UA68544A - Solid-cast polymer casing of an insulator - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема, до полімерних ізоляторів, і може бути 2 використаний при виготовленні конструкцій високовольтних апаратів зовнішнього виконання.

Відомий ізолюючий елемент полімерного ізолятора, який містить електроізоляційний склопластиковий стержень, сполучений з полімерним ізолятором за допомогою зв'язуючої речовини, а також металеві наконечники. При цьому шуканий ізолюючий елемент виконаний у вигляді суцільнолитої оболонки, а саме у вигляді корпусу і кільцевих ребер, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині. Кут нахилу 70 утворюючої конусоподібного поглиблення до площини його основи о, в градусах, і радіус закруглення в місці примикання поверхні поглиблення до корпусу ізолюючого елемента К, в міліметрах, вибраний з наступного співвідношення: 0 /К 0 -2,5 -- 4,0. При цьому ізолюючий елемент виготовлений з силіконової гуми швидкої/адитивної вулканізації (11.

Недоліком відомої конструкції ізолюючого елемента, виконаного у вигляді суцільнолитої полімерної 15 оболонки, є відсутність ефективних співвідношень геометричних розмірів її складових елементів, що не дозволяє досягнути високої надійності роботи ізолятора в жорстких умовах експлуатації.

Як прототип вибрана суцільнолита полімерна оболонка з кільцевими ребрами, що входить до складу полімерного ізолятора (21.

Недоліком пристрою прототипу є відсутність ефективних співвідношень геометричних розмірів її складових 20 елементів, що не дозволяє досягнути підвищення експлуатаційної надійності полімерного ізолятора, зниження енергоємності, трудомісткості і підвищення технологічності його виготовлення, а також підвищення електричної і механічної міцності прикордонного шара між електроізоляційним стержнем і ізолюючим елементом.

В основу винаходу поставлена задача підвищення експлуатаційної надійності полімерного ізолятора, зниження енергоємності, трудомісткості і підвищення технологічності його виготовлення, а також підвищення 29 електричної і механічної міцності прикордонного шара між електроізоляційним стержнем і ізолюючим елементом « шляхом удосконалення конструкції і встановлення ефективних співвідношень геометричних розмірів складових елементів суцільнолитої полімерної оболонки ізолятора.

Вказана мета досягається тим, що в суцільнолитій полімерній оболонці ізолятора, виконаній у вигляді циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині, діаметр т 30 ребра циліндричної оболонки ізолятора лежить в межах від 80 до 160 мм, крок між суміжними ребрами лежитьв «Ж межах від 20 до 60 мм, ширина кільцевого ребра у його основи лежить в межах від 5 до 21 мм, а відношення довжини шляху витоку елемента до кроку між суміжними ребрами лежить в межах від 2,35 до 3,5. що

Перераховані ознаки прибудую складають сутність винаходу. ее)

Наявність причинно-наслідного зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, що

Зо досягається, полягає в наступному. ї-оі

Особливості експлуатації ізоляторів в контактних мережах і лініях електропередачі висувають підвищені вимоги до їх надійності. Виходячи з багаторічного досвіду експлуатації, сьогодні можна затверджувати, що полімерні ізолятори найбільш відповідають цим вимогам. «

Зараз застосування полімерних ізолюючих конструкцій є якісно новим напрямом в розвитку високовольтного З ізоляторобудування. Полімерні конструкції мають високу стійкість до поверхневих електричних розрядів, с сонячної радіації, пилу, забруднень, змін температури, ударів, експлуатаційних електричних і механічних "з впливів.

Крім того, полімерні ізолятори володіють високою гідрофобністю і низькою забрудненістю ізоляційних поверхонь, не потребують омивання, чищення, дефектування, профілактичних робіт.

Вказані властивості полімерних ізолюючих конструкцій забезпечують їх високу надійність і довговічність,

Ф і, отже, зниження витрат при їх монтажі, транспортуванні і експлуатації, а також підвищення надійності (о) електропостачання об'єктів.

Новизна заявляємої конструкції при виготовленні ізоляторів полягає у використанні ізоляторів з о суцільнолитої захисної оболонки, яка не має стиків між окремими ребрами. т» 50 Виконання ізолюючого елемента у вигляді суцільнолитої оболонки дозволяє підвищити експлуатаційну надійність полімерного ізолятора, а також підвищити електричну і механічну міцність прикордонного шара між

Т» електроізоляційним стержнем і ізолюючим елементом, виключити розгерметизацію ізолятора між кільцевими ребрами за рахунок виключення роз'ємів, знизити енергоємність, трудомісткість і підвищити технологічність його виготовлення за рахунок виключення операцій монтажу. 99 У свою чергу, ефективні співвідношення геометричних параметрів ребер і оболонки дозволяють досягнути в. оптимальних експлуатаційних і технологічних характеристик полімерних ізоляторів.

