УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ


RU (11) 2201633 (13) C2

(51) 7 H01C7/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 19.10.2006 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2003.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2001113665/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.05.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.05.10 
(45) Опубликовано: 2003.03.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 947917, 30.07.1982. RU 2144712 C1, 20.01.2000. EP 0642141 B1, 08.03.1995. EP 0614198 B1, 14.05.1996. FR 2678765, 08.01.1993. 
(71) Имя заявителя: Алексеенко Анатолий Андреевич; Алексеева Елена Николаевна; Альтшуллер Владимир Нисонович; Корень Михаил Гиршевич; Кренгауз Элла Борисовна; Розет Владимир Ефимович; Харин Анатолий Степанович 
(72) Имя изобретателя: Алексеенко А.А.; Алексеева Е.Н.; Альтшуллер В.Н.; Корень М.Г.; Кренгауз Э.Б.; Розет В.Е.; Харин А.С. 
(73) Имя патентообладателя: Алексеенко Анатолий Андреевич; Алексеева Елена Николаевна; Альтшуллер Владимир Нисонович; Корень Михаил Гиршевич; Кренгауз Элла Борисовна; Розет Владимир Ефимович; Харин Анатолий Степанович 
(98) Адрес для переписки: 195221, Санкт-Петербург, ул.Ключевая, 21, кв.20, В.Е.Розет 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении устройств для защиты от перенапряжений с фарфоровыми покрышками. Устройство для защиты от перенапряжений содержит фарфоровую покрышку с фланцами на концах и размещенные внутри покрышки варисторы. Покрышка имеет внутреннюю цилиндрическую и наружную коническую поверхности, при этом наружный диаметр покрышки соответствует математическому выражению. Техническим результатом является уменьшение массы устройства путем оптимизации конструктивных параметров покрышки за счет учета масштабного эффекта. 1 ил., 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении устройств для защиты от перенапряжений с фарфоровыми покрышками.

Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее фарфоровую покрышку в качестве корпуса с фланцами на концах и размешенные внутри нее варисторы [1] . Одной из характеристик устройства, влияющей на его эксплуатационную надежность, является механическая прочность конструкции. Эта характеристика имеет большое значение для устройств более высокого номинального напряжения, так как при его повышении увеличивается высота устройства, что приводит к увеличению механических нагрузок на устройство. Конструктивными параметрами являются наружный и внутренний диаметры фарфоровой покрышки, которая выполняет роль корпуса устройства.

Недостатком устройства является то, что диаметры фарфоровой покрышки определяются по известной формуле без учета масштабного эффекта прочности и поэтому значения диаметров не являются оптимальными.

Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее фарфоровую покрышку с ребрами, внутри которой размещены варисторы, па концах установлены фланцы [2], принятое за прототип. Конструктивными параметрами корпуса, роль которого выполняет фарфоровая покрышка, являются его наружный и внутренний диаметры, призванные выдерживать заданную нагрузку, которая возникает благодаря воздействию ветра и тяжения провода и которая вызывает деформацию изгиба.

При механическом расчете цилиндрической фарфоровой покрышки определение ее конструктивных параметров (внутреннего и наружного диаметров) производится по известной формуле:



Для конической покрышки выражение (1) будет иметь следующий вид:



где Р - сила, эквивалентная воздействующей изгибающей нормированной нагрузке, Н;

n= 0, 1, 2, ..., N - номер сечения покрышки, начиная с торца меньшего диаметра;

h - расстояние от верхнего торца покрышки до противоположного фланца - наибольшее плечо действия силы Р, м;

h - расстояние между соседними сечениями покрышки;

N = h/h - общее число сечений корпуса покрышки;

Мо - начальный изгибающий момент, Нм;

[изг] - предел прочности фарфора на изгиб, Па.

Однако при оценке диаметров покрышки по формулам (1) и (2) предполагается, что величина предела прочности является постоянной известной величиной. При этом не учитывается масштабный эффект прочности.

Таким образом, недостатком устройства является то, что диаметры фарфоровой покрышки определяются по известной формуле без учета масштабного эффекта прочности и поэтому значения диаметров не являются оптимальными.

