Надежден полимерен изолатор
Собственици на патент RU 2319242:
Изобретението се отнася до електротехниката и се отнася до опорни и линейни изолатори за високоволтови подстанции и електропроводи. Носещият изолатор съдържа електрически изолиращо носещо тяло, защитна обвивка, устойчива на следене, с ребра (2) и метални фланци (1), монтирани в двата края на изолатора. Носещото тяло на изолатора е изпълнено във вид на електроизолираща пръчка от фибростъкло (3) и метална захранваща тръба (5), неподвижно свързана с нея. Техническият резултат е осигуряване на висока механична и електрическа якост при огъване и усукване, както и висока твърдост при минимални размери и тегло на изолатора. 1 болен.
Изобретението се отнася до електротехниката и се отнася до опорни изолатори за високоволтови подстанции и електропроводи.
Опорен изолатор - изолатор, използван като твърда опора за електрическо устройство или негови отделни части.
Фланец - изолаторна арматура с отвори, предназначени за закрепване на тоководещ елемент, закрепване към фланец на друг изолатор или обект.
Тялото на изолатора е основата на изолационната част на изолатора, осигуряваща неговата електрическа и механична якост.
Ребра на изолатора - пръстеновидна или винтова издатина върху тялото на изолатора, предназначена да увеличи дължината на токовия път на пълзене, за да подобри електрическите характеристики.
Устойчива на проследяване обвивка - обвивка, която предпазва тялото на изолатора от разрушаване под въздействието на климатични условия, ерозия и токове на утечка, протичащи по повърхността. Материалът на устойчивата на проследяване обвивка след частично изгаряне под действието на ток на утечка не образува електропроводими остатъци и следа.
Предишен чл
поддържаизолаторите на подстанциите са порцеланов диелектричен прът с ребра по цялата дължина и метални фланци в краищата на пръта с крепежни елементи. Линейните опорни изолатори се представят главно под формата на порцеланов диелектричен прът с ребра по цялата дължина, фланец за закрепване на изолатора към въздушния електропровод и фланец или място за закрепване на проводника.
Основните недостатъци на порцелановите изолатори са тяхната ниска механична якост при огъване и крехкост, незадоволителна работа в открита атмосфера.
Напоследък вместо порцелан при проектирането на изолатори се използва материал с висока якост - фибростъкло. Предимството на полимерните изолатори пред порцелановите изолатори е тяхната устойчивост на динамични ударни натоварвания, висока якост на огъване и висока електрическа якост.
Недостатъкът на полимерните изолатори е по-специално ниската твърдост на носещата конструкция на изолатора, когато е подложена на натоварвания на огъване. Фибростъклото има много по-нисък модул на еластичност от порцелана и при натоварване претърпява голяма деформация без разрушаване. По същество носещият прът на изолатора се държи като въдица: под въздействието на сила се огъва силно, но не се счупва или срутва. Ако в разединителите се монтират изолатори, положителните страни на изолатора от фибростъкло се превръщат в отрицателни качества. При големи отклонения на изолатора във вертикално положение става невъзможно да се извършат операциите "включване-изключване" на разединителите, тъй като става невъзможно да се съберат ножовете на разединителя и да се свърже електрическата верига.
За да се увеличи твърдостта на изолаторите, изолационните пръти се увеличават в диаметър до достигане на приемливи стойности.деформация поради сила на огъване. GOST R 52082-03 „Полимерни опорни изолатори за открит монтаж за напрежение 6-220 kV. OTU "задава стойността на отклонение, максимално допустима за изолатор 110 kV на височина 1100 mm под въздействието на сила от 1,5 kN, не повече от 15 mm. Стойността на отклонението се описва с формулата D=F*L/3*E*J, където D е стойността на отклонението, F е силата на огъване, L е дължината на изолатора (рамото), E е модулът на еластичност, J е факторът на формата, изчислен като J=3,14*d 4 /64. Както се вижда от формулите, отклонението е обратно пропорционално на четвъртата степен на диаметъра. Но с увеличаване на диаметъра обемът и масата на продукта и скъпите полимерни материали се увеличават до втора степен (V=3,14*L*d 2 ). За да се облекчи изолаторът, носещият монолитен прът в много изолатори беше заменен с куха тръба от фибростъкло, като например в US 2001/0040046 4 юни 2001 г. Но това води до възможни повреди на изолатора вътре в кухата тръба по време на кондензация на влага, освен това консумацията и теглото на силиконовата защитна обвивка не намаляват при замяна на пръта с тръба. Тръбите с голям диаметър също изискват големи метални фланци. Всичко това води до доста висока цена на изолатора. Необходимо е също така да се вземе предвид влошаването на електрическите характеристики на изолаторите с увеличаване на размера на защитните ребра.
