ozone. This leads to the destruction of the surface layer and the formation of microcracks, shells, roughness, which violate the uniformity of the electric field, as a result of which the discharge voltage Up decreases. And silicone rubber has a high resistance to external influences, high ozone and corona resistance (due to the absence of double bonds). The saturated nature of the bonds of half-dimethyleyloxane, the high energy of the siloxane bond determine the high resistance of the main chain of the micromolecule to heat and oxygen. The thermooxidative degradation of polydimethylsiloxane that occurs at certain temperatures is predominantly due to the oxidation of the side methyl groups with subsequent crosslinking of the polymer by siloxane bonds. At temperatures of 200–250 ° С, a relatively weak oxidation of methyl groups occurs, and only at 300–350 ° С and especially at 400 ° С does the intensity of destruction increase sharply and the decomposition of Si – O bonds begins. The electric strength of organosilicon rubbers during aging at a temperature of 275 C within 4.5 months changes unchanged.

В рамках настоящей полезной модели на наружной поверхности диэлектрического корпуса выполнено спиралеобразно расположенное по длине корпуса ребро 2 из диэлектрического материала, такого же, из которого выполнен корпус. В связи с этим корпус может формоваться вместе с этим ребром (все ребра выполнены заодно с корпусом - одна единая деталь) или это ребро может быть выполнено в виде отдельной детали и закреплено на корпусе, или ребро состоит из отдельных деталей, закрепленных на корпусе.In the framework of this utility model, on the outer surface of the dielectric housing, a rib 2 made of a dielectric material, the same of which the housing is made, is helically arranged along the length of the housing. In this regard, the body can be molded together with this rib (all the ribs are made in one piece with the body - one single part) or this rib can be made as a separate part and fixed to the body, or the rib consists of separate parts mounted on the body.

У разрядника имеются два основных электрода 3 и 4 (как вариант, выполненных в виде цилиндрических элементов - колец, одетых на диэлектрический корпус и механически скрепленных с ним), соединенных механически с корпусом на противоположных его концах, один 4 из которых выполнен с возможностью соединения с заземлением, а другой 3 - с проводом высоковольтной установки. Кроме того, разрядник снабжен стержневым электродом 5, размещенным внутри выполненного из кремнийорганической резины корпуса (диэлектрического элемента) и связанным механически с основным электродом 4, выполненным с возможностью соединения с заземлением. Стержневой электрод может быть выполнен в виде металлического цилиндра или в форме металлического стакана (как это показано на фиг. 1). Таким образом этот электрод имеет сложную форму и состоит из части, размещенной внутри диэлектрического элемента, и части, размещенной на наружной поверхности корпуса со стороны торца. Обе части механически связаны между собой.The arrester has two main electrodes 3 and 4 (as an option, made in the form of cylindrical elements - rings, dressed on a dielectric housing and mechanically attached to it), connected mechanically to the housing at its opposite ends, one of which 4 is made with the possibility of connection with grounding, and the other 3 - with a wire of a high-voltage installation. In addition, the arrester is equipped with a rod electrode 5, placed inside the housing made of silicone rubber (dielectric element) and mechanically connected to the main electrode 4, made with the possibility of connection to ground. The rod electrode may be made in the form of a metal cylinder or in the form of a metal cup (as shown in Fig. 1). Thus, this electrode has a complex shape and consists of a part located inside the dielectric element, and a part placed on the outer surface of the housing from the end side. Both parts are mechanically interconnected.

Спиральное ребро 2 сформировано на диэлектрическом элементе на участке между основными электродами 3 и 4, которые смонтированы на наружной поверхности корпуса. Все витки ребра в сечении выполнены треугольной формы, как оптимально удобной для формования и для выполнения работ по монтажу промежуточных электродов. Кроме того, при такой форме сечения ребра реализуется максимальное охлаждение ребра и корпуса разрядника под действием воздушного обдува. Также наклонный профиль ребра позволяет исключить скапливание дождевой воды.A spiral rib 2 is formed on a dielectric element in the area between the main electrodes 3 and 4, which are mounted on the outer surface of the housing. All the coils of the ribs in the cross section are made of a triangular shape, which is optimally convenient for molding and for the installation of intermediate electrodes. In addition, with this shape of the cross-section of the ribs, the maximum cooling of the ribs and the arrester housing under the influence of air blowing is realized. Also, the inclined profile of the rib eliminates the accumulation of rainwater.

