ПОДВЕСНОЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2016 года по МПК H01B17/00 

Изобретение относится к средствам, предназначенным для изоляции, крепления и фиксации проводников цепей высокого напряжения от металлических, железобетонных, деревянных конструкций и эксплуатирующихся в специализированных помещениях при воздействии загрязнителей в виде пыли и вибрации.

Известен «Изолятор подвесной» /1/, содержащий диэлектрический корпус и закрепленные на его концах металлические элементы крепления изолятора, при этом «Изолятор подвесной» дополнительно содержит металлические элементы крепления, выполненные в виде стержневых элементов, а связь каждого из элементов крепления с корпусом представляет собой металлический палец, размещенный в сквозном диаметральном отверстии корпуса и имеющий сквозное диаметральное резьбовое отверстие под резьбу, выполненную на конце соответствующего стержневого элемента, при этом ось резьбового отверстия в пальце совпадает с центральной продольной осью корпуса изолятора, оси металлических пальцев, установленных на противоположных концах корпуса, перекрещиваются под прямым углом.

Известный «Изолятор подвесной» имеет ряд недостатков:

- малая длина пути утечки тока, которая влияет на стойкость к разряду по поверхности изолятора (к его перекрытию);

- возможность накопления пыли внутри корпуса устройства, при этом могут возникнуть трудности ее удаления;

- конструкция устройства имеет ограничения по компенсации деформаций, возникающих вследствие разницы температурных коэффициентов линейного расширения деталей, входящих в состав изделия.

Наиболее близким по выполняемой функции и заданным параметрам является известный «Подвесной изолятор» /2/, содержащий несущее цилиндрическое тело изолятора, защитную оболочку и металлическую арматуру, установленную на обоих торцах изолятора, при этом тело изолятора изготовлено из металлической цепи, звенья которой изолированы одно от другого изолирующими прослойками из диэлектрика на основе полимерного связующего с добавкой мелкодисперсного наполнителя и армированного высокопрочными нитями, сама металлическая цепь является разъемной, для чего звенья цепи изготовлены незамкнутыми и образована чередованием звеньев различной формы, а сцепление соседних звеньев осуществляется только после отвердевания полимерного связующего через изолирующие прослойки, испытывающие при работе изолятора напряжения сдвига и сжатия.

Недостатками данного подвесного изолятора являются:

- технологическая сложность конструкции из-за применения многокомпонентного диэлектрика, который играет роль изолирующих прослоек;

- для увеличения пути утечки тока потребуются большие линейные размеры тела изолятора.

Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключаются в создании подвесного изолятора, который должен обладать следующими характеристиками:

- изолятор должен иметь заданную электрическую стойкость (стойкость к пробою);

- изолятор должен иметь значительно увеличенный путь утечки тока;

- изолятор должен воспринимать заданные вибрационные нагрузки;

- изолятор должен сохранять рабочие характеристики при перепаде температур в заданном диапазоне;

- при изготовлении изолятора должны использоваться доступные технологии;

- эксплуатация изолятора должна осуществляться при минимальных эксплуатационных затратах;

- при эксплуатации изолятор не должен становиться источником электромагнитных помех.

Такое решение обеспечивается подвесным изолятором, содержащим несущее тело, выполненное в виде цепи, и металлическую арматуру, установленную на противоположных концах изолятора и состоящую из крюков с прямыми резьбовыми участками, гаек и шайб, при этом цепь выполнена из диэлектрического материала и выполненных в виде трубчатых цилиндров с разными геометрическими параметрами: наружными, внутренними диаметрами и высотами соответственно, трубчатый цилиндр с меньшим наружным и внутренним диаметрами имеет одну прорезь шириной k по всей высоте трубчатого цилиндра и вскрытое на поверхности противоположной стороны прорези сквозное отверстие диаметром d, второй трубчатый цилиндр имеет одно сквозное отверстие диаметром d, вскрытое на поверхности, с противоположных сторон тела изолятора к трубчатым цилиндрам через сквозные отверстия закреплена металлическая арматура, при этом с наружных сторон трубчатых цилиндров на прямом резьбовом участке крюков установлены металлические втулки с внутренним отверстием диаметром d, причем втулки выполнены в виде усеченного конуса с диаметром основания D_осн. и высотой h_кон. каждая, основания втулок дополнительно имеют выборки в виде вогнутых поверхностей, радиусы которых соответствуют радиусам сегментов наружных цилиндрических поверхностей звеньев, сами втулки прижаты к наружным поверхностям звеньев гайками, на внутренних сторонах звеньев установлены колпачки с заглушками, выполненные из диэлектрического материала, основания колпачков имеют отверстия диаметром d каждое, высота каждого колпачка составляет h_к, основания колпачков через шайбы прижаты гайками к внутренним поверхностям звеньев, при этом шайбы и гайки находятся внутри корпусов колпачков, стороны колпачков, противоположные основанию, закрыты заглушками, поверхности оснований колпачков выполнены выпуклыми, радиусы выпуклости которых соответствуют радиусам сегментов внутренних цилиндрических поверхностей звеньев.