До основних експлуатаційних характеристик полімерних ізоляторів відносять: Е врр -- напруженість електричного поля, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані (кВ/см); т -- трекінго-ерозійна стійкість. Це час від початку експлуатації до моменту утворення провідної 60 доріжки (трека), до якої ввели вуглець, або ерозії поверхні оболонки на критичну глибину.

Трек і ерозія утворюються при одночасному впливі електричного поля і туману, утвореного розпиленням солоної води заданої електропровідності (години). Грекінго-ерозійна стійкість макетів ізолятора визначалася в камері солоного туману по методиці ГОСТ 28856-90.

До технологічних характеристик полімерних ізоляторів відносять: стійкість (здатність) до витягання 62 оболонки (ребер) з литтєвої прес-форми без відриву ребер і роздирання гуми в місці сполучення ребра і ствола оболонки.

При цьому сукупність параметрів ребра і оболонки повинні бути такою, щоб забезпечити отримання максимально високих вказаних експлуатаційних і технологічних характеристик.

Було встановлено, що вищезгадані геометричні параметри захисної ребристої оболонки полімерного ізолятора є взаємопов'язаними. Необхідність дотримання вищезгаданих співвідношень зумовлена пружно-міцнісними властивостями матеріалу суцільнолитої оболонки (такими, як умовна міцність, відносне подовження і залишкова деформація).

Винахід ілюструється графічним матеріалом, де на фіг. 1 показаний загальний вигляд суцільнолитої 7/0 полімерної оболонки ізолятора; на фіг. 2 приведені експериментальні графіки залежності напруженості електричного поля Е врр, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані, від співвідношення діаметрів ребра оболонки 0 і стовбура ізолятора 4, тобто О/4, при різних діаметрах стовбура ізолятора а; на фіг. З схематично зображений елемент кільцевого ребра суцільнолитої полімерної оболонки; на фіг. 4 приведена графічна залежність, що показує вплив кута нахилу ребра Ж на трекінго-ерозійну стійкість Т і на коефіцієнт запасу міцності на відрив Кр при витяганні ізолятора з литтєвої форми.

Суцільнолита полімерна оболонка ізолятора виконана у вигляді суцільнолитої конструкції 1, що має циліндричний корпус 2 з кільцевими ребрами 3, що мають конусоподібне поглиблення 4 в нижній частині.

Діаметр ребра циліндричної оболонки ЮО ізолятора лежить в межах від 80 до 160 мм, крок між суміжними ребрами Н» (або Н.) лежить в межах від 20 до 60 мм, величина ширини кільцевого ребра З у його основи АП лежить в межах від 5 до 21 мм, а відношення довжини шляху витоку елемента (І 5) до кроку між суміжними ребрами Нь, тобто відношення В - І //Нь лежить в межах від 2,35 до 3,5.

Кут нахилу Ж кільцевого ребра З ізолятора лежить в межах від 13 до 25", кут розхилу 9 вершини 5 кільцевого ребра ізолятора лежить в межах від б до 7", а кут нахилу бут нижньої поверхні кільцевого ребра З до горизонтальної площини лежить в межах від 6 до 18" (див. фіг. 1). «

Радіуси сполучення (г, і гв) кільцевого ребра ізолятора з верхньою 6 і нижньою 7 частинами циліндричної оболонки 2 ізолятора знаходяться в діапазонах відповідно г, - 01 5 З мм і гв- 5 5 6 мм. Товщина стінки А циліндричної оболонки 1 лежить в межах від 5 до 7 мм (див. фіг. 1).

Виготовляють полімерний ізолятор на базі захисної ребристої оболонки таким чином. -

Зв'язуючу речовину наносять на поверхню електроізоляційного склопластикового стержня (на фіг. 1-4 не «г показаний) по всій його довжині, далі електроізоляційний стержень розміщують в литтєвій пресі-формі, внутрішня поверхня якої визначає ребристу конфігурацію зовнішньої поверхні оболонки. о

Для утворення ізолюючого елемента в прес-форму подають під тиском еластомер, і обробляють його при со певній температурно-часовій залежності і тиску. Як еластомер, як правило, використовують силіконову гуму 3о адитивної вулканізації, що містить одночасно вініл" їі водневміщуючі силоксани, що зшиваються під впливом ре) платинового каталізатора.

