ВВОД ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H01B17/26 

Изобретение относится к электротехнике, а именно ко вводам различных аппаратов высокого напряжения, и к кабельной технике, ко вводам в комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией для кабелей с изоляцией из вулканизированного полиэтилена на напряжение 110 кВ и выше.

Большинство известных вводов конденсаторного типа содержат, как правило, фарфоровые изоляторы, имеющие большую массу, высокую трудоемкость изготовления и соответственно высокую стоимость. Существенным недостатком фарфоровых изоляторов является их хрупкость [Патент США 3875327. Проходной изолятор. Westinghouse Electric Co. Jerry L. Hildenbrand].

Конденсаторные вводы имеют высокую трудоемкость изготовления и необходимость контроля герметичности конструкции в эксплуатации.

Известна конструкция ввода высокого напряжения [Патент США 3318995. Литой проходной изолятор с контролируемыми и экранируемыми усадочными раковинами. Westinghouse Electric Co., Richard D. Buckley, Anthony J. Palumbo], содержащая изоляцию из эпоксидного компаунда с расположенным в центральной части токоведущим стержнем.

Между токоведущим стержнем и литой эпоксидной изоляцией находится полость, образованная за счет усадки эпоксидного компаунда при изготовлении. Полость частично заполнена покрытием из электропроводящей резины соединенным с эпоксидной изоляцией.

Конструкция ввода содержит также опорную втулку, представляющую собой металлический цилиндр с опорным фланцем. Между внутренней поверхностью цилиндра и эпоксидной изоляцией также имеется цилиндрическая полость, в которой имеется трубчатый элемент из электропроводящей резины, соединенный с поверхностью эпоксидной изоляции. Верхний и нижний концы трубчатого резинового элемента соединены с верхней и нижней частями опорной втулки соответственно и имеют потенциал земли.

Верхняя и нижняя торцевые части покрытия из электропроводящей резины, находящегося около токоведущего стержня, соединены с токоведущим стержнем и имеют его потенциал.

Конструкция не имеет фарфорового изолятора, изоляционных жидкостей. Процесс изготовления и сборки этой конструкции существенно упрощен с одновременным снижением материалоемкости.

Эта конструкция является наиболее близким техническим решением к заявляемому.

Конструкция имеет следующие недостатки. Покрытие из электропроводящей резины, примыкающее к токоведущему стержню, имеет осевую длину в два раза меньшую, чем длина токоведущего стержня. Это приводит к необходимости выполнения закруглений кромок торцевых частей этого покрытия, так как эти кромки находятся под воздействием сильных электрических полей. Несмотря на выполнение этого конструктивного мероприятия, около этих закруглений в электрическом поле возникают значительно более высокие значения напряжений электрического поля, по сравнению с простой цилиндрической поверхностью. При циклических температурных воздействиях граница раздела между покрытием и эпоксидной изоляцией находится под воздействием термодинамических напряжений за счет разных коэффициентов теплового расширения покрытия и эпоксидной изоляции. В связи с этим, несмотря на наличие между токоведущим стержнем и покрытием компенсирующей полости, образованной за счет усадки эпоксидной изоляции при литье и дающей возможность покрытию и изоляции свободно расширяться, на указанной границе раздела могут возникнуть расслоения, в которых обязательно будут происходить разряды в эксплуатации.

Особенно велика вероятность возникновения разрядов в зонах закругления торцевых частей покрытия, где имеются, как было отмечено выше, повышенные значения напряженностей электрического поля. Аналогичные недостатки присущи границе раздела между эпоксидной изоляцией и трубчатым элементом из электропроводящей резины, находящимся около опорной втулки. Кроме того, в конструкции не предусмотрено одновременное наличие покрытия и трубчатого элемента из электропроводящей резины. Сопротивление материалов этих элементов в прототипе очень высокое - 2•10³-100•10³ Ом•см. Два этих фактора делают невозможным применение такой конструкции на напряжение 110 кВ и выше. Используемые в прототипе эпоксидные смолы с наполнителями имеют высокие значения диэлектрических проницаемостей, что также затрудняет их использование в качестве основной изоляции на высокие напряжения.

