RU2173902C1

RU2173902C1 - Rod-type insulating supporting structure

Info

Publication number: RU2173902C1
Application number: RU99127625/09A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Афанасьевский; И.П. Мирошников; Э.П. Соловьев; В.З. Трифонов; М.Ю. Цыганов; Ю.И. Цыганов; В.А. Кухтиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "Альфа-Энерго"
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; supporting structures for high-voltage substations. SUBSTANCE: supporting structure has at least one member incorporating monolithic load-bearing insulating rod, tracking-resistant insulating shell, and metal terminators installed on either end of mentioned rod. Novelty is that monolithic load-bearing insulating rod is made of two insulating members; one of them is axial member and other is made in the form of fiberglass and polymeric binder based shell formed on axial member. Metal terminators are, essentially, flanges mounted with adjustable fit on rod ends and held strictly in parallel. Ground-end terminator is at least twice as long as that on high-voltage end. Proposed supporting structure is noted for high bending and torsional strength, electric strength, and definite height of insulating shell. It has more than ten-fold safety margin in bending strength and may be found useful as insulating support for high-voltage circuit breakers, disconnecting switches, busbar supports, and the like. EFFECT: reduced size, enhanced mechanical and electric strength, enlarged functional capabilities. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике и касается опорных изоляционных конструкций для высоковольтных подстанций. The invention relates to electronics and for supporting insulating structures for high voltage substations.

Такие опорные стержневые изоляционные конструкции представляют собой, как правило, фарфоровый стержень с ребрами и закрепленными на концах с помощью цементной связки металлическими фланцами. Изоляторы предназначаются для изоляции и крепления токоведущих частей в распределительных устройствах станций и подстанций и, в частности, используются в качестве опорных поворотных изолирующих элементов, поддерживающих токоведущие шины и ножи разъединителей при эксплуатации на открытом воздухе. Such supporting rod insulating structures are, as a rule, a porcelain rod with ribs and metal flanges fixed at the ends with a cement bond. Insulators are designed for insulation and fastening of live parts in switchgears of stations and substations, and, in particular, are used as supporting rotary insulating elements supporting current-carrying busbars and disconnector knives during outdoor operation.

Известна опорно-изоляционная конструкция в виде опорно-стержневого изолятора, содержащего несущий стеклопластиковый стержень с однонаправленной структурой стекловолокна, защитную ребристую трекингостойкую оболочку и металлические оконцеватели (фланцы), закрепляемые на стержень методом объемного обжатия (Свидетельство РФ N 5676, 1996 г.). A support-insulating structure is known in the form of a support-rod insulator containing a supporting fiberglass rod with a unidirectional fiberglass structure, a protective ribbed tracking-resistant sheath and metal terminators (flanges) fixed to the rod by volumetric compression (Russian Federation Certificate N 5676, 1996).

Основными недостатками этой опорно-изоляционной конструкции являются ее низкие механические характеристики на изгиб и кручение, высокая деформируемость и существенная зависимость механических свойств стержня от температуры, что не обеспечивает надежную работу высоковольтных аппаратов с использованием таких изоляционных конструкций. The main disadvantages of this support-insulating structure are its low mechanical characteristics for bending and torsion, high deformability and a significant dependence of the mechanical properties of the rod on temperature, which does not ensure reliable operation of high-voltage devices using such insulating structures.

Известна изоляционная конструкция в виде изолятора, содержащая стекловолоконный корпус, сформированный в двух направлениях, первое - вдоль корпуса и второе - поперечное, полученное намоткой пропитанного стекловолокна на внутреннюю часть корпуса. Трекингостойкую оболочку инжекционно отливают в форме по стекловолоконному корпусу (Заявка РСТ N WO 94/06127, H 01 B 17/06, 1993 г.). Known insulating structure in the form of an insulator containing a fiberglass body formed in two directions, the first along the body and the second transverse, obtained by winding the impregnated fiberglass onto the inside of the body. A tracking-resistant casing is injection molded in a mold over a fiberglass casing (PCT Application N WO 94/06127, H 01 B 17/06, 1993).

Основным недостатком этого изолятора является то, что внешнюю часть корпуса получают намоткой пропитанного смолой стекловолокна на осевую часть корпуса. Подобная волоконная намотка практически не изменяет прочности композиционного стержня на изгиб и кручение, и эти характеристики существенно зависят от температуры. The main disadvantage of this insulator is that the outer part of the body is obtained by winding resin-impregnated fiberglass onto the axial part of the body. Such fiber winding practically does not change the strength of the composite rod in bending and torsion, and these characteristics are significantly dependent on temperature.

