RU2720886C1 - Light protection system of high-voltage power transmission lines - Google Patents
Light protection system of high-voltage power transmission lines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720886C1 RU2720886C1 RU2019143041A RU2019143041A RU2720886C1 RU 2720886 C1 RU2720886 C1 RU 2720886C1 RU 2019143041 A RU2019143041 A RU 2019143041A RU 2019143041 A RU2019143041 A RU 2019143041A RU 2720886 C1 RU2720886 C1 RU 2720886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lamp
- voltage
- antenna
- discharge
- neon
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
- F21S8/04—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures
- F21S8/06—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures by suspension
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/02—Details
- H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроосветительным приборам и может использоваться в электроэнергетике в качестве защитных огней проводов высоковольтных линий. электропередачи для обеспечения безопасности полетов воздушных судов в районах аэродромов, воздушных трасс, а также районах поверхностей, возвышающихся над землей.The invention relates to electric lighting devices and can be used in the electric power industry as protective lights of wires of high voltage lines. power transmission to ensure the safety of aircraft in areas of aerodromes, airways, as well as areas of surfaces that rise above the ground.
Известен ряд технических решений создания системы световых маркеров Для визуализации положения проводов высоковольтных линий электропередачи с использованием специальных световых шаров. Например, патент Великобритании GB 2232474 А (GB 2232474 А, "An Illiminated aerial marker" F21Q 3/00, опубл. 12.12.1990 г.) конструкция которого представляет собой шар с газоразрядными лампами, расположенными на поверхности шара, шар закрепляется на фазном проводе. Электропитание ламп осуществляется за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи. Параметры неоновых газоразрядных ламп не связаны с геометрическими параметрами элементов всей конструкции, состав газа и рабочие параметры неоновой лампы в формуле изобретения и описании отсутствуют. Аналогичная конструкция запатентована в США (Пат №US 4839567, "Illuninated aerial marker", опубл. 13.06.1989).A number of technical solutions are known for creating a system of light markers for visualizing the position of wires of high-voltage power lines using special light balls. For example, UK patent GB 2232474 A (GB 2232474 A, "An Illiminated aerial marker" F21Q 3/00, publ. 12/12/1990) the design of which is a ball with gas discharge lamps located on the surface of the ball, the ball is fixed on a phase wire . Lamps are powered by taking capacitive current from a power line. The parameters of neon discharge lamps are not associated with the geometric parameters of the elements of the entire structure, the gas composition and operating parameters of the neon lamp are absent in the claims and description. A similar design is patented in the United States (Pat No. US 4839567, "Illuninated aerial marker", publ. 06/13/1989).
Более универсальные конструкции, включая конструкции, содержащие газоразрядные трубки, описаны в патенте FR 2786253 A1 (FR 2786253 A1, "Dispositif de balisage lumineux pour de transport d'energie electrique", F21S 8/00, 24.11.1998). Принцип действия этих устройств аналогичен принципу действия указанных выше устройств.More versatile designs, including designs containing gas discharge tubes, are described in patent FR 2786253 A1 (FR 2786253 A1, "Dispositif de balisage lumineux pour de transport d'energie electrique",
Недостатками указанных выше устройств являются либо сравнительно низкий коэффициент полезного действия, вследствие потребления сравнительно большого тока из-за использования стандартных неоновых ламп и неоптимального согласования параметров газоразрядных ламп с геометрическими параметрами конструкций, либо необходимость использования высоковольтных понижающих трансформаторов и балластных резисторов, имеющих большой вес и сравнительно высокую стоимость.The disadvantages of the above devices are either a relatively low efficiency, due to the consumption of a relatively large current due to the use of standard neon lamps and poor coordination of the parameters of discharge lamps with geometric design parameters, or the need to use high-voltage step-down transformers and ballast resistors having a large weight and relatively high cost.
Сферическую конструкцию имеет также световой воздушный маркер для высоковольтной линии электропередачи, описанный в патенте РФ №2556702 (Пат. РФ №2556702. Световой маркер для воздушных линии электропередачи. F21S 8/00, опубл. 20.07.2015, Бюл. №20). Отличается от ранее указанных аналогов тем, что в качестве источника света используются светодиоды. Электропитание осуществляется также за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи через специальный преобразователь напряжения, что также является определенным недостатком устройства.The spherical design also has a light air marker for a high voltage power line described in RF patent No. 2556702 (Pat. RF No. 2556702. Light marker for overhead power line.
Известна также газоразрядная лампа низкого давления, предназначенная для использования в системах световых ограждений высоковольтных линий электропередачи (Пат. РФ №2697189 «Газоразрядная лампа», H01J 61/02, опубл. 13.08.2019 г., Бюл. №23). Конструкция лампы включает ряд элементов, улучшающих технические характеристики устройства, в частности: содержит балластные резисторы внутри корпуса лампы. Газовое наполнение лампы состоит из смеси неона и аргона, взятых в соотношении (300:1)…(400:1) и суммарном давлении 3≤p/d≤4, где р - давление газов в миллиметрах ртутного столба, d - диаметр, разрядного канала в миллиметрах. Технические характеристики системы световых ограждений, использующей газоразрядную лампу указанного типа (Пат. РФ №2697189) приблизительно соответствует характеристикам устройства светового ограждения воздушных линий электропередачи, рассмотренного ниже.Also known is a low-pressure discharge lamp intended for use in light barrier systems of high-voltage power lines (Pat. RF No. 2697189 "Gas discharge lamp", H01J 61/02, published on 08/13/2019, Bull. No. 23). The lamp design includes a number of elements that improve the technical characteristics of the device, in particular: it contains ballast resistors inside the lamp housing. The gas filling of the lamp consists of a mixture of neon and argon, taken in the ratio (300: 1) ... (400: 1) and a total pressure of 3≤p / d≤4, where p is the gas pressure in millimeters of mercury, d is the diameter of the discharge channel in millimeters. The technical characteristics of the light barrier system using a gas discharge lamp of the indicated type (Pat. RF No. 2697189) approximately corresponds to the characteristics of the light barrier device of overhead power transmission lines discussed below.
