RU2328787C1 - Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers - Google Patents

Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers Download PDF

Info

Publication number
RU2328787C1
RU2328787C1 RU2007101652/09A RU2007101652A RU2328787C1 RU 2328787 C1 RU2328787 C1 RU 2328787C1 RU 2007101652/09 A RU2007101652/09 A RU 2007101652/09A RU 2007101652 A RU2007101652 A RU 2007101652A RU 2328787 C1 RU2328787 C1 RU 2328787C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
insulators
insulator
fibers
composite
Prior art date
Application number
RU2007101652/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Валерьевич Старцев (RU)
Вадим Валерьевич Старцев
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод"
Priority to RU2007101652/09A priority Critical patent/RU2328787C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2328787C1 publication Critical patent/RU2328787C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to high voltage suspended rod polymer insulators of overhead transmission lines (OT), designed predominantly for voltage 6-1150 V. Polymer rod insulator contains terminators and protective coating, bearing rod is made from composite polymer material, which is reinforced with organic fibers with high module of elasticity and strength.
EFFECT: absence of brittle fracture.
2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным подвесным стержневым полимерным изоляторам воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), рассчитанным на напряжение преимущественно 6-1150 кВ.The invention relates to electrical engineering, in particular to high-voltage suspended rod polymer insulators of overhead power lines (VLEP), designed for a voltage of mainly 6-1150 kV.

Предшествующий уровень техникиState of the art

В последние годы производство и применение полимерных изоляторов в электроустановках высокого напряжения во многих странах неуклонно расширяется.In recent years, the production and use of polymer insulators in high voltage electrical installations in many countries has been steadily expanding.

Применение этих изоляторов на ВЛ 35-750 кВ позволяет существенно снизить затраты на сооружение и эксплуатацию ЛЭП. Мировая практика показывает, что использование прогрессивной полимерной изоляции на ВЛ и в дальнейшем будет неуклонно возрастать.The use of these insulators on 35-750 kV overhead lines can significantly reduce the cost of construction and operation of power lines. World practice shows that the use of progressive polymer insulation on overhead lines will continue to increase steadily.

В применении полимерных изоляторов, наряду с несомненными достижениями, остается ряд серьезных нерешенных проблем. Поэтому изготовители изоляторов довольно скупо информируют заинтересованных специалистов о своих достижениях и недостатках, сохраняя в секрете не только аспекты технологии и конструктивные особенности изоляторов, но и опыт их эксплуатации.In the use of polymer insulators, along with the undoubted achievements, a number of serious unsolved problems remain. Therefore, manufacturers of insulators rather sparingly inform interested specialists about their achievements and shortcomings, keeping in secret not only the aspects of technology and design features of insulators, but also the experience of their operation.

Некерамические изоляторы делятся на композитные изоляторы, состоящие из нескольких видов полимеров и цельные изоляторы из одного полимерного материала. Наиболее широкое распространение в мире и в России нашли композитные изоляторы. Стандарт МЭК 1109 (1992) распространяется только на линейные (подвесные и натяжные изоляторы, междуфазные распорки ВЛ) композитные изоляторы. Стандарт МЭК 1109 [1] был разработан первым, и на его основе создавалась основная масса полимерных композитных изоляторов последнего времени.Non-ceramic insulators are divided into composite insulators, consisting of several types of polymers and solid insulators from one polymer material. The most widespread in the world and in Russia were composite insulators. The IEC 1109 (1992) standard applies only to linear (suspension and tension insulators, VL line-to-line spacers) composite insulators. The IEC 1109 standard [1] was developed first, and on its basis the bulk of polymer composite insulators of recent times was created.

Начиная с 60-х годов, конструкция этих изоляторов встречается также в большинстве патентов, связанных со стержневыми композитными изоляторами. Их всех объединяет общая конструкция: силовой стеклопластиковый стержень, защитная оболочка из трекингостойкого полимера (полиолефин, силикон и др.), металлические фланцы на концах для крепления изолятора. Стеклопластиковый стержень обычно состоит из матрицы на основе термореактивного полимера, например, эпоксидного, и армирующих тонких однонаправленных волокон. Метод изготовления стеклопластика со стеклянными нитями детально описан в патенте US 3,557,447 Jan. 1971. Во всех изоляторах, применяемых в мире сегодня, используется стержень, армированный стеклянными нитями. В частности, в патентах US 4,604,498 Aug. 1986, US 4,212,696 Jul. 1980, US 6.051,796 Apr. 2000, US 3,134,164 May 1964, US 4,246,696 Jan. 1981, US 4,217,466 Aug. 1980, SU 983758 от 23.12.1983 прямо указывается на использование стеклянных волокон в композитном силовом стержне. В патентах японской фирмы NGK Insulators Ltd., например, ЕР 0617433 от 25.03.1994 описывается изолятор с полимерным стержнем, армированным прочными волокнами, без указания на материал стержня. Сам стержень и материал по этому патенту не является объектом охраны.Starting from the 60s, the design of these insulators is also found in most patents related to rod composite insulators. They are all united by a common design: a fiberglass power rod, a protective shell made of a tracking-resistant polymer (polyolefin, silicone, etc.), metal flanges at the ends for fixing the insulator. A fiberglass rod usually consists of a matrix based on a thermosetting polymer, such as epoxy, and reinforcing thin unidirectional fibers. A method of manufacturing fiberglass with glass fibers is described in detail in US patent 3,557,447 Jan. 1971. All insulators used in the world today use a rod reinforced with glass filaments. In particular, in patents US 4,604,498 Aug. 1986, US 4,212,696 Jul. 1980, US 6,051,796 Apr. 2000, US 3,134,164 May 1964, US 4,246,696 Jan. 1981, US 4,217,466 Aug. 1980, SU 983758 of 12/23/1983 expressly indicates the use of glass fibers in a composite power rod. In the patents of the Japanese company NGK Insulators Ltd., for example, EP 0617433 of 03.25.1994 describes an insulator with a polymer rod reinforced with strong fibers, without indicating the material of the rod. The core and material of this patent are not protected.

