RU2817898C2

RU2817898C2 - Tubular arrester

Info

Publication number: RU2817898C2
Application number: RU2022118621A
Authority: RU
Inventors: Юрий Викторович КРЕТОВ; Георгий Викторович Подпоркин; Александр Николаевич Сотников
Original assignee: Акционерное общество "НПО "Стример"
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-04-23

Abstract

FIELD: lightning protection of electrical equipment or power lines.

SUBSTANCE: spark gap is proposed, including: an insulating body made using a dielectric, and an electrode mechanically connected to the insulating body, whereas a discharge chamber is made in the insulating body, which has an exit to the surface of the insulating body. The electrode covers the discharge chamber, and on the outer surface of the female electrode there is an outer insulating layer comprising a hole for supplying overvoltage or grounding of the female electrode to the female electrode, and on the inner surface of the female electrode there is an internal insulating layer. There is an open area inside the enclosing electrode at a distance of at least one fifth of the length of the discharge chamber from the exit from the discharge chamber, and the inner insulating layer is configured to develop a sliding discharge along the surface of the inner insulating layer from the open area of the enclosing electrode to the exit from the discharge chamber. Arresters can be combined into a multi-chamber system, which allows to extinguish the impulse arc of lightning overvoltage, preventing the related short-circuit current of the network.

EFFECT: improving the strength of the arrester, increasing the efficiency and reliability of its operation.

13 cl, 7 dwg

Description

РАЗРЯДНИК ТРУБЧАТЫЙTUBULAR ARRESTER

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к разрядникам для защиты от перенапряжений, например, грозовых, электроустановок, высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей. Изобретение также относится к высоковольтным линиям электропередачи, имеющим в своем составе элементы, снабженные такими разрядниками.The invention relates to arresters for protection against overvoltages, for example, lightning, electrical installations, high-voltage power lines and electrical networks. The invention also relates to high-voltage power lines containing elements equipped with such arresters.

Уровень техники State of the art

Молниевые разряды являются одним из наиболее опасных явлений для эксплуатации высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). При грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между токонесущим элементом линии электропередачи и заземленным элементом. После окончания импульса грозового перенапряжения это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к токонесущему элементу, переходит в силовую дугу промышленной частоты, что приводит к короткому замыканию и отключению ЛЭП.Lightning discharges are one of the most dangerous phenomena for the operation of high-voltage power lines (PTLs). During a lightning overvoltage, the air gap between the current-carrying element of the power line and the grounded element closes. After the end of the lightning overvoltage pulse, this overlap, under the influence of industrial frequency voltage applied to the current-carrying element, turns into a power arc of industrial frequency, which leads to a short circuit and disconnection of the power line.

Известен разрядник для ограничения перенапряжений на линии электропередачи на основе защитного воздушного искрового промежутка, образованного между двумя металлическими стержнями (см. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – М.: Энергия, 1976, с. 285). Один из стержней известного разрядника присоединен к высоковольтному проводу линии, а второй – к заземленной конструкции, например к телу опоры линии электропередачи. При перенапряжении искровой промежуток пробивается, ток грозового перенапряжения отводится в землю, и напряжение на устройстве резко падает. Таким образом, осуществляются отвод грозового тока и ограничение перенапряжения. Однако дугогасящая способность одиночного промежутка незначительна, так что после окончания перенапряжения по дуге искрового промежутка продолжает протекать сопровождающий ток. Поэтому должен вступить в работу выключатель и разорвать цепь, что весьма нежелательно для потребителей, получающих электроэнергию от данной линии. A known arrester for limiting overvoltages on a power transmission line is based on a protective air spark gap formed between two metal rods (see High Voltage Engineering / Ed. D.V. Razevig - M.: Energia, 1976, p. 285). One of the rods of the known arrester is connected to a high-voltage wire of the line, and the second is connected to a grounded structure, for example, to the body of a power line support. When there is an overvoltage, the spark gap breaks through, the lightning overvoltage current is diverted into the ground, and the voltage on the device drops sharply. In this way, lightning current is discharged and overvoltage is limited. However, the arc-quenching capacity of a single gap is insignificant, so that after the end of the overvoltage, the accompanying current continues to flow through the arc of the spark gap. Therefore, the switch must come into operation and break the circuit, which is very undesirable for consumers receiving electricity from this line.

В качестве решения проблемы образования силовой дуги при грозовом перенапряжении в международной заявке WO2010082861 был предложен разрядник для грозозащиты электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, выполненных с возможностью формирования разряда (например, стримерного) между каждым из основных электродов и смежным с ним промежуточным электродом и между смежными промежуточными электродами, причем смежные электроды расположены между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. As a solution to the problem of the formation of a power arc during lightning overvoltage, international application WO2010082861 proposed an arrester for lightning protection of electrical equipment or power lines, containing an insulating body made of a solid dielectric, two main electrodes mechanically connected to the insulating body, and two or more intermediate electrodes, configured to form a discharge (for example, a streamer) between each of the main electrodes and an adjacent intermediate electrode and between adjacent intermediate electrodes, wherein the adjacent electrodes are located between the main electrodes with mutual displacement at least along the longitudinal axis of the insulating body.

При воздействии на такой мультикамерный разрядник импульса грозового перенапряжения электрическими разрядами пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объемы которых весьма малы, при расширении канала создается высокое давление газов, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее выдуваются наружу в окружающий воздух. When such a multi-chamber arrester is exposed to a lightning overvoltage pulse, electrical discharges break through the gaps between the electrodes. Due to the fact that discharges between intermediate electrodes occur inside chambers, the volumes of which are very small, when the channel expands, a high gas pressure is created, under the influence of which the spark discharge channels between the electrodes move to the surface of the insulating body and are then blown out into the surrounding air.

Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения. Ток грозового перенапряжения отводится через опору в землю и вслед за ним протекает сопровождающий ток промышленной частоты. При переходе тока через ноль дуга гаснет, и линия электропередачи продолжает бесперебойную работу. Due to the resulting blowing and elongation of the channels between the electrodes, the discharge channels are cooled, the total resistance of all channels increases, i.e. the overall resistance of the arrester increases, and the lightning surge current is limited. The lightning overvoltage current is discharged through the support into the ground and is followed by an accompanying industrial frequency current. When the current passes through zero, the arc goes out and the power line continues to operate uninterruptedly.

Такой принцип работы мультикамерного разрядника является достаточно эффективным, поскольку конструкция разрядника получается простой, надежной и недорогой. В то же время вышеописанный разрядник обладает таким недостатком, как недостаточная механическая прочность при больших импульсах тока, протекающих через разрядные камеры, при прямых ударах молнии в ЛЭП. Кроме того, вследствие относительно небольших размеров электродов, находящихся внутри изоляционного тела, происходит их обгорание при срабатывании разрядника, и потеря адгезии резины к электродам, что также приводит к разрывам разрядника.This principle of operation of a multi-chamber arrester is quite effective, since the design of the arrester is simple, reliable and inexpensive. At the same time, the above-described spark gap has the disadvantage of insufficient mechanical strength during large current pulses flowing through the discharge chambers and during direct lightning strikes into power lines. In addition, due to the relatively small size of the electrodes located inside the insulating body, they burn when the arrester is triggered, and loss of rubber adhesion to the electrodes, which also leads to rupture of the arrester.