Аналогом заявляемого изобретения является патент РФ №2692056 «Устройство светового ограждения воздушных линий электропередачи» (Пат. РФ №2692056, F21S 8/00, опубл. 20.06.2019 г., Бюл. №17). Отличительным признаком данного патента является использование шунта специальной конструкции - в виде металлического гибкого троса, изготовленного из проволочных спиралей, соответствующим диаметру фазного провода линии.An analogue of the claimed invention is RF patent No. 2692056 “Device for light fencing of overhead power transmission lines” (Pat. RF No. 2692056,
Все указанные аналоги, хотя соответствуют существующим требованиям, предъявляемым к устройствам световых ограждений высоковольтных линий, однако технические характеристики таких устройств могут быть улучшены. В частности, коэффициент полезного действия (КПД) указанных выше аналогов не достаточно высокий вследствие использования резистивного балласта с высоким сопротивлением и газоразрядных ламп со сравнительно низким рабочим напряжением. Наличие балласта в аналогах, без которых невозможна устойчивая работа этих устройств, делает их более тяжелыми, чем в случае, если бы этот балласт отсутствовал.All of these analogues, although they comply with the existing requirements for devices of light barriers of high-voltage lines, however, the technical characteristics of such devices can be improved. In particular, the efficiency (efficiency) of the above analogues is not high enough due to the use of resistive ballast with high resistance and discharge lamps with a relatively low operating voltage. The presence of ballast in the analogues, without which the stable operation of these devices is impossible, makes them heavier than if this ballast were absent.
За прототип заявляемого устройства принята система фирмы "OBSTA" с использованием неоновой газоразрядной ламы BALISOR® (OBSTA. Системы светового ограждения. Издание 6, 2019, 60 С.). Система состоит из неоновой газоразрядной лампы, антенны и элементов крепления - подвеса лампы, шунта, изоляторов и зажимов. Длина антенны выбирается исходя из фазного напряжения линии электропередачи - от 3 м при напряжении 500 кВ до 40 м при напряжении 50 кВ. В системе используются лампы BALISOR® тип В (артикул 100618 В49) или В33 (артикул 100616 В33), имеющие массу 4,7 кг и 4,0 кг соответственно. Параметры неоновых ламп BALISOR® - состав используемого газа, внутренние элементы конструкции лампы и т.п. в открытых источниках информации не приводятся. Изучение образцов ламп BALISOR® показывает, что внутри корпуса газоразрядной лампы размещены балластные резисторы в цепи катода и анода номиналом по 500 кОм. Площадь катодов лампы составляет приблизительно 1000 мм2.For the prototype of the claimed device adopted the system of the company "OBSTA" using the neon gas discharge lamp BALISOR® (OBSTA. Light fencing systems. Edition 6, 2019, 60 C.). The system consists of a neon discharge lamp, antenna and mounting elements - lamp suspension, shunt, insulators and clamps. The antenna length is selected based on the phase voltage of the power line - from 3 m at a voltage of 500 kV to 40 m at a voltage of 50 kV. The system uses BALISOR® type B lamps (article 100618 B49) or B33 (article 100616 B33) with a mass of 4.7 kg and 4.0 kg, respectively. Parameters of BALISOR® neon lamps - composition of the gas used, internal elements of the lamp design, etc. open sources of information are not given. Examination of BALISOR® lamp samples shows that ballast resistors are placed inside the casing of the discharge lamp in a cathode and anode circuit with a nominal value of 500 kOhm. The area of the cathodes of the lamp is approximately 1000 mm 2 .
Принцип действия прототипа аналогичен принципу действия рассмотренных выше аналогов. Электропитание ламп в прототипе также осуществляется за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи, а элементы конструкции образуют емкостной делитель напряжения. Стабилизация самостоятельного тлеющего разряда в лампах BALISOR® произведена путем включения в цепь электропитания лампы резистивного балласта суммарной величиной приблизительно 1 МОм. Поэтому при рабочих токах лампы 10 мА тепловыделение на балластных резисторах составляет около 100 Вт. Это увеличивает массу газоразрядной трубки и всей конструкции, а также приводит к увеличению рабочей температуры лампы, что уменьшает ее срок службы.The principle of operation of the prototype is similar to the principle of operation of the above analogues. The power supply of the lamps in the prototype is also carried out by selecting capacitive current from the power line, and structural elements form a capacitive voltage divider. Self-sustained glow discharge stabilization in BALISOR® lamps was accomplished by incorporating a resistive ballast with a total value of approximately 1 MΩ into the lamp power supply circuit. Therefore, with a lamp operating current of 10 mA, the heat release on ballast resistors is about 100 watts. This increases the mass of the gas discharge tube and the entire structure, and also leads to an increase in the operating temperature of the lamp, which reduces its service life.
Недостатками прототипа являются недостаточно высокий коэффициент полезного действия, сравнительно большая масса неоновой газоразрядной трубки, большая длина антенны при напряжениях линии электропередачи 110 кВ и менее, что увеличивает массу всей конструкции, а также маленькая площадь катодов по сравнению с размерами ламы.The disadvantages of the prototype are not a high efficiency, a relatively large mass of a neon gas discharge tube, a large antenna length at transmission line voltages of 110 kV or less, which increases the mass of the entire structure, as well as a small cathode area compared to the size of the llama.
