ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК H01B17/00 

Изобретение относится к электротехнике, точнее электроизолирующим конструкциям, и может быть использовано при изготовлении электрических изоляторов.

Известен электрический изолятор, содержащий керамический корпус с наружными кольцевыми выступами и внутренними кольцевыми углублениями (см. АС СССР 1686492, МКИ Н 01 В 17/14).

Недостатком этого электрического изолятора является его низкая механическая прочность, т.к. в его корпусе отсутствуют армирующие элементы.

Известен другой электрический изолятор, включающий центральный несущий элемент, выполненный в форме тела вращения, например стеклопластиковой трубы, и размещенную снаружи и/или внутри него оболочку с соответственно наружными и/или внутренними кольцевыми выступами, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим (см. АС СССР 855744, МКИ Н 01 В 17/00). Выступы оболочки у этого изолятора имеют асимметричный профиль.

Механическая прочность этого электрического изолятора выше, чем у ранее описанного, т.к. его оболочка армирована волокнистым материалом.

Недостаток данного электрического изолятора заключается в том, что его механическая и электрическая прочность являются все же недостаточно высокими.

Объясняется это низкой реализацией потенциально высоких характеристик армирующего однонаправленного волокнистого материала, вызванной наличием утяжин, складок и провисов его в полимерной оболочке, возникающих вследствие асимметричности профилей кольцевых выступов.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки такой конструкции электрического изолятора, которая позволила бы повысить его электрическую и механическую прочность.

Поставленная задача решается тем, что в электрическом изоляторе, включающем центральный несущий элемент, выполненный в форме тела вращения, например стеклопластиковой трубы, и размещенную снаружи и/или внутри него оболочку с соответственно наружными и/или внутренними кольцевыми выступами, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, в зоне каждой боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию, и/или в зоне каждой боковой поверхности внутреннего выступа, прилегающей к его вершине, по крайней мере один спирально-перекрестный слой однонаправленного волокнистого материала образует часть линейчатой поверхности вращения, например однополостного гиперболоида.

Кроме того, угол наклона прямолинейной образующей части поверхности однополостного гиперболоида вращения могут определять для наружных выступов по формуле (1):

где ψ_нар - угол наклона прямолинейной образующей;
- угол укладки волокнистого материала на вершине наружного выступа;
R_нар - окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в поперечном сечении, проходящем через вершину наружного выступа;
r_нар - минимальный окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в зоне боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию,
а для внутренних выступов по формуле (2):

где ψ_вн - угол наклона прямолинейной образующей;
- угол укладки волокнистого материала, соответствующий максимальному окружному радиусу поверхности, образованной слоем волокнистого материала, на переходном участке между соседними внутренними выступами;
R_вн - максимальный окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала, на переходном участке между соседними внутренними выступами;
r_вн - окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в поперечном сечении, проходящем через вершину внутреннего выступа.

Кроме того, оболочка может иметь на переходных участках между соседними выступами цилиндрические поверхности и может быть приклеена или приформована по ним к несущему элементу.

Кроме того, волокнистый материал может быть пропитан тем же полимерным связующим, на основе которого изготовлен несущий элемент, например эпоксидным связующим на основе циклоалифатической эпоксидной смолы.

Кроме того, выступы оболочки могут быть полыми и заполненными гетерогенным, например кольцевыми слоями однонаправленного стеклопластика, или гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной.

Кроме того, между оболочкой и несущим элементом может иметься радиальный зазор, заполненный гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной.

Кроме того, на наружной поверхности оболочки может быть размещено защитное покрытие из трекингостойкого материала, например кремнийорганической резины.

В известных технических решениях не обнаружено электрических изоляторов с указанной совокупностью признаков, это доказывает соответствие заявляемого электрического изолятора критерию изобретения "новизна".

Образование по крайней мере одним спирально-перекрестным слоем однонаправленного волокнистого материала в зоне каждой боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию, и/или в зоне каждой боковой поверхности внутреннего выступа, прилегающей к его вершине, части линейчатой поверхности вращения, например, однополостного гиперболоида обеспечивает распределение однонаправленного волокнистого материала в оболочке без значительных утяжин, складок и провисов. Это позволяет повысить сплошность и монолитность оболочки.