В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения может быть выбран так называемый трубчатый разрядник для ограничения перенапряжений на линии электропередачи (см. Техника высоких напряжений / Под ред. Д.В. Разевига – М.: Энергия, 1976, с. 287). Основу разрядника составляет трубка из изоляционного газогенерирующего материала. Один конец трубки заглушен металлической крышкой, на которой укреплен внутренний стержневой электрод. На открытом конце трубки расположен электрод в виде кольца. Промежуток между стержневым и кольцевым электродами называется внутренним, или дугогасящим промежутком. Один из электродов подсоединяется к земле, а второй через внешний искровой промежуток подсоединяется к проводу линии электропередачи. As the closest analogue of the present invention, the so-called tubular arrester can be chosen to limit overvoltages on a power transmission line (see High voltage technology / Ed. D.V. Razevig - M.: Energia, 1976, p. 287). The basis of the arrester is a tube made of insulating gas-generating material. One end of the tube is capped with a metal cap on which an internal rod electrode is mounted. At the open end of the tube there is an electrode in the form of a ring. The gap between the rod and ring electrodes is called the internal or arc-extinguishing gap. One of the electrodes is connected to the ground, and the second is connected to the power line wire through the external spark gap.

При грозовом перенапряжении оба промежутка пробиваются, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток, и искровой канал переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа, и давление сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, благодаря чему дуга гасится при прохождении тока через нулевое значение.During a lightning overvoltage, both gaps are broken through, and the pulse current is discharged into the ground. After the end of the pulse, the accompanying current continues to flow through the spark gap, and the spark channel turns into an arc channel. Under the influence of the high temperature of the AC arc channel, intense gas evolution occurs in the tube, and the pressure increases greatly. Gases rushing towards the open end of the tube create a longitudinal blast, due to which the arc is extinguished when the current passes through zero value.

В результате многократной работы разрядника разрядная камера трубки разрабатывается. Разрядник становится неработоспособным и подлежит замене, что требует больших эксплуатационных расходов.As a result of repeated operation of the discharger, the discharge chamber of the tube is developed. The arrester becomes inoperative and must be replaced, which requires high operating costs.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Задачей настоящего изобретения является усиление прочности и надёжности разрядника. Она решается путём введения в изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, металлического электрода в виде стакана (или трубки), механически связанного (связанной) с изоляционным телом и охватывающего область протекания канала разряда. The objective of the present invention is to enhance the strength and reliability of the arrester. It is solved by introducing into an insulating body, made using a dielectric, a metal electrode in the form of a glass (or tube), mechanically connected (connected) to the insulating body and covering the area of the discharge channel.

Задача решается с помощью разрядника, включающего в себя изоляционное тело, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод, механически связанный с изоляционным телом. В изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход или выходы на поверхность изоляционного тела. Электрод расположен так, что обеспечивает возможность формирования, например, под воздействием грозового или иного перенапряжения, электрического разряда в камере далее описанным образом.The problem is solved using a spark gap, which includes an insulating body made using a dielectric and an electrode mechanically connected to the insulating body. The insulating body contains a discharge chamber having an exit or exits to the surface of the insulating body. The electrode is positioned in such a way that it allows the formation, for example, under the influence of lightning or other overvoltage, of an electrical discharge in the chamber in the manner further described.

У такого разрядника будут следующие отличительные признаки. Электрод охватывает разрядную камеру с обеспечением выхода (для дуги разряда) из нее. На внешней поверхности охватывающего электрода предусмотрен внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод перенапряжения или заземления охватывающего электрода. Указанный внешний изоляционный слой обеспечивает предотвращение развития разряда с внешней поверхностью электрода.Such a spark gap will have the following distinctive features. The electrode covers the discharge chamber, providing an exit (for the discharge arc) from it. An outer insulating layer is provided on the outer surface of the female electrode containing an opening for supplying an overvoltage to the female electrode or grounding the female electrode. Said outer insulating layer prevents the development of a discharge with the outer surface of the electrode.

На внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой. Внутри охватывающего электрода предусмотрен открытый участок, расположенный на расстоянии не менее одной пятой (т.е. 20%) длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры (т.е. удаленный от выхода). Внутренний изоляционный слой выполнен с возможностью развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры.There is an internal insulating layer on the inner surface of the female electrode. An open area is provided inside the female electrode, located at a distance of at least one-fifth (i.e., 20%) of the length of the discharge chamber from the exit of the discharge chamber (i.e., remote from the exit). The inner insulating layer is configured to develop a sliding discharge along the surface of the inner insulating layer from the open section of the covering electrode to the exit from the discharge chamber.

В предпочтительном варианте в области выхода из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле установлен второй электрод с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка электрода ко второму электроду и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры. Разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения.In a preferred embodiment, in the area of the outlet from the discharge chamber, a second electrode is installed on the insulating body and/or in the insulating body, allowing the development of a sliding discharge along the surface of the internal insulating layer from the open section of the electrode to the second electrode and then to the outside of the spark gap through the exit from the discharge chamber. The arrester may be configured to be placed near an external object that is grounded or installed to acquire an overvoltage potential.

В одном из вариантов охватывающий электрод может быть выполнен в виде металлического стакана, причем дно стакана представляет собой открытый участок охватывающего электрода. В этом случае внутренний изоляционный слой может заканчиваться на некотором расстоянии от дна стакана, например, не менее одной десятой длины разрядной камеры, причем внутренняя поверхность охватывающего электрода от дна стакана до края внутреннего изоляционного слоя также может представлять собой открытый участок охватывающего электрода.In one embodiment, the female electrode can be made in the form of a metal cup, with the bottom of the cup representing an open section of the female electrode. In this case, the inner insulating layer may end at some distance from the bottom of the cup, for example, at least one tenth of the length of the discharge chamber, and the inner surface of the female electrode from the bottom of the cup to the edge of the inner insulating layer may also be an open section of the female electrode.

В другом варианте разрядная камера может иметь два выхода, причем открытый участок охватывающего электрода преимущественно расположен между выходами, причём на внутренней поверхности электрода в таком случае имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящих разрядов по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка электрода к выходам разрядника. В таком варианте в области выходов из разрядной камеры на изоляционном теле и/или в изоляционном теле могут быть установлены вторые электроды с обеспечением возможности развития скользящего разряда по поверхности внутренних изоляционных слоев от открытого участка электрода ко вторым электродам и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры. Кроме того, в таком варианте разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешних объектов, один из которых установлен с возможностью заземления, а другой установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. Охватывающий электрод в таком варианте может быть выполнен в виде металлической трубки, покрытой внешним изолирующим слоем и внутренним изолирующим слоем, причем открытый участок охватывающего электрода может представлять собой конец трубки, свободный от внутреннего изолирующего слоя.In another embodiment, the discharge chamber may have two outputs, and the open section of the covering electrode is predominantly located between the outputs, and on the inner surface of the electrode in this case there is an internal insulating layer, made with the possibility of developing sliding discharges along the surface of the internal insulating layer from the open section of the electrode to the outputs arrester In this embodiment, in the area of the outlets from the discharge chamber, second electrodes can be installed on the insulating body and/or in the insulating body, allowing for the development of a sliding discharge along the surface of the internal insulating layers from the open section of the electrode to the second electrodes and then to the outside of the spark gap through the exit from the discharge chamber . In addition, in this embodiment, the arrester can be configured to be placed near external objects, one of which is installed with the possibility of grounding, and the other is installed with the possibility of acquiring an overvoltage potential. The female electrode in this embodiment can be made in the form of a metal tube covered with an outer insulating layer and an internal insulating layer, and the open portion of the female electrode can be the end of the tube, free from the internal insulating layer.