Конструктивные особенности подвесного изолятора - звенья, составленные в цепь, прижатые к наружным сторонам звеньев конусные втулки, прижатые к внутренним сторонам звеньев диэлектрические колпачки с заглушками. Эффект еще достигается и за счет применения при осуществлении изобретения высокопрочного диэлектрика, а именно слоистого стеклопластика на основе стеклотканей, пропитанных фенолоформальдегидными и эпоксидными смолами, имеющего высокую теплостойкость и низкое водопоглощение.

На фиг. 1 изображен пример осуществления изобретения «Подвесной изолятор», состоящий из тела (1), металлической арматуры (2) и диэлектрических колпачков (3) с заглушками (4).

На фиг. 2 изображено устройство подвесного изолятора. Тело изолятора состоит из звеньев в виде трубчатых цилиндров (5) и (6), изготовленных из трубчатого стеклотекстолита марки СТЭФ с электрической стойкостью 10÷12 кВ/мм и имеющие наружные - D1_н, D2_н и внутренние - d1_в, d2_в диаметры с высотами h₁ и h₂ соответственно, геометрические размеры звеньев выбраны из расчета оптимизации параметров: пробивного напряжения U_пр, длины утечки тока L_утеч. и электромеханической прочности, для сборки тела изолятора, у звена (5) имеется прорезь (7), для крепления металлической арматуры в звеньях (5) и (6) вскрыты отверстия (8) и (9) соответственно, сама металлическая арматура состоит из крюков с резьбовым участком (10), конусных втулок (11), шайб (12), гаек (13), с внутренних сторон звеньев (5) и (6), крепление металлической арматуры осуществляется через диэлектрические колпачки (3), снабженные заглушками (4).

На фиг. 3 изображена конусная втулка (11). На основании конуса каждой из втулок выполнена выборка в виде вогнутой поверхности (14), форма каждой выборки соответствует форме сегмента наружной поверхности соответствующего звена (5) или (6) к которым прижимается конусная втулка (11). Конусная втулка (11) предназначена для снижения значения плотности стекающего по металлической арматуре тока, а выборка (14) способствует плотному прилеганию к поверхности звеньев конусных втулок (11).

На фиг. 4 изображен диэлектрический колпачок (3) с заглушкой (4). Диэлектрический колпачок (3) с заглушкой (4) предназначен для защиты элементов металлической арматуры шайб (12) и гаек (13), находящихся с внутренних сторон звеньев (5) и (6), от пыли. Для герметизации заглушка (4) снабжена проточкой (15), а для более плотного прилегания к внутренним поверхностям звеньев (5) и (6) основания выполнены в виде выпуклой поверхности (16), размеры которой у каждого колпачка соответствуют сегменту той поверхности, к которой они прилегают.

На фиг. 5 изображен пример повышения электрической прочности подвесного изолятора. Конструкция предлагаемого изобретения при необходимости позволяет наращивать тело изолятора (1) дополнительными звеньями (17), чем возможно значительно повысить электрическую прочность изолятора.

Для проверки осуществления изобретения авторами была проведена оценка разрядной прочности предлагаемого подвесного изолятора. В связи с тем, что данный подвесной изолятор будет эксплуатироваться в помещениях в условиях постепенного загрязнения его поверхности пылью, то данная оценка имеет первостепенное значение для предотвращения перекрытия изолятора и установления сроков проведения профилактических мероприятий. Поскольку определение абсолютных значений разрядных напряжений загрязненных изоляторов представляет определенную сложность, поэтому используются косвенные методы приближенной оценки коэффициента запаса электрической прочности этих изоляторов. Наиболее распространенным способом является регистрация скачков тока утечки, возникающего при появлении частичных разрядов на поверхности изолятора /3/. При этом, чем больше амплитуда всплесков тока утечки, тем меньше коэффициент запаса. Оценка проводилась по схеме, приведенной на фиг. 6. В качестве источника высокого напряжения был применен генератор импульсного напряжения, состоящий из 23-х секций, которые заряжаются параллельно, а когда напряжение на каждой из 23-х секций (R1, C1, P1 - С23, R45, Р23) достигает определенного уровня, срабатывают искровые промежутки (Р1 - Р23), которые соединяют все 23 секции генератора последовательно, при этом выходное напряжение генератора увеличивается в 23 раза по сравнению с зарядным. Нагрузкой генератора импульсного напряжения являлся испытываемый изолятор (И1), а для «снятия» сигнала последовательно И1 подключалась емкость С24. Регистрация скачков (всплесков) тока утечки производилась осциллографом. Из-за малых амплитуд регистрируемых электрических величин использовалось согласующее устройство. Оценка разрядной прочности производилась при различном состоянии поверхности изолятора - чистая поверхность, частично загрязненная поверхность (искусственно загрязнялись внутренние поверхности звеньев), полностью загрязненная поверхность (искусственно загрязнялись внутренние и наружные поверхности звеньев). Для имитации загрязнения поверхностей изолятора использовалась естественная пыль, собранная с элементов конструкций помещения. Исследования показали, что на разрядную прочность в большей степени влияет загрязнение внутренних поверхностей звеньев, в особенности загрязнение в местах контактов колец (5) и (6). Также экспериментально была подтверждена эффективность применения конусных втулок (11), снижающих плотность стекающего по металлической арматуре тока и диэлектрических колпачков (3) с заглушками (4), снижающих запыленность частей металлической арматуры. В свою очередь, снижение плотности стекающего тока способствует уменьшению уровня электромагнитных помех. По итогам исследования были установлены сроки обслуживания подвесного изолятора, а также способы очистки поверхностей звеньев (5) и (6), например, в равной степени эффективности оказались способы очистки кистью с шерстяным ворсом и сжатым воздухом, скорость которого на выходе из насадки с диаметром выходного отверстия 10 мм составляет 0,8÷1,5 м/с.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для расширения существующего арсенала подвесных изоляторов;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью приведенного в заявке описания конструкции;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно: изготавливать подвесной изолятор используя традиционные технологии.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- увеличение количества однотипных элементов действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов действий;

- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Перечень фигур.

1) Фиг. 1 - пример осуществления изобретения «Подвесной изолятор».

2) Фиг. 2 - устройство подвесного изолятора.

3) Фиг. 3 - конусная втулка (11).

4) Фиг. 4 - диэлектрический колпачок (3).

5) Фиг. 5 - пример повышения диэлектрической прочности подвесного изолятора.

6) Фиг. 6 - схема нагружения подвесного изолятора.

Источники информации

1. Колосов К.А. «Изолятор подвесной» патент на полезную модель №19040 МПК C10G 33/02.

2. Ярмаркин М.К., Соловьев Ю.В. «Подвесной изолятор», заявка на изобретение №2008107218 26.02.2008 г. МПК Н01В 17/00.

3. Абрамов В.Д., Хомяков М.В. Эксплуатация изоляторов высокого напряжения. М.: «Энергия», 1976 г., 264 с. с ил.

Изобретение относится к средствам, предназначенным для изоляции, крепления и фиксации проводников цепей высокого напряжения от металлических, железобетонных, деревянных конструкций и эксплуатирующихся в специализированных помещениях при воздействии загрязнителей в виде пыли, вибрации и температурных перепадов. Техническим результатом является исключение разрушения изолятора при воздействии вибрационных нагрузок и перепадов температуры окружающего воздуха, увеличение пути утечки тока и тем самым снижение вероятности перекрытия изолятора; увеличение интервала между сроками планового обслуживания изолятора. Подвесной изолятор выполнен в виде цепи, состоящей из звеньев, выполненных в виде трубчатых цилиндров и изготовленных из высокопрочного диэлектрика, к наружным поверхностям звеньев крепится металлическая арматура с конусными втулками, которые предназначены для уменьшения плотности стекающего тока, с внутренних сторон звеньев элементы металлической арматуры для защиты от пыли закрыты диэлектрическими колпачками с заглушками. Конструкция подвесного изолятора позволяет увеличивать электрическую прочность путем наращивания звеньев. 6 ил.

Подвесной изолятор, содержащий несущее тело, выполненное в виде цепи, металлическую арматуру, установленную на противоположных концах изолятора и состоящую из крюков с прямыми резьбовыми участками, гаек и шайб, отличающийся тем, что цепь состоит из звеньев в количестве не менее двух, выполненных из диэлектрического материала в виде трубчатых цилиндров с разными геометрическими параметрами: наружными, внутренними диаметрами и высотами соответственно, трубчатый цилиндр с меньшим наружным и внутренним диаметрами имеет одну прорезь по всей высоте трубчатого цилиндра и вскрытое на поверхности противоположной стороны прорези сквозное отверстие, второй трубчатый цилиндр имеет одно сквозное отверстие, вскрытое на поверхности, с противоположных сторон тела изолятора к трубчатым цилиндрам через сквозные отверстия закреплена металлическая арматура в виде крюков с резьбовым участком, при этом с наружных сторон трубчатых цилиндров на резьбовом участке крюков установлены металлические втулки, которые выполнены в виде усеченного конуса, основания втулок дополнительно имеют выборки в виде вогнутых поверхностей, радиусы которых соответствуют радиусам сегментов наружных цилиндрических поверхностей звеньев, сами втулки прижаты к наружным поверхностям звеньев гайками, на внутренних сторонах звеньев установлены колпачки с заглушками, выполненные из диэлектрического материала, основания колпачков через шайбы прижаты гайками к внутренним поверхностям звеньев, при этом шайбы и гайки находятся внутри корпусов колпачков, стороны колпачков, противоположные основанию, закрыты заглушками, поверхности оснований колпачков выполнены выпуклыми, радиусы выпуклости которых соответствуют радиусам сегментов внутренних цилиндрических поверхностей звеньев.