Определение угла наклона прямолинейной образующей части поверхности однополостного гиперболоида вращения, образованного по крайней мере одним спирально-перекрестным слоем однонаправленного волокнистого материала, по ранее приведенным формулам (1), (2) позволяет дополнительно уменьшить в оболочке величину и количество утяжин, складок и провисов однонаправленного волокнистого материала, т.е. еще больше повысить его монолитность и сплошность. Это достигается вследствие того, что в зонах отрицательной кривизны (каждой боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию, и в зоне каждой боковой поверхности внутреннего выступа, прилегающей к его вершине) пряди однонаправленного волокнистого материала уложены практически по прямолинейным образующим поверхности однополостного гиперболоида вращения.

Наличие у оболочки на переходных участках между соседними выступами цилиндрических поверхностей, по которым она приклеена или приформована к несущему элементу, позволяет повысить прочность и надежность соединения оболочки с несущим элементом.

Пропитка волокнистого материала таким же полимерным связующим, на основе которого изготовлен несущий элемент, например эпоксидным связующим на основе циклоалифатической эпоксидной смолы, обеспечивает однородность полимерной композиции оболочки и несущего элемента, что обеспечивает их надежное соединение, а также исключает необходимость применения специальных защитных покрытий.

Выполнение выступов оболочки полыми и заполненными гетерогенным, например кольцевыми слоями однонаправленного стеклопластика, или гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной, позволяет повысить свойства изолятора, в частности пробивное напряжение.

Наличие между оболочкой и несущим элементом радиального зазора, заполненного гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной, позволяет надежно защитить стеклопластиковый центральный несущий элемент от вредных атмосферных и других воздействий.

Размещение на наружной поверхности оболочки защитного покрытия из трекингостойкого материала, например кремнийорганической резины, позволяет надежно защитить оболочку от атмосферных и других воздействий.

Новый технический эффект заявляемого, электрического изолятора заключается в повышении его электрической и механической прочности.

Из известного уровня техники не выявлено влияние предписываемых предлагаемому изобретению преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Это доказывает соответствие предложенного электрического изолятора критерию изобретения "изобретательский уровень".

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи дается описание предлагаемого электрического изолятора.

На фиг. 1 изображен общий вид электрического изолятора с оболочкой, имеющей наружные кольцевые выступы;
на фиг.2 - общий вид электрического изолятора с оболочкой, имеющей внутренние кольцевые выступы;
на фиг. 3 - общий вид электрического изолятора с наружной и внутренней оболочками, имеющими соответственно наружные и внутренние кольцевые выступы.

Электрический изолятор включает центральный несущий элемент 1, выполненный в форме тела вращения, например стеклопластиковой трубы, и размещенную снаружи него оболочку 2, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя 3 однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, (на чертеже не изображены) с наружными кольцевыми выступами 4 (см. фиг.1) или размещенную внутри него оболочку 5, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя 3 однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, (на чертеже не изображены) с внутренними кольцевыми выступами 6 (см. фиг.2). На центральном несущем элементе 1 могут быть размещены и оболочка 2 с наружными кольцевыми выступами 4, и оболочка 5 с внутренними кольцевыми выступами 6 (см. фиг.3).

В зоне 7 каждой боковой поверхности наружного выступа 4, прилегающей к его основанию 8, и/или в зоне 9 внутреннего выступа 6, прилегающей к его вершине 10, по крайней мере один спирально-перекрестный слой 3 однонаправленного волокнистого материала образует часть 11 и/или 12 линейчатой поверхности вращения, например, однополостного гиперболоида (на чертеже не обозначенного) (см. фиг.1, 2 и 3).

Кроме того, угол ψ_нар (см. фиг.1) наклона прямолинейной образующей 13 части 11 поверхности однополостного гиперболоида вращения к оси вращения несущего элемента 1 можно определить по формуле (1), а угол ψ_вн (см. фиг.2) наклона прямолинейной образующей 14 части 12 поверхности однополостного гиперболоида вращения к оси вращения несущего элемента 1 можно определять по формуле (2).

Оболочка 2 и оболочка 5 могут иметь между соседними наружными выступами 4 и/или между соседними внутренними выступами 6 цилиндрические поверхности 15 и 16 соответственно и приклеены или приформованы по ним к несущему элементу 1 (см. фиг.3).