На наружной поверхности корпуса размещены промежуточные электроды 6, расположенные последовательно и спиралеобразно по длине корпуса между основными электродами 3 и 4 и дистантно между собой на одинаковом расстоянии. При этом промежуточные электроды 6 размещены на поверхности корпуса в канавке, образованной смежно лежащими спиралями ребра 2. Промежуточные электроды расположены на расстоянии друг от друга с образованием между ними воздушного зазора. Таким образом, линия последовательно расположенных промежуточных электродов формирует путь скольжения разряда по корпусу. При этом этот путь изолирован по межвитковому пространству за счет того, что витки ребра выполняют функцию направляющих и преграды, исключающей перескок облака или сгустка разряда с одного витка на другой. Так как по линии между витками промежуточные электроды одного витка изолированы от электродов другого витка (смежного), то создаются условия, при которых расстояние между витками может быть сокращено до оптимально минимального. При этом длина этой линии (линии положения промежуточных элементов) существенно увеличивается. Витки ребра обладают высокой температуростойкостью и сформированы достаточной высоты, что гарантировано обеспечивает прохождение поверхностного разряда только по межвитковому пространству: от одного промежуточного электрода к рядом расположенному электроду и так по цепочке до основного электрода. Ребро представляет собой изолирующую преграду, не позволяющую сгустку разряда или вытянутому по форме разряду перескакивать через витки. Тепловое воздействие и напряжение на промежуточных электродах гасится на ребре. В связи с этим витки ребра могут быть сближены, что позволяет максимально уплотненно использовать короткий участок длины диэлектрического элемента в качестве удлиненного пути для скольжения поверхностного разряда.On the outer surface of the casing, intermediate electrodes 6 are placed, arranged sequentially and helically along the length of the casing between the main electrodes 3 and 4 and distantly at the same distance. In this case, the intermediate electrodes 6 are placed on the surface of the housing in a groove formed by adjacent spiral ribs 2. The intermediate electrodes are located at a distance from each other with the formation of an air gap between them. Thus, the line of consecutively arranged intermediate electrodes forms a discharge slip path along the housing. Moreover, this path is isolated along the inter-turn space due to the fact that the turns of the rib serve as guides and barriers, eliminating the hopping of a cloud or a bunch of discharge from one turn to another. Since the intermediate electrodes of one coil are isolated from the electrodes of another coil (adjacent) along the line between the turns, conditions are created under which the distance between the turns can be reduced to the optimal minimum. Moreover, the length of this line (the position line of the intermediate elements) increases significantly. The turns of the ribs have high temperature resistance and are formed of a sufficient height, which ensures the passage of the surface discharge only along the inter-turn space: from one intermediate electrode to the adjacent electrode and so on through the chain to the main electrode. An edge is an insulating barrier that does not allow a discharge clot or an elongated discharge to jump through the turns. The thermal effect and voltage at the intermediate electrodes are extinguished on the rib. In this regard, the turns of the ribs can be brought together, which makes it possible to use the shortest portion of the length of the dielectric element as an elongated path for sliding the surface discharge.