Задача изобретения состоит в создании конструкции ввода высокого напряжения с повышенными электрическими характеристиками, уменьшенной материалоемкостью, отсутствием изоляционных жидкостей, требующих контроля герметичности в эксплуатации с одновременным упрощением технологии его изготовления и сборки.

Технический результат достигается тем, что ввод высокого напряжения, содержащий токоведущий стержень, изоляцию, имеющую на внутренней поверхности покрытие из электропроводящей резины, трубчатый элемент из электропроводящей резины и опорную втулку, дополнительно содержит верхний и нижний экраны, расположенные на торцах ввода, защитную эпоксидную деталь, выполненную в виде цилиндра или конуса, охватывающего нижнюю часть ввода, изоляция выполнена из изоляционной кремнийорганической резины, покрытие нанесено на всю внутреннюю поверхность изоляции и выполнено из электропроводящей кремнийорганической резины с ρ_v 1÷-5 Ом•см, трубчатый элемент выполнен из электропроводящей резины с ρ_v 10÷40 Ом•см и напрессован на внутреннюю цилиндрическую поверхность опорной втулки, причем покрытие, изоляция, трубчатый элемент и опорная втулка выполнены в виде монолита.

По одному из вариантов выполнения технического решения, защитная деталь выполнена из стеклоэпоксидных материалов, по другому варианту - из эпоксидных материалов с наполнителями.

Кроме того, углы конусностей внешней и внутренней поверхностей защитной детали составляют 20÷60^o соответственно.

В предлагаемой конструкции предусматривается одновременное наличие покрытия из электропроводящей резины около опорной втулки. При этом коэффициенты температурных расширений электропроводящих и изоляционных резин одинаковы, что позволяет избежать расслоения между электропроводящими и изоляционными частями ввода при циклических температурных воздействиях. Изоляция из кремнийорганических резин, в отличие от эпоксидных компаундов, используемых в прототипе, не имеет минеральных наполнителей, поэтому обладает высокими электрическими характеристиками, гибкостью, устойчивостью к тепловому старению.

Перечисленные выше преимущества позволяют применить предлагаемую конструкцию на высокие напряжения. Покрытие из электропроводящей резины, примыкающее к токоведущему стержню имеет ρ_v 1÷5 Ом•см и толщину 0,1÷1 мм.

Опорная втулка предлагаемой конструкции имеет напрессованный на ее внутреннюю цилиндрическую поверхность трубчатый элемент из электропроводящей кремнийорганической резины с ρ_v 10÷40 Ом•см и толщиной 5-10 мм в зависимости от габаритов конструкции. Торцевые участки напрессованного элемента имеют закругления с радиусами от 2 до 10 мм в зависимости от напряжения. Элемент имеет хорошую адгезию к опорной втулке, обусловленную уровнем современных технологий переработки и свойств используемых материалов.

Для защиты нижней части изоляции ввода от воздействия изоляционного масла аппарата, в котором используется ввод, в предлагаемой конструкции предполагается использование эпоксидных защитных деталей. Согласно одному из вариантов технологического решения защитная деталь для вводов на напряжения до 110 кВ представляет собой стеклоэпоксидный цилиндр толщиной 3÷5 мм или толщиной 5÷10 мм конус для вводов на напряжения 110 кВ и выше, которые с помощью изоляционной смазки напрессовываются на нижнюю часть изоляции ввода. Угол конусностей внешней и внутренней поверхностей конуса составляет 30÷40^o соответственно.

