ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПОДВЕСНОЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2013 года по МПК H01B17/02 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к основным элементам электрического оборудования, в частности к электрическим изоляторам воздушных линий электропередачи, и является устройством высоковольтного подвесного изолятора.

Известны линейные подвесные тарельчатые изоляторы ПС120Б, ПС160В, ПС210В (ГОСТ 27661-88), которые содержат шапку, стержень и изоляционную деталь, состоящую из головки и тарелки с кольцевыми ребрами на внутренней поверхности.

Недостатком этих изоляторов являются низкие аэродинамические характеристики, обусловленные конфигурацией изоляционной детали и соотношением вышеуказанных размерных параметров. Кроме того, эти изоляторы плохо самоочищаются под действием ветра и дождя от загрязнений и требуют частой чистки.

Известен высоковольтный подвесной изолятор, выбранный как аналог, который содержит шапку, стержень и изоляционную деталь, состоящую из головки и гладкой тарелки, выполненной в виде сегмента сферы [A.C. СССР №851499, МКВ³ H01B 17/02. Опубл. 30.07.1981, Бюл. №28].

Недостатком этого изолятора являются низкие аэродинамические характеристики, обусловленные конфигурацией изоляционной детали и соотношением размерных параметров. Такой изолятор эффективен при его эксплуатации в районах с незначительными загрязнениями. В районах с интенсивными загрязнениями поверхность изоляционной детали, особенно ее развитая внутренняя полость, сильно загрязняется. Вследствие этого изолятор плохо самоочищается под действием ветра и дождя от загрязнений и требует частой (периодической) чистки.

Как наиболее близкий аналог выбран высоковольтный подвесной изолятор, содержащий шапку, стержень и изоляционную деталь, соединенные при помощи затвердевшей цементно-песчаной связки, причем изоляционная деталь состоит из головки и гладкой тарелки, выполненной в виде сегмента сферы, а на нижней поверхности тарелки выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро и/или утолщение основания нижней части головки, выступающее за край нижней поверхности тарелки [Патент UA №52677. МПК (2009) H01B 17/02. Опубл. 10.09.2010, Бюл. №17].

Аэродинамические характеристики этого изолятора выше, чем у изолятора аналога, однако оказываются недостаточно эффективными при эксплуатации в районах с интенсивными загрязнениями и неблагоприятными климатическими условиями (районы с малым количеством осадков и сильными ветрами, например, пустыни, полупустыни, степи или районы с сильными туманами). Кроме того, недостатком наиболее близкого аналога является отсутствие эффективных соотношений основных размерных параметров изолятора, что снижает надежность эксплуатации как отдельно изолятора, так и гирлянд изоляторов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение аэродинамических характеристик и повышение надежности эксплуатации гирлянд изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях путем установления эффективных соотношений основных размерных параметров изолятора, что также будет способствовать повышению надежности эксплуатации как отдельно изолятора, так и гирлянд из однотипных изоляторов.

Указанная техническая задача решается тем, что в высоковольтном подвесном изоляторе, преимущественно аэродинамического профиля, который содержит металлическую шапку, металлический стержень и изоляционную деталь, соединенные при помощи затвердевшей цементно-песчаной связки, при этом изоляционная деталь состоит из головки и тарелки, выполненной в виде сегмента сферы переменной толщины, которая равномерно уменьшается на участке от головки до края тарелки, а на нижней поверхности тарелки выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро и/или утолщение основания нижней части головки, которое выступает за нижнюю поверхность тарелки в месте их соединения, край которой выполнен с каплеобразным утолщением, новым является то, что, отношение длины пути утечки (L) к диаметру тарелки (D) лежит в пределах 0,9-1,05, а отношение толщины тарелки изоляционной детали около края шапки (h) к толщине тарелки перед каплеобразным утолщением ее края (h_o) находится в пределах 1,2-1,4.

Кольцевое ребро выполнено с вертикальным сечением в форме усеченного конуса с округленной вершиной, направленной книзу, при этом кольцевое ребро выполнено плавно сопряженным по радиусам (r₁, r₂) с обеих сторон с нижней поверхностью тарелки, а утолщение основания нижней части головки выполнено плавно сопряженным по радиусу (R_п) с внутренней поверхностью головки.

Основание каплеобразного утолщения края тарелки выполнено сопряженным с выступом прямоугольной формы, вершина которого обращена вовнутрь, при этом места сопряжения по радиусам кольцевого ребра с нижней поверхностью тарелки и утолщения основания нижней части головки с внутренней поверхностью головки выполнены с обеспечением условия:

(R_п) больше или равно (r₁) больше или равно (r₂).

Вышеперечисленные признаки составляют сущность изобретения.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Изоляторы состоят из изоляционной детали, выполненной из электротехнического фарфора или закаленного стекла, чугунной шапки и стального стержня. На воздушных линиях электропередач высокого напряжения применяют гирлянды, которые состоят из последовательно соединенных изоляторов. Количество изоляторов в гирлянде определяется номинальным напряжением линии и условиями эксплуатации, например, загрязненностью и увлажненностью атмосферы в местах прохождения линии.