Як було встановлено, вказані вище геометричні параметри ребра циліндричної оболонки ізолятора впливають на її експлуатаційні і технологічні характеристики. «

Зазначимо, що ефективні значення кута нахилу ребра ж знаходили за умови одночасного забезпечення високих значень трекінго-ерозійної стійкості (Т) і запасу механічної міцності ребра на роздирання і відрив. З с Залежність ГТ - (5) визначали експериментальне. Коефіцієнт Ку, запасу міцності на відрив при витяганні » ізолятора з литтєвої прес-форми (Кр - Н/Рр, де Н -- міцність при розриві, Гр - сила роздирання) визначали розрахунковим шляхом.

Експериментальним шляхом визначалося також ефективне (оптимальне) значення співвідношення між довжиною шляху витоку ребра (І 3) і міжреберною відстанню, або висотою ізоляційного елемента (Не).

Ме. На фіг. 2 приведені експериментальні графіки залежності напруженості електричного поля Е врн, при якій

Го! відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані, від співвідношення 0/4 при різних діаметрах ствола ізолятора: а -12 мм (1); а - 20 мм (2) і а - 36 мм (3). о Випробування проводилися при забрудненні ізоляторів каоліном з питомою поверхневою провідністю 5 їх 20 МмкСм. З графіків на фіг. 2 слідує, що ефективний (оптимальний) діаметр ребра О лежить в діапазоні 80 - 160 мм.

Максимум напруженості електричного поля Е врн, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в

Т» забрудненому і зволоженому стані, в діапазоні Ю - 80 - 160 мм пояснюється тим, що при Ю « 80 мм ребра недостатньо ефективно захищають ізолятор від суцільного зволоження оболонки при дощі.

У той же час при О » 160 мм через зниження необхідної кількості ребер меншає кількість підсушених 29 струмами витоку зон в міжреберному просторі, що призводить до збільшення поверхневої провідності ізолятора і в зниження напруження перекриття (поверхневого пробою).

Виходячи з цього, було встановлено, що ефективний діаметр ребра О циліндричної оболонки ізолятора лежить в межах від 80 до 160 мм.

Визначення оптимального співвідношення довжини шляху витоку ребра | з до міжреберної відстані Нь, 60 тобто відношення В - І 8/Не, проводилося на основі вимірювань напруженості електричного поля, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані Е ври - 7 (В) при змінній напрузі Т- 50 Гц і при забрудненні солоним туманом і каоліном.

Ефективний діапазон відношення В - І //Нь визначали на основі даних, приведених у табл. 1, де 1 мкСм вв (мікросіменс) - 1 См'1075 --- питома поверхнева провідність забрудненого і зволоженого ізолятора.

МЕввиоВієм забруднення Г

Колін з питомою поверхневою провіднстю 17 мем 09 12113525 2,28 2.25/2,09 208 1.84

З таблиці 1 слідує, що шукане ефективне співвідношення В - | 3/Нь лежить в межах від 2,35 до 3,5. 7/0 Відхилення від цього діапазону призводить до погіршення експлуатаційних і технологічних характеристик оболонок ізоляторів.

Товщина ребра оболонки Ай у його основи, тобто в місці сполучення з циліндричною частиною оболонки, визначалася виходячи з наступних міркувань.

При витяганні ізолятора з литтєвої форми ребро не повинне відриватися від стовбура оболонки і не повинно 7/5 бути роздирання гуми в точці контакту А основи ребра з циліндричним корпусом оболонки (див. фіг. 3), тобто в місці сполучення кільцевого ребра ізолятора з нижньою частиною циліндричної оболонки.

Стійкість силіконового ребра до відриву і роздирання визначалася дослідно-розрахунковим шляхом, тобто отримані розрахункові значення зазнавали згодом перевірки дослідним шляхом. Нижче приводиться послідовність розрахунку. 1) Розраховується сила Е, необхідна для витягання ребра з литтєвої полуформи, на основі наступного співвідношення:

Був 8 ІНТО), 2 де "7 -- коефіцієнт пари тертя "гума -- метал"; з урахуванням застосування антиадгезива " -0,1; 85 - внутрішній тиск гуми, що завулканизувалась, у литтєвій формі перед розкриттям, МПа; значення З приймається таким, що дорівнює модулю пружності гуми при стисненні Е р сж, який дорівнює Е рсж - 5МПа - « 5105 н/ме;

З - площа нижньої поверхні ребра ізолятора: зв ліра) м?) З 4 ' « 2) Розраховується сила Гуд на одиницю довжини напівкола в місці стику ребра з циліндричною частиною ою оболонки (стволом):

КЕ ,ІНІ (З) с

Ед. - пт (Се) де г - а/2-- радіус захисної полімерної оболонки.

