Результат интеллектуальной деятельности: ПРОХОДНОЙ ИЗОЛЯТОР

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным проходным изоляторам (вводам) воздушных линий электропередачи, кабельных линий, распределительных устройств на напряжение преимущественно 6-110 кВ.

Традиционно проходные изоляторы изготавливаются из керамических материалов и предназначены для ввода электрического тока в устройства или внутрь помещения. Проходные изоляторы соединяют внешние и внутренние стороны таких установок, выполняют фиксаторную опорную роль для токоведущей системы и одновременно ее изоляции от стен помещения или стенок устройства. Проходные изоляторы должны быть также механически прочными и герметичными, чтобы выдерживать нагрузки натяжения проводов при ветре и коротких замыканиях.

С развитием новых полимерных материалов появилась возможность изготовления проходных изоляторов из некерамических материалов. Известен проходной изолятор GB 2289803, 29.11.1995 состоящий из центрального токопроводящего стержня, изоляции из полимерного материала или резины, опорной втулки из стеклопластика, посредством которой изолятор крепится к стенке внешнего оборудования или стене. Недостатком данного устройства является низкая прочность при изгибе, так как опорная втулка из стеклопластика имеет длину вдоль токопроводящего стержня много меньшую, чем длина стержня. В результате при приложении силы к концу токопроводящего стержня перпендикулярно направлению стержня на опорную шайбу будет действовать в соответствии с правилом рычага сила в несколько раз большая. Учитывая, что эта сила передается через слой полимера или эластичной резины на стеклопластиковую опорную втулку, даже при малых значениях силы конец токопроводящего стержня отклоняется от первоначального значения на большие углы, недопустимые для нормальной эксплуатации. На рисунке, сопровождающем этот патент длина опорной втулки не более одной пятой части от длины токопроводящего стержня. Расчет показывает, что при нормальном усилии 12.5 кН, приложенном к концу стержня, усилие на стеклопластиковую втулку составит величину в пять раз большую, около 60 кН. Такую нагрузку стеклопластиковая втулка может не выдержать. Также эта конструкция при больших напряжениях и токах имеет существенные недостатки из-за неравномерности электрического поля. Неравномерность поля связана с тем, что опорная втулка, контактирующая с заземленной обычно стенкой внешнего оборудования или стеной здания, выполнена из диэлектрического стеклопластикового материала. Это создает концентрацию электрического поля в месте крепления изолятора к заземленной конструкции и приводит к быстрому разрушению его в процессе эксплуатации.

Указанный последний недостаток устранен в конструкции, являющейся наиболее близким аналогом - RU 2195032. В этом проходном изоляторе (вводе) для целей выравнивания электрического поля, создаваемого центральным электропроводящим стержнем, введен трубчатый элемент из электропроводящей резины с удельным, объемным электрическим сопротивлением - 10-40 Ом·см, электрически контактирующий с опорной втулкой и через нее с внешней заземленной конструкцией. Недостатком этого изолятора также является малая механическая прочность из-за малого размера опорной втулки.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в создании проходного изолятора высокого напряжения с повышенными электрическими и механическими характеристиками, уменьшенной материалоемкостью, высокой термостойкостью и стойкостью к термическим ударам, повышенной надежностью во всех климатических условиях.