Для устранения указанных недостатков предложено устройство, описанное ниже.To address these shortcomings, a device is described below.
Технической задачей заявляемого изобретения является снижение энергопотребления устройством с одновременным увеличением яркости свечения, увеличение срока службы, уменьшение габаритов и массы устройства и упрощение конструкции.The technical task of the invention is to reduce the power consumption of the device while increasing the brightness of the glow, increasing the service life, reducing the size and weight of the device and simplifying the design.
Поставленная техническая задача решается тем, что газоразрядная лампа изготавливается в виде стеклянной спиральной трубки с разрядным каналом диаметром 4 мм длиной приблизительно 4 м в защитной оболочке из кварцевого стекла диаметром от 50 до 60 мм, рабочее давление неона в лампе выбрано в пределах 3…5 мм рт.ст., аргона - приблизительно 0,04 мм рт.ст., площадь катода лампы - приблизительно 8000 кв. мм, длина антенны выбрана 3 м - для линии электропередачи 500 кВ и 330 кВ, 5 м - для линии на 220 кВ, 10 м - для линии на 110 кВ, расстояние от антенны до фазного провода - от 400 до 700 мм, рабочая точка лампы выбрана на ветви вольтамперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением от 10 до 100 кОм.The stated technical problem is solved in that the gas discharge lamp is made in the form of a glass spiral tube with a discharge channel of 4 mm in diameter, approximately 4 m long, in a protective shell made of quartz glass with a diameter of 50 to 60 mm, the working pressure of neon in the lamp is selected within 3 ... 5 mm mercury, argon - approximately 0.04 mm Hg, the cathode area of the lamp is approximately 8000 square meters. mm, antenna length selected 3 m - for the power line 500 kV and 330 kV, 5 m - for the line 220 kV, 10 m - for the line 110 kV, the distance from the antenna to the phase wire - from 400 to 700 mm, operating point The lamp is selected on the branch of the current-voltage characteristic with a negative differential resistance of 10 to 100 kOhm.
Сущность заявляемого изобретения и технический результат поясняются 7 фигурами. На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства, установленного на линию электропередачи, на фиг. 2 - электрическая эквивалентная схема для расчета режимов работы лампы, на фиг. 3 - типовая конструкция опоры высоковольтной линии электропередачи, на фиг. 4 - график зависимости напряжения на лампе до момента зажигания разряда как функция дополнительной электрической емкости, фиг. 5 - осциллограммы напряжения и тока в рабочем режиме лампы, фиг. 6 - чертеж неоновой лампы оптимальной конструкции, фиг. 7 - вольтамперная характеристика изготовленного образца лампы с отрицательным динамическим сопротивлением.The essence of the claimed invention and the technical result are illustrated by 7 figures. In FIG. 1 shows the design of the inventive device mounted on a power line, in FIG. 2 is an electrical equivalent circuit for calculating lamp operating modes; FIG. 3 is a typical construction of a high voltage power transmission tower; FIG. 4 is a graph of the voltage across the lamp until the moment of ignition of the discharge as a function of additional electric capacity, FIG. 5 - waveforms of voltage and current in the operating mode of the lamp, FIG. 6 is a drawing of an optimal design neon lamp, FIG. 7 - current-voltage characteristic of the manufactured lamp sample with negative dynamic resistance.
Конструкция, представленная на фиг. 1, состоит из неоновой газоразрядной лампы 1, тросового подвеса лампы 2, шунта антенна-лампа 3, распорок 4 (4 шт.), противокоронирующего элемента крепления 5, антенны 6, элементов крепления 7, элемента соединения распорки, шунта антенна-лампа и антенны 8, элемента крепления лампы 9, токопроводящего подвеса лампы 10 и фазного провода 11. На фиг. 5 зависимость 12 соответствует осциллограмме напряжения, зависимость 13 - осциллограмме тока, на фиг. 6 - 14 - канал разрядный, 15 - катод (2 шт.), 16 - труба из прозрачного кварцевого стекла, 17 - стакан (2 шт.), 18 - центратор (6 шт.), 19 - кольца герметизирующие (2 шт.), 20 - кольцо уплотнительное (2 шт.), 21 - фланец (2 шт.), 22 - электродный узел (2 шт.).The design shown in FIG. 1, consists of a
Принцип действия заявляемого устройства во многом схож с принципом действия прототипа и аналогов. Фазные провода высоковольтной линии электропередачи и антенна образуют емкостной делитель напряжения в результате чего на антенне наводится уменьшенное в заданное количество раз фазное напряжение. Когда напряжение, приложенное к газоразрядной лампе, достигает напряжения зажигания разряда, в лампе возникает газовый разряд и, как следствие, излучение светового потока. Принципиальным отличием заявляемого устройства от прототипа и аналогов заключается в том, что газовый разряд является аномальным (рабочая точка находится на ветви вольтамперной характеристики с отрицательным сопротивлением), резистивный балласт отсутствует, напряжение, достаточное для стабильного поддержания разряда лампы составляет 3,5 кВ, ток от 5 до 12 мА, а у прототипов и аналогов - обязательное присутствие резистивного балласта, напряжение поддержания разряда лампы составляет приблизительно 300 В, ток не менее 10 мА. Эти отличия влекут за собой изменение оптимальных размеров элементов конструкции: антенна в заявляемом устройстве имеет меньшую длину, а оптимальное расстояние до фазного провода отличается от расстояния в прототипе. Использование заявляемого устройства исключает потери мощности на резистивных балластах и снижает величину тока катодов. Увеличенное напряжение на газоразрядной лампе по сравнению с прототипом при одинаковых значениях протекающего тока, приводит к увеличению мощности, выделяемой в зоне газового разряда. Поэтому при меньших значениях тока, протекающего через лампу по сравнению с прототипом можно получить большую мощность излучаемого оптического излучения. Уменьшение тока разряда и увеличение площади катода лампы по сравнению с прототипом и аналогами, позволяет существенно снизить плотность тока катода, что дает увеличение срока службы катода и, соответственно, всей лампы, а также