В преимущественном варианте осуществления разрядники могут быть объединены в мультикамерную, а точнее сказать - в мультитрубчатую систему (МТС), которая позволяет осуществлять гашение импульсной дуги грозового перенапряжения, не допуская сопровождающего тока короткого замыкания сети. Такой разрядник может состоять из двух или более разрядников по любому из вышеописанных вариантов. Между выходами их разрядных камер на поверхность может быть сформирован воздушный разрядный промежуток или разрядники могут быть соединены в общее продолговатое изоляционное тело и соединённых последовательно.In an advantageous embodiment, the arresters can be combined into a multi-chamber, or more precisely, into a multi-tubular system (MTS), which allows extinguishing the pulse arc of lightning overvoltage, preventing the accompanying short-circuit current of the network. Such a spark gap may consist of two or more spark gaps according to any of the options described above. An air discharge gap can be formed between the exits of their discharge chambers to the surface, or the dischargers can be connected into a common elongated insulating body and connected in series.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью изолятора-разрядника с МТС для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор-разрядник содержит МТС, изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. The problem of the present invention is also solved by using an insulator-discharger with MTC for fastening, as a single insulator or as part of a column or garland of insulators, a high-voltage wire in an electrical installation or on a power line. The insulator-discharger contains an MTS, an insulating body and reinforcement in the form of first and second reinforcement elements installed at its ends, wherein the first reinforcement element is configured to be connected, directly or by means of a fastening device, to a high-voltage wire or to a second reinforcement element of the previous high-voltage insulator of said columns or garlands, and the second element of the fittings is configured to be connected to the support or to the first element of the fittings of the subsequent high-voltage insulator of the said column or garland.

Такой изолятор-разрядник содержит МТС, установленную с возможностью формирования, под воздействием грозового перенапряжения, электрического разряда между первым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом, а также вторым элементом арматуры и, по меньшей мере, одним смежным с ним электродом.Such an insulator-arrester contains an MTS installed with the possibility of forming, under the influence of lightning overvoltage, an electric discharge between the first element of the reinforcement and at least one electrode adjacent to it, as well as the second element of the reinforcement and at least one adjacent to it electrode.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью экрана-разрядника, содержащего изоляционное тело, выполненное с возможностью механического закрепления на элементе электрооборудования или линии электропередачи с обеспечением, по меньшей мере, частичного огибания указанного или соседнего с ним элемента электрооборудования или линии электропередачи. Экран-разрядник содержит разрядник с МТС, установленный на расстоянии от огибаемого элемента электрооборудования или линии электропередачи. The object of the present invention is also achieved by using a screen-discharger containing an insulating body configured to be mechanically secured to an element of electrical equipment or power line to ensure at least partial encircling of said or adjacent element of electrical equipment or power line. The screen-discharger contains a discharger with an MTS installed at a distance from the element of electrical equipment or power line to be enclosed.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью линии электропередачи, содержащей опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник с МТС и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту. The problem of the present invention is also solved using a power transmission line containing supports, single insulators and/or insulators assembled in columns or garlands, and at least one high-voltage wire connected directly or through fastening devices to the elements of single reinforcement insulators and/or first insulators of columns or garlands of insulators, each single insulator or each column or garland of insulators is fixed (fixed) to one of the supports by means of an element of its reinforcement adjacent to said support. In accordance with the invention, the power transmission line contains at least one arrester with MTS and/or at least one screen-arrestor according to the above-described embodiment and/or at least one of the insulators is an insulator-arrestor according to the above-described embodiment .

Благодаря настоящему изобретению достигается такой технический результат, как одновременное увеличение прочности, надежности и эффективности работы, а также увеличение диапазона токов молнии, которые он может выдержать без повреждения. Прочность разрядника увеличивается благодаря нескольким факторам, в числе которых находится армирование охватывающими металлическими электродами изоляционного тела, а также большая масса и теплоёмкость электродов, что способствуют дополнительному отводу тепла от канала разряда, гашению дуги и уменьшению тепловой нагрузки на изоляцию разрядника. Эффективность разрядника увеличивается за счёт наличия напорных камер внутри электродов, охватывающих разрядные камеры. Thanks to the present invention, a technical result is achieved such as a simultaneous increase in strength, reliability and operational efficiency, as well as an increase in the range of lightning currents that it can withstand without damage. The strength of the arrester increases due to several factors, including the reinforcement of the insulating body with covering metal electrodes, as well as the large mass and heat capacity of the electrodes, which contribute to additional heat removal from the discharge channel, extinguishing the arc and reducing the thermal load on the insulation of the arrester. The efficiency of the discharge chamber is increased due to the presence of pressure chambers inside the electrodes that surround the discharge chambers.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг. 1 показан продольный разрез прототипа, т.е. трубчатого разрядника. In fig. 1 shows a longitudinal section of the prototype, i.e. tubular arrester.

На фиг. 2 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлического стакана в соответствии с изобретением. In fig. 2 shows a longitudinal section of a spark gap with an electrode in the form of a metal cup in accordance with the invention.

На фиг. 3 показан продольный разрез применения двух разрядников по фиг. 2 для повышения эффективности дугогашения искрового воздушного промежутка, предназначенного для подключения разрядника любого типа или ОПН к проводу линии электропередачи при возникновении грозового перенапряжения. In fig. 3 shows a longitudinal section through the use of two arresters according to FIG. 2 to increase the efficiency of arc extinguishing of the spark air gap, designed to connect any type of arrester or arrester to the power line wire in the event of a lightning overvoltage.

На фиг. 4 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг.2. In fig. Figure 4 shows a cross-section of a multi-chamber system formed by several arresters according to figure 2.

На фиг. 5 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлической трубки, у которого осуществляется выхлоп плазмы разряда в две противоположные стороны. In fig. Figure 5 shows a longitudinal section of a spark gap with an electrode in the form of a metal tube, from which the discharge plasma is exhausted in two opposite directions.

На фиг. 6 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5. In fig. 6 shows a cross-section of a multi-chamber system formed by several arresters according to FIG. 5.

На фиг. 7 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5, у которой смежные разрядники расположены друг относительно друга под углом f=90°.In fig. 7 shows a cross-section of a multi-chamber system formed by several arresters according to FIG. 5, in which adjacent spark gaps are located relative to each other at an angle f=90°.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи и частные варианты осуществления. Такое описание дается с целью пояснения изобретения на частных примерах и не предназначено для ограничения объема охраны настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения. В то же время при необходимости в формуле изобретения могут быть приведены признаки из описания с целью более точного определения объема охраны.The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings and particular embodiments. This description is given for the purpose of explaining the invention by specific examples and is not intended to limit the scope of protection of the present invention as defined by the claims. At the same time, if necessary, the claims may contain features from the description in order to more accurately determine the scope of protection.

На фиг. 1 показан продольный разрез прототипа, т.е. трубчатого разрядника.In fig. 1 shows a longitudinal section of the prototype, i.e. tubular arrester.