Известна опорно-изоляционная конструкция в виде опорного полимерного изолятора, который используется в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов, например выключателей, разъединителей, шинных опор и т.д. Изолятор содержит стержень из электроизоляционного материала, например из стекложгута, пропитанного термореактивным компаундом, трекингостойкую оболочку, экран, выполненный из стекловолона, пропитанного термореактивным компаундом и расположенного между стержнем и трекингостойкой оболочкой, и металлические оконцеватели (Патент РФ N 2074425, H 01 B 17/02, 27.02.97). Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбрано в качестве прототипа. Known support insulation design in the form of a reference polymer insulator, which is used as a reference insulation of high-voltage devices, such as switches, disconnectors, busbars, etc. The insulator contains a rod made of electrical insulating material, for example, a fiberglass impregnated with a thermosetting compound, a tracking-resistant shell, a screen made of fiberglass impregnated with a thermosetting compound and located between the rod and the tracking-resistant shell, and metal terminators (RF Patent N 2074425, H 01 B 17/02 , 02.27.97). This technical solution is the closest in technical essence to the claimed one and is selected as a prototype.

Основным недостатком указанной конструкции является то, что она обладает недостаточно высокими механическими характеристиками на изгиб и кручение и существенной зависимостью механических свойств стержня от температуры, что не обеспечивает надежную работу высоковольтных аппаратов. The main disadvantage of this design is that it does not have sufficiently high mechanical characteristics for bending and torsion and a significant dependence of the mechanical properties of the rod on temperature, which does not ensure reliable operation of high-voltage devices.

Это обстоятельство требует применения стержней большого диаметра, что приводит к получению изолятора также с большой боковой поверхностью, что в свою очередь приводит к снижению электрических характеристик. Применение больших диаметров стержней требует массивных фланцев, что в совокупности приводит к большой массе изолятора и высокой его стоимости. This circumstance requires the use of rods of large diameter, which leads to an insulator with a large lateral surface, which in turn leads to a decrease in electrical characteristics. The use of large rod diameters requires massive flanges, which together leads to a large mass of the insulator and its high cost.

Изобретением решается задача создания опорной стержневой изоляционной конструкции для изоляции и крепления токоведущих частей в распределительных устройствах станций и подстанций, которая используется в качестве опорных поворотных изолирующих элементов, поддерживающих токоведущие шины и ножи разъединителей при эксплуатации на открытом воздухе, а также обеспечения высокой механической прочности на изгиб и кручение, высокой электрической прочности, при уменьшении габаритов изоляционных конструкций и строгой определенной высоте изолятора и параллельности фланцев оконцевателей. The invention solves the problem of creating a support rod insulating structure for insulation and fastening of live parts in switchgears of stations and substations, which is used as support rotary insulating elements supporting live busbars and disconnector knives for outdoor use, as well as providing high mechanical bending strength and torsion, of high electric strength, while reducing the dimensions of insulating structures and a strict certain height of the olator and the parallelism of the flanges of the terminal.