всего заявляемого устройства в целом.The principle of operation of the claimed device is largely similar to the principle of operation of the prototype and analogues. The phase wires of the high-voltage power line and the antenna form a capacitive voltage divider, as a result of which the phase voltage is reduced by a predetermined number of times. When the voltage applied to the discharge lamp reaches the discharge ignition voltage, a gas discharge occurs in the lamp and, as a result, the light flux. The fundamental difference between the claimed device and the prototype and analogues is that the gas discharge is abnormal (the operating point is on the branch of the current-voltage characteristic with negative resistance), there is no resistive ballast, the voltage sufficient to maintain the lamp discharge stable is 3.5 kV, the current from 5 to 12 mA, and prototypes and analogues have the mandatory presence of resistive ballast, the voltage for maintaining the lamp discharge is approximately 300 V, and the current is at least 10 mA. These differences entail a change in the optimal dimensions of the structural elements: the antenna in the inventive device has a shorter length, and the optimal distance to the phase wire differs from the distance in the prototype. Using the inventive device eliminates power loss on resistive ballasts and reduces the magnitude of the current cathodes. The increased voltage on the gas discharge lamp compared to the prototype at the same values of the flowing current, leads to an increase in power released in the gas discharge zone. Therefore, at lower values of the current flowing through the lamp in comparison with the prototype, you can get more power emitted optical radiation. Reducing the discharge current and increasing the area of the cathode of the lamp in comparison with the prototype and analogues, can significantly reduce the current density of the cathode, which increases the life of the cathode and, accordingly, the entire lamp, as well as the entire claimed device as a whole.
Выбор режимов работы газоразрядной лампы и параметров заявляемого устройства осуществлялись на основании выполненных экспериментальных исследований и результатов численного моделирования. Расчет режимов работы производился с использованием электрической схемы, изображенной на фиг. 2, где Ua, Ub, Uc = 190 кВ - фазное напряжение ЛЭП, Са - емкость между фазой А и антенной лампы, Cb - емкость между антенной и фазой В, Сс - емкость между антенной и фазой С, Сдоп - дополнительная емкость, необходимая дня снижения напряжения в начальный момент времени, т.е. до зажигания лампы, Rламп=10-100; кОм - минимальное активное сопротивление лампы в процессе горения. Для расчета емкостей Cb и Сс использовалась типовая конструкция ЛЭП 330 кВ (фиг. 3).The selection of the operation modes of the discharge lamp and the parameters of the inventive device were carried out on the basis of experimental studies and the results of numerical simulation. The calculation of operating modes was carried out using the electrical circuit shown in FIG. 2, where U a , U b , U c = 190 kV is the phase voltage of the power lines, C a is the capacitance between phase A and the antenna of the lamp, C b is the capacitance between the antenna and phase B, C c is the capacitance between the antenna and phase C, With add - additional capacity required day of voltage reduction at the initial time, i.e. before ignition of the lamp, R lamps = 10-100; kOhm - the minimum resistance of the lamp during combustion. To calculate the capacitances C b and C c , a typical design of a 330 kV power transmission line was used (Fig. 3).
В момент включения лампы на нее будет приложено напряжение, в большей степени, определяемое величиной Сдоп. При отсутствии данной емкости в начальный момент времени падение напряжения на лампе будет приблизительно 100 кВ, что может отрицательно сказаться на работе лампы. Однако, использование дополнительной сравнительно небольшой емкости (2,5 нФ) может существенно снизить данное напряжение. Принимая расчетную длину антенны 9 м, ее диаметр 25 мм, а радиус фазного провода 24 мм (для провода 300 мм2), получаем зависимость напряжения в начальный момент от емкости Сдоп (фиг. 4).When the lamp is turned on, voltage will be applied to it, to a greater extent, determined by the value of C add . In the absence of this capacity at the initial time, the voltage drop across the lamp will be approximately 100 kV, which may adversely affect the lamp operation. However, the use of additional relatively small capacitance (2.5 nF) can significantly reduce this voltage. Taking the estimated antenna length of 9 m, its diameter is 25 mm, and the radius of the phase wire is 24 mm (for a wire of 300 mm 2 ), we obtain the dependence of the voltage at the initial moment on the capacitance C add (Fig. 4).
Расстояние от фазного провода до антенны выбрано в пределах от 400 до 700 мм, так как это исключает образование короны, приблизительно обеспечивает расчетное значение емкости и создает напряжение, достаточное для устойчивой работы неоновой газоразрядной лампы. Выбор данного расстояния позволяет использовать стандартные изоляторы, в частности, полимерного линейного изолятора типа ЛК-70/10-III-СС, имеющего совместно с элементами крепления длину 540 мм. Для напряжений 500 кВ и выше расстояние от фазного провода до антенны следует выбирать ближе к верхней границе указанной величины для предотвращения образования коронных разрядов.The distance from the phase conductor to the antenna is selected in the range from 400 to 700 mm, since this eliminates the formation of corona, approximately provides the calculated value of the capacitance and creates a voltage sufficient for the stable operation of the neon discharge lamp. The choice of this distance allows the use of standard insulators, in particular, a linear polymer insulator of the type LK-70/10-III-SS, which together with fasteners has a length of 540 mm. For voltages of 500 kV and higher, the distance from the phase conductor to the antenna should be chosen closer to the upper boundary of the indicated value to prevent the formation of corona discharges.