Технический результат достигается тем, что проходной изолятор высокого напряжения, содержащий токопроводящий стержень, изоляцию из кремнийорганической резины и опорную втулку из электропроводного и немагнитного материала, длиной не менее половины длины стержня, коаксиально охватывающую изоляцию, выполненную в виде цилиндра или конуса с торообразными закруглениями концов, исполняющими роль экранов для снижения напряженности электрического поля, и креплением к стенке внешней конструкции или здания в середине, причем изоляция может заходить на опорную втулку и иметь радиальные внешние ребра. Опорная втулка в предлагаемой конструкции имеет длину не менее половины длины токопроводящего стержня. Этим достигается ограничение нагрузки на опорную втулку не более чем в два раза, превосходящее усилие на конце токопроводящего стержня. Использование металла для опорной втулки увеличивает прочность всего изолятора и делает технически легким его присоединение к внешним конструкциям. Нагрузка от токопроводящего стержня передается на опорную металлическую втулку, через кремнийорганическую резину. Так как втулка имеет больший диаметр, чем токопроводящий стержень, она является основным силовым элементом изолятора. Материалом токопроводящего стержня может быть любой металл, имеющий малый коэффициент электрического сопротивления, с любой механической прочностью. В большинстве металлы, имеющие малый коэффициент электрического сопротивления, имеют низкую механическую прочность и высокую стоимость, например алюминий, медь, серебро. В предлагаемой конструкции токопроводящий стержень не несет механической нагрузки, поэтому может быть достаточно тонким и выполнен из дорогого металла. Материалом опорной втулки является достаточно прочный немагнитный металл, например нержавеющая сталь. Использование немагнитного материала позволяет сократить потери электроэнергии на перемагничивание, которое возникает в замкнутых контурах из магнитных материалов при внесении их в поле переменного электрического тока, и как следствие нагрев круговыми токами Фуко. Использование металла для опорной втулки позволяет снизить стоимость в сравнении со стеклопластиком, упростить изготовление, увеличить надежность изолятора в целом. Также использование металла позволяет применять при изготовлении изолятора традиционные широко распространенные методы обработки, такие как прессование, гибка, сварка, или применить при изготовлении серийно выпускающиеся металлические трубы. Сокращение деталей изолятора до трех и использование в изоляторе только двух типов материалов (металла и кремнийорганической резины) увеличивает надежность и срок эксплуатации изолятора. Так как кремнийорганическая резина имеет гарантированный срок эксплуатации более 30 лет, то при использовании в качестве материала для стержня и опорной втулки некорродирующего алюминия следует ожидать гарантированного срока эксплуатации всего изолятора более 30 лет. Кроме этого, по выше указанным причинам изолятор очень устойчив к термическим воздействиям, в том числе к резким перепадам температуры до 350 градусов, что на порядок больше, чем у известных изоляторов. Термическая стойкость изолятора ограничена только температурой стойкости кремнийорганической резины (около 350 градусов Цельсия) или температурой плавления металла. Стойкость к перепадам определяется тем, что изолятор не имеет твердых деталей, контактирующих друг с другом, из разных материалов, имеющих разные коэффициенты термического расширения. Между двумя деталями из металла располагается эластичная изоляция из резины, которая компенсирует все термические расширения. Кремнийорганическая резина в качестве материала изоляции позволяет изготавливать внутреннюю изоляцию и внешние ребра, как одно целое. Это возможно в результате уникальных свойств кремнийорганической резины: высокое значение напряжения пробоя для внутренней изоляции, высокая трекингостойкость и гидрофобность для внешней изоляции. Способность кремнийорганической резины отталкивать загрязнения в сравнении с традиционными фарфором и стеклом позволяет эксплуатировать изоляторы на открытых распределительных устройствах с большим количеством атмосферных загрязнений без перекрытия электрической дугой по поверхности изолятора.

Упругие свойства изолятора и отсутствие хрупких деталей позволяют транспортировать изоляторы без боя. Отсутствие фарфоровой детали исключает хрупкую поломку изолятора и возможность падения провода. Даже при превышении изгибающих нагрузок больше нормированных, деформируется металл опорной втулки и стержня, изолятор изогнется, но стержень будет изолирован от втулки, и изолятор будет продолжать работать. Уменьшение веса изолятора дает экономию на транспортных расходах.

Процесс изготовления предлагаемого проходного изолятора сводится к одной операции: литья резиновой изоляции в форме с предварительно помещенными туда, в виде закладных деталей, токопроводящим стержнем и опорной втулкой, с последующей вулканизацией резины. Форма для литья может предусматривать формирование внешних ребер поверх опорной втулки. В случае применения технологии прямого или конверсионного прессования твердой нелитьевой кремнийорганической резины процесс изготовления сводится к трем операциям: прессование на стержне изоляции с ребрами и последующей вулканизацией резины, надевание на изоляцию опорной втулки, закрепление опорной втулки на изоляторе посредством равномерного радиального обжатия втулки около краев, не затрагивая закругленных экранов.

В сравнении с технологией изготовления фарфоровых изоляторов время изготовления предлагаемого изолятора снижено как минимум в 7-8 раз и не менее чем 1.5 раза в сравнении с прототипом. С учетом снижения материалоемкости в сравнении с фарфоровыми стоимость изготовления изолятора ниже фарфоровых. Одновременно с этим данное решение позволило достичь увеличения надежности, электрической и механической прочности изолятора.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На Фиг.1 представлена конструкция проходного изолятора.

На фиг.2 представлена конструкция проходного изолятора с закругленными концами опорной втулки в виде экранов.

На фиг.3 представлена конструкция проходного изолятора, изготовленного методом литья жидкой резины в форму.

На фиг.4 представлена конструкция проходного изолятора с ребрами, изготовленного методом литья резины в форму.

Проходной изолятор содержит электропроводящий стержень 1, изоляцию 2, опорную втулку 3 и изготовлен методом прямого прессования и вулканизации кремнийорганической резины, надеванием опорной втулки с элементами крепления изолятора к стене, с использованием радиального обжатия опорной втулки около краев.

Часть изоляции 2 (фиг.3) может заходить на внешнюю сторону опорной втулки 3 для увеличения длины утечки тока от электропроводящего стержня до опорной заземленной втулки 3 по изоляционной поверхности из трекингостойкой кремнийорганической резины.

Опорная металлическая втулка 3 (фиг.4) может иметь тороидальные закругления, при этом изоляция 2 заходит на внешнюю сторону опорной втулки 3 и образует кольцевые ребра.