Для решения поставленной задачи заявлена опорная стержневая конструкция, имеющая по крайней мере один элемент, содержащий несущий изоляционный стержень, защитную трекингостойкую оболочку и металлические оконцеватели, установленные на обоих торцах изолятора, в которой предложено согласно настоящему изобретению несущий изоляционный стержень выполнять из двух изоляционных элементов, осевого в виде стеклопластикового прутка и наружного в виде оболочки из стеклотекстолита на основе стеклоткани и полимерного связующего, сформированного на осевом элементе, при этом указанные изоляционные элементы выполнены в виде монолита, защитная трекингостойкая оболочка формируется набором концентрических колец, герметично соединенных друг с другом и размещенных непосредственно на несущем стержне, а металлические оконцеватели представляют собой фланцы с регулируемой посадкой на торцах изолятора посредством стопоров. Опорная стержневая конструкция содержит осевой элемент, выполненный в виде прутка с продольным расположением стекловолокна или в виде прутка из стекловолокнита или стеклотекстолита, который предварительно получен методом прессования. Оконцеватель со стороны "земли" должен быть, по крайней мере, вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения. To solve this problem, a support rod structure is declared having at least one element containing a supporting insulating rod, a protective tracking-resistant shell and metal terminators installed on both ends of the insulator, in which it is proposed according to the present invention that the supporting insulating rod is made of two insulating elements, axial in the form of a fiberglass rod and an outer one in the form of a shell of fiberglass based on fiberglass and a polymer binder formed about on the axial element, while these insulating elements are made in the form of a monolith, a protective tracking-resistant shell is formed by a set of concentric rings, hermetically connected to each other and placed directly on the supporting rod, and metal terminators are flanges with an adjustable fit on the ends of the insulator by means of stoppers. The supporting rod structure contains an axial element made in the form of a rod with a longitudinal arrangement of fiberglass or in the form of a rod of fiberglass or fiberglass, which was previously obtained by pressing. The terminal on the ground side must be at least twice as long as the terminal on the high voltage side.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Заявляемая опорная стержневая изоляционная конструкция состоит из несущего стержня, который образован из двух изоляционных элементов - первого осевого - в виде стеклопластикового прутка 1 и второго наружного - в виде оболочки 2 из стеклотекстолита на основе стеклоткани и полимерного связующего. Оболочка 2 сформирована на осевом элементе таким образом, что образует с ним монолитный композиционный стержень. Защитная изоляционная трекингостойкая оболочка формируется набором концентрических колец 6, соединенных с оконцевателями 4 и 7 и друг с другом герметиком, и является защитой стержня от атмосферных воздействий. Оконцеватели 4 и 7 закреплены на концах стержня с помощью штифтов (стопоров) 5, которые также герметизируются. Оконцеватели 4 и 7 имеют фланцы 3 для монтажа их в аппаратах. The inventive supporting rod insulating structure consists of a supporting rod, which is formed of two insulating elements - the first axial - in the form of a fiberglass rod 1 and the second outer - in the form of a shell 2 of fiberglass based on fiberglass and a polymer binder. The shell 2 is formed on the axial element in such a way that it forms a monolithic composite rod with it. A protective insulating tracking-resistant shell is formed by a set of concentric rings 6 connected to the terminators 4 and 7 and to each other with a sealant, and is the protection of the rod from atmospheric influences. The terminals 4 and 7 are fixed at the ends of the rod with the help of pins (stoppers) 5, which are also sealed. Terminal 4 and 7 have flanges 3 for mounting them in devices.

Изолятор изготавливается следующим образом. The insulator is made as follows.

Осевой элемент в виде прутка 1 изготавливался из стеклопластика с однонаправленной структурой волокон, из стекловолокнита и из стеклотекстолита, предварительно подвернутых прессованию на необходимый размер и частично полимеризованных. Оболочка 2 сформирована путем намотки вокруг прутка 1 предварительно пропитанной полимером стеклоткани и с последующим отверждением. На торцевую часть изготовленного стержня надевают нижний оконцеватель 7, в котором по центру фиксируют стержень 2 и закрепляют его штифтом 5. В образовавшуюся полость помещают первое кольцо трекиногостойкой оболочки 6, затем производят набор остальных колец трекингостойкой оболочки до необходимого размера изолятора. Все стыки между кольцами и оконцевателями заполняют герметиком. Далее надевают верхний оконцеватель 4, который закрепляют на нужной высоте штифтом 5. The axial element in the form of a rod 1 was made of fiberglass with a unidirectional fiber structure, fiberglass and fiberglass, previously subjected to pressing to the required size and partially polymerized. The shell 2 is formed by winding around the rod 1 pre-impregnated with a polymer fiberglass and then curing. A lower terminal 7 is put on the end part of the manufactured rod, in which the rod 2 is fixed in the center and fixed with a pin 5. The first ring of the crack-resistant shell 6 is placed in the cavity, then the remaining rings of the crack-resistant shell are set up to the required insulator size. All joints between the rings and the terminators are filled with sealant. Next, put on the upper terminal 4, which is fixed at the desired height with a pin 5.

Достоинством данного изобретения является значительное удешевление опорной конструкции за счет выполнения ее из стекловолокнита или стеклотекстолита. The advantage of this invention is the significant reduction in the cost of the supporting structure due to its implementation from fiberglass or fiberglass.

Композиционная структура несущего изоляционного стержня обеспечивает одновременно высокие механические характеристики на изгиб и кручение, низкую деформативность и незначительную зависимость механических свойств от температуры. The compositional structure of the supporting insulating rod provides at the same time high mechanical characteristics for bending and torsion, low deformability and insignificant dependence of mechanical properties on temperature.

Свободная посадка оконцевателей на концы стержня и закрепление их с помощью штифтов с последующей их герметизацией позволяет более точно соблюдать размеры изолятора, а также осуществлять сборку изоляторов различных размеров в любом месте. Отсутствие напряженного состояния стержня в месте закрепления фланцев и их точная посадка обеспечивают стабильную долговременную работу опорной изоляционной конструкции при комбинированной механической нагрузке в составе различных опорных конструкций. The free landing of the terminators on the ends of the rod and their fastening with the help of pins with their subsequent sealing allows more accurately observing the dimensions of the insulator, as well as assembling insulators of various sizes anywhere. The absence of the stress state of the rod at the place of fastening of the flanges and their exact fit ensure stable long-term operation of the supporting insulating structure with combined mechanical load in various supporting structures.