Площадь катодов выбрана приблизительно равной 8000 мм2 по следующим причинам. Известно, что чем больше площадь катода и меньше плотность катодного тока, тем дольше срок службы газоразрядной лампы. Однако увеличение площади катодов влечет за собой увеличение габаритов и массы газоразрядной лампы. В заявляемом полезном устройстве диаметр катодов выбран равным 28 мм, что является максимально возможным диаметром с учетом необходимости обеспечить механическое крепление катода внутри защитной трубки. Длина катода выбрана равной - 90 мм. Суммарная площадь двух катодов в данной конструкции лампы равна 7912 мм2, что в 7,5 раз больше, чем у прототипа. Уменьшение длины катодов приведен к уменьшению их площади, соответственно, и долговечности газоразрядной ламы. Увеличение длины - увеличит габариты и массу лампы, а срок службы лампы, возможно, будет определяться какими-либо другими факторами.The area of the cathodes was selected approximately equal to 8000 mm 2 for the following reasons. It is known that the larger the cathode area and the lower the cathode current density, the longer the life of the discharge lamp. However, an increase in the area of the cathodes entails an increase in the dimensions and mass of the discharge lamp. In the inventive useful device, the diameter of the cathodes is chosen equal to 28 mm, which is the maximum possible diameter, taking into account the need to provide mechanical fastening of the cathode inside the protective tube. The cathode length is chosen equal to 90 mm. The total area of the two cathodes in this lamp design is 7912 mm 2 , which is 7.5 times larger than that of the prototype. A decrease in the length of the cathodes leads to a decrease in their area, respectively, and the durability of the gas discharge llama. Increasing the length - will increase the dimensions and weight of the lamp, and the life of the lamp, perhaps, will be determined by any other factors.
После зажигания лампы напряжение на ней снижается, а протекающий ток определяется ее сопротивлением. Вообще говоря, после зажигания лампы, форма напряжения сильно искажается за счет нелинейной вольтамперной характеристики. Типичная осциллограмма напряжения и тока изображена на фиг. 5. Поэтому в данном случае использование привычного термина «действующее значение напряжения» является неточным. Однако в связи с тем, что форма тока близка к синусоидальной, в первом приближении можно использовать величину действующего значения тока.After the lamp is ignited, the voltage on it decreases, and the flowing current is determined by its resistance. Generally speaking, after the lamp is ignited, the voltage shape is strongly distorted due to the nonlinear current-voltage characteristic. A typical voltage and current waveform is shown in FIG. 5. Therefore, in this case, the use of the familiar term “effective voltage value” is inaccurate. However, due to the fact that the current shape is close to sinusoidal, in the first approximation, you can use the value of the current value of the current.
Оптимальные параметры неоновой газоразрядной трубки были выбраны из следующих соображений. Известно, что яркость свечения неоновых трубок прямо пропорционально зависит от электрической мощности, потребляемой трубкой. Существует несколько способов увеличения этой мощности. Первый, и наиболее распространенный - увеличение тока, протекающего по трубке. Второй - увеличение внутреннего электрического сопротивления трубки. Наиболее перспективным способом увеличения сопротивления считается использование другой (нестандартной) смеси заполняющих газов. Для неоновых ламп, используемых для создания рекламных вывесок, оптимальной является смесь К4 (75% неона, 25% аргона). По сравнению с другими газовыми смесями, К4 дает яркость свечения лампы на 20,2% больше, чем стандартная смесь. При работе с лампами такого типа конструкция высоковольтного осветительного прибора должна иметь либо трансформатор, либо балластный резистор, включенный последовательно с лампой для стабилизации режима работы лампы. В первом случае увеличивается цена и масса устройства. Во втором случае - использовании балластного резистора, как например в некоторых аналогах, а также в конструкции лампы прототипа - лампы BALISORS® фирмы OBSTA (см. выше), возникают дополнительные потери энергии на балластном резисторе. Расположение балластного резистора внутри корпуса неоновой лампы приводит к увеличению ее температуры, что снижает срок службы лампы и всего устройства в целом.The optimal parameters of the neon discharge tube were selected from the following considerations. It is known that the luminosity of neon tubes is directly proportional to the electrical power consumed by the tube. There are several ways to increase this power. The first and most common is an increase in the current flowing through the tube. The second is an increase in the internal electrical resistance of the tube. The most promising way to increase the resistance is the use of another (non-standard) mixture of filling gases. For neon lamps used to create advertising signs, the optimal mixture is K4 (75% neon, 25% argon). Compared to other gas mixtures, K4 gives a lamp luminance of 20.2% more than a standard mixture. When working with lamps of this type, the design of the high-voltage lighting device must have either a transformer or a ballast resistor connected in series with the lamp to stabilize the lamp operation mode. In the first case, the price and weight of the device increases. In the second case, the use of a ballast resistor, as for example in some analogues, as well as in the design of the prototype lamp, BALISORS® lamps from OBSTA (see above), additional energy losses occur on the ballast resistor. The location of the ballast resistor inside the neon lamp housing leads to an increase in its temperature, which reduces the life of the lamp and the entire device as a whole.