Некоторые типы композитных подвесных изоляторов, изготовленных различными заводами с начала 70-х годов, оказались механически непрочными, что привело к ряду серьезных аварий даже после короткого срока их эксплуатации. Эти отказы в работе изоляторов произошли при механических нагрузках, значительно меньших, чем номинальная, а поверхность разрушения стеклопластика заметно отличалась от наблюдающейся при лабораторных механических испытаниях. Этот вид разрушения, впоследствии получивший название "хрупкого излома", был воспроизведен в лабораторных условиях, когда к стеклопластиковому стержню прилагалась относительно низкая растягивающая нагрузка с одновременным кислотным воздействием. В [2] даны рекомендации по идентификации хрупкого разрушения стеклопластикового стержня композитных изоляторов. Основные визуально наблюдаемые характеристики хрупкого излома стеклопластика: гладкая (без осколков) поверхность разрушения, в основном расположенная перпендикулярно оси стержня (лишь некоторые волокна выступают из смолы), наличие нескольких одновременно формирующихся по длине стержня плоскостей (трещин) разлома, поверхности разрушения чистые, не видно большого числа разрушенных волокон. В отличие от «хрупкого излома», при обычном разрушении стеклопластика растягивающей нагрузкой видно много разрушенных волокон (не кристаллических, а белых), мелких частиц стекла и смолы, а поверхность разрушения находится под углом 45 градусов к оси стержня.Some types of composite suspension insulators manufactured by various factories since the beginning of the 70s turned out to be mechanically fragile, which led to a number of serious accidents even after a short period of their operation. These failures in the operation of the insulators occurred under mechanical loads significantly less than the nominal, and the fracture surface of fiberglass significantly differed from that observed in laboratory mechanical tests. This type of fracture, later called the “brittle fracture”, was reproduced in laboratory conditions when a relatively low tensile load with simultaneous acid exposure was applied to the fiberglass core. In [2], recommendations are given for identifying brittle fracture of a fiberglass rod of composite insulators. The main visually observed characteristics of a brittle fracture of fiberglass: a smooth (without fragments) fracture surface, mainly located perpendicular to the axis of the rod (only some fibers protrude from the resin), the presence of several fracture planes (cracks) formed along the length of the rod, the fracture surfaces are clean, not visible a large number of broken fibers. In contrast to the “brittle fracture”, with the usual destruction of fiberglass by tensile load, many broken fibers (not crystalline, but white), small particles of glass and resin are visible, and the fracture surface is at an angle of 45 degrees to the axis of the rod.