Согласно другому варианту предусматривается вместо указанного выше стеклоэпоксидного цилиндра использовать на напряжение 110 кВ и выше конус из эпоксидной смолы с наполнителем, повышающим ее механическую прочность.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид конструкции ввода до 110 кВ, на фиг.2 - общий вид конструкции предлагаемого ввода на напряжение 110 кВ и выше.

Как показано на фиг.1, предлагаемая конструкция ввода содержит верхний экран 1, токоведущий стержень 2, изоляцию 3, покрытие 4 из электропроводящей резины, примыкающий к токоведущему стержню трубчатый элемент 5, выполненный из электропроводящей резины и примыкающий к опорной втулке 6, защитная стеклоэпоксидная деталь 7 в виде цилиндра, нижний экран 8.

На фиг.2 представлена конструкция ввода на напряжение 110 кВ и выше, содержащая те же конструктивные элементы, что и фиг.1, за исключением стеклоэпоксидного цилиндра 7. В данном случае используется эпоксидный конус.

Процесс изготовления предлагаемого ввода состоит из четырех этапов: напрессовки на опорную втулку 6 трубчатого элемента 5 из электропроводящей резины, литья изоляции 3, нанесения на внутреннюю поверхность изоляции 3 покрытия 4 из электропроводящей резины и сборки токоведущего стержня 2, экранов 1 и 8, эпоксидной защитной детали 7.

По сравнению с технологией изготовления вводов конденсаторного типа, включая режимы изготовления изоляции, фарфоровых изоляторов, сборку и т.д. время изготовления предлагаемой конструкции ввода снижено, как минимум, в 5÷6 раз.

Материалоемкость предлагаемой конструкции снижена в 2 раза - для вводов до 110 кВ, в 3 раза - для вводов 110 кВ и выше.

Использование: конструкции вводов различных аппаратов высокого напряжения, конструкции кабельных вводов в комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией, в трансформаторы. Сущность изобретения: ввод содержит токоведущий стержень, изоляцию, имеющую на внутренней поверхности покрытие из электропроводящей резины с ρ_v 1÷5 Ом•см, трубчатый элемент из электропроводящей резины с удельным объемным электрическим сопротивлением ρ_v 10÷40 Ом•см, опорную втулку, верхний и нижний экраны, защитную эпоксидную деталь. Защитная эпоксидная деталь согласно первому варианту выполнена в виде цилиндра, согласно второму - в виде конуса с углами конусностей внешней и внутренней поверхностей 25÷40^o и 30÷50^o соответственно. Изоляция выполнена из изоляционной кремнийорганической резины. Защитная деталь выполнена из стеклоэпоксидных или эпоксидных материалов с наполнителями. Изобретение направлено на повышение электрических параметров и упрощение изготовления. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Ввод высокого напряжения, содержащий токоведущий стержень, изоляцию, имеющую на внутренней поверхности покрытие из электропроводящей резины, трубчатый элемент из электропроводящей резины и опорную втулку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит верхний и нижний экраны, расположенные на торцах ввода, защитную эпоксидную деталь, выполненную в виде цилиндра или конуса, охватывающую нижнюю часть ввода, изоляция выполнена из изоляционной кремнийорганической резины, покрытие нанесено на всю внутреннюю поверхность изоляции и выполнено из электропроводящей кремнийорганической резины с ρ_v 1÷5 Ом•см, трубчатый элемент выполнен из электропроводящей резины с ρ_v 10÷40 Ом•см, где ρ_v - удельное объемное электрическое сопротивление, и напрессован на внутреннюю цилиндрическую поверхность опорной втулки, причем покрытие, изоляция, трубчатый элемент и опорная втулка выполнены в виде монолита. 2. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что защитная эпоксидная деталь выполнена из стеклоэпоксидных или эпоксидных материалов с наполнителями. 3. Ввод по п. 2, отличающийся тем, что углы конусностей внешней и внутренней поверхностей защитной эпоксидной детали, выполненной в виде конуса, составляет 25÷40^o и 30÷50^o соответственно.