Волокнистый материал оболочки 2 и оболочки 5 может быть пропитан таким же полимерным связующим, что и несущий элемент 1, например эпоксидным связующим на основе циклоалифатической эпоксидной смолы, с приклейкой или приформовкой к нему, например, по цилиндрическим поверхностям 15, 16 (см. фиг. 3). Волокнистый материал оболочек 2, 5, изображенных на фиг.1, 2, может быть также пропитан таким же полимерным связующим, что и несущий элемент 1.

Выступы 4 и 6 оболочек 2 и 5 могут быть полыми и заполненными гомогенным 17 (см. фиг. 1), например кремнийорганической резиной, или гетерогенным 18 (см. фиг. 2) полимером, например кольцевыми слоями однонаправленного стеклопластика (на чертеже не обозначены).

Между оболочкой 2 (см. фиг.1) и несущим элементом 1 может быть радиальный зазор (на чертеже не обозначенный), заполненный гомогенным полимером 17, например кремнийорганической резиной.

На наружных поверхностях оболочек 2 и 5 (см. фиг.1, 2) может быть размещено защитное покрытие 19 из трекингостойкого материала, например кремнийорганической резины.

При работе электрический изолятор воспринимает помимо воздействия электрического поля значительные изгибающий и крутящий моменты, в том числе и режиме короткого замыкания, оболочка 2 и/или 5, работая совместно с несущим элементом 1, обеспечивает требуемую несущую способность под действием механических и термических нагрузок за счет повышения жесткости (момента инерции) стенок конструкции.

Изобретение относится к электротехнике, точнее к электроизолирующим конструкциям, и может быть использовано при изготовлении электрических изоляторов. Электрический изолятор включает центральный несущий элемент, выполненный в форме тела вращения, например стеклопластиковой трубы, и размещенную снаружи него оболочку, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, с наружными кольцевыми выступами или размещенную внутри него оболочку, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, с внутренними кольцевыми выступами. На центральном несущем элементе могут быть размещены и оболочка с наружными кольцевыми выступами, и оболочка с внутренними кольцевыми выступами. Технический результат заявляемого электрического изолятора заключается в повышении его электрической и механической прочности. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электрический изолятор, включающий центральный несущий элемент, выполненный в форме тела вращения, например, стеклопластиковой трубы, и размещенную снаружи и/или внутри него оболочку с соответственно наружными и/или внутренними кольцевыми выступами, выполненную в виде по крайней мере одного спирально-перекрестного слоя однонаправленного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, отличающийся тем, что в зоне каждой боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию, и/или в зоне каждой боковой поверхности внутреннего выступа, прилегающей к его вершине, по крайней мере один спирально-перекрестный слой однонаправленного волокнистого материала образует часть линейной поверхности вращения, например, однополостного гиперболоида. 2. Электрический изолятор по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона прямолинейной образующей части поверхности однополостного гиперболоида вращения определяют для наружных выступов по формуле

где ψ_нар - угол наклона прямолинейной образующей;
- угол укладки волокнистого материала на вершине наружного выступа;
R_нар - окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в поперечном сечении, проходящем через вершину наружного выступа;
r_нар - минимальный окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в зоне боковой поверхности наружного выступа, прилегающей к его основанию,
а для внутренних выступов - по формуле

где ψ_вн - угол наклона прямолинейной образующей;
- угол укладки волокнистого материала, соответствующий максимальному окружному радиусу поверхности, образованной слоем волокнистого материала, на переходном участке между соседними внутренними выступами;
R_вн - максимальный окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала, на переходном участке между соседними внутренними выступами;
r_вн - окружной радиус поверхности, образованной слоем волокнистого материала в поперечном сечении, проходящем через вершину внутреннего выступа. 3. Электрический изолятор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что оболочка имеет на переходных участках между соседними выступами цилиндрические поверхности и может быть приклеена или приформована по ним к несущему элементу. 4. Электрический изолятор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что волокнистый материал пропитан тем же полимерным связующим, на основе которого изготовлен несущий элемент, например, эпоксидным связующим на основе циклоалифатической эпоксидной смолы. 5. Электрический изолятор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что выступы оболочки выполнены полыми и заполненными гетерогенным, например кольцевыми слоями однонаправленного стеклопластика, или гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной. 6. Электрический изолятор по п. 5, отличающийся тем, что между оболочкой и несущим элементом имеется радиальный зазор, заполненный гомогенным полимером, например кремнийорганической резиной. 7. Электрический изолятор по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что на наружной поверхности оболочки размещено защитное покрытие из трекингостойкого материала, например кремнийорганической резины.