Дополнительным преимуществом данного изобретения является применение оконцевателей различной длины (см. чертеж). Оконцеватель со стороны "земли" 7 должен быть не менее чем вдвое длиннее оконцевателя со стороны высокого напряжения 4. Это обеспечивает дополнительную механическую устойчивость изолятора и стабильную электрическую прочность. An additional advantage of this invention is the use of terminators of various lengths (see drawing). The terminal on the ground side 7 should be at least twice as long as the terminal on the high voltage side 4. This provides additional mechanical stability of the insulator and stable electrical strength.

Проведенные испытания показали высокую механическую прочность при изгибе, причем при потере механической прочности полного разрушения (излома) не происходит. Опорный изолятор 110 кВ на основе композиционного стержня диаметром 76 мм имеет механическую прочность на изгиб 3,5 тонны при высоте 1 м. При этом остаточная механическая прочность составляет примерно 70% от максимальной механической прочности. The tests showed high mechanical strength in bending, and with the loss of mechanical strength, complete destruction (kink) does not occur. A 110 kV support insulator based on a composite rod with a diameter of 76 mm has a mechanical bending strength of 3.5 tons at a height of 1 m. In this case, the residual mechanical strength is approximately 70% of the maximum mechanical strength.

Электрические испытания изолятора показывают стабильные разрядные характеристики. Разброс значений разрядных напряжений изолятора при грозовых импульсах составляет не более 1%, а величина выдерживаемого напряжения изолятора 110 кВ составляет не ниже 50 кВ. Electrical tests of the insulator show stable discharge characteristics. The spread of the discharge voltage values of the insulator during lightning pulses is not more than 1%, and the withstand voltage of the insulator 110 kV is not less than 50 kV.

Экономический эффект достигается за счет безаварийной работы разъединителей и шинных пор и отсутствия травматизма, так как падение изоляторов исключается. Недоотпуск электроэнергии также резко сокращается, потому что аппарат с поврежденным изолятором можно вывести из строя в ремонт в течение суток. The economic effect is achieved due to the trouble-free operation of disconnectors and bus pores and the absence of injuries, since the drop of insulators is eliminated. Lack of electricity supply is also sharply reduced, because a device with a damaged insulator can be put out of service for repair within a day.

Результаты испытаний разъединителей с такими полимерными изоляторами подтверждают возможность их применения, так как разъединители работоспособны при эксплуатационных нагрузках, а по механической прочности при изгибе имеют более чем десятикратный запас прочности, что позволяет их эксплуатировать более 50 лет с учетом снижения механической прочности за счет старения полимерного материала. The test results of disconnectors with such polymer insulators confirm the possibility of their use, since the disconnectors are operational at operational loads, and have more than ten-fold safety margin in mechanical bending strength, which allows them to operate for more than 50 years, taking into account a decrease in mechanical strength due to aging of the polymer material .

Заявляемая опорная стержневая конструкция может найти применение в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов выключателей, разъединителей, шинных опор и т.д., особенно в тех типах аппаратов, опорная изоляция которых работает в условиях высоких механических нагрузок на открытом воздухе. The inventive support rod structure can find application as a support insulation of high-voltage devices of switches, disconnectors, busbar supports, etc., especially in those types of devices, the support insulation of which works under conditions of high mechanical loads in the open air.

Применение таких изоляторов в качестве опорной изоляции высоковольтных аппаратов, например разъединителей, позволит увеличить их надежность. The use of such insulators as supporting insulation of high-voltage devices, such as disconnectors, will increase their reliability.

Claims

1. Supporting rod insulating structure in the form of at least one element containing a supporting insulating monolithic rod, with fiberglass, a protective tracking-resistant shell and metal terminators installed at both ends of the supporting insulating monolithic rod, characterized in that the supporting insulating monolithic rod contains the axial element and the outer shell of fiberglass, impregnated with a polymer binder, metal terminators are flanges, fixed with adjustable second landing at the ends of the insulating monolithic carrier rod by stops and a solderless from the "ground", at least twice the length of solderless from high voltage.

2. The supporting rod insulating structure according to claim 1, characterized in that the axial element is made in the form of a rod with a longitudinal arrangement of fiberglass.

3. The supporting rod insulating structure according to claim 1, characterized in that the axial element is made of fiberglass.

4. The supporting rod insulating structure according to claim 1, characterized in that the axial element is made of fiberglass.

5. The supporting rod insulating structure according to claim 3 or 4, characterized in that the axial element of fiberglass or fiberglass is previously obtained by pressing.