Целью изобретения является уменьшение массы устройства путем оптимизации конструктивных параметров покрышки за счет учета масштабного эффекта.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для защиты от перенапряжений, содержащем фарфоровую покрышку с фланцами на концах и с размещенными внутри покрышки варисторами, в соответствии с изобретением покрышка имеет внутреннюю цилиндрическую и наружную коническую поверхности, при этом наружный диаметр покрышки соответствует выражению:



где D1 - внутренний диаметр покрышки, м;

Mn = 32(M0+Pnh)/,

Мо - начальный изгибающий момент, Hм;

Р - сила, эквивалентная воздействующей изгибающей нормированной нагрузке, Н;

n= 0, 1, 2, ..., N - номер сечения покрышки, начиная с торца меньшего диаметра;

h - расстояние от верхнего торца покрышки до противоположного фланца - наибольшее плечо действия силы Р, м;

h - расстояние между соседними сечениями покрышки;

N = h/h - общее число сечений корпуса покрышки;

1 = 610-4-810-4;

0 = 0,26-0,3.

Сущность изобретения заключается в следующем. Статистическая теория масштабного эффекта прочности основана на принципе, по которому прочность изделия определяется прочностью самого слабого места и, в том числе, зависит от конструктивных размеров покрышки.

Исследования механической прочности на изгиб большого числа покрышек различных диаметров, изготовленных из электротехнического фарфора, свидетельствуют о том, что имеется четкая зависимость предела прочности [изг] от диаметра. В частности, с увеличением наружного диаметра D2 образца при постоянной высоте [изг] уменьшается.

Математическая обработка данных этих испытаний образцов различного диаметра на прочность позволяет предложить следующую формулу зависимости предела прочности на изгиб от наружного D2 и внутреннего D1 диаметров фарфоровой покрышки:

[изг] = k1Dk2(D22+D21)-1, (3)

где коэффициенты k1 и k2 получены при помощи метода наименьших квадратов.

Значения коэффициентов k1 и k2 для применяемого электротехнического фарфора в зависимости от технологического ограничения на минимальную толщину стенки фарфоровой покрышки s приведены в табл.1.

При проведении математической обработки были рассмотрены несколько вариантов формул зависимости предела прочности от диаметров. Расчеты показали, что использование формулы (3) в качестве аппроксимации наилучшим образом объясняет экспериментальные данные, поскольку дает наиболее высокое значение коэффициента детерминации (R2).

Подставляя выражение (3) в формулу (2) и произведя некоторые преобразования, получаем окончательное выражение для определения D1 конической фарфоровой покрышки с учетом масштабного эффекта:



При проведении механических расчетов устройств для защиты от перенапряжений внутренний диаметр, как правило, входит в число задаваемых (известных) параметров, а искомым является наружный диаметр покрышки. Поэтому для обеспечения условий промышленного применения выполнимо дальнейшее преобразование формулы (4). Можно показать, что для реально используемых при проектировании устройств для защиты от перенапряжений покрышек, имеющих значения наружного диаметра в диапазоне D2=(85-300 мм), сомножитель подкоренного выражения в формуле (4) может быть с достаточной точностью представлен в виде - (1D2+0). В результате выражение (4) приводится к линейному квадратичному уравнению относительно D2, из которого нетрудно получить нижеследующее выражение для вычисления D2 в явном виде:



где D1 - внутренний диаметр покрышки, м;

Mn = 32(M0+Pnh)/,

Мо - начальный изгибающий момент, Hм;

Р - сила, эквивалентная воздействующей изгибающей нормированной нагрузке, H;

n= 0, 1, 2, ..., N - номер сечения покрышки, начиная с торца меньшего диаметра;

h - расстояние от верхнего торца покрышки до противоположного фланца - наибольшее плечо действия силы Р, м;

h - расстояние между соседними сечениями покрышки;

N = h/h - общее число сечений корпуса покрышки;

1 и 0 - коэффициенты аппроксимации, учитывающие снижение предела прочности фарфора с увеличением диаметра и ограничение на толщину стенки; значения этих коэффициентов находятся в диапазонах:

1 = 610-4-810-4;

0 = 0,26-0,3.