Для достижения технического результата заявляемого в изобретении, была произведена доработка газоразрядной трубки, используемой для рекламного освещения, с наиболее близкими к требуемым параметрам: трубка с диаметром 8 мм, напряжением пробоя - 5-6 кВ, длина трубки - 3,8 м, давление неона - 16 Тор, рабочий ток - 25-30 мА. При использовании емкостного метода отбора тока от проводов высоковольтных линий электропередачи указанную величину тока сложно обеспечить технически. Поэтому необходимо изменение параметров газоразрядной лампы для снижения рабочего тока до 5-12 мА.To achieve the technical result of the invention, the gas discharge tube used for advertising lighting was finalized with the parameters closest to the required parameters: a tube with a diameter of 8 mm, a breakdown voltage of 5-6 kV, a tube length of 3.8 m, neon pressure - 16 Torr, operating current - 25-30 mA. When using the capacitive method of selecting current from the wires of high-voltage power lines, the indicated current value is difficult to technically provide. Therefore, it is necessary to change the parameters of the discharge lamp to reduce the operating current to 5-12 mA.
Для выбора оптимального состава газа с целью увеличения напряжения зажигания и поддержания тлеющего разряда было изготовлено несколько образцов неоновых ламп и после испытаний был выбран образец с наилучшими параметрами. Принимая во внимание, что ток, протекающий через трубку пропорционален произведению давления на диаметр трубки (J~p*d), для использования в заявляемом устройстве, параметры трубки были выбраны исходя из необходимости снижения тока в 3-4 раза: диаметр трубки уменьшен до 4-5 мм (в 1,6…2 раза), давление - до 8 мм. рт.ст. (в 2 раза). Длина трубки была выбрана равной 4 м. Соотношение давления газа в миллиметрах ртутного столба к диаметру разрядного канала (p/d) в заявляемом устройстве составляет от 1.6 до 2 (т.е. 1.6≤p/d≤2), что отличает его от аналога (Пат. РФ №2697189 «Газоразрядная лампа»), описанного выше, в котором выбрано соотношение указанных величин как 3≤p/d≤4.To select the optimal gas composition in order to increase the ignition voltage and maintain a glow discharge, several samples of neon lamps were made and after testing a sample with the best parameters was selected. Considering that the current flowing through the tube is proportional to the product of pressure on the tube diameter (J ~ p * d), for use in the inventive device, the tube parameters were selected based on the need to reduce current by 3-4 times: the tube diameter was reduced to 4 -5 mm (1.6 ... 2 times), pressure - up to 8 mm. Hg (2 times). The length of the tube was chosen equal to 4 m. The ratio of gas pressure in millimeters of mercury to the diameter of the discharge channel (p / d) in the inventive device is from 1.6 to 2 (i.e. 1.6≤p / d≤2), which distinguishes it from analogue (Pat. RF №2697189 "discharge lamp") described above, in which the ratio of these values is selected as 3≤p / d≤4.
Было изготовлено несколько лабораторных образцов неоновых ламп с параметрами, близкими к вышеуказанным, в том числе и с внутренним блоком балластных резисторов. Экспериментально были измерены основные характеристики изготовленных ламп и выбран образец с наилучшими достигнутыми параметрами. Чертеж неоновой лампы оптимальной конструкции приведен на фиг. 6. Основным конструктивным узлом в лампе является газоразрядная трубка 14 с катодными электродами 15. Разрядный канал трубки свернут в спиральную конструкцию. Такая конструкция разрядной трубки позволяет разместить в лампе длину разрядного канала около 4 м, что обеспечивает при работе трубки интенсивный световой поток. Экспериментальные исследования показали, что разрядный канал диаметром 4 мм и длиной 4 м при токе разряда 15 мА позволяет получить световой поток свыше 800 лм. Для обеспечения тока разряда необходимой величины в лампе используются катодные электроды 15.Several laboratory samples of neon lamps were made with parameters close to the above, including with an indoor unit of ballast resistors. The main characteristics of the manufactured lamps were experimentally measured and a sample with the best achieved parameters was selected. An optimal design neon lamp is shown in FIG. 6. The main structural unit in the lamp is a
При питании трубки переменным напряжением с частотой 50 Гц электроды выполняют поочередно функции анода и катода. При этом катодный электрод работает в режиме холодного катода. Это требует от материала электродов, его конструкции и подготовки рабочей поверхности определенных условий. Стоимость такого катода должна быть минимальной. В газовых гелий-неоновых лазерах хорошо зарекомендовали себя холодные катоды из алюминия А6. При соответствующей технологической подготовке поверхности катодного узла, которая предусматривает образование на его поверхности окисной пленки из алюминия, эти катоды зарекомендовали себя с лучшей стороны. При определенных условиях их работы, а именно плотности токосъема с рабочей поверхности катодного узла не более 0,2 мА/см2 и давлении рабочего газа неона порядка 3-5 м рт.ст. такие катоды обеспечивают долговечность предположительно более 150 тыс.часов. Так как площадь катодов газоразрядной лампы заявляемом устройстве почти в несколько раз больше чем у прототипа, а тока катода - в 1,5…2 раза меньше, можно предположить, что срок службы лампы заявляемом устройстве будет существенно больше срока службы лампы прототипа.When the tube is supplied with alternating voltage with a frequency of 50 Hz, the electrodes alternately perform the functions of the anode and cathode. In this case, the cathode electrode operates in the cold cathode mode. This requires the material of the electrodes, its design and preparation of the working surface of certain conditions. The cost of such a cathode should be minimal. Cold helium-cathodes made of A6 aluminum have proven themselves in gas helium-neon lasers. With appropriate technological preparation of the surface of the cathode assembly, which provides for the formation of an oxide film of aluminum on its surface, these cathodes have proven themselves from the best side. Under certain conditions of their operation, namely, the current collection density from the working surface of the cathode assembly is not more than 0.2 mA / cm 2 and the neon working gas pressure is of the order of 3-5 m Hg such cathodes provide a life expectancy of more than 150 thousand hours. Since the area of the cathodes of the gas discharge lamp of the claimed device is almost several times larger than that of the prototype, and the cathode current is 1.5 ... 2 times less, it can be assumed that the lamp life of the claimed device will be significantly longer than the life of the lamp of the prototype.