В настоящее время это разрушение изучается во многих странах. На основе этих наблюдений принят следующий механизм хрупкого излома: чаще всего он происходит внутри металлической арматуры изоляторов, где распределение механических напряжений по сечению стержня особенно неравномерно, или на расстоянии 5-10 см выше нижнего оконцевателя, где при отсутствии экранов наблюдается наибольшая напряженность электрического поля. Трещина, начинающая хрупкое разрушение под действием растягивающей нагрузки, медленно распространяется до тех пор, пока вследствие постепенного уменьшения поперечного сечения стержня механическое напряжение возрастет до достаточно высокого уровня, производящего разрыв волокон. Изучение поверхности хрупкого разрушения с помощью микроскопа обнаруживает "линии остановки ", где начинаются трещины. Оценка многих хрупких разрушений показывает, что они связаны с низкой механической нагрузкой, медленным распространением трещин, инициацией их на поверхности стеклопластикового стержня. Обязательным фактом, сопровождающим хрупкие разрушения, является наличие контакта со стеклопластиком активных химических веществ, особенно кислотного раствора, т.е. хрупкое разрушение связано с коррозией материала стеклопластика в сочетании с механической нагрузкой. Когда кислота контактирует со стекловолокнами, происходит ионный обмен между кислотой и стеклянной решеткой. Это приводит к повышенным нагрузкам на поверхности стекловолокна, вызывающим спиральные трещины на поверхности стекла. Как известно, стеклопластиковые стержни композитных изоляторов изготавливаются из стекловолокон, размещенных в полимерной смоле. Высокая механическая прочность стержней определяется стекловолокнами. Трещины начинаются в смоле и обычно прекращают свое распространение вблизи стекловолокна. Если кислота достигает стекловолокна (обычно это происходит вблизи или на поверхности стержня), волокно разрывается в плоскости распространения трещины. Разрывы происходят постепенно: волокно за волокном. Кислота может мигрировать также продольно, вызывая постепенное распространение «хрупкого разрушения» вдоль стержня. При этом по мере распространения трещины механическое напряжение перед трещиной возрастает и поэтому трещина распространяется все быстрее. На заключительной стадии, когда скорость распространения трещины достигает скорости звука в стеклопластике, режим разрушения изменяется от «хрупкого» до нормального.This destruction is currently being studied in many countries. Based on these observations, the following mechanism of brittle fracture was adopted: most often it occurs inside the metal reinforcement of insulators, where the distribution of mechanical stresses over the cross section of the rod is especially uneven, or at a distance of 5-10 cm above the lower terminal, where in the absence of shields the greatest electric field strength is observed. A crack initiating brittle fracture under the action of a tensile load propagates slowly until, due to a gradual decrease in the cross section of the rod, the mechanical stress rises to a sufficiently high level that breaks the fibers. Examination of the surface of brittle fracture using a microscope reveals "stop lines" where cracks begin. Evaluation of many brittle fractures shows that they are associated with low mechanical stress, slow propagation of cracks, their initiation on the surface of a fiberglass rod. A mandatory fact that accompanies brittle fracture is the presence of contact with fiberglass active chemicals, especially an acid solution, i.e. brittle fracture is associated with corrosion of fiberglass material in combination with mechanical stress. When the acid contacts the glass fibers, an ion exchange occurs between the acid and the glass lattice. This leads to increased loads on the surface of the fiberglass, causing spiral cracks on the surface of the glass. It is known that fiberglass rods of composite insulators are made of fiberglass placed in a polymer resin. High mechanical strength of the rods is determined by fiberglass. Cracks begin in the resin and usually cease to spread near fiberglass. If the acid reaches the glass fiber (usually this occurs near or on the surface of the rod), the fiber breaks in the plane of propagation of the crack. Tears occur gradually: fiber by fiber. Acid can also migrate longitudinally, causing a gradual spread of “brittle fracture” along the rod. In this case, as the crack propagates, the mechanical stress in front of the crack increases and, therefore, the crack propagates faster and faster. At the final stage, when the crack propagation velocity reaches the speed of sound in fiberglass, the fracture mode changes from “brittle” to normal.

Рассмотренное явление «хрупкого излома» может наблюдаться на композитных изоляторах, подвергающихся обычным атмосферным воздействиям, поскольку некоторые кислоты различной концентрации могут содержаться в атмосферном воздухе. Азотная кислота может образовываться также на поверхности изолятора при электрических разрядах во влажной среде. Опасность «хрупкого излома» резко возрастает, если ребра защитной оболочки изоляторов повреждаются и обнажают стержень. Особенно чувствительной зоной для излома является место перехода от оболочки изолятора к ее концевой арматуре.The considered phenomenon of “brittle fracture” can be observed on composite insulators subjected to normal atmospheric influences, since some acids of various concentrations can be contained in atmospheric air. Nitric acid can also form on the surface of the insulator during electrical discharges in a humid environment. The danger of a "brittle fracture" increases sharply if the edges of the insulator containment shell are damaged and the core is exposed. A particularly sensitive fracture zone is the transition from the insulator shell to its end fittings.

Здесь применяются материалы с различными коэффициентами теплового расширения и они должны быть соединены между собой так, чтобы избежать проникновения влаги во внутреннюю полость арматуры, т.е. обеспечить герметичность соединения.Here materials with different coefficients of thermal expansion are used and they must be interconnected so as to avoid the penetration of moisture into the inner cavity of the reinforcement, i.e. ensure the tightness of the connection.

Вероятность появления «хрупкого излома» невозможно исключить при применении однонаправленных стеклопластиковых стержней с продольной ориентацией стеклянных волокон, так как разрушение одного волокна, направленного вдоль приложенной механической нагрузки, ведет к увеличению напряжения остальных волокон этого направления и дает предпосылки для развития разрушения.The likelihood of a “brittle fracture” cannot be ruled out when using unidirectional fiberglass rods with a longitudinal orientation of glass fibers, since the destruction of one fiber directed along the applied mechanical load leads to an increase in the stress of the remaining fibers of this direction and provides the basis for the development of fracture.