Изолятор воздушных линий электропередачи подвергаются воздействию атмосферных осадков и промышленных загрязнений. Даже небольшое загрязнение значительно снижает электрическую прочность изоляции. Значительное количество аварий на воздушных линиях электропередачи происходит при перекрытии линейных изоляторов в результате их загрязнения.

При эксплуатации изоляторов в районах с интенсивными загрязнениями, но малым количеством осадков, аэродинамические характеристики, обусловленные формой и размерными параметрами изоляционной детали наиболее близкого аналога, оказываются недостаточными, ухудшаются условия самоочистки изоляторов от загрязнений, что повышает вероятность перекрытия гирлянд изоляторов и снижает надежность их эксплуатации.

Было установлено, что именно отношение длины пути утечки к диаметру тарелки, а также отношение толщины тарелки изоляционной детали около края шапки к толщине тарелки около ее края являются одними из самых главных соотношений, которые характеризуют основные размерные параметры высоковольтных подвесных изоляторов аэродинамического профиля. При этом было экспериментально исследовано, что именно заявленные значения соотношений (L/D)=0,9-1,05, обеспечивают наиболее эффективные аэродинамические показатели.

Форма изоляционной детали, выполненной в виде сегмента сферы с увеличенным диаметром и малой высотой тарелки, выполненной переменной толщины, которая постепенно уменьшается на участке от головки к краю тарелки, способствует меньшему осаждению загрязненных частей на поверхности изоляционной детали, ее качественной обдувке потоками воздуха, который обеспечивает возможность самоочистки изоляторов под действием ветра от загрязнений, повышая надежность эксплуатации гирлянд изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях.

Этому также способствует форма выполнения утолщения основания нижней части головки и/или кольцевого ребра, которое имеет вертикальное сечение в форме усеченного конуса с округленной вершиной, направленной книзу. При этом кольцевое ребро выполнено плавно спряженным по радиусам (r₁, r₂) с обеих сторон с нижней поверхностью тарелки а утолщение основания нижней части головки выполнено плавно спряженным по радиусу (R_п) с внутренней поверхностью головки.

Было установлено, что при отношении длины пути утечки (L) к диаметру тарелки (D), т.е. (L/D)<0,9, повышается вероятность осаждения загрязнений на верхнюю поверхность тарелки. В свою очередь, при отношении (L/D)>1,05 наблюдается ухудшение аэродинамических показателей и увеличение количества загрязнений на нижней поверхности тарелки, что приводит к снижению разрядных напряжений в условиях загрязнений.

Также было экспериментально установлено, что при отношении толщины тарелки изоляционной детали около края шапки (h) к толщине тарелки перед каплеобразным утолщением ее края (h_o), т.е. при (h/h_o)<1,2, выдерживаемое импульсное напряжение изолятора является низким. В то же время при (h/h_o)>1,4 резко снижается технологичность изготовления изоляционной детали, а также ухудшаются ее свойства (в частности, степень и однородность закалки).

Суть технического решения поясняется фиг.1-3, где на фиг.1 представлен линейный подвесной изолятор, содержащий одновременно одно кольцевое ребро и утолщение основания нижней части головки, которое выступает за край нижней поверхности тарелки; на фиг.2 представлен линейный подвесной изолятор, который содержит только одно кольцевое ребро; на фиг.3 представлен линейный подвесной изолятор, содержащий только утолщение основания нижней части головки, которое выступает за край нижней поверхности тарелки.

Здесь приняты такие обозначения: 1 - изоляционная деталь; 2 - головка; 3 - тарелка; 4 - металлическая шапка; 5 - металлический стержень; 6 - край тарелки 3; 7 - цементно-песчаная связка; 8 - кольцевое ребро; 9 - нижняя поверхность тарелки 3; 10 - каплеобразное утолщение края 6 тарелки 3; 11 - выступ прямоугольной формы; 12 - утолщение основания нижней части головки 2; H - строительная высота, L - длина пути утечки (пунктирная линия); D - диаметр тарелки; d - диаметр стержня 5.

Линейный подвесной изолятор состоит из изоляционной детали 1 на основе закаленного оптически прозрачного электроизоляционного стекла, которое состоит из головки 2 и тарелки 3, выполненной в виде сегмента сферы, металлической шапки 4, закрепленной на головке 2 изоляционной детали 1, металлического стержня 5, вмонтированного внутрь головки 2.

Тарелка 3 выполнена переменной толщины, которая постепенно уменьшается на участке от головки 2, где ее значение составляет (h), до края 6 тарелки 3, где ее значение составляет (h_o). Крепление шапки 4 и стержня 5 с изоляционной деталью 1 осуществляется при помощи цементно-песчаной связки 7. На нижней поверхности изоляционной детали 1 выполнено, по меньшей мере, одно кольцевое ребро 8. Т.е. кольцевое ребро 8 или утолщение 12 основания нижней части головки 2 выступает за нижнюю поверхность 9 тарелки 3 в месте их соединения.