Он содержит изоляционное тело в виде трубки 1 из материала, который под действием высокой температуры при обжигании выделяет газ. На одном конце изоляционного тела 1 закреплён высоковольтный электрод 2, на который при грозовом перенапряжении попадает высокий потенциал U. На другом конце изоляционного тела 1 закреплён заземлённый электрод 3, имеющий потенциал 0. У электрода 3 имеется стержень, выходящий в разрядную камеру 4, в которой под действием перенапряжения развивается канал разряда 5. При грозовом перенапряжении промежуток между электродами 2 и 3 пробивается, и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток сети, и искровой канал переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа, и давление в разрядной камере 4 сильно увеличивается. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, образуется выхлоп плазмы 6, которая перемещается с большой скоростью в холодном воздухе, благодаря чему она охлаждается, её проводимость резко уменьшается, и дуга гасится при прохождении тока сети через нулевое значение.It contains an insulating body in the form of a tube 1 made of a material that, under the influence of high temperature, releases gas when fired. At one end of the insulating body 1, a high-voltage electrode 2 is fixed, which receives a high potential U during a lightning overvoltage. At the other end of the insulating body 1, a grounded electrode 3 is fixed, having a potential of 0. Electrode 3 has a rod extending into the discharge chamber 4, in which under the influence of overvoltage, discharge channel 5 develops. During a lightning overvoltage, the gap between electrodes 2 and 3 breaks through, and the pulse current is discharged into the ground. After the end of the pulse, the accompanying network current continues to pass through the spark gap, and the spark channel turns into an arc channel. Under the influence of the high temperature of the alternating current arc channel in the tube, intense gas evolution occurs, and the pressure in the discharge chamber 4 increases greatly. Gases, rushing to the open end of the tube, create a longitudinal blast, a plasma exhaust 6 is formed, which moves at high speed in cold air, due to which it cools, its conductivity decreases sharply, and the arc is extinguished when the network current passes through zero.

В результате нескольких срабатываний разрядника разрядная камера 4 трубки сильно обгорает, а при больших токах к.з. вследствие весьма высокого давления в разрядной камере 4 внутри изоляционного тела, т.е. внутри трубки 1 происходит её разрыв. Разрядник становится неработоспособным и подлежит замене, что требует больших эксплуатационных расходов.As a result of several activations of the spark gap, the discharge chamber 4 of the tube is severely burned, and at high currents the short-circuit occurs. due to the very high pressure in the discharge chamber 4 inside the insulating body, i.e. inside tube 1 it ruptures. The arrester becomes inoperative and must be replaced, which requires high operating costs.

На фиг. 2 показан продольный разрез разрядника в соответствии с изобретением. Разрядник содержит изоляционное тело 1, выполненное из материала стойкого к воздействию высоких температур и суровых климатических условий, например, из силиконовой резины. На выходе из изоляционного тела 1 может быть закреплён высоковольтный электрод 2, имеющий выход в разрядную камеру 4 и на поверхность изоляционного тела 1. На него при грозовом перенапряжении поступает потенциал U. Охватывающий электрод 3 может быть выполнен в виде металлического стакана, охватывающего разрядную камеру 4, которая образована слоем изоляционного материала тела 1, расположенным на внутренней поверхности металлического стакана 3. Этот изоляционный слой не доходит до дна стакана. Таким образом между концом разрядной камеры 4 и дном стакана создаётся полость 7, так называемая напорная камера. Металлический стакан 3 имеет низкий потенциал, например он может быть заземлён. В этом случае его потенциал 0. При воздействии грозового перенапряжения U с высоковольтного электрода 2 в разрядной камере развивается канал скользящего разряда 5 по разрядной камере 4 внутри электрода 3. Канал разряда 5 заканчивается на непокрытой изоляцией части стакана 3. С увеличением тока разряда канал 5 расширяется и в разрядной камере 4 создаётся весьма высокое давление. С одной стороны это давление приводит к выхлопу плазмы 6 наружу разрядника, а с другой стороны оно приводит к сжатию воздуха внутри напорной камеры 7. После вылета плазмы 6 наружу, в разрядной камере 4 давление резко падает, и из напорной камеры 7 поступает холодный сжатый воздух, который охлаждает канал разряда 5 и способствует его гашению без развития сопровождающего тока сети. Движение волны давления воздуха в напорной камере 7 показано стрелками. Сначала эта волна движется внутрь напорной камеры, а затем - наружу.In fig. 2 shows a longitudinal section of a spark gap in accordance with the invention. The arrester contains an insulating body 1 made of a material resistant to high temperatures and harsh climatic conditions, for example, silicone rubber. At the exit from the insulating body 1, a high-voltage electrode 2 can be attached, which has an outlet into the discharge chamber 4 and onto the surface of the insulating body 1. During a lightning overvoltage, it receives potential U. The covering electrode 3 can be made in the form of a metal cup covering the discharge chamber 4 , which is formed by a layer of insulating material of the body 1 located on the inner surface of the metal cup 3. This insulating layer does not reach the bottom of the cup. Thus, between the end of the discharge chamber 4 and the bottom of the glass, a cavity 7 is created, the so-called pressure chamber. Metal cup 3 has a low potential, for example it can be grounded. In this case, its potential is 0. When exposed to lightning overvoltage U from the high-voltage electrode 2 in the discharge chamber, a sliding discharge channel 5 develops through the discharge chamber 4 inside the electrode 3. The discharge channel 5 ends on the part of the cup 3 not covered with insulation. With an increase in the discharge current, channel 5 expands and a very high pressure is created in the discharge chamber 4. On the one hand, this pressure leads to the exhaust of plasma 6 outside the discharger, and on the other hand, it leads to compression of the air inside the pressure chamber 7. After the plasma 6 escapes out, the pressure in the discharge chamber 4 drops sharply, and cold compressed air enters from the pressure chamber 7 , which cools the discharge channel 5 and contributes to its extinguishing without the development of an accompanying network current. The movement of the air pressure wave in the pressure chamber 7 is shown by arrows. First, this wave moves inside the pressure chamber, and then out.

Металлический стакан весьма прочен и выдерживает давление при реальных токах грозового перенапряжения, тем самым способствует увеличению надежности и работоспособности разрядника.The metal cup is very durable and can withstand pressure under real lightning surge currents, thereby increasing the reliability and performance of the arrester.

На фиг.3 показана схема применения двух разрядников по фиг. 2 для повышения эффективности гашения дуги искрового воздушного промежутка, предназначенного для подключения защитного аппарата 8 (разрядника любого типа или ОПН) к проводу линии электропередачи 9 при возникновении грозового перенапряжения. Простые искровые разрядные промежутки, образованные между двумя электродами типа стержень - стержень или шар - шар и тому подобные, практически не добавляют защитных свойств к основному защитному аппарату 8, поскольку канал разряда между ними является практически неподвижным и высоко проводящим в течение нескольких миллисекунд, т.е. за всё время, когда воздействует грозовое перенапряжение.Figure 3 shows a diagram of the use of two arresters according to Fig. 2 to increase the efficiency of extinguishing the arc of the spark air gap, intended for connecting the protective device 8 (arrester of any type or surge arrester) to the power line wire 9 in the event of a lightning overvoltage. Simple spark discharge gaps formed between two electrodes of the rod-rod or ball-ball type and the like add virtually no protective properties to the main protective device 8, since the discharge channel between them is practically stationary and highly conductive for several milliseconds, i.e. e. for the entire time when lightning overvoltage is applied.

При установке разрядников по изобретению в соответствие с фиг. 3 канал искрового разрядного промежутка 10 выдувается в сторону от электродов, т.е. он перемещается в холодном воздухе, охлаждается, его сопротивление увеличивается, что способствует более эффективной работе основного защитного аппарата 8.When installing the arresters according to the invention in accordance with FIG. Channel 3 of the spark discharge gap 10 is blown away from the electrodes, i.e. it moves in cold air, cools, its resistance increases, which contributes to more efficient operation of the main protective apparatus 8.