В изоляторе, описанном в патенте CN 1141718 и CN 1267063 "Liquid polyester modified anticorrosion stress-resistant core rod for high-voltage composite insulator" предпринята попытка решения этой проблемы применением для стеклянных волокон стойкого к коррозии стекла типа Е с покрытием жидким полиэстером. Изолятор по последнему патенту является прототипом, так как цели, поставленные в нем, идентичны достигаемым в нашем изоляторе. В прототипе вводится дополнительная защита стекла в композитном стержне и увеличивается его надежность, но решение по этому патенту не исключило полностью возможность возникновения «хрупкого излома».In the insulator described in CN 1141718 and CN 1267063, "Liquid polyester modified anticorrosion stress-resistant core rod for high-voltage composite insulator", an attempt was made to solve this problem by using corrosion-resistant type E glass coated with liquid polyester for glass fibers. The isolator according to the latest patent is a prototype, since the goals set in it are identical to those achieved in our isolator. The prototype introduces additional protection of the glass in the composite rod and increases its reliability, but the solution according to this patent did not completely exclude the possibility of a “brittle fracture”.

Цели изобретенияOBJECTS OF THE INVENTION

Целью изобретения является исключение коррозии стеклянных нитей в композитном стержне полимерных подвесных изоляторов, исключение возникновения «хрупкого излома», и - как следствие - исключение возможности разрушения изолятора и падения провода на землю.The aim of the invention is to eliminate the corrosion of glass fibers in the composite rod of polymer suspension insulators, to eliminate the occurrence of “brittle fracture”, and as a result, to eliminate the possibility of destruction of the insulator and falling wires to the ground.

Описание и пример реализацииDescription and implementation example

При применении стеклянных волокон невозможно исключить коррозию стекла под действием неблагоприятных атмосферных воздействий и полностью исключить возможность «хрупкого излома» и падения изолятора с проводом под напряжением на землю. С другой стороны, не применять высокопрочные стеклянные нити невозможно, так как несущий стержень должен выдерживать нагрузки на разрыв более 70 кН, а тяжение проводов воздушных линий электропередачи особенно в аварийном режиме может превышать 400 кН. Стержень, выполненный монолитным без армирования тонкими однонаправленными нитями из любого полимера, не может выдержать таких нагрузок. Возникает конфликтная ситуация: стеклянные однонаправленные нити должны быть и в то же время - их не должно быть. Разрешить этот конфликт удалось в предлагаемом изоляторе, где стеклянные нити в композитном силовом стержне заменены органическими нитями с высоким модулем упругости. Такие нити появились в конце 1980-х годов [3] и в настоящее время известно достаточно много видов органических нитей, по своим свойствам сопоставимым со стеклянными нитями: полипарафенилентерефталамидные, полибензотиазольные, полибензоксазольные, поливинилспиртовые, полиэтиленовые и другие волокна на основе жесткоцепных и гибкоцепных полимеров, жидкокристаллических полиакриленовых и полиимидных полимеров. Торговые марки этих волокон: Кевлар (Дюпон Немур), СВМ, Армос, Терлон, Эконол, Вектран, ИВСАН, Текмилон (Мицуи Ко. Япония), Эспелен (НПО «Тверьхимволокно»), Спектра (Эллайд Ко, США), Дайнема (ДСМ, Голландия) и др.When using glass fibers, it is impossible to exclude glass corrosion under the influence of adverse atmospheric influences and completely exclude the possibility of “brittle fracture” and the fall of an insulator with a live wire to the ground. On the other hand, it is impossible not to use high-strength glass filaments, since the supporting rod must withstand tensile loads of more than 70 kN, and the tension of the wires of overhead power lines, especially in emergency operation, can exceed 400 kN. A rod made of monolithic without reinforcement with thin unidirectional threads of any polymer cannot withstand such loads. There is a conflict situation: glass unidirectional threads should be and at the same time - they should not be. This conflict was resolved in the proposed insulator, where the glass filaments in the composite power rod were replaced with organic filaments with a high modulus of elasticity. Such filaments appeared in the late 1980s [3] and now there are many types of organic filaments that are comparable in properties to glass filaments: polyparaphenylene terephthalamide, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polyvinyl alcohol, polyethylene and other fibers based on rigid-chain and flexible-chain polymers, liquid crystal polyacrylene and polyimide polymers. The trademarks for these fibers are Kevlar (Dupont Nemur), CBM, Armos, Thurlon, Econol, Vectran, IVSAN, Teclimon (Mitsui Co. Japan), Espelen (Tverkhimvolokno NGO), Spectra (Ellide Co., USA), Daynema (DSM , Holland) and others.

