ОПОРНАЯ СТЕРЖНЕВАЯ ИЗОЛЯЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 2001 года по МПК H01B17/14 H01B17/02 H01B17/32 

Изобретение относится к электронике и касается опорных изоляционных конструкций для высоковольтных подстанций.

Такие опорные стержневые изоляционные конструкции представляют собой, как правило, фарфоровый стержень с ребрами и закрепленными на концах с помощью цементной связки металлическими фланцами. Изоляторы предназначаются для изоляции и крепления токоведущих частей в распределительных устройствах станций и подстанций и, в частности, используются в качестве опорных поворотных изолирующих элементов, поддерживающих токоведущие шины и ножи разъединителей при эксплуатации на открытом воздухе.

Известна опорно-изоляционная конструкция в виде опорно-стержневого изолятора, содержащего несущий стеклопластиковый стержень с однонаправленной структурой стекловолокна, защитную ребристую трекингостойкую оболочку и металлические оконцеватели (фланцы), закрепляемые на стержень методом объемного обжатия (Свидетельство РФ N 5676, 1996 г.).

Основными недостатками этой опорно-изоляционной конструкции являются ее низкие механические характеристики на изгиб и кручение, высокая деформируемость и существенная зависимость механических свойств стержня от температуры, что не обеспечивает надежную работу высоковольтных аппаратов с использованием таких изоляционных конструкций.

Известна изоляционная конструкция в виде изолятора, содержащая стекловолоконный корпус, сформированный в двух направлениях, первое - вдоль корпуса и второе - поперечное, полученное намоткой пропитанного стекловолокна на внутреннюю часть корпуса. Трекингостойкую оболочку инжекционно отливают в форме по стекловолоконному корпусу (Заявка РСТ N WO 94/06127, H 01 B 17/06, 1993 г.).

Основным недостатком этого изолятора является то, что внешнюю часть корпуса получают намоткой пропитанного смолой стекловолокна на осевую часть корпуса. Подобная волоконная намотка практически не изменяет прочности композиционного стержня на изгиб и кручение, и эти характеристики существенно зависят от температуры.

Известна опорно-изоляционная конструкция в виде опорного полимерного изолятора, который используется в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов, например выключателей, разъединителей, шинных опор и т.д. Изолятор содержит стержень из электроизоляционного материала, например из стекложгута, пропитанного термореактивным компаундом, трекингостойкую оболочку, экран, выполненный из стекловолона, пропитанного термореактивным компаундом и расположенного между стержнем и трекингостойкой оболочкой, и металлические оконцеватели (Патент РФ N 2074425, H 01 B 17/02, 27.02.97). Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

Основным недостатком указанной конструкции является то, что она обладает недостаточно высокими механическими характеристиками на изгиб и кручение и существенной зависимостью механических свойств стержня от температуры, что не обеспечивает надежную работу высоковольтных аппаратов.

Это обстоятельство требует применения стержней большого диаметра, что приводит к получению изолятора также с большой боковой поверхностью, что в свою очередь приводит к снижению электрических характеристик. Применение больших диаметров стержней требует массивных фланцев, что в совокупности приводит к большой массе изолятора и высокой его стоимости.

Изобретением решается задача создания опорной стержневой изоляционной конструкции для изоляции и крепления токоведущих частей в распределительных устройствах станций и подстанций, которая используется в качестве опорных поворотных изолирующих элементов, поддерживающих токоведущие шины и ножи разъединителей при эксплуатации на открытом воздухе, а также обеспечения высокой механической прочности на изгиб и кручение, высокой электрической прочности, при уменьшении габаритов изоляционных конструкций и строгой определенной высоте изолятора и параллельности фланцев оконцевателей.

