ШТЫРЕВОЙ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР С ОКОНЦЕВАТЕЛЕМ Российский патент 2008 года по МПК H01B17/20 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике, а более конкретно к линейным штыревым высоковольтным изоляторам, предназначенным для изолированного крепления проводов к металлическим, железобетонным и деревянным опорам на воздушных линиях электропередачи и распределительных устройствах станций и подстанций на напряжение до 35 кВ переменного тока промышленной частоты 50 Гц.

Предшествующий уровень техники

Известен штыревой изолятор, содержащий электроизоляционное тело с ребрами, гнездом для крепления изолятора, содержащим винтовую резьбу с кольцевой канавкой для боковой вязки провода на поверхности верхней юбки, выполненного из фарфора (Стандарт Германии DIN 48004-1969. Изоляторы фарфоровые штыревые с внутренней заделкой арматуры на номинальные напряжения от 10 до 30 KB для силовых воздушных линий электропередачи. Insulators for overhead power lines; pin type insulators St, rated voltages 10 to 30 kV). Изолятор этой конструкции широко применяется в электроэнергетике, но имеет ряд недостатков. Изолятор характеризуется большой массой (фарфора), так как он должен иметь прочность на изгиб не менее 13 кН. Изгибающие нагрузки прикладываются к месту боковой вязки провода и через изолятор действуют на металлический штырь, к которому крепится изолятор. Изоляторы крепятся на штырь через полиэтиленовый колпачок для компенсации разных температурных расширений фарфора и металла. Обычно верхний край гнезда для крепления штыря находится ниже боковой канавки для крепления провода. В этом случае внутри изолятора возникают при натяжении проводов изгибающие нагрузки, тем большие, чем больше плечо между направляющими приложенных сил натяжения провода и реакции металлического штыря. С целью увеличения прочности фарфоровое тело изолятора делают более толстым, однако с увеличением толщины фарфора увеличивается вероятность микротрещин и уменьшается напряжение пробоя изолятора. Фарфор изолятора при воздействии электрического напряжения достаточно быстро теряет свои свойства и старится. Кроме этого стекловидная глазурь фарфорового изолятора при смачивании под дождем достаточно сильно проводит электрический ток, а также сильно загрязняется. Недостатками этого изолятора также являются сложность и энергоемкость изготовления, необходимость применения промежуточных изделий (полиэтиленовых колпачков) для крепления изолятора к несущему штырю, хрупкость изолятора, большие габариты, низкие электротехнические и механические свойства. Этих недостатков лишена кремнийорганическая резина, однако она не обладает механической прочностью.

Известен изолятор (US 5945636 Aug. 31.1999), содержащий изоляционное тело с юбками, гнездом для крепления изолятора, содержащим винтовую резьбу с канавкой для боковой вязки провода, выполненного из диэлектрического полимерного материала и покрытого кремнийорганической оболочкой. Кремнийорганическая резина в качестве внешней оболочки является лучшим материалом для изоляторов, эксплуатирующихся на открытом воздухе, так как она обладает стойкостью к ультрафиолету, трекингу, эрозии, воздействию атмосферы и загрязнений, а также обладает гидрофобными и грязеотталкивающими свойствами. Эти качества кремнийорганической резины используются в изоляторе для защиты диэлектрического полимерного твердого тела, несущего механическую нагрузку, от внешних воздействий. Прочные полимерные материалы, в том числе примененные в указанном изоляторе, не обладают стойкостью к неблагоприятным атмосферным и другим воздействиям, к действию которых кремнийорганическая резина проявляет стойкость. Можно выявить противоречие: резина устойчива к воздействию атмосферы и тока, но не имеет механической прочности, твердые полимеры имеют механическую прочность, но не имеют стойкость к трекингу, эрозии, ультрафиолету и т.д.

Недостатком этого изолятора также является большой расход дорогостоящего полимерного материала, так как необходимо обеспечить высокие механические свойства изолятора, сложность изготовления, необходимость применения промежуточных изделий для крепления изолятора к несущему штырю линии электропередачи, большие габариты и как следствие высокая стоимость изолятора. Необходимость изготовления прочного изолятора требует присутствия в конструкции прочного твердого материала, и в то же время твердый материал тела изолятора требует применения для крепления изоляторов на штырь промежуточных изделий. Это в свою очередь увеличивает диаметр тела изолятора и снижает электрические характеристики самого изолятора. Идеальным электроизоляционным материалом является кремнийорганическая резина, но она не может нести изгибающих нагрузок, воздействующих на изолятор.