Наиболее известными высокопрочными и высокомодульными органическими волокнами являются арамидные волокна на основе жидкокристаллических полиамидов (волокна Кевлар, Тварон, Терлон) и их сополимеров (волокна СВМ, Армос, Технора). Первьм из них в 1971 г. появилось волокно Кевлар (Fiber D, PRD - первоначальные названия), созданное американской фирмой «Дюпон де Немур». Позже аналогичные волокна Тварон и Терлон были разработаны соответственно фирмой «Акзо» (Голландия) и НПО «Химволокно» (Россия). Из сополимерных волокон прежде всего отметим отечественные волокна марки СВМ (первоначальное название ВНИИВЛОН) и марки Армос, разработанное в НПО «Химволокно» (Россия), выпускаемые в промышленном масштабе с конца 1970-х годов. Аналогичное волокно Технора производится японской фирмой «Тейджин». В настоящее время ассортимент органических волокон весьма обширен. Путем модификации состава, условий вытягивания и термообработки удается варьировать их упругопрочностные свойства в соответствии с требованиями потребителей. Например, выпускается более 12 типов волокна Кевлар с прочностью от 2 до 3,8 ГПа и модулем упругости от 70 до 190 ГПа.The most famous high-strength and high-modulus organic fibers are aramid fibers based on liquid crystal polyamides (Kevlar, Twaron, Terlon fibers) and their copolymers (CBM, Armos, Tehnora fibers). The first of them in 1971 appeared Kevlar fiber (Fiber D, PRD - the original name), created by the American company Dupont de Nemours. Later similar fibers Twaron and Thurlon were developed respectively by Akzo (Holland) and NPO Khimvolokno (Russia). Of the copolymer fibers, first of all, we note domestic fibers of the CBM brand (the original name is VNIIVLON) and the Armos brand, developed by NPO Khimvolokno (Russia), manufactured on an industrial scale since the late 1970s. A similar fiber of Technor is produced by the Japanese company Teijin. Currently, the range of organic fibers is very extensive. By modifying the composition, drawing conditions and heat treatment, it is possible to vary their elastic strength properties in accordance with the requirements of consumers. For example, more than 12 types of Kevlar fiber are produced with a strength of 2 to 3.8 GPa and an elastic modulus of 70 to 190 GPa.

Органические волокна с высоким модулем упругости обладают высокой стойкостью к действию минеральных кислот, не подвержены коррозии и выщелачиванию, в отличие от стекла, используемого в стеклянных волокнах. Композитные пластики с армирующими органическими волокнами применяются в аэрокосмической отрасли, и начинают применяться в машиностроении, где необходимы высокие удельные характеристики материала.Organic fibers with a high modulus of elasticity are highly resistant to the action of mineral acids, are not susceptible to corrosion and leaching, unlike glass used in glass fibers. Composite plastics with reinforcing organic fibers are used in the aerospace industry, and begin to be used in mechanical engineering, where high specific characteristics of the material are required.

Основным недостатком органических волокон с высоким модулем упругости и композитных материалов на их основе является высокая стоимость в сравнении со стеклянными волокнами и стеклопластиками. Однако, учитывая, что в структуре стоимости изолятора несущий стержень занимает не более 9%, удорожание общей стоимости всего изолятора незначительно. Свойства, которые приобретает изолятор, более ценны.The main disadvantage of organic fibers with a high modulus of elasticity and composite materials based on them is their high cost in comparison with glass fibers and fiberglass. However, given that in the structure of the cost of an insulator the bearing rod takes up no more than 9%, the rise in price of the total cost of the entire insulator is negligible. The properties that an insulator acquires are more valuable.

Технология производства композиционного полимерного материала, армированного органическими волокнами с высоким модулем упругости идентична технологии производства композитов на основе стеклянных волокон, и не представляет сложности. Материалы, используемые для матрицы, могут быть как термопластами, так и реактопластами. Единственным отличием является применение для армирования волокон из органических высокомодульных полимеров. В частности стержни диаметром до 80 мм изготавливаются методом пултрузии. Метод заключается в протягивании через фильеру пучка тонких органических нитей, пропитанных полимером матрицы и последующем отверждении полимера матрицы в результате необратимой реакции для реактопластов или понижения температуры для термопластов. По данной технологии изготавливается до 85% всех полимерных композитных стержней, армированных волокнами (стеклянными, угольными, борными, базальтовыми, керамическими, органическими и др.).The production technology of a composite polymer material reinforced with organic fibers with a high modulus of elasticity is identical to the technology for the production of composites based on glass fibers, and is not difficult. The materials used for the matrix can be both thermoplastics and thermosets. The only difference is the use of high modulus organic polymers for reinforcing fibers. In particular, rods up to 80 mm in diameter are manufactured by pultrusion. The method consists in drawing a beam of thin organic filaments impregnated with a polymer matrix through a die and then curing the polymer matrix as a result of an irreversible reaction for thermosets or lowering the temperature for thermosets. Using this technology, up to 85% of all polymer composite rods reinforced with fibers (glass, carbon, boric, basalt, ceramic, organic, etc.) are manufactured.