Для решения поставленной задачи заявлена опорная стержневая конструкция, имеющая по крайней мере один элемент, содержащий несущий изоляционный стержень, защитную трекингостойкую оболочку и металлические оконцеватели, установленные на обоих торцах изолятора, в которой предложено согласно настоящему изобретению несущий изоляционный стержень выполнять из двух изоляционных элементов, осевого в виде стеклопластикового прутка и наружного в виде оболочки из стеклотекстолита на основе стеклоткани и полимерного связующего, сформированного на осевом элементе, при этом указанные изоляционные элементы выполнены в виде монолита, защитная трекингостойкая оболочка формируется набором концентрических колец, герметично соединенных друг с другом и размещенных непосредственно на несущем стержне, а металлические оконцеватели представляют собой фланцы с регулируемой посадкой на торцах изолятора посредством стопоров. Опорная стержневая конструкция содержит осевой элемент, выполненный в виде прутка с продольным расположением стекловолокна или в виде прутка из стекловолокнита или стеклотекстолита, который предварительно получен методом прессования. Оконцеватель со стороны "земли" должен быть, по крайней мере, вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Заявляемая опорная стержневая изоляционная конструкция состоит из несущего стержня, который образован из двух изоляционных элементов - первого осевого - в виде стеклопластикового прутка 1 и второго наружного - в виде оболочки 2 из стеклотекстолита на основе стеклоткани и полимерного связующего. Оболочка 2 сформирована на осевом элементе таким образом, что образует с ним монолитный композиционный стержень. Защитная изоляционная трекингостойкая оболочка формируется набором концентрических колец 6, соединенных с оконцевателями 4 и 7 и друг с другом герметиком, и является защитой стержня от атмосферных воздействий. Оконцеватели 4 и 7 закреплены на концах стержня с помощью штифтов (стопоров) 5, которые также герметизируются. Оконцеватели 4 и 7 имеют фланцы 3 для монтажа их в аппаратах.

Изолятор изготавливается следующим образом.

Осевой элемент в виде прутка 1 изготавливался из стеклопластика с однонаправленной структурой волокон, из стекловолокнита и из стеклотекстолита, предварительно подвернутых прессованию на необходимый размер и частично полимеризованных. Оболочка 2 сформирована путем намотки вокруг прутка 1 предварительно пропитанной полимером стеклоткани и с последующим отверждением. На торцевую часть изготовленного стержня надевают нижний оконцеватель 7, в котором по центру фиксируют стержень 2 и закрепляют его штифтом 5. В образовавшуюся полость помещают первое кольцо трекиногостойкой оболочки 6, затем производят набор остальных колец трекингостойкой оболочки до необходимого размера изолятора. Все стыки между кольцами и оконцевателями заполняют герметиком. Далее надевают верхний оконцеватель 4, который закрепляют на нужной высоте штифтом 5.

Достоинством данного изобретения является значительное удешевление опорной конструкции за счет выполнения ее из стекловолокнита или стеклотекстолита.

Композиционная структура несущего изоляционного стержня обеспечивает одновременно высокие механические характеристики на изгиб и кручение, низкую деформативность и незначительную зависимость механических свойств от температуры.

Свободная посадка оконцевателей на концы стержня и закрепление их с помощью штифтов с последующей их герметизацией позволяет более точно соблюдать размеры изолятора, а также осуществлять сборку изоляторов различных размеров в любом месте. Отсутствие напряженного состояния стержня в месте закрепления фланцев и их точная посадка обеспечивают стабильную долговременную работу опорной изоляционной конструкции при комбинированной механической нагрузке в составе различных опорных конструкций.

Дополнительным преимуществом данного изобретения является применение оконцевателей различной длины (см. чертеж). Оконцеватель со стороны "земли" 7 должен быть не менее чем вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения 4. Это обеспечивает дополнительную механическую устойчивость изолятора и стабильную электрическую прочность.