На фиг. 4 показана мультикамерная или можно сказать «мультитрубчатая» система (МТС), образованная несколькими разрядниками по фиг. 2. Разрядники могут быть изготовлены небольшого размера с длиной стакана 10-30 мм и запрессованы в продолговатое изоляционное тело 11, выполненное, например, из силиконовой резины. Разрядники соединяются электрически последовательно при помощи металлических элементов 12 и 13. С использованием МТС, выбирая оптимальное число камер в них, могут быть изготовлены разрядники, обеспечивающие гашением импульсной дуги (так называемое «гашение в импульсе») при воздействии грозового перенапряжения с исключением сопровождающего тока сети. При этом эрозия камер незначительна, по сравнению с разрядниками, которые обеспечивают гашение дуги сопровождающего тока сети при его переходе через ноль («гашение в нуле»). При гашении в импульсе время воздействия плазмы на камеры составляет 100-200 мкс, а при гашении в нуле – 2-10 мс или 2 000-10 000 мкс, т.е. при гашении в импульсе время воздействия плазмы на разрядные камеры в 20-50 раз меньше.In fig. 4 shows a multi-chamber or, one might say, “multitubular” system (MTS), formed by several arresters according to FIG. 2. The arresters can be made of small size with a glass length of 10-30 mm and pressed into an elongated insulating body 11, made, for example, of silicone rubber. The arresters are connected electrically in series using metal elements 12 and 13. Using MTS, by choosing the optimal number of chambers in them, arresters can be manufactured that provide extinguishing of a pulsed arc (the so-called “quenching in a pulse”) when exposed to lightning overvoltage with the exclusion of the accompanying network current . At the same time, the erosion of the chambers is insignificant compared to arresters, which provide extinguishing of the arc of the accompanying network current when it passes through zero (“quenching at zero”). When quenching in a pulse, the time of plasma exposure to the chambers is 100-200 μs, and when quenching at zero - 2-10 ms or 2,000-10,000 μs, i.e. when quenching in a pulse, the time of plasma exposure to the discharge chambers is 20-50 times less.

МТС может быть укреплена на экране (как это показано в патенте № 025205 «Мультиэлектродный экран-разрядник»). При этом получается экран – разрядник. Также МТС может быть расположена по периметру изоляционного тела изолятора (см. патент № 2377678 «Высоковольтный изолятор и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор»). В этом варианте получается изолятор-разрядник.The MTS can be mounted on the screen (as shown in patent No. 025205 “Multielectrode screen-discharger”). This creates a screen - a spark gap. Also, the MTS can be located along the perimeter of the insulating body of the insulator (see patent No. 2377678 “High-voltage insulator and high-voltage power line using this insulator”). In this embodiment, an insulator-arrester is obtained.

На фиг. 5 показан продольный разрез разрядника с электродом в виде металлической трубки 3, у которого осуществляется выхлоп плазмы разряда в две противоположные стороны. Этот вариант разрядника похож на два разрядника по фиг. 2, соединённых в один. Он имеет один общий электрод 3 в виде металлической трубки и общую напорную камеру 7. При воздействии перенапряжения на левый и правый электроды 2 с их концов по левой и правой разрядным камерам 4 развиваются каналы скользящего разряда 5. Они замыкаются на внутренней неизолированной части трубки 3. С увеличением тока разряда каналы 5 расширяются, и в разрядных камерах 4 создаётся весьма высокое давление. Высокое давление приводит к выхлопам плазмы 6 наружу разрядника в противоположные стороны, а также оно приводит к сжатию воздуха внутри общей напорной камеры 7. После вылета плазмы 6 наружу, в разрядных камерах 4 давление резко падает, и из напорной камеры 7 в левую и правую камеры 4 поступает холодный сжатый воздух, который охлаждает каналы разряда 5 и способствует их гашению без развития сопровождающего тока сети. In fig. Figure 5 shows a longitudinal section of a spark gap with an electrode in the form of a metal tube 3, from which the discharge plasma is exhausted in two opposite directions. This version of the arrester is similar to the two arresters in Fig. 2 connected into one. It has one common electrode 3 in the form of a metal tube and a common pressure chamber 7. When overvoltage is applied to the left and right electrodes 2, sliding discharge channels 5 develop from their ends through the left and right discharge chambers 4. They are closed on the inner non-insulated part of the tube 3. With increasing discharge current, channels 5 expand, and a very high pressure is created in discharge chambers 4. High pressure leads to the exhaust of plasma 6 outside the spark gap in opposite directions, and it also leads to compression of the air inside the common pressure chamber 7. After plasma 6 escapes out, the pressure in the discharge chambers 4 drops sharply, and from the pressure chamber 7 to the left and right chambers 4, cold compressed air enters, which cools the discharge channels 5 and contributes to their extinguishing without the development of an accompanying network current.

Вариант разрядника по фиг. 5 отличается большей технологичностью изготовления и компактностью, т.к. один разрядник по фиг. 5 может заменить два разрядника по фиг. 2.A variant of the arrester according to Fig. 5 is distinguished by greater manufacturability and compactness, because one arrester according to Fig. 5 can replace two arresters in FIG. 2.

На фиг. 6 показан разрез мультикамерной (мультитрубчатой) системы (МТС), образованной несколькими разрядниками по фиг. 5. Разрядники запрессованы в продолговатое изоляционное тело 11, выполненное, например, из силиконовой резины. Разрядники могут выступать наружу из тела 11. Разрядники соединяются электрически последовательно при помощи металлических элементов 12 и 13. С использованием МТС, выбирая оптимальное число камер в них, могут быть изготовлены разрядники, обеспечивающие гашением импульсной дуги (так называемое «гашение в импульсе») при воздействии грозового перенапряжения с исключением сопровождающего тока сети. При этом эрозия камер незначительна, по сравнению с разрядниками, которые обеспечивают гашение дуги сопровождающего тока сети при его переходе через ноль («гашение в нуле»). In fig. 6 shows a cross-section of a multi-chamber (multi-tubular) system (MTS), formed by several arresters according to FIG. 5. The arresters are pressed into an elongated insulating body 11, made, for example, of silicone rubber. The arresters can protrude outward from the body 11. The arresters are connected electrically in series using metal elements 12 and 13. Using MTS, by choosing the optimal number of chambers in them, arresters can be manufactured that provide extinguishing of the pulsed arc (the so-called “quenching in a pulse”) at exposure to lightning overvoltage with the exclusion of the accompanying network current. At the same time, the erosion of the chambers is insignificant compared to arresters, which provide extinguishing of the arc of the accompanying network current when it passes through zero (“quenching at zero”).

Разрядники могут быть расположены в одной плоскости, как показано на фиг. 6. В этом случае расстояние между ними должно быть довольно значительным для того, чтобы плазменные выхлопы 6 не сливались между собой.The arresters can be located in the same plane, as shown in Fig. 6. In this case, the distance between them must be quite significant so that the plasma exhausts 6 do not merge with each other.

На фиг. 7 показан разрез мультикамерной системы, образованной несколькими разрядниками по фиг. 5, у которой смежные разрядники расположены друг относительно друга под углом f=90°. У смежных разрядников выхлопы плазмы 6 развиваются в ортогональных направлениях и соединения плазменных облаков не происходит. При этом размер продолговатого изоляционного тела 11 по его продольной оси может быть существенно сокращён. При необходимости угол f может быть изменён в диапазоне от 0 до 90°.In fig. 7 shows a cross-section of a multi-chamber system formed by several arresters according to FIG. 5, in which adjacent spark gaps are located relative to each other at an angle f=90°. For adjacent spark gaps, plasma exhausts 6 develop in orthogonal directions and the connection of plasma clouds does not occur. In this case, the size of the elongated insulating body 11 along its longitudinal axis can be significantly reduced. If necessary, the angle f can be changed in the range from 0 to 90°.