Высоковольтное рабочее напряжение на лампу подается через электродные узлы 22 (на чертеже слева и справа). При напряжении на электродных узлах 3,5±0,2 кВ разрядный канал диаметром 4 мм и длиной 4 м обеспечивает в трубке поддержание разрядного тока порядка (12-15) мА, что соответствует проведенной теоретической оценке. Остальные элементы конструкции лампы (16-21, фиг. 7) обеспечивают механическую прочность и герметичность лампы.A high voltage operating voltage is supplied to the lamp through the electrode assemblies 22 (on the left and right in the drawing). At a voltage of 3.5 ± 0.2 kV at the electrode nodes, the discharge channel with a diameter of 4 mm and a length of 4 m ensures that the discharge current in the tube is of the order of (12-15) mA, which corresponds to the theoretical assessment. The remaining structural elements of the lamp (16-21, Fig. 7) provide mechanical strength and tightness of the lamp.
Изготовленный образец имел следующие технические характеристики:The manufactured sample had the following specifications:
- Наполнение лампы - неон 7 мм рт.ст. и аргон 0,04 мм рт.ст.- The filling of the lamp - neon 7 mm Hg and argon 0.04 mmHg
- Напряжение возникновения разряда - не более 4,5 кВ.- The voltage of the occurrence of the discharge is not more than 4.5 kV.
- Напряжение поддержания разряда - 3,6±0,1 кВ.- The voltage for maintaining the discharge is 3.6 ± 0.1 kV.
- Рабочий ток разряда - 13±1 мА.- The working discharge current is 13 ± 1 mA.
- Габаритные размеры - 975×∅60 мм.- Overall dimensions - 975 × ∅60 mm.
- Вес - 2,4 кг.- Weight - 2.4 kg.
Вольтамперная характеристика (зависимость напряжения на лампе от протекающего тока) приведена на фиг. 7. Как следует из полученной зависимости рабочий участок обратной вольтамперной характеристики имеет отрицательное дифференциальное сопротивление и устойчивая работа лампы на этом участке характеристики обеспечивается медленными релаксационными процессами в лампе. В частности, в таком режиме не может работать лампа, используемая в прототипе заявляемого устройства. Поэтому заявляемое устройство и конструкция прототипа имеют принципиальные различия в параметрах используемых элементов конструкции.The current-voltage characteristic (dependence of the voltage across the lamp on the flowing current) is shown in FIG. 7. As follows from the obtained dependence, the working section of the inverse current-voltage characteristic has a negative differential resistance and the stable operation of the lamp in this section of the characteristic is ensured by slow relaxation processes in the lamp. In particular, in this mode, the lamp used in the prototype of the inventive device cannot work. Therefore, the claimed device and the design of the prototype have fundamental differences in the parameters of the used structural elements.
Отсутствие балластных резисторов в заявляемом устройстве является упрощением конструкции газоразрядной лампы и всего устройства в целом.The absence of ballast resistors in the inventive device is a simplification of the design of the discharge lamp and the entire device as a whole.
Газоразрядная неоновая лампа заявляемого устройства может также работать с использованием балластных сопротивлений меньшего, чем в прототипе номинала.A gas discharge neon lamp of the claimed device can also operate using ballast resistances lower than in the prototype face value.
Возможность заявляемого устройства работать при меньших токах разряда, чем прототип, позволяет уменьшить длину антенны, что наиболее важно при напряжениях в линии 110 кВ и ниже. Уменьшение длины антенны снижает общую массу конструкции как за счет массы самой антенны, так и за счет уменьшения количества изоляторов, требуемых для закрепления антенны к фазному проводу. Уменьшаются также и общие габариты конструкции.The ability of the claimed device to operate at lower discharge currents than the prototype, allows to reduce the length of the antenna, which is most important when the voltage in the line is 110 kV and below. Reducing the length of the antenna reduces the total weight of the structure, both due to the mass of the antenna itself, and by reducing the number of insulators required to secure the antenna to the phase wire. The overall dimensions of the structure are also reduced.
Масса неоновой газоразрядной лампы заявляемого устройства (2,4 кг) также существенно меньше, чем масса лампы прототипа (4 кг).The mass of the neon gas discharge lamp of the claimed device (2.4 kg) is also significantly less than the mass of the lamp of the prototype (4 kg).
Заявляемое устройство было опробована на испытательном высоковольтном лабораторном стенде, а также лаборатории исследования источников света в целях определения соответствии конструкции требованиям Государственных стандартов (ГОСТ Р 51177-2017 «Арматура линейная. Общие технические условия» п. 4.4.7, метод испытаний - ГОСТ Р 51155-2017 «Арматура линейная. Правила приемки и методы испытаний» п. 5.2.17 и 5.2.18) и требованиям ИКАО (Документ №9157 AN/901, Руководство по проектированию аэродромов. Часть 4. Визуальные средства. 2004. 218 С.). В частности, световой поток при токе лампы 4 мА составлял 99,8 люмена, а при 10 мА - 423,6 люмена. Проведенные измерения подтвердили соответствие параметров заявляемого устройства существующим нормативным документам и стандартам.The inventive device was tested on a test high-voltage laboratory bench, as well as a laboratory for researching light sources in order to determine whether the design meets the requirements of State standards (GOST R 51177-2017 "Linear fittings. General technical conditions", clause 4.4.7, test method - GOST R 51155 -2017 "Linear fittings. Acceptance rules and test methods" p. 5.2.17 and 5.2.18) and ICAO requirements (Document No. 9157 AN / 901, Guide to the Design of Aerodromes.