Проведенные испытания показали высокую механическую прочность при изгибе, причем при потере механической прочности полного разрушения (излома) не происходит. Опорный изолятор 110 кВ на основе композиционного стержня диаметром 76 мм имеет механическую прочность на изгиб 3,5 тонны при высоте 1 м. При этом остаточная механическая прочность составляет примерно 70% от максимальной механической прочности.

Электрические испытания изолятора показывают стабильные разрядные характеристики. Разброс значений разрядных напряжений изолятора при грозовых импульсах составляет не более 1%, а величина выдерживаемого напряжения изолятора 110 кВ составляет не ниже 50 кВ.

Экономический эффект достигается за счет безаварийной работы разъединителей и шинных пор и отсутствия травматизма, так как падение изоляторов исключается. Недоотпуск электроэнергии также резко сокращается, потому что аппарат с поврежденным изолятором можно вывести из строя в ремонт в течение суток.

Результаты испытаний разъединителей с такими полимерными изоляторами подтверждают возможность их применения, так как разъединители работоспособны при эксплуатационных нагрузках, а по механической прочности при изгибе имеют более чем десятикратный запас прочности, что позволяет их эксплуатировать более 50 лет с учетом снижения механической прочности за счет старения полимерного материала.

Заявляемая опорная стержневая конструкция может найти применение в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов выключателей, разъединителей, шинных опор и т.д., особенно в тех типах аппаратов, опорная изоляция которых работает в условиях высоких механических нагрузок на открытом воздухе.

Применение таких изоляторов в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов, например разъединителей, позволит увеличить их надежность.

Изобретение относится к электротехнике и касается опорных изоляционных конструкций для высоковольтных подстанций. Опорная стержневая изоляционная конструкция в виде, по крайней мере, одного элемента, содержащего несущий изоляционный монолитный стержень, защитную трекингстойкую оболочку и металлические оконцеватели, установленные на обоих концах упомянутого стержня. Согласно изобретению несущий изоляционный монолитный стержень, выполненный из двух изоляционных элементов, осевого и наружного, в виде оболочки на основе стеклоткани и полимерного связующего, сформированного на осевом элементе. При этом металлические оконцеватели представляют собой фланцы, закрепленные с регулируемой посадкой на концах стержня. Оконцеватель со стороны "земли", по крайней мере, вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения. Технический результат от использования изобретения состоит в том, что в данной опорной изоляционной конструкции достигаются высокая механическая прочность на изгиб и кручение, высокая электрическая прочность, уменьшенные габариты изоляционных конструкций, а также обеспечиваются строго определенная высота изоляционной конструкции и параллельность фланцев оконцевателей. Предлагаемая опорная изоляционная конструкция по механической прочности при изгибе имеет более чем десятикратный запас прочности и может найти применение в качестве опорной изоляции, например, высоковольтных аппаратов выключателей, разъединителей, шинных опор и др. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Опорная стержневая изоляционная конструкция в виде, по крайней мере, одного элемента, содержащего несущий изоляционный монолитный стержень, со стекловолокном, защитную трекингостойкую оболочку и металлические оконцеватели, установленные на обоих концах несущего изоляционного монолитного стержня, отличающийся тем, что несущий изоляционный монолитный стержень содержит осевой элемент и наружную оболочку из стеклоткани, пропитанную полимерным связующим, металлические оконцеватели представляют собой фланцы, закрепленные с регулируемой посадкой на концах несущего изоляционного монолитного стержня посредством стопоров, а оконцеватель со стороны "земли", по крайней мере, вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения. 2. Опорная стержневая изоляционная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что осевой элемент выполнен в виде прутка с продольным расположением стекловолокна. 3. Опорная стержневая изоляционная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что осевой элемент выполнен из стекловолокнита. 4. Опорная стержневая изоляционная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что осевой элемент выполнен из стеклотекстолита. 5. Опорная стержневая изоляционная конструкция по п.3 или 4, отличающаяся тем, что осевой элемент из стекловолокнита или стеклотекстолита предварительно получен методом прессования.