Както се вижда от формулата, друг начин за намаляване на деформацията на изолатора под действието на дадено натоварване е да се увеличи модулът на еластичност на изолационния прът или да се направи композитен от няколко материала. Този метод се използва в опорен изолатор (RU 2173902, 2001.09.20), тялото на което се състои от два изолационни елемента, аксиален под формата на прът от фибростъкло и външен под формата на тръба около първия, изработен от фибростъкло. Това техническо решение е найблизки до заявените и избрани за прототип. Основният недостатък на тези конструкции е наличието на две свързани твърди тела с различни коефициенти на топлинно разширение. В резултат на това при резки промени в температурата на околната среда е възможно разслояване на тялото на изолатора и в резултат на това загуба на електрически изолационни свойства.
Изобретението решава проблема за създаване на опорен изолатор за изолиране и закрепване на тоководещи части в разпределителни уредби на станции и подстанции, които могат да се използват като опорни ротационни изолационни елементи, поддържащи тоководещи шини и разединителни ножове при работа на открито, както и осигуряване не само на висока механична и електрическа якост на огъване и усукване, но и висока твърдост с минимални размери и тегло на изолатора.
Описание и пример за изпълнение
За решаването на този проблем се предлага опорен изолатор, който има поне един елемент, съдържащ носещ изолационен прът, защитна обвивка, устойчива на проследяване и метални крайни капачки, монтирани в двата края на изолатора, в който, съгласно настоящото изобретение, поддържащият изолационен прът е направен от метална тръба и прът от фибростъкло.
За да се увеличи твърдостта на силовия електрически изолационен прът, в неговия дизайн се въвежда метална тръба с дължина най-малко 1/3 от дължината на изолацията на изолатора и не повече от H = L-Uf / Epr, където H е дължината на металната тръба, L е дължината на изолацията на изолатора, Uf е фазовото напрежение, Epr е електрическата якост на пръта от фибростъкло. На практика максималната дължина се избира, като се вземе предвид електрическата якост на интерфейса "фибростъклен прът - херметизация", коефициентите на безопасност в случай на авария,коефициенти на безопасност в съответствие с изискванията на Правилника за електрически инсталации, електрическа якост на защитната обвивка по време на импулс на мълния. Във всеки случай тя не трябва да бъде по-голяма от определената стойност на H, в противен случай ще настъпи неизбежна електрическа повреда.