Заявляемое устройство было испытано в реальных условиях эксплуатации на линии электропередач напряжением 330 кВ «Копорская-Пулковская» Федеральной Сетевой Компании Единой Энергетической Системы РФ в 2018 г. На высоковольтной линии было установлено 70 устройств светового ограждения с параметрами, соответствующими параметрам заявляемого изобретения. За время опытной эксплуатации в течение 12 месяцев сбоев, аварийных ситуаций или изменений параметров работы системы не зафиксировано.The inventive device was tested in actual operating conditions on a 330 kV Koporskaya-Pulkovskaya power transmission line of the Federal Grid Company of the Unified Energy System of the Russian Federation in 2018. 70 high-voltage light barrier devices with parameters corresponding to the parameters of the claimed invention were installed on the high-voltage line. During the trial operation for 12 months, failures, emergencies or changes in the parameters of the system were not recorded.
Таким образом, заявляемое изобретение снижает энергопотребление устройства светового ограждения с одновременным увеличением яркости свечения, увеличением срока службы, уменьшением габаритов и массы устройства и имеет более простую конструкцию.Thus, the claimed invention reduces the energy consumption of the device of the light barrier with a simultaneous increase in brightness, increase in service life, decrease in dimensions and weight of the device and has a simpler design.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143041A RU2720886C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Light protection system of high-voltage power transmission lines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143041A RU2720886C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Light protection system of high-voltage power transmission lines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720886C1 true RU2720886C1 (en) | 2020-05-13 |
Family
ID=70735466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019143041A RU2720886C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Light protection system of high-voltage power transmission lines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2720886C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218700U1 (en) * | 2022-12-16 | 2023-06-06 | Антон Михайлович Зеленский | Lamp of a light protection of high-voltage power lines |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5208577A (en) * | 1991-06-20 | 1993-05-04 | Construcoes Electricas Eltec S.A. | Marker light arrangement for power lines |
| US5808424A (en) * | 1995-12-07 | 1998-09-15 | Osgood; George M. | Illuminated power line marker |
| US7508133B2 (en) * | 2005-03-24 | 2009-03-24 | Sony Corporation | Discharge lamp and illumination apparatus with gas fill |
| RU2692056C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-06-20 | Роман Вячеславович Жуков | Light protection device for overhead power lines |
| RU2697189C1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-08-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (АО "ПЛАЗМА") | Gas discharge lamp |
-
2019
- 2019-10-15 RU RU2019143041A patent/RU2720886C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5208577A (en) * | 1991-06-20 | 1993-05-04 | Construcoes Electricas Eltec S.A. | Marker light arrangement for power lines |
| US5808424A (en) * | 1995-12-07 | 1998-09-15 | Osgood; George M. | Illuminated power line marker |
| US7508133B2 (en) * | 2005-03-24 | 2009-03-24 | Sony Corporation | Discharge lamp and illumination apparatus with gas fill |
| RU2692056C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-06-20 | Роман Вячеславович Жуков | Light protection device for overhead power lines |
| RU2697189C1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-08-13 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (АО "ПЛАЗМА") | Gas discharge lamp |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218700U1 (en) * | 2022-12-16 | 2023-06-06 | Антон Михайлович Зеленский | Lamp of a light protection of high-voltage power lines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kitsinelis | Light sources: technologies and applications | |
| US5610477A (en) | Low breakdown voltage gas discharge device and methods of manufacture and operation | |
| US6995513B2 (en) | Coil antenna/protection for ceramic metal halide lamps | |
| Pereira et al. | Some considerations about LED technology in public lighting | |
| RU2720886C1 (en) | Light protection system of high-voltage power transmission lines | |
| WO2017139914A1 (en) | Interface cap design for light tubes | |
| JP5311296B2 (en) | High watt type ceramic metal halide lamp lighting device | |
| RU2697189C1 (en) | Gas discharge lamp | |
| He et al. | Impact of icing severity on corona performance of glaze ice-covered conductor | |
| RU218700U1 (en) | Lamp of a light protection of high-voltage power lines | |
| Denneman | Low-pressure sodium discharge lamps | |
| RU2710204C1 (en) | Preventive lighting device of high-voltage line | |
| Shonazarova et al. | Voltage Deviation Influence on Electric Sizes of Lighting Lamps | |
| RU2692056C1 (en) | Light protection device for overhead power lines | |
| Green et al. | Simple power supply system for stable xenon arc lamp operation | |
| US20080084164A1 (en) | Dielectric Barrier discharge lamp, backlight device, and liquid crystal display device | |
| Hammer | Effects of ambient temperature on the performance of bent tube fluorescent lamps | |
| Siminovitch et al. | Determining lamp/ballast system performance with a temperature-controlled integrating chamber | |
| Found et al. | Hot cathode neon arcs | |
| RU169961U1 (en) | Sodium lamp | |
| BR102015019483A2 (en) | improvement applied in rectifier led lamp charger | |
| KR200366480Y1 (en) | The lighting sign using the external electrode discharge tubes | |
| FI63132B (en) | TREFASIG URLADDNINGSLAMPA | |
| Adriano et al. | The Mapping of Lighting Intensity from the Light Distribution on LED and CFL Lamps | |
| KR102081589B1 (en) | Electrodeless discharge lamp |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210629 Effective date: 20210629 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210629 Effective date: 20210802 |