Для повышения эффективности гашения поверхностного разряда в разряднике обеспечено удвоенное количество воздушных промежутков между промежуточными электродами. Это обеспечено тем, что каждый промежуточный электрод выполнен в виде пластинки с отогнутыми вверх противоположно расположенными краями 7 (ушками), а в линии расположения промежуточных электродов каждые два смежно расположенных промежуточных электрода обращены навстречу друг к другу отогнутыми краями (фиг. 2). Таким образом между каждыми двумя смежно расположенными промежуточными электродами образовано три воздушных зазора: первый зазор - это воздушный промежуток между обращенными друг другу ушками двух электродов и два воздушных зазора - это расстояние между ушками в каждом промежуточном электроде. Установлено, что на каждом воздушном промежутке происходит гашение энергии разряда. Увеличение таких промежутков повышает эффективность функционирования разрядника как аппарата по гашению перенапряжения высоковольтной линии. Также для повышения эффективности гашения энергии разряда играет размер промежуточного электрода. В рассматриваемом разряднике в целях максимального использования межвиткового пространства ребра ширина каждого промежуточного электрода выполняется равной или практически равной ширине канавки, образованной спиралями ребра в месте установки этого электрода.To increase the efficiency of quenching the surface discharge in the arrester doubled the number of air gaps between the intermediate electrodes is provided. This is ensured by the fact that each intermediate electrode is made in the form of a plate with oppositely spaced edges 7 (ears) bent upward, and in the line of the location of the intermediate electrodes, each two adjacent intermediate electrodes are facing towards each other with bent edges (Fig. 2). Thus, between each two adjacent intermediate electrodes arranged, three air gaps are formed: the first gap is the air gap between the ears of the two electrodes facing each other and the two air gaps are the distance between the ears in each intermediate electrode. It is established that in each air gap the discharge energy is quenched. The increase in such intervals increases the efficiency of the arrester as a device for damping the overvoltage of a high-voltage line. Also, to increase the efficiency of quenching the discharge energy, the size of the intermediate electrode plays. In the arrester under consideration, in order to maximize the use of the inter-turn space of the rib, the width of each intermediate electrode is equal to or almost equal to the width of the groove formed by the spiral coils of the rib at the installation site of this electrode.

Как вариант в целях повышения технологии конструкции и сокращения срока его изготовления промежуточные электроды могут быть закреплены на несущей ленте из диэлектрического материала, а лента закреплена на поверхности корпуса в канавке, образованной спиралями ребра (пример иллюстративно не представлен).Alternatively, in order to increase the design technology and shorten its manufacturing time, the intermediate electrodes can be fixed on a carrier tape made of dielectric material, and the tape is fixed on the surface of the housing in a groove formed by rib spirals (an example is not illustrated).

Кроме того, особенностью заявленного разрядника является то, что между основным электродом 3 (который присоединяется к проводу высоковольтной конструкции) и спиралеобразно расположенным ребром 2 на корпусе 1 выполнены два расположенных на расстоянии относительно друг друга и на расстоянии относительно ребра 2 и этого основного электрода 3 кольцевых ребра 8 из диэлектрического материала (такого же, из которого выполнен корпус 1 или ребро 2).In addition, a feature of the claimed arrester is that between the main electrode 3 (which is connected to the wire of the high-voltage structure) and the spiral-shaped rib 2 on the housing 1 there are two circular rings located at a distance relative to each other and at a distance relative to the rib 2 and this main electrode 3 ribs 8 of dielectric material (the same of which the housing 1 or rib 2 is made).

Эти кольцевые ребра предназначены для увеличения пути утечки электрического напряжения, чтобы разряд не пошел в край цилиндрического основного электрода 4, имеющего связь с заземлением. Эти кольцевые ребра 8 могут быть выполнена заодно с корпусом 1 или выполнены в виде отдельной детали или деталей и закреплены на корпусе 1.These ring ribs are designed to increase the creepage distance of the voltage so that the discharge does not go to the edge of the cylindrical main electrode 4, which is connected to ground. These annular ribs 8 can be made integral with the housing 1 or made in the form of a separate part or parts and mounted on the housing 1.

Основные электроды 3 и 4 кольцевой или трубчатой формы выполнены с выступом 9, который у электрода 3 расположен у начала заходной части ребра 2 напротив первого промежуточного электрода (для гарантированного отекания разряда с этого электрода на первый промежуточный электрод), а у электрода 4 - у конечной части ребра 2 напротив последнего промежуточного электрода (для гарантированного истекания разряда с последнего промежуточного электрода на основной электрод 4).The main electrodes 3 and 4 of a ring or tubular shape are made with a protrusion 9, which at the electrode 3 is located at the beginning of the input part of the rib 2 opposite the first intermediate electrode (for guaranteed discharge discharge from this electrode to the first intermediate electrode), and at electrode 4 - at the final part of the rib 2 opposite the last intermediate electrode (for guaranteed discharge flow from the last intermediate electrode to the main electrode 4).