В общем случае разрядник может быть описан как имеющий изоляционное тело 1, выполненное с использованием диэлектрика, и электрод 3, механически связанный с изоляционным телом 1. В изоляционном теле выполнена разрядная камера, имеющая выход или выходы на поверхность изоляционного тела 1. Электрод расположен так, что обеспечивает возможность формирования, например, под воздействием грозового или иного перенапряжения, электрического разряда 5 в камере 4 с электродом 2 или внешним объектом.In general, a spark gap can be described as having an insulating body 1 made using a dielectric, and an electrode 3 mechanically connected to the insulating body 1. The insulating body contains a discharge chamber having an outlet or outlets to the surface of the insulating body 1. The electrode is positioned so that which makes it possible to form, for example, under the influence of lightning or other overvoltage, an electrical discharge 5 in chamber 4 with electrode 2 or an external object.

У такого разрядника будут следующие отличительные признаки. Электрод 3 охватывает разрядную камеру 4 с обеспечением выхода из нее для дуги разряда. На внешней поверхности охватывающего электрода 3 предусмотрен внешний изоляционный слой, содержащий отверстие для подачи на охватывающий электрод 3 перенапряжения или заземления охватывающего электрода 3. Указанный внешний изоляционный слой обеспечивает предотвращение развития разряда с внешней поверхностью охватывающего электрода 3.Such a spark gap will have the following distinctive features. Electrode 3 covers the discharge chamber 4, providing an outlet for the discharge arc. On the outer surface of the female electrode 3 there is an outer insulating layer containing a hole for supplying overvoltage to the female electrode 3 or grounding the female electrode 3. The specified outer insulating layer prevents the development of a discharge with the outer surface of the female electrode 3.

На внутренней поверхности охватывающего электрода имеется внутренний изоляционный слой. Внутри охватывающего электрода 3 предусмотрен открытый участок, т.е. участок, свободный от внутреннего изоляционного слоя, расположенный на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры 4. Длина разрядной камеры определяется от края изоляционного тела в области выхода из разрядной камеры до дна разрядной камеры (в случае разрядников, сходных с показанными на фиг. 2-4) или до края изоляционного тела в области противоположного выхода из разрядной камеры (в случае разрядников, сходных с показанными на фиг. 5-7).There is an internal insulating layer on the inner surface of the female electrode. An open area is provided inside the female electrode 3, i.e. a section free from the internal insulating layer, located at a distance of at least one-fifth of the length of the discharge chamber from the exit from the discharge chamber 4. The length of the discharge chamber is determined from the edge of the insulating body in the area of the exit from the discharge chamber to the bottom of the discharge chamber (in the case of dischargers similar to shown in Fig. 2-4) or to the edge of the insulating body in the area opposite the exit from the discharge chamber (in the case of arresters similar to those shown in Fig. 5-7).

На внутренней поверхности охватывающего электрода 3 имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходу из разрядной камеры 4. On the inner surface of the covering electrode 3 there is an internal insulating layer, made with the possibility of developing a sliding discharge 5 along the surface of the internal insulating layer from the open section of the covering electrode 3 to the exit from the discharge chamber 4.

Таким образом, изоляционное тело 1 разрядника содержит внешний изоляционный слой и внутренний изоляционный слой, которые для обеспечения возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходу из разрядной камеры 4 должны непрерывно смыкаться и изолировать охватывающий электрод 3 на том конце, который расположен ближе (около) к выходу из разрядной камеры 4 или формирует выход из разрядной камеры 4. Thus, the insulating body 1 of the arrester contains an outer insulating layer and an internal insulating layer, which, in order to allow the development of a sliding discharge 5 along the surface of the internal insulating layer from the open section of the female electrode 3 to the exit from the discharge chamber 4, must continuously close and insulate the female electrode 3 on that end which is located closer (near) to the exit from the discharge chamber 4 or forms the exit from the discharge chamber 4.

Сам признак «возможность формирования развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода к выходу из разрядной камеры» предполагает полное изолирование конца охватывающего электрода 3, расположенного ближе (около) к выходу из разрядной камеры 4 или формирующего его, поскольку если этот конец охватывающего электрода 3 не будет заизолирован, то скользящий разряд 5 внутри разрядной камеры развиваться не будет, так как разряд просто пройдет снаружи разрядника между этим неизолированным концом охватывающего электрода 3 и внешним объектом (или другим разрядником), который заземлен или имеет потенциал перенапряжения. The very feature “the possibility of forming the development of a sliding discharge along the surface of the internal insulating layer from the open section of the covering electrode to the exit from the discharge chamber” implies complete insulation of the end of the covering electrode 3 located closer (near) to the exit from the discharge chamber 4 or forming it, since if this the end of the female electrode 3 will not be insulated, then the sliding discharge 5 inside the discharge chamber will not develop, since the discharge will simply pass outside the spark gap between this non-insulated end of the female electrode 3 and an external object (or other spark gap) that is grounded or has an overvoltage potential.

Расположение открытого участка охватывающего электрода на расстоянии не менее одной пятой длины разрядной камеры от выхода из разрядной камеры 4 обеспечивает возможность развития скользящего разряда по поверхности внутреннего изоляционного слоя от края внутреннего изоляционного слоя (это также и край открытого участка охватывающего электрода) к выходу из разрядной камеры или наоборот в зависимости от распределения потенциалов заземления и/или перенапряжения.The location of the open section of the female electrode at a distance of at least one-fifth of the length of the discharge chamber from the exit from the discharge chamber 4 makes it possible to develop a sliding discharge along the surface of the internal insulating layer from the edge of the internal insulating layer (this is also the edge of the open section of the female electrode) to the exit from the discharge chamber or vice versa depending on the distribution of ground potentials and/or overvoltage.

В предпочтительном варианте, показанном на фигурах, в области выхода из разрядной камеры 4 в изоляционном теле 1 установлен второй электрод 2 с обеспечением возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 ко второму электроду 2 и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры 4. В дополнение или вместо показанного варианта установки второго электрода 2 (в изоляционном теле 1) второй электрод может быть размещен на изоляционном теле разрядника в области выхода из разрядной камеры.In the preferred embodiment, shown in the figures, in the area of the exit from the discharge chamber 4 in the insulating body 1, a second electrode 2 is installed to allow the development of a sliding discharge 5 along the surface of the internal insulating layer from the open section of the covering electrode 3 to the second electrode 2 and then to the outside of the spark gap through exit from the discharge chamber 4. In addition to or instead of the shown installation of the second electrode 2 (in the insulating body 1), the second electrode can be placed on the insulating body of the arrester in the area of the exit from the discharge chamber.

Разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. В таком случае наличие второго электрода 2 не является обязательным, поскольку скользящий разряд 5 внутри разрядной камеры и последующий выхлоп плазмы 6 могут происходить под действием разницы потенциалов между открытым участком охватывающего электрода 3 и внешнего объекта. The arrester may be configured to be placed near an external object that is grounded or installed to acquire an overvoltage potential. In this case, the presence of a second electrode 2 is not necessary, since the sliding discharge 5 inside the discharge chamber and the subsequent exhaust of plasma 6 can occur under the influence of the potential difference between the open area of the covering electrode 3 and the external object.

Если охватывающий электрод заземлен, то внешний объект (в этом варианте, например, провод линии электропередачи или другой разрядник) может быть выполнен с возможностью приобретения высокого потенциала перенапряжения. В результате между открытым участком охватывающего электрода и внешним объектом (проводом или разрядником) при грозовом воздействии появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы.If the female electrode is grounded, then the external object (in this embodiment, for example, a power line wire or other arrester) may be configured to acquire a high overvoltage potential. As a result, an overvoltage potential will appear between the open section of the covering electrode and an external object (wire or spark gap) under lightning influence and a sliding discharge will develop with subsequent plasma release.