При этом отношение длины пути утечки (L) (обозначено пунктирными линиями на фиг.1) к диаметру (D) тарелки 3 лежит в пределах 0,9-1,05, а отношение толщины тарелки 3 около края шапки 4 (h) к толщине тарелки 3 перед каплеобразным утолщением 10 края 6 тарелки 3 (h_o) находится в пределах 1,2-1,4.

Кроме того, кольцевое ребро 8 выполнено с вертикальным сечением в форме усеченного конуса с округленной вершиной, направленной книзу. При этом кольцевое ребро 8 выполнено плавно сопряженным по радиусам (r₁, r₂) с нижней поверхностью 9 тарелки 3, а утолщение 12 основания нижней части головки 2 выполнено плавно сопряженным по радиусу (R_п) с внутренней поверхностью головки 2.

В свою очередь, места сопряжения по радиусам кольцевого ребра 8 с нижней поверхностью 9 тарелки и утолщения 12 основания нижней части головки с внутренней поверхностью головки 2 выполнены с обеспечением условия R_п≥r₁≥r₂.

Основание каплеобразного утолщения 10 края тарелки 2 выполнено сопряженным с выступом прямоугольной формы 11, вершина которого обращена вовнутрь и по направлению к оси симметрии изолятора (на фиг.1-3 не обозначена). Утолщение 12 основания нижней части головки 2 выступает за край нижней поверхности 9 тарелки 2.

Заявляемый аэродинамический профиль изоляционной детали делает такой тип изоляторов оптимальным для использования в районах с сильными ветрами (пустыни, степи, прибрежные районы). Все загрязнения легко сдуваются ветром из поверхности изоляционной детали.

Результаты проведенных испытаний изоляторов подтверждают снижение вероятности перекрытия гирлянд изоляторов в результате загрязнения на 15-20%. Кроме того, было установлено, что заявляемая зависимость увеличения толщины тарелки около шапки обеспечивает повышение выдерживаемых импульсных напряжений на 5-7%, а форма выполнения ребра - также на 3-5%, т.е. суммарное повышение выдерживаемых импульсных напряжений составляет не менее 8-12%.

Кроме того, предлагаемый изолятор при установлении его первым (верхним) в гирлянде типичных изоляторов может использоваться в качестве «зонтика» для защиты других изоляторов гирлянды от загрязнений (например, помета птиц).

Среди преимуществ предлагаемого изолятора можно также отметить выполнение требований некоторых стран к линейным подвесным изоляторам относительно снижения уровня шумов, которые образуются при охлаждении ветром гирлянды изоляторов, а также в результате возникающей турбулентности воздушного потока. Заявляемая аэродинамическая форма изоляционной детали способствует снижению турбулентности воздушного потока, за счет чего уровень шумов значительно снижается.

Высоковольтный подвесной изолятор содержит металлическую шапку, металлический стержень и изоляционную деталь, соединенные при помощи затвердевшей цементно-песчаной связки. Изоляционная деталь состоит из головки и тарелки, выполненной в виде сегмента сферы переменной толщины. Отношение длины пути утечки (L) к диаметру тарелки (D) составляет 0,9-1,05. Отношение толщины тарелки около края шапки (h) к толщине тарелки перед каплеобразным утолщением ее края (h_o) составляет 1,2-1,4. Кольцевое ребро выполнено с вертикальным сечением в форме усеченного конуса с округленной вершиной и плавно сопряженным с нижней поверхностью тарелки. Утолщение основания нижней части головки выполнено плавно сопряженным с внутренней поверхностью головки. Техническим результатом является повышение аэродинамических характеристик и надежности эксплуатации гирлянд изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высоковольтный подвесной изолятор преимущественно аэродинамического профиля, который содержит металлическую шапку, металлический стержень и изоляционную деталь, соединенные при помощи затвердевшей цементно-песчаной связки, при этом изоляционная деталь состоит из головки и тарелки, выполненной в виде сегмента сферы переменной толщины, которая равномерно уменьшается на участке от головки до края тарелки, а на нижней поверхности тарелки выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро и/или утолщение основания нижней части головки, которое выступает за нижнюю поверхность тарелки в месте их соединения, край которой выполнен с каплеобразным утолщением, отличающийся тем, что отношение длины пути утечки (L) к диаметру тарелки (D) лежит в пределах 0,9-1,05, а отношение толщины тарелки изоляционной детали около края шапки (h) к толщине тарелки перед каплеобразным утолщением ее края (h_o) находится в пределах 1,2-1,4.

2. Высоковольтный подвесной изолятор по п.1, отличающийся тем, что кольцевое ребро выполнено с вертикальным сечением в форме усеченного конуса с округленной вершиной, направленной книзу, при этом кольцевое ребро выполнено плавно сопряженным с обеих сторон с нижней поверхностью тарелки, а утолщение основания нижней части головки выполнено плавно сопряженным по радиусу с внутренней поверхностью головки.

3. Высоковольтный подвесной изолятор по п.1, отличающийся тем, что, основание каплеобразного утолщения края тарелки выполнено сопряженным с выступом прямоугольной формы, вершина которого обращена вовнутрь.