Указанные противоречия решаются в предлагаемом изоляторе.

Цели изобретения

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности изоляторов, упрощение конструкции, упрощение монтажа и снижение стоимости изготовления изолятора.

Описание и пример реализации

Конструкция изолятора позволяет использовать кремнийорганическую резину не только как защитную оболочку, но и выполнить из нее несущее тело изолятора. Изолятор содержит металлический оконцеватель для крепления изолятора на штыре траверсы и электроизоляционное тело, выполненное из кремнийорганической резины. В отличие от прототипа, где кремнийорганическая резина выполняет только функцию по защите электроизоляционного полимерного тела изолятора от действия токов утечки по поверхности, атмосферных воздействий, влаги, электрической дуги, в предлагаемой конструкции кремнийорганическая резина сама используется в качестве тела изолятора. Механическую нагрузку несет металлический штырь траверсы через оконцеватель. Оконцеватель может быть также металлическим. Оконцеватель может быть выполнен в виде втулки с хомутом, которая надевается на металлический штырь траверсы, или втулки с внутренней резьбой для накручивания на штырь траверсы, содержащей наружную резьбу.

Нагрузки на изолятор вбок и вниз несет металлический штырь траверсы линии электропередачи через оконцеватель. Резина изолятора испытывает только усилия, направленные на сжатие, которое она передает на оконцеватель, а тот в свою очередь на штырь траверсы.

Оконцеватель предпочтительно выполнять из металла. В этом случае гарантируется, что место для бокового крепления провода будет ниже верхнего края оконцевателя и боковое усилие от натянутого провода будет передаваться на металлический оконцеватель, а от него на штырь траверсы. Оконцеватель из металла устраняет возможность ошибки при монтаже изолятора, исключает возможность неправильной работы изолятора при неполном надевании на штырь траверсы. Если оконцеватель будет не металлическим и изолятор будет надет на штырь траверсы не до конца, место крепления провода окажется выше верхнего края штыря траверсы, возникнет изгибающее усилие, способное сломать изолятор с оконцевателем из непрочного материала.

Однако возможно применение в качестве оконцевателя не металлической трубки, а трубки или втулки, выполненной из стеклопластиковой трубки или любого другого полимера. К оконцевателю в конструкции этого изолятора не предъявляется никаких особых требований, его основная функция - осуществить крепление изоляционного тела из кремнийорганической резины к металлическому штырю траверсы. Если оконцеватель сам не обладает прочностными свойствами, это может только привести к неправильным распределениям нагрузок при неправильном монтаже изолятора, когда изолятор не полностью надет на штырь и место крепления провода на изоляционной детали находится выше верхнего края штыря траверсы.

Для изготовления оконцевателя возможно применение термоусаживаемого материала. Изоляционное тело из кремнийорганической резины при изготовлении изолятора на заводе формируют на втулке из термоусаживаемого материала, например из радиационно-сшитого полиэтилена. При этом кремнийорганическая резина должна находиться на оконцевателе из такого материала в растянутом состоянии. Изолятор в этом случае имеет оконцеватель немного большего внутреннего диаметра, нежели штырь траверсы опоры. Во время монтажа изолятор надевается оконцевателем на штырь до упора и нагревается. Оконцеватель под действием внешней температуры уменьшается в диаметре и прочно фиксируется на штыре траверсы. Вместе с оконцевателем прочно фиксируется на штыре весь изолятор. Крепление провода к изолятору далее производится обычным способом.

Реализация изобретения

На предприятии заявителем были изготовлены образцы изоляторов с металлическими оконцевателями и изоляционным телом из кремнийорганической резины. Изготовленные и испытанные образцы показали достаточную для нормальной эксплуатации прочность крепления изолятора с проводом на штыре траверсы. При разных способах крепления провода на верхней и боковой кольцевой канавке разрушающие нагрузки вниз и вбок превосходили аналогичные показатели у сравниваемых традиционных изоляторов. При этом величина разрушающей боковой нагрузки определялась не прочностью изолятора, а прочностью металлического штыря траверсы, на котором он смонтирован. Нагрузка, направленная вверх, которая может возникнуть при сбросе обледенения проводов, также превосходила аналоги. Тело изолятора стало возможным уменьшить в диаметре почти до диаметра штыря траверсы линии электропередачи и значительно сократить расход кремнийорганической резины. При уменьшении диаметра изолятора значительно увеличились электрические показатели изолятора. Как показали испытания образцов, на 30% возросло напряжение до перекрытия электрической дугой при загрязнении и увлажнении, на 25% возросло напряжение, выдерживаемое изолятором в сухом состоянии.

Типы испытаний, которые выдержали предлагаемые изоляторы.

1. Испытания на термостойкость: количество циклов разного нагревания и охлаждения 3, время выдержки при нагревании, охлаждении 15 мин, перепад температур горячей и холодной воды 90 градусов, время испытания воздействием непрерывного потока искр 1 мин.

2. Испытание разрушающей механической силой при изгибе: нормированная механическая разрушающая сила 17-19 кН, при этом согнулся штырь траверсы.

3. Испытание пробивным напряжением: нормированная величина удельного объемного электрического сопротивления изоляционной среды (1-5) 107 Ом/м, фактическая величина пробивного напряжения 170-200 кВ (изоляторы не пробились).

4. Испытание выдерживаемым напряжением частотой 50 Гц в сухом состоянии и под дождем:

выдерживаемое напряжение частотой 50 Гц/ кВ;

в сухом состоянии 74-76.

под дождем 52-56;

атмосферные условия при испытании:

Р = 1,014·105 Па, t = 20,2°.

загрязненность = 9,5 г/м².

Изоляторы также выдерживали испытания импульсным напряжением с крутым фронтом волны.

Термическая стойкость изолятора ограничена только термической стойкостью кремнийорганической резины и металла оконцевателя и может составлять до 350 градусов. Такая термическая стойкость не свойственна ни одному известному фарфоровому или стеклянному изолятору. Упругие свойства изолятора и отсутствие хрупких деталей позволяют транспортировать изоляторы без боя. Отсутствие фарфоровой детали исключает вандализм в отношении изоляторов и снижает риск расстрела изоляторов из оружия. Уменьшение веса изолятора дает экономию на транспортных расходах.

Конструкция изолятора и способ его крепления на штырь поясняются чертежами.

На всех чертежах следующие обозначения:

1 - электроизоляционное тело из кремнийорганической резины

2 - оконцеватель для крепления к штырю траверсы

3 - место для крепления провода

4 - ребра изолятора из кремнийорганической резины

5 - оконцеватель, выполненный в виде втулки с внутренней резьбой

6 - оконцеватель, выполненный в виде термоусаживающейся втулки

Провод на всех чертежах условно не показан. Провод закрепляется любым традиционным способом на верхней или боковой канавке изоляционного тела.

Фиг.1 - вид штыревого изолятора, содержащего электроизоляционное тело (1) с ребрами (4), местом крепления провода (3) и оконцевателем (2), выполненным в виде металлической трубки для плотной посадки на штырь траверсы.

Фиг.2 - вид штыревого изолятора, содержащего электроизоляционное тело (1) с ребрами (4), местом крепления провода (3) и оконцевателем (5), выполненным в виде металлической втулки с внутренней резьбой для накручивания на металлический штырь траверсы.

Фиг.3 - вид штыревого изолятора, содержащего электроизоляционное тело (1) с ребрами (4), местом крепления провода (3) и оконцевателем (6), выполненным в виде термоусаживающейся втулки.

Изобретение относится к электротехнике. В частности, к высоковольтным штыревым полимерным изоляторам воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), рассчитанным на напряжение преимущественно 6-35 кВ. Штыревой изолятор содержит электроизоляционное тело с ребрами и местом для крепления провода. Электроизоляционное тело выполнено из кремнийорганической резины, и оконцеватель для крепления на штыре траверсы. Оконцеватель может быть выполнен в виде термоусаживаемой втулки. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности, упрощение конструкции, упрощение монтажа и снижение стоимости изготовления изолятора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Изолятор, содержащий электроизоляционное тело с ребрами и местом для крепления провода, отличающийся тем, что электроизоляционное тело выполнено из кремнийорганической резины и дополнительно содержит оконцеватель для крепления на штыре траверсы.2. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что оконцеватель выполнен в виде термоусаживаемой втулки.