Въвеждането на метална тръба в структурата на тялото на изолатора позволява да се намали рамото, върху което е огънат прътът от фибростъкло, и по този начин, за да се постигнат необходимите стойности на деформация, е необходимо използването на прът от фибростъкло с по-малък диаметър. Единият край на тръбата може да бъде в контакт с фланеца, другият край на тръбата е постоянно свързан към диелектричния прът от фибростъкло. Връзката може да се извърши по всякакъв удобен начин: залепване, кримпване, болтове и т.н. В този случай дължината на диелектричния прът трябва да е достатъчна, за да не настъпи електрическа повреда вътре в изолатора. Отвън цялото тяло на изолатора от фланец до фланец е покрито с устойчива на следи защитна обвивка, изработена от силиконова гума. Защитната обвивка покрива не само пръта от фибростъкло, но и металната захранваща тръба. Това е необходимо за увеличаване на въздушното разстояние между отворените части на изолатора, които са под различни потенциали. Също така е необходимо оребряване по метална тръба, за да се увеличи дължината на пътя на пълзене по повърхността на изолатора, за да се намали силата на токовете на утечка по протежение на замърсената повърхност на изолатора. Дебелината на защитното покритие с ребра е избрана така, че да е достатъчна, за да издържи изолаторът на импулсното разрядно напрежение без въздушно и гумено припокриване. По този начин вътрешната изолация се извършва от диелектричен прът от фибростъкло. Разрядното напрежение във въздуха издържа на въздушната междина и защитния слой на обвивката. понася механично натоварванеметална тръба и късо парче прът от фибростъкло. Като се има предвид, че модулът на еластичност на стоманата е с няколко порядъка по-висок от този на фибростъкло, огъването на метална тръба при изчисленията е значително по-малко от съответния сегмент на прът от фибростъкло. В резултат на това отклонението на горния фланец на изолатора при прилагане на натоварване възниква само поради огъването на пръта от фибростъкло. Като се има предвид намаляването на дължината му с 2 или повече пъти, деформацията при натоварване намалява съответно. Тоест, с нормализирано отклонение е възможно да се постигне намаляване на диаметъра на пръта от фибростъкло и целия изолатор, което означава спестяване на материали и необходимата твърдост на изолатора.
Кратко описание на чертежа
1 - метални фланци,
2 - черупка, устойчива на проследяване,
3 - електроизолационен прът от фибростъкло,
5 - метална захранваща тръба.
Фирмата жалбоподател проектира и произведе изолатори 220 kV. Досега полимерните изолатори за такива напрежения се изработваха само от тръба или прът с диаметър най-малко 120 mm. Като основа за разработването на изолатора е взет прът от фибростъкло с диаметър 80 mm. Височината на изолатора е 2200 мм. Металната тръба е с дължина 1350 мм. Защитната обвивка с ребра е с минимална дебелина в близост до металния прът - 20 мм. Електрическата якост EPR на пръта от фибростъкло е 30 kV/cm, защитната силиконова обвивка е 28 kV/mm. Модул на еластичност на прът от фибростъкло - 800 MPa, стомана - 9 GPa. Изолаторите са направени по следния начин.
Пръчка от фибростъкло се вкарва в метална тръба на разстояние 2–3 диаметъра и се извършва радиално компресиране с кръгли матрици около пръта от фибростъкло. След това наИзолаторът беше поставен върху стандартни алуминиеви фланци и ребрата, които съставляват защитната обвивка, бяха залепени по цялата дължина на тялото на изолатора: върху прът от фибростъкло и метална тръба.
Преди залепването на ребрата на защитната обвивка стъклопластовият прът и металната тръба са покрити отвън с подходящ за всеки материал грунд за по-добра адхезия.
Изработена по предложения метод, партидата изолатори показа следните резултати. Отклонението на горния фланец на изолатора при прилагане на перпендикулярна сила на огъване от 1,5 kN е не повече от 20 mm, което е приемливо. В същото време трябва да се има предвид, че изолаторите, направени върху 120 mm тръба по традиционна технология, са имали отклонение от повече от 65 mm при същата сила и са били 3 пъти по-скъпи за производство.
Техническият резултат от прилагането на претендираните изолатори е надеждната работа на разединителите и опорите на шините при условия на заледяване, натоварвания от вятър, изключване и включване под товар. Ясна и бърза работа на устройства с такива изолатори поради тяхната висока твърдост и минимални отклонения по време на работа. Икономическият резултат от приложението е намаляване на цената на изолаторите с повече от три пъти поради спестяване на скъпи материали.
Носещ изолатор, съдържащ електроизолиращо носещо тяло, защитна обвивка, устойчива на следене, с ребра и метални фланци, монтирани в двата края на изолатора, характеризиращ се с това, че носещото тяло на изолатора е направено под формата на неразделно свързан прът от фибростъкло и метална тръба с дължина най-малко 1/3 от дължината на изолатора.