Несущие стержни для изоляторов из композиционного полимерного материала, армированного органическими волокнами с высоким модулем упругости, в отличие от стеклопластиковых обладают рядом свойств, необходимых и проявляющихся при эксплуатации высоковольтных изоляторов с нагрузкой. При изготовлении на предприятии - заявителе опытной партии высоковольтных изоляторов на напряжение 110 кВ, 220 кВ и проведении последующих исследований было доказано, что цель изобретения достигнута.Bearing rods for insulators made of composite polymer material reinforced with organic fibers with a high modulus of elasticity, unlike fiberglass ones, have a number of properties necessary and manifested during the operation of high-voltage insulators with a load. In the manufacture of an experimental batch of high-voltage insulators for voltage of 110 kV, 220 kV at the applicant enterprise and subsequent studies, it was proved that the purpose of the invention was achieved.

Изоляторы, изготовленные на основе органопластикового стержня, успешно выдержали воздействие загрязнений растворами минеральных кислот, щелочей и солей. Испытания изоляторов проводились в экстремальных для эксплуатации условиях согласно рекомендациям CIGRE [4] и международному стандарту IEC1102 [1]. При дополнительных сравнительных испытаниях на воздействие органических кислот изоляторы показали результаты несколько худшие, чем аналогичные изоляторы, изготовленные на основе стеклопластиковых стержней. Воздействие таких кислот в реальных условиях эксплуатации не встречается. Все вредные воздействия согласно общепринятым методикам испытаний полимерных высоковольтных изоляторов были применены при испытаниях и изоляторы успешно выдержали эти испытания.Insulators made on the basis of an organoplastic rod successfully withstood the effects of contamination with solutions of mineral acids, alkalis and salts. Insulator tests were carried out under extreme operating conditions in accordance with the recommendations of CIGRE [4] and the international standard IEC1102 [1]. In additional comparative tests for the effects of organic acids, insulators showed slightly worse results than similar insulators made on the basis of fiberglass rods. Exposure to such acids under actual operating conditions does not occur. All harmful effects according to the generally accepted testing methods for polymer high-voltage insulators were applied during the tests and the insulators successfully passed these tests.

Для ужесточения условий испытаний изоляторы изготовили без защитных силиконовых оболочек. Органопластиковый стержень был изготовлен на основе циклоалифатической трекингостойкой смолы и арамидных волокон производства ОАО «Каменскволокно». В результате испытаний этих изоляторов была выявлена возможность работы изоляторов под напряжением без защитной силиконовой оболочки. В соответствии с программой ускоренных испытаний расчетный период работы изолятора составил более 10 лет. При этом надо учитывать, что высоковольтный изолятор на основе стеклопластикового стержня без защитной оболочки разрушается в течение 3-4 месяцев.To tighten the test conditions, the insulators were made without protective silicone shells. The organoplastic core was made on the basis of cycloaliphatic tracking-resistant resin and aramid fibers produced by Kamenskvolokno OJSC. As a result of testing these insulators, it was revealed that live insulators could operate without a protective silicone shell. In accordance with the accelerated testing program, the calculated period of operation of the insulator was more than 10 years. It should be borne in mind that a high-voltage insulator based on a fiberglass rod without a protective shell is destroyed within 3-4 months.

Механические испытания показали более высокие характеристики при растягивающих нагрузках. При воздействии длительных динамических растягивающих усилий изоляторы, изготовленные на основе органопластикового стержня, показали результаты, превосходящие в 15-20 раз характеристики изоляторов изготовленных на основе стеклопластиковых стержней. При воздействии динамических нагрузок усталостные разрушения в органопластиковых стержнях изолятора наступали значительно позднее, чем в стеклопластиковых. Это дает возможность прогнозировать значительное увеличение срока службы этих изоляторов, так как подвесные изоляторы при вибрации проводов испытывают именно динамические нагрузки. При дополнительных испытаниях органопластиковых стержней изоляторов на сжатие были получены результаты худшие, чем аналогичные у стеклопластиковых стержней изоляторов. Но этот недостаток не влияет на работу изолятора, так как при эксплуатации на изолятор воздействуют только растягивающие нагрузки. Сжимающие нагрузки испытывают стержни только на заводе при изготовлении, в процессе операции опрессовки металлических фланцев на стержне. Эту операцию необходимо проводить более тщательно, соблюдая режимы давления прессования. Также необходимо при опрессовке фланцев использовать круглые матрицы и радиальное всесторонне обжатие для более бережного выполнения этой операции.Mechanical tests showed higher tensile strength. Under the influence of long dynamic tensile forces, insulators made on the basis of an organoplastic rod showed results that are 15-20 times higher than the characteristics of insulators made on the basis of fiberglass rods. Under the influence of dynamic loads, fatigue fractures in the organoplastic rods of the insulator occurred much later than in fiberglass ones. This makes it possible to predict a significant increase in the service life of these insulators, since suspension insulators experience dynamic stresses during vibration of the wires. In additional tests of organoplastic insulator rods for compression, worse results were obtained than similar ones for fiberglass insulator rods. But this drawback does not affect the operation of the insulator, since during operation only tensile loads act on the insulator. Compressive loads are tested by the rods only at the factory during manufacture, during the operation of crimping metal flanges on the rod. This operation must be carried out more carefully, observing the pressing pressure regimes. When crimping flanges, it is also necessary to use round dies and radial comprehensive compression to more carefully carry out this operation.