Формула (5) обеспечивает условие промышленного применения (т.е. удобство и простоту практического применения при проведении механических расчетов устройств для защиты от перенапряжений). Значения коэффициентов 1 и 0 для применяемого электротехнического фарфора в зависимости от технологического ограничения на минимальную толщину стенки фарфоровой покрышки s приведены в табл.2

Полученные диапазоны изменения коэффициентов 1 и 0 обеспечивают практическое применение формулы (5) в реально используемом диапазоне наружных диаметров покрышек для устройств защиты от перенапряжений.

При этом для каждого из рассматриваемых значений технологического ограничения на толщину стенки фарфоровой покрышки в таблицах 1 и 2 имеется однозначное соответствие между парой коэффициентов k1 и k2 из формулы (3) для зависимости прочности на изгиб и парой коэффициентов 1 и 0, входящих в выражение (5).

На чертеже изображен общий вид устройства для защиты от перенапряжений.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит фарфоровую покрышку 1 с ребрами, внутри которой размещена колонка варистров 2. На концах покрышки 1 закреплены металлические фланцы 3. Покрышка 1 имеет внутреннюю цилиндрическую 4 и наружную коническую 5 поверхности. Наружный диаметр покрышки 1 соответствует выражению:



где D1 - внутренний диаметр покрышки, м;

Mn = 32(M0+Pnh)/,

Мo - начальный изгибающий момент, Hм;

Р - сила, эквивалентная воздействующей изгибающей нормированной нагрузке, H;

n= 0, 1, 2, ..., N - номер сечения покрышки, начиная с торца меньшего диаметра;

h - расстояние от верхнего торца покрышки до противоположного фланца - наибольшее плечо действия силы Р, м;

h - расстояние между соседними сечениями покрышки;

N = h/h - общее число сечений корпуса покрышки;

1 = 610-4-810-4;

0/= 0,26-0,3.

Устройство для защиты от перенапряжений работает следующим образом. В нормальном эксплуатационном режиме на устройство воздействует рабочее напряжение сети. При возникновении перенапряжений в сети устройство их ограничивает до заданной величины в соответствии с вольтамперной характеристикой варисторов 2 аппарата.

В табл. 3 приведены данные расчетов наружных диаметров сечений покрышки и соответствующих значений прочности конической покрышки с учетом масштабного эффекта (вариант 1) и цилиндрической покрышки без учета масштабного фактора (вариант 2). Для варианта 1 - масса - 12,03 кг, для варианта 2-21,55 кг (h=1000 мм; D1=104 мм). Массы рассчитаны без учета массы оребрения.

Как видно из табл.3, в существующей покрышке возможности фарфора по его механической прочности недоиспользованы и можно уменьшить ее наружный диаметр, а соответственно, и массу покрышки.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить массу устройства путем оптимизации конструктивных параметров покрышки за счет учета масштабного эффекта.

Литература

1. Адоньев Н. М. и др. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1987, с.199.

2. SU a.c. 947917, H 01 C 1/028, 25.01.78 - прототип. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее фарфоровую покрышку с фланцами на концах и размещенные внутри покрышки варисторы, отличающееся тем, что покрышка имеет внутреннюю цилиндрическую и наружную коническую поверхности, при этом наружный диаметр покрышки соответствует выражению:



где D1 - внутренний диаметр покрышки, м;

Mn = 32(Mo+Pnh)/,

Мо - начальный изгибающий момент, Нм;

Р - сила, эквивалентная воздействующей изгибающей нормированной нагрузке, Н;

n= 0, 1, 2, . . . N - номер сечения покрышки, начиная с торца меньшего диаметра;

h - расстояние от верхнего торца покрышки до противоположного фланца - наибольшее плечо действия силы Р, м;

h - расстояние между соседними сечениями покрышки;

N = h/h - общее число сечений корпуса покрышки;

1 = 610-4810-4;

0 = 0,260,3.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru