ОПОРНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2009 года по МПК H01B17/14 

Изобретение относится к областям электротехники и электроэнергетики, например к опорным композитным (полимерным) изоляторам для высоковольтных подстанций и воздушных линий электропередачи.

Известен опорный полимерный изолятор, содержащий торцевые части с металлической арматурой, соединенные между собой изоляционным корпусом, при этом металлическая арматура выполнена в виде крепежных деталей, установленных на торцевых частях изолятора, по периметру каждой из которых выполнены изоляционные выступы [1].

Однако этот опорный полимерный изолятор имеет существенные недостатки:

- высокий расход материалов на изоляционный корпус (корпус выполнен в виде сплошного изоляционного тела) для обеспечения необходимой прочности изолятора при действии изгибающих нагрузок, а также нагрузок на кручение, сжатие и растяжение;

- все виды воздействующих механических нагрузок приложены к концевым участкам изоляционного корпуса, и, следовательно, прочность изолятора во многом будет определяться прочностью заделки металлической арматуры. Например, воздействующий на изолятор изгибающий момент фактически определяется изгибающей силой, а плечо ее воздействия практически равно строительной высоте изолятора. В результате при воздействии изгибающих нагрузок внешняя сторона корпуса изолятора (противоположная направлению действия изгибающего усилия) будет работать на растяжение, а внутренняя, соответственно, на сжатие. В этих условиях достижение требуемой прочности изолятора на изгиб обеспечивается, как правило, за счет большой площади сечения корпуса (тела вращения), что приводит в конечном результате к увеличению массы (веса) изолятора.

Известен также опорный изолятор, содержащий полый корпус из изоляционного материала с перегородками, разделяющими внутреннюю полость на три отсека, установленные по торцам корпуса металлические фланцы и крайние отсеки, заполненные расширяющимся при полимеризации электроизоляционным пеногерметиком, например силпеном [2].

В данном изоляторе сделана попытка уменьшить массу (вес) за счет замены сплошного (монолитного) тела полым цилиндром при сохранении его прочностных характеристик. Тем не менее, эта цель достигнута не в полной мере, поскольку в изоляторе остаются металлические фланцы, которые составляют основную весовую часть изолятора и требуют установки изоляционных перегородок и заполнения полостей пеногерметиками для обеспечения герметичности изолятора, что усложняет конструкцию изолятора и технологию его изготовления.

Заявителем решалась задача разработки опорного композитного (полимерного) изолятора с небольшой массой, но с высокими прочностными электрическими характеристиками, обеспечивающего снижение материалоемкости, трудоемкости при изготовлении и повышение надежности работы изолятора в неблагоприятных атмосферных условиях за счет отказа от металлических фланцев, замены сплошных (монолитных) тел и трубных конструкций с перегородками и наполнителями на пустотелые конструкции с вертикальными ребрами жесткости и переноса точки крепления изолятора из его нижней части в верхнюю. Совокупность существенных конструктивных признаков предлагаемого опорного композитного изолятора, обеспечивающего вышеотмеченный положительный технический результат, приведена в следующей формуле изобретения: «опорный изолятор, выполненный в виде пространственной конструкции из изоляционного литьевого композитного материала, содержащий полый корпус в форме геометрической фигуры с открытой нижней частью и верхней утолщенной частью, имеющей, по крайней мере, одно резьбовое отверстие для крепления токоведущих элементов, центральный стержень с внутренним продольным отверстием с резьбой под крепежный болт, выполненной в верхней части отверстия стержня на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора, при этом между центральным стержнем и корпусом выполнено не менее четырех ориентированных радиально вертикальных ребер жесткости, проходящих по всей высоте изолятора от его основания до верхней утолщенной части; корпус выполнен в форме полого усеченного конуса; корпус выполнен в форме полого цилиндра; корпус выполнен в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные размеры; корпус выполнен в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора переменные размеры; в качестве изоляционного литьевого композитного материала корпуса выбран стеклонаполненный полиамид; на внешней боковой поверхности корпуса посредством вулканизации отформована защитная ребристая оболочка из кремнийорганической композиции; внутренняя полость корпуса снизу закрыта крышкой из кремнийорганической композиции; внутренняя полость корпуса заполнена изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности; по меньшей мере, одно ребро жесткости имеет в нижней части выступы-утолщения с резьбовыми отверстиями для дополнительного крепления изолятора к несущей конструкции».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен главный вид с разрезом по вертикальной плоскости опорного композитного изолятора, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Заявляемый опорный композитный (полимерный) изолятор представляет собой пространственную конструкцию, отлитую из изоляционного литьевого композитного материала, например, стеклонаполненного полиамида. Она изготовлена в виде полого корпуса 1, выполненного, например, в форме усеченного конуса, цилиндра или в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные либо переменные размеры. Нижняя часть 2 корпуса 1 открыта, а верхняя утолщенная часть 3 имеет резьбовые отверстия 4, предназначенные для обеспечения крепления присоединяемых к изолятору токоведущих элементов (не показаны). Во внутренней полости корпуса 1 изолятора проходит центральный стержень 5 с внутренним продольным резьбовым отверстием 6 под крепежный болт 7. Резьба выполняется в верхней части 3 стержня 6 на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора.

Между центральным стержнем 6 и корпусом 1 выполнены вертикальные ребра жесткости 8, ориентированные радиально, проходящие на всю высоту изолятора от его нижней части 2 до верхней части 3 и образующие крестообразную (звездообразную) фигуру в поперечном сечении изолятора, соответственно, при условии, что их количество не менее четырех. На ребрах жесткости 8 могут быть предусмотрены вертикальные выступы-утолщения 9, имеющие резьбовые отверстия 10, которые предназначены для дополнительного крепления изолятора к несущим конструкциям. Для предотвращения загрязнения и увлажнения изолятора внутреннее пространство между центральным стержнем 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 может заполняться изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности. На внешней боковой поверхности корпуса 1 посредством вулканизации может быть также отформована защитная ребристая оболочка 11 из кремнийорганической (силиконовой) композиции. Снизу корпус 1 изолятора может быть закрыт крышкой (не показана) также для предотвращения загрязнения и увлажнения внутренней поверхности корпуса 1.

Изобретение работает следующим образом.

Воздействующие на изолятор механические нагрузки воспринимаются изоляционным телом (корпусом 1) изолятора, представляющим собой полый усеченный конус (или цилиндр), закрытый сверху и усиленный вертикальными ребрами жесткости 8 и центральным стержнем 5. При воздействии сил на сжатие и растяжение прочность изоляционного тела 1 определяется площадью его поперечного сечения и прочностью материала. Но для опорных изоляторов определяющей является их способность противостоять изгибающим моментам, а момент инерции изоляционного тела зависит не только от площади его сечения, но и от конфигурации изоляционного тела. Известно, что кольцевое сечение тела имеет момент инерции, в несколько раз больший, чем момент круга при их одинаковой площади. Установка вертикальных ребер жесткости 8 многократно увеличивает момент и эффективность использования материала. Изгибающий момент определяется величиной силы, приложенной к верхней части 3 корпуса 1 изолятора и расстоянием (плечом) от точки приложения силы до точки крепления, поэтому перенос точки крепления на высоту не менее 0,5 строительной высоты изолятора приводит к уменьшению воздействующей нагрузки. Центральный крепежный болт 7 создает предварительное напряжение сжатия в корпусе 1 и ребрах жесткости 8 изолятора, способствующее повышению его устойчивости при воздействии растягивающих усилий, возникающих на внешней (относительно направления действия силы) части изолятора. Дополнительное крепление изолятора, осуществляемое винтами в резьбовых отверстиях 10 выступов-утолщений 9 ребер жесткости 8, предусматривается только для изоляторов, подвергающихся воздействию крутящих моментов.

Изготовление изолятора производится литьевым способом на термопластавтоматах в один прием и не требует сборочных операций, за исключением вулканизации защитной оболочки 11 для изоляторов, предназначенных для эксплуатации в наружных условиях при загрязнениях и увлажнениях.

Внедрение в практику электросетевого строительства предлагаемых изоляторов позволит обеспечить существенную экономию материальных и производственных затрат при одновременном сохранении их прочностных и эксплуатационных характеристик.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации «Опорный полимерный изолятор» №2130660, класс H01B 17/14, 17/02, приоритет 26.07.96 г., опубликовано 20.05.99 г. Бюллетень №14.

2. Описание изобретения к авторскому свидетельству «Опорный изолятор» №819824, класс H01B 17/14, приоритет 03.04.79 г., опубликовано 07.04.81 г. Бюллетень №13.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к опорным полимерным изоляторам для электроподстанций и воздушных линий электропередачи. Изолятор состоит из полого изоляционного корпуса (1), выполненного в виде конуса, цилиндра с центральным стержнем (5), имеющим резьбовое отверстие (6) под крепежный болт (7). Резьба выполняется только на верхней части стержня (5) на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора. По всей высоте внутренней полости корпуса (1) изолятора от нижней части (2) до верхней части (3) проходят ребра жесткости (8). На ребрах жесткости (8) могут быть выполнены выступы-утолщения для дополнительного крепления изолятора к несущим конструкциям. Внутренняя полость корпуса (1) может быть заполнена пенообразующим материалом низкой плотности, на наружной боковой поверхности корпуса отформована защитная ребристая оболочка (11) из кремнийорганической композиции, а снизу изолятор закрыт крышкой в тех случаях, когда изолятор работает в сильно загрязненных и увлажненных условиях. Предложенная конструкция изолятора характеризуется низкой материалоемкостью (небольшим весом), одновременно хорошими прочностными характеристиками, а также простотой его технологического процесса изготовления. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Опорный изолятор, выполненный в виде пространственной конструкции из изоляционного литьевого композитного материала, содержащий полый корпус с открытой нижней частью и верхней утолщенной частью, имеющей, по крайней мере, одно резьбовое отверстие для крепления токоведущих элементов, центральный стержень с внутренним продольным отверстием с резьбой под крепежный болт, выполненной в верхней части отверстия стержня на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора, при этом между центральным стержнем и корпусом выполнено не менее четырех ориентированных радиально вертикальных ребер жесткости, проходящих по всей высоте изолятора от его основания до верхней утолщенной части.

2. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен в форме полого усеченного конуса.

3. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен в форме цилиндра.

4. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные размеры.

5. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора переменные размеры.

6. Изолятор по п.1, в котором в качестве изоляционного литьевого композитного материала корпуса выбран стеклонаполненный полиамид.

7. Изолятор по п.1, в котором на внешней боковой поверхности корпуса посредством вулканизации отформована защитная ребристая оболочка из кремнийорганической композиции.

8. Изолятор по п.1, в котором внутренняя полость корпуса снизу закрыта крышкой из кремнийорганической композиции.

9. Изолятор по п.1, в котором внутренняя полость корпуса заполнена изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности.

10. Изолятор по п.1, в котором, по меньшей мере, одно ребро жесткости имеет в нижней части выступы-утолщения с резьбовыми отверстиями для дополнительного крепления изолятора к несущей конструкции.