Если охватывающий электрод имеет возможность приобретения высокого потенциала перенапряжения (например, когда он соединен с проводом линии электропередачи или другим разрядником), то внешний объект (в этом варианте, например, заземленная опора линии электропередачи или провод заземления или другой разрядник) может быть заземлен. В результате при грозовом воздействии между открытым участком охватывающего электрода и внешним объектом (опорой или заземлением или другим разрядником) появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы.If the female electrode has the potential to acquire a high overvoltage potential (for example, when it is connected to a power line conductor or other arrester), then an external object (in this embodiment, for example, a grounded power line pole or ground wire or other arrester) can be grounded. As a result, during lightning exposure, an overvoltage potential will appear between the open area of the covering electrode and an external object (support or grounding or other spark gap) and a sliding discharge will develop with subsequent plasma release.

В вариантах, показанных на фиг. 2-4, охватывающий электрод 3 выполнен в виде металлического стакана, причем дно стакана представляет собой открытый участок охватывающего электрода. В общем случае открытым участком охватывающего электрода 3 может быть только дно стакана или часть дна стакана. В частных вариантах, показанных на фиг. 2-4, внутренний изоляционный слой может заканчиваться на некотором расстоянии от дна стакана, например, не менее одной десятой длины разрядной камеры, то есть внутренний изоляционных слой не доходит до дна стакана. Внутренняя поверхность охватывающего электрода 3 от дна стакана до края внутреннего изоляционного слоя представляет собой открытый участок охватывающего электрода 3. Скользящий разряд 5 начинается от края внутреннего изоляционного слоя, в связи с чем объем 7 стакана, прилегающий ко дну и проходящий вдоль стенки стакана до края внутреннего изоляционного слоя, не участвует в разряде и представляет собой напорную камеру.In the embodiments shown in FIGS. 2-4, the female electrode 3 is made in the form of a metal cup, the bottom of the cup being an open section of the female electrode. In general, the open area of the female electrode 3 can only be the bottom of the glass or part of the bottom of the glass. In particular embodiments shown in Fig. 2-4, the inner insulating layer may end at a certain distance from the bottom of the glass, for example, at least one tenth of the length of the discharge chamber, that is, the inner insulating layer does not reach the bottom of the glass. The inner surface of the covering electrode 3 from the bottom of the glass to the edge of the inner insulating layer is an open section of the covering electrode 3. The sliding discharge 5 starts from the edge of the inner insulating layer, and therefore the volume 7 of the glass adjacent to the bottom and passing along the wall of the glass to the edge of the inner insulating layer, does not participate in the discharge and represents a pressure chamber.

На фиг. 5-7 показана разрядная камера 4, имеющая два выхода. На внутренней поверхности электрода 3 в таком случае имеется внутренний изоляционный слой, выполненный с возможностью развития скользящих разрядов 5 по поверхности внутреннего изоляционного слоя от открытого участка охватывающего электрода 3 к выходам из разрядной камеры 4. Открытый участок охватывающего электрода 3 расположен между выходами. Объем 7 разрядной камеры также не участвует в разряде, поскольку скользящие разряды 5 начинаются на краях внутренних изоляционных слоев, в связи с чем объем 7 также может называться разрядной камерой. In fig. 5-7 show a discharge chamber 4 having two outputs. In this case, on the inner surface of the electrode 3 there is an internal insulating layer, made with the possibility of developing sliding discharges 5 along the surface of the internal insulating layer from the open section of the female electrode 3 to the outputs of the discharge chamber 4. The open section of the female electrode 3 is located between the outputs. Volume 7 of the discharge chamber is also not involved in the discharge, since sliding discharges 5 begin at the edges of the internal insulating layers, and therefore volume 7 can also be called the discharge chamber.

В показанных на фиг. 5-7 вариантах в области выходов из разрядной камеры 4 в изоляционном теле установлены вторые электроды 2 с обеспечением возможности развития скользящего разряда 5 по поверхности внутренних изоляционных слоев от открытого участка охватывающего электрода 3 ко вторым электродам 2 и далее наружу разрядника через выход из разрядной камеры 4. В дополнение или вместо показанного варианта установки вторых электродов 2 (в изоляционном теле 1) вторые электроды могут быть размещены на изоляционном теле разрядника в области выхода из разрядной камеры.In those shown in FIGS. In variants 5-7, in the area of the outputs from the discharge chamber 4, second electrodes 2 are installed in the insulating body to allow the development of a sliding discharge 5 along the surface of the internal insulating layers from the open section of the covering electrode 3 to the second electrodes 2 and then to the outside of the spark gap through the exit from the discharge chamber 4 In addition to or instead of the shown option of installing the second electrodes 2 (in the insulating body 1), the second electrodes can be placed on the insulating body of the arrester in the area of the exit from the discharge chamber.

Кроме того, в показанных на фиг. 5-7 вариантах разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешнего объекта, который заземлен или установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения. В таком случае наличие вторых электродов 2 не является обязательным, поскольку скользящие разряды 5 внутри разрядной камеры и последующие выхлопы плазмы 6 могут происходить под действием разницы потенциалов между открытым участком охватывающего электрода 3 и внешних объектов. В частности, разрядник может быть выполнен с возможностью размещения около внешних объектов, один из которых установлен с возможностью заземления, а другой установлен с возможностью приобретения потенциала перенапряжения.In addition, in those shown in FIGS. In options 5-7, the arrester can be configured to be placed near an external object that is grounded or installed with the possibility of acquiring an overvoltage potential. In this case, the presence of second electrodes 2 is not necessary, since sliding discharges 5 inside the discharge chamber and subsequent plasma exhausts 6 can occur under the influence of the potential difference between the open area of the covering electrode 3 and external objects. In particular, the arrester may be configured to be placed near external objects, one of which is installed with the possibility of grounding, and the other of which is installed with the possibility of acquiring an overvoltage potential.

Например, один внешний объект (например, заземленная опора линии электропередачи или провод заземления или другой разрядник) может быть заземлен, а другой внешний объект (например, провод линии электропередачи или другой разрядник) может быть выполнен с возможностью приобретения высокого потенциала перенапряжения. В результате между открытым участком охватывающего электрода 3 и одним из внешних объектов при грозовом воздействии появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы с одной стороны. Это приведет к тому, что охватывающий электрод приобретет потенциал перенапряжения. Вследствие этого между открытым участком охватывающего электрода 3 и другим из внешних объектов (заземленным) появится потенциал перенапряжения и произойдет развитие скользящего разряда с последующим выхлопом плазмы с другой стороны разрядника.For example, one external object (eg, a grounded power line pole or ground wire or other arrester) may be grounded, and another external object (eg, a power line conductor or other arrester) may be configured to acquire a high overvoltage potential. As a result, an overvoltage potential will appear between the open section of the covering electrode 3 and one of the external objects under lightning influence and a sliding discharge will develop with subsequent plasma exhaust from one side. This will cause the female electrode to reach an overvoltage potential. As a result, an overvoltage potential will appear between the open section of the covering electrode 3 and another of the external objects (grounded) and a sliding discharge will develop with subsequent plasma exhaust from the other side of the spark gap.

В показанных на фиг. 5-7 охватывающий электрод 3 выполнен в виде металлической трубки, покрытой внешним изолирующим слоем и внутренним изолирующим слоем. Открытый участок охватывающего электрода 3 может представлять собой конец трубки, свободный от внутреннего изолирующего слоя, или среднюю часть трубки, как показано на фиг. 5-7.In those shown in FIGS. 5-7, the female electrode 3 is made in the form of a metal tube coated with an outer insulating layer and an inner insulating layer. The open portion of the female electrode 3 may be the end of the tube free of the inner insulating layer, or the middle part of the tube, as shown in FIG. 5-7.