Главным результатом использования предлагаемого изолятора на основе композиционного полимерного материала, армированного органическими волокнами с высоким модулем упругости является отсутствие «хрупкого излома». На предприятии -заявителе были изготовлены стержни методом пропитки армирующих органических волокон связующим матрицы под давлением. Для производства стержней использовались арамидные волокна СВМ производства ОАО «Каменскволокно», в качестве связующего использовалась эпоксидно-диановая смола ЭД-20. В результате длительных испытаний, имитирующих условия возникновения «хрупкого излома», не было выявлено ни одного случая такого типа разрушения. Контрольные образцы изоляторов со стеклопластиковым стержнем показали разрушение в 3-х случаях из 10-ти. Стеклопластиковые стержни изготавливались по той же технологии с применением для армирования стеклянного ровинга производства ОАО «Тверьстеклопластик» и в качестве связующего - такой же эпоксидной смолы ЭД-20. Испытания проводились в течение 8 месяцев по методике CIGRE [4].The main result of the use of the proposed insulator based on a composite polymer material reinforced with organic fibers with a high modulus of elasticity is the absence of a “brittle fracture”. At the applicant enterprise, rods were made by impregnating reinforcing organic fibers with a matrix binder under pressure. For the production of cores, CBM aramid fibers manufactured by Kamenskvolokno OJSC were used, and ED-20 epoxy-diane resin was used as a binder. As a result of lengthy tests simulating the conditions of occurrence of a “brittle fracture”, not a single case of this type of destruction was revealed. Control samples of insulators with a fiberglass rod showed destruction in 3 cases out of 10. Fiberglass rods were made according to the same technology using glass roving manufactured by Tverstekloplastik OJSC for reinforcing and the same epoxy resin ED-20 as a binder. The tests were carried out for 8 months according to the CIGRE method [4].

На основе вышесказанного можно сделать вывод о значительном улучшении электрических, эксплуатационных и механических характеристик предлагаемых изоляторов в сравнении с традиционными на основе стеклопластикового несущего стержня. Также в предлагаемых изоляторах исключена возможность «хрупкого излома» и падения провода по этой причине.Based on the foregoing, it can be concluded that the electrical, operational and mechanical characteristics of the proposed insulators are significantly improved in comparison with traditional ones based on a fiberglass supporting rod. Also, the proposed insulators exclude the possibility of a “brittle break” and a fall of the wire for this reason.

Конструкция изолятора поясняется чертежамиThe design of the insulator is illustrated by drawings.

На всех чертежах следующие обозначения:In all the drawings, the following notation:

1 - фланцы изолятора для крепления к арматуре и опоре1 - insulator flanges for fastening to fittings and support

2 - электроизоляционный стержень из композиционного полимерного материала, армированного органическими волокнами с высоким модулем упругости2 - electrical insulating core made of composite polymer material reinforced with organic fibers with a high modulus of elasticity

3 - силиконовая защитная оболочка3 - silicone protective shell

4 - армирующие органические волокна с высоким модулем упругости4 - reinforcing organic fibers with a high modulus of elasticity

5 - полимерная матрица композитного стержня5 - polymer matrix composite rod

Фиг.1 - вид композитного изолятора со стержнем, армированным органическими волокнами.Figure 1 is a view of a composite insulator with a rod reinforced with organic fibers.

Фиг.2 - вид электроизоляционного стержня, состоящего из полимерной матрицы и органических высокомодульных волокон.Figure 2 - view of the insulating rod, consisting of a polymer matrix and organic high-modulus fibers.

ЛитератураLiterature

1. IEC 1109 (1992 г.). Composite insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000 V. Definitions, test methods and acceptance criteria.1. IEC 1109 (1992). Composite insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000 V. Definitions, test methods and acceptance criteria.

2. Guide for the identification of brittle fracture of composite insulator FPR rod. Working Group 03 of CIGRE Study Committee 22. Electra, 1992, №143, 61-65.2. Guide for the identification of brittle fracture of composite insulator FPR rod. Working Group 03 of CIGRE Study Committee 22. Electra, 1992, No. 144, 61-65.

3. Moore, John W., "PRD-49 A New Organic High Modulus Reinforcing Fiber", published by E.I.DuPont de Nemours and Co., Inc., Textile Fibers Department, Wilmington, Del., 18 pages.3. Moore, John W., "PRD-49 A New Organic High Modulus Reinforcing Fiber", published by E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc., Textile Fibers Department, Wilmington, Del., 18 pages.

4. CIGRE Study Committee 22, W.G. 10, 1983. Technical basis for nominal requirements for composite insulators. Electra, №88, 1983, 89-114.4. CIGRE Study Committee 22, W.G. 10, 1983. Technical basis for nominal requirements for composite insulators. Electra, No. 88, 1983, 89-114.