В рамках настоящей полезной модели рассматривается компоновочное решение конструкции разрядника длинноискрового стержневого. Вопросы толщины стенки диэлектрического корпуса 1, его длины, высоты ребра 2 и высот кольцевых ребер 8, расстояний между смежно расположенными промежуточными электродами 6 и между ушками каждого промежуточного электрода 6, наклона спирали витков ребра 2, в данной заявке не рассматриваются, как не относящиеся к компоновочному решению. Данные вопросы направлены на точные расчеты, зависящие от условий эксплуатации. Также не рассматриваются вопросы выбора металлов для электродов.In the framework of this utility model, a layout solution to the design of a long-spark rod spark gap is considered. The issues of the wall thickness of the dielectric housing 1, its length, the height of the ribs 2 and the heights of the ring ribs 8, the distances between adjacent intermediate electrodes 6 and between the ears of each intermediate electrode 6, the inclination of the spiral of the coils of the ribs 2, are not considered in this application as not related to layout solution. These questions are aimed at accurate calculations depending on operating conditions. Also, questions of the choice of metals for electrodes are not considered.

Разрядник работает следующим образом.The arrester operates as follows.

Грозовой разряд, идущий с линии электропередачи, принимает электрод 3 и передает его промежуточные электроды 6. Далее грозовой разряд скользит по промежуточным электродам 6 по пространству между витками ребра и уходит в электрод 4, который соединен с заземлением. При повторе грозового разряда процедура гашения дуги повторяется.A lightning discharge coming from the power line receives the electrode 3 and transfers its intermediate electrodes 6. Next, the lightning discharge slides along the intermediate electrodes 6 in the space between the turns of the rib and goes into the electrode 4, which is connected to ground. When a lightning discharge repeats, the arc quenching procedure is repeated.

Из принципиальной электрической схемы разрядника понятно, что в случае воздействия на аппарат импульса перенапряжения (соответствующего напряжению U) сначала пробивается искровой разрядный промежуток между высоковольтным проводом защищаемой электропередачи и средством крепления, то есть первым основным электродом 3, а затем разряд развивается от этого электрода 3 по направлению ко второму основному электроду 4, последовательно пробивая воздушные промежутки между промежуточными электродами 6. Между электродами (металлический стержень 5) и промежуточными электродами существует емкость С₁, а между промежуточными электродами 6 - емкость С₀. Эти емкости соединены последовательно, причем при воздействии импульса перенапряжения к ним прикладывается напряжение U. Напряжение U₁ на емкости С₁, т.е. напряжение на искровом промежутке между стержнем и ближайшем к нему дополнительным электродом, в относительных единицах определяется по формуле: U₁/U=1/1+(C₁/C₀)/ Благодаря относительно большой площади поверхности промежуточных электродов, а также вследствие того, что диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика е значительно выше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха ε₀ (обычно ε/ε₀≈2÷3), емкость промежуточного электрода 6 на стержень 5 существенно больше, чем его емкость на электрод 3, т.е. C₀>C₁ и, соответственно, C₁/C₀<1. При значениях отношения С₁/С₀, лежащих в диапазоне С₁/С₀=0,1÷0,9, напряжение U₁ находится в диапазоне U₁=(0,53÷0,91)U. Поэтому при воздействии напряжения U на аппарат основная часть падения напряжения приходится на первый искровой промежуток между стержнем 5 и электродом 3. Под действием этого напряжения U₁ данный промежуток пробивается, и первый промежуточный электрод приобретает потенциал стержня 5, а следующий, соседний с первым промежуточным электродом приобретает потенциал U₀. Далее физическая картина пробоя искрового промежутка повторяется. Таким образом, происходит каскадное, т.е. последовательное перекрытие промежутков между промежуточными электродами 6 с образованием дугового разряда (дуги). Благодаря каскадности срабатывания разрядных промежутков обеспечиваются требуемые низкие разрядные напряжения срабатывания токоотводящего устройства в целом.From the circuit diagram of the arrester, it is clear that in case of exposure to an overvoltage pulse (corresponding to voltage U), a spark discharge gap first breaks between the high-voltage wire of the protected power transmission and the fastening means, i.e., the first main electrode 3, and then the discharge develops from this electrode 3 towards the second main electrode 4, sequentially punching the air gaps between the intermediate electrodes 6. Between the electrodes (metal rod 5) and the intermediate electrodes there is capacitance C _1, and between the intermediate electrodes 6 - capacitance C _0. These capacitances are connected in series, and when exposed to an overvoltage pulse, voltage U is applied to them. Voltage U ₁ on capacitance C ₁ , i.e. the voltage across the spark gap between the rod and the additional electrode nearest to it, in relative units, is determined by the formula: U ₁ / U = 1/1 + (C ₁ / C ₀ ) / Due to the relatively large surface area of the intermediate electrodes, and also due to that the dielectric constant of a solid dielectric e is much higher than the dielectric constant of air ε ₀ (usually ε / ε ₀ ≈ 2 ÷ 3), the capacity of the intermediate electrode 6 on the rod 5 is significantly larger than its capacity on the electrode 3, i.e. C ₀ > C ₁ and, accordingly, C ₁ / C ₀ <1. When the values of the ratio C ₁ / C ₀ lying in the range C ₁ / C ₀ = 0.1 ÷ 0.9, the voltage U ₁ is in the range U ₁ = (0.53 ÷ 0.91) U. Therefore, when the voltage U is applied to the apparatus, the main part of the voltage drop falls on the first spark gap between the rod 5 and the electrode 3. Under the action of this voltage U _1, this gap breaks through, and the first intermediate electrode acquires the potential of the rod 5, and the next, adjacent to the first intermediate electrode acquires the potential U ₀ . Further, the physical picture of the breakdown of the spark gap is repeated. Thus, cascading, i.e. successive overlapping of the gaps between the intermediate electrodes 6 with the formation of an arc discharge (arc). Due to the cascade of operation of the discharge gaps, the required low discharge voltage of the operation of the collector is provided.