В преимущественном варианте осуществления разрядники могут быть объединены в мультикамерную, а точнее сказать - в мультитрубчатую систему (МТС), которая позволяет осуществлять гашение импульсной дуги грозового перенапряжения, не допуская сопровождающего тока короткого замыкания сети. Такой разрядник может состоять из двух или более разрядников по любому из вышеописанных вариантов, а между выходами их разрядных камер на поверхность может быть сформирован воздушный разрядный промежуток, как показано на фиг. 3, 4, 6, 7.In an advantageous embodiment, the arresters can be combined into a multi-chamber, or more precisely, into a multi-tubular system (MTS), which allows extinguishing the pulse arc of lightning overvoltage, preventing the accompanying short-circuit current of the network. Such a discharger may consist of two or more dischargers according to any of the above-described options, and an air discharge gap can be formed between the exits of their discharge chambers to the surface, as shown in Fig. 3, 4, 6, 7.

Описанные конфигурации разрядника могут применяться как по отдельности, так и в составе других устройств и элементов электроустановок или линий электропередачи. Например, разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в составе изолятора-разрядника, будучи размещенным, например, на изоляционном теле изолятора. The described arrester configurations can be used either individually or as part of other devices and elements of electrical installations or power lines. For example, the arrester in accordance with the present invention can be used as part of an insulator-arrestor, being placed, for example, on the insulating body of the insulator.

В составе линий электропередач разрядник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться как сам по себе, так и в составе вышеуказанных защитных элементов – изолятора-разрядника и/или экрана для защиты от коронного разряда. Линии электропередачи обычно содержат опоры, одиночные изоляторы и/или изоляторы, собранные в колонки или гирлянды, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный непосредственно или посредством крепежных устройств с элементами арматуры одиночных изоляторов и/или первых изоляторов колонок или гирлянд изоляторов, причем каждый одиночный изолятор или каждая колонка или гирлянда изоляторов закреплен (закреплена) на одной из опор посредством элемента своей арматуры, смежного с указанной опорой. В соответствии с изобретением линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один разрядник по любому из вышеописанных вариантов и/или, по меньшей мере, один экран-разрядник по вышеописанному варианту и/или, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор-разрядник по вышеописанному варианту. As part of power lines, the arrester in accordance with the present invention can be used both on its own and as part of the above protective elements - an insulator-arrester and/or a screen for protection against corona discharge. Power transmission lines typically comprise poles, single insulators and/or insulators assembled into columns or garlands, and at least one high-voltage wire connected directly or by means of fastening devices to the fittings of the single insulators and/or first column insulators or garlands of insulators, each single insulator or each column or garland of insulators is fixed (fixed) to one of the supports by means of an element of its reinforcement adjacent to said support. In accordance with the invention, the power transmission line contains at least one arrester according to any of the above-described options and/or at least one screen-arrester according to the above-described option and/or at least one of the insulators is an insulator-arrestor according to the above option.

Применение для защиты высоковольтной линии электропередачи или других видов электроустановок от грозовых перенапряжений разрядника в соответствии с настоящим изобретением самого по себе или в составе изоляторов-разрядников или экранов - разрядников позволяет повысить надежность работы линии электропередачи, увеличить длительность срока службы электрооборудования и снизить затраты на их эксплуатацию.The use of a surge arrester in accordance with the present invention to protect a high-voltage power line or other types of electrical installations from lightning surges in accordance with the present invention by itself or as part of insulators-arresters or screens-arresters allows to increase the reliability of the operation of the power line, increase the service life of electrical equipment and reduce the cost of their operation .

Все указанные в описании технические результаты, в том числе дополнительные, достигаются с помощью разрядника в соответствии с настоящим изобретением одновременно и неразрывно друг от друга. Представленные на сопровождающих фигурах варианты осуществления, а также детально описанные дополнительные варианты осуществления предназначены для упрощения понимания сущности изобретения и не должны толковаться как ограничивающие объем охраны изобретения, определяемый последующей формулой изобретения. Описанные варианты могут объединяться и комбинироваться в любых сочетаниях, обеспечивающих реализацию принципа действия и достижение заявленных технических результатов. В результате комбинации отдельных вариантов могут достигаться дополнительные технические результаты.All technical results specified in the description, including additional ones, are achieved using a spark gap in accordance with the present invention simultaneously and inextricably from each other. The embodiments shown in the accompanying figures, as well as additional embodiments described in detail, are intended to facilitate understanding of the invention and should not be construed as limiting the scope of protection of the invention as defined by the following claims. The described options can be combined and combined in any combination that ensures the implementation of the operating principle and the achievement of the stated technical results. As a result of a combination of individual options, additional technical results can be achieved.

Claims

1. A spark gap comprising an insulating body made using a dielectric and an electrode mechanically connected to the insulating body, wherein the insulating body contains a discharge chamber having an exit to the surface of the insulating body, characterized in that the electrode covers the discharge chamber to provide an exit from it, and on the outer surface of the female electrode there is an outer insulating layer containing a hole for supplying overvoltage to the female electrode or grounding the female electrode, and on the inner surface of the female electrode there is an internal insulating layer, and inside the female electrode there is an open area at a distance of at least one a fifth of the length of the discharge chamber from the exit from the discharge chamber, wherein the inner insulating layer is configured to develop a sliding discharge along the surface of the inner insulating layer from the open section of the covering electrode to the exit from the discharge chamber.

2. The spark gap according to claim 1, characterized in that in the area of the exit from the discharge chamber, a second electrode is installed on the insulating body and/or in the insulating body, allowing the development of a sliding discharge along the surface of the internal insulating layer from the open section of the covering electrode to the second electrode and then to the outside of the spark gap through the exit from the discharge chamber.

3. The spark gap according to claim 1, characterized in that the female electrode is made in the form of a metal cup, and the bottom of the cup is an open section of the female electrode.

4. The spark gap according to claim 3, characterized in that the inner insulating layer ends at a distance of at least one tenth of the length of the discharge chamber from the bottom of the glass, and the inner surface of the female electrode from the bottom of the glass to the edge of the inner insulating layer also represents an open section of the female electrode.

5. The arrester according to claim 1, characterized in that it is designed to be placed near an external object that is grounded or installed with the ability to receive/supply an overvoltage potential.

6. The spark gap according to claim 1, characterized in that the discharge chamber has two outputs, and the open section of the female electrode is located between the outputs, and on the inner surface of the female electrode there is an internal insulating layer, made with the possibility of developing sliding discharges along the surface of the internal insulating layer from open section of the female electrode to the outputs of the discharge chamber.

7. The spark gap according to claim 6, characterized in that in the area of the exits from the discharge chamber, second electrodes are installed on the insulating body and/or in the insulating body to allow the development of a sliding discharge along the surface of the internal insulating layers from the open section of the covering electrode to the second electrodes and then to the outside of the spark gap through the exit from the discharge chamber.

8. The arrester according to claim 6, characterized in that it is designed to be placed near external objects, one of which is installed with the possibility of grounding, and the other is installed with the possibility of receiving/supplying an overvoltage potential.

9. The spark gap according to claim 6, characterized in that the covering electrode is made in the form of a metal tube covered with an outer insulating layer and an inner insulating layer.

10. The spark gap according to claim 6, characterized in that the open section of the female electrode is the end of the tube, free from the internal insulating layer.

11. Arrester, consisting of arresters according to any one of paragraphs. 1-10, and the arresters are connected in series using metal elements by pressing into a common insulating body.

12. The discharger according to claim 11, characterized in that an air discharge gap is formed between the exits of the discharge chambers to the surface.

13. The arrester according to claim 11, characterized in that the arresters are connected into a common elongated insulating body.