Claims (1)

Полимерный стержневой изолятор, содержащий силовой несущий стержень, оконцеватели и защитную оболочку, отличающийся тем, что стержень выполнен из композиционного полимерного материала, армированного органическими волокнами с высоким модулем упругости.A polymer rod insulator containing a power supporting rod, terminators and a protective sheath, characterized in that the rod is made of a composite polymer material reinforced with organic fibers with a high modulus of elasticity.
RU2007101652/09A 2007-01-17 2007-01-17 Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers RU2328787C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101652/09A RU2328787C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101652/09A RU2328787C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2328787C1 true RU2328787C1 (en) 2008-07-10

Family

ID=39680853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101652/09A RU2328787C1 (en) 2007-01-17 2007-01-17 Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2328787C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544840C2 (en) * 2012-09-24 2015-03-20 Андрей Павлович Восканян Suspended polyethylene insulator for overhead transmission lines
RU2554096C2 (en) * 2009-08-21 2015-06-27 Цзыбо Тайгуан Электрик Пауэр Эквипмент Фэктори Suspended insulator and group of suspended insulators
RU2592645C2 (en) * 2014-07-29 2016-07-27 Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Suspended insulator
RU2695802C1 (en) * 2018-02-06 2019-07-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэнерго-Инжиниринг" (Ооо "Форэнерго-Инжиниринг") Insulator
RU2709792C1 (en) * 2018-12-26 2019-12-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэнерго-Инжиниринг" (Ооо "Форэнерго Инжиниринг") Rod insulator (versions)
CN110635429A (en) * 2018-06-25 2019-12-31 日本可锻株式会社 Mounting structure of polymer insulator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554096C2 (en) * 2009-08-21 2015-06-27 Цзыбо Тайгуан Электрик Пауэр Эквипмент Фэктори Suspended insulator and group of suspended insulators
RU2544840C2 (en) * 2012-09-24 2015-03-20 Андрей Павлович Восканян Suspended polyethylene insulator for overhead transmission lines
RU2592645C2 (en) * 2014-07-29 2016-07-27 Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Suspended insulator
RU2695802C1 (en) * 2018-02-06 2019-07-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэнерго-Инжиниринг" (Ооо "Форэнерго-Инжиниринг") Insulator
CN110635429A (en) * 2018-06-25 2019-12-31 日本可锻株式会社 Mounting structure of polymer insulator
CN110635429B (en) * 2018-06-25 2022-03-29 日本可锻株式会社 Mounting structure of polymer insulator
RU2709792C1 (en) * 2018-12-26 2019-12-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэнерго-Инжиниринг" (Ооо "Форэнерго Инжиниринг") Rod insulator (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2328787C1 (en) Insulator with composite rod that is reinforced with high module organic fibers
Barjasteh et al. Moisture absorption of unidirectional hybrid composites
Chateauminois et al. Hygrothermal ageing effects on the static fatigue of glass/epoxy composites
Amini et al. Evaluation of the electrical properties and mechanical behavior of insulator’s composite core in harsh environments
Aveston et al. Long-term strength of glass-reinforced plastics in dilute sulphuric acid
Ahmad Sawpan Effects of alkaline conditioning and temperature on the properties of glass fiber polymer composite rebar
Liu et al. Tensile behaviors of ECR-glass and high strength glass fibers after NaOH treatment
Johari et al. Creep behaviour monitoring of short-term duration for fiber-glass reinforced composite cross-arms with unsaturated polyester resin samples using conventional analysis
Spagnuolo et al. Physical, mechanical and durability properties of GFRP bars with modified acrylic resin (modar) matrix
Gao et al. Comparative investigation on fracture of suspension high voltage composite insulators: A review—Part I: Fracture morphology characteristics
Kuhl FRP rods for brittle fracture resistant composite insulators
Bakar et al. Durability control of moisture degradation in GFRP cross arm transmission line towers
Naito et al. Temperature‐dependent tensile properties of hybrid carbon/glass thermoplastic composite rods
Cao et al. System and method of quasi-distributed fiber Bragg gratings monitoring brittle fracture process of composite insulators
Ogbonna et al. A comparative study on the failure analysis of field failed high voltage composite insulator core rods and recommendation of composite insulators: A review
RU2599614C1 (en) Composite bearing element
RU2342724C1 (en) Isolator with inorganic composite rod
Naito Flexural properties of carbon/glass hybrid thermoplastic epoxy composite rods under static and fatigue loadings
KR20160145090A (en) Conductor for bare overhead electric lines, especially for middle-high thermal limit, and low expansion at high electric loads
Liu et al. Synergistic effect of acidic environmental exposure and fatigue loads on FRP tendons
De Tourreil et al. " Brittle fracture" of composite insulators: why and how they occur
KR20110006881A (en) Electric cable for application of a wind farm
Kobayashi et al. Development of composite insulators for overhead lines
Xie et al. Investigation on the failure analysis of crimped composite insulators used in “V” type string
NAITO et al. Reliability evaluation of novel core-in-sheath-type carbon/glass hybrid thermoplastic composite rods

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160118