Полезная модель является промышленно применимой во всех областях высоковольтной техники, связанных с электропередачей. Конструкция аппарата предусматривает возможность его изготовления как в мелкосерийном, так и в массовом производстве, поскольку он является высокотехнологичным устройством.The utility model is industrially applicable in all areas of high-voltage technology related to power transmission. The design of the device provides for the possibility of its manufacture in both small-scale and mass production, since it is a high-tech device.

Claims

1. A long-spark rod arrester containing a rod-shaped housing made of dielectric material, on the outer surface of which a rib made of dielectric material is helically arranged along the length of the housing, two main electrodes mechanically connected to the housing at its opposite ends, one of which is made with the possibility of grounding connections, as well as intermediate electrodes located sequentially and helically along the length of the housing between the main electrodes and distantly between themselves d, characterized in that it is equipped with a rod electrode placed inside the housing made of organosilicon rubber and mechanically connected to the main electrode made with the possibility of connection with grounding, and the intermediate electrodes are placed on the surface of the housing in a groove formed by rib spirals, while between the main electrode and the spiral-shaped rib on the body are made two located at a distance relative to each other and relative to the ribs and this main electrode for and the annular ribs of a dielectric material.

2. The spark gap according to claim 1, characterized in that the rod electrode is made in the form of a metal cylinder or in the form of a metal cup.

3. The spark gap according to claim 1, characterized in that all the turns of the rib are made integral with the housing.

4. The spark gap according to claim 1, characterized in that the turns of the rib are made in the form of separate parts fixed to the housing.

5. The arrester according to claim 1, characterized in that the turns of the ribs are made in the form of a separate part mounted on the housing.

6. The arrester according to claim 1, characterized in that each intermediate electrode is made in the form of a plate with oppositely spaced edges bent upward, and in the line of location of the intermediate electrodes every two adjacent intermediate electrodes are facing towards each other with bent edges.

7. The arrester according to claim 1, characterized in that the width of each intermediate electrode is equal to the width of the groove formed by the spirals of the ribs at the installation site of this electrode.

8. The arrester according to claim 1, characterized in that the intermediate electrodes are fixed on a carrier tape of dielectric material, and the tape is fixed on the surface of the housing in a groove formed by spiral ribs.

9. The spark gap according to claim 1, characterized in that all the turns of the rib in the section are made in a triangular shape.