З) Розраховується сила відриву ребра від ізолятора Е о при витяганні з форми, а також сила роздирання Ер в кутовій частині з'єднання (точка А, див. фіг. 3):

Ра - уд сов8, Н/мм (4) « ву - Буд. Віпа, Н/мм (5) - с 4) Розраховується необхідна товщина Ай: хз» м- МО)

І-І де |гр) -- межа міцності гуми при відриві (розтягненні); для гуми НМ1760/65 значення |в» | х 4,5 Н/мм7.

Ф Визначаються допоміжні параметри Ії (товщина ребра поблизу поверхні циліндричної частини оболонки) і Г:

Ге | 1: АнНовіп І (7) тя сл К- де о - радіус ребра. н-- ї 2

Т» Таким чином, товщина ребра поблизу поверхні циліндричної частини оболонки ї, при збереженні однакової жорсткості ребер із збільшенням їх діаметра ОО, є пропорційною вильоту ребра с і розраховується по емпіричному вираженню: ів -ї) ; (8) де 7 - 0,2-0,25. » 5) Визначається коефіцієнт запасу міцності гуми на роздирання в місці з'єднання ребра зі стовбуром оболонки: кр) 6о Ре де Н - міцність гуми на роздирання, Н/мм.

У таблиці 2 приведені обчислені і перевірені експериментальне значення Е і Руд для кільцевих ребер суцільнолитої полімерної оболонки ізолятора з ефективними розмірами. вв

О,МммМм 8,м2 г Н Руд, Н/мм во Іросазтровав| 2519.

Потрібно відмітити, що сила відриву ребра від ізолятора і сила роздирання матеріалу гуми в зоні основи ребра 3, що лежить між позиціями 6 і 7, залежать від кута нахилу нижньої поверхні ребра 5, який, в свою чергу, пов'язаний з кутом 5. Тому вказані співвідношення необхідно знаходити дослідно-експериментальним і /о розрахунковим шляхом.

На фіг. 4 приведена отримана дослідно-експериментальним і розрахунковим шляхом графічна залежність, що показує вплив кута нахилу ребра 2 на трекінго-ерозійну стійкість Т і на коефіцієнт запасу міцності на відрив при витяганні ізолятора з литтєвої форми Кр (Кр - Н/Рр, де Н -- міцність при розриві, Н/мм, яка для гуми НМ1760/65 складає Н - 4,5 Н/мм; 1-1;2-- Кр).

З графіків, показаних на фіг. 4, слідує, що у разі малих кутів нахилу ребер (Ж « 8") трекінго-ерозійна стійкість Т знижується значно нижче за норму (норма - 182 годин). З іншого боку, збільшення кута 2 призводить до зниження запасу міцності на роздирання.

Відомо, що норматив трекінго-ерозійної стійкості згідно ГОСТ 28856-90 становить 182 годин, що, як видно з фіг. 2, відповідає куту нахилу ребра 5 - 13", Відношення міцності гуми на роздирання до сили Ер, що дорівнює

М, відповідає куту нахилу ребра ж - 25" (див. фіг. 4).

Таким чином, були встановлені наступні діапазони зміни кута нахилу кільцевого ребра ізолятора: «ті - 19",

Фах У 297. Цим кутам Ж відповідають кути нахилу нижньої поверхні ребра бій - 67 тях З 18".

Було встановлено, що для підвищення коефіцієнта запасу міцності ребра від зусиль на роздирання (Е р) і відрив (Ро) місця сполучення ребра З з циліндричною частиною оболонки (стволом 2 оболонки 1) необхідно виконувати з такими радіусами: в нижній частині гн-» 2 мм; у верхній частині га 2» 5 ММ. «

Практика показала, що збільшення радіусів гу - 2 мм і гв - 5 мм є недоцільним, оскільки запас міцності при цих значеннях радіусів є цілком достатнім, а подальше збільшення г, і ге призводить до збільшення витрати гуми.

Таким чином, були встановлені діапазони зміни радіусів сполучення ребра з верхньою (г,) і нижньою (гв) З частинами циліндричної оболонки ізолятора, а саме: гу - 1 3 мм; в - 57 6 мм. «І

Експериментальне було підтверджено, що ці розміри дозволяють виключити деформацію ребер при розкритті прес-форми і уникнути можливого відриву кільцеподібного ребра від корпусу ізолюючого елемента й оболонки. (се)

При перевищенні верхніх значень цих параметрів можливий відрив ребра від корпусу оболонки, а при значеннях, менших за нижні граничні значення, значно збільшується вартість литтєвої форми і істотно гіршає ї-о міцність готової оболонки.

Товщина оболонки (А вибиралася з умови забезпечення вологозахисту склопластикового електроізоляційного стержня (на фіг. 1-4 не показаний) і ерозійної стійкості оболонки 1, і складала йти - 5 мм; «

Атах 7 7 ММ. З с Так, були визначені значення Дпдіп і Айтах для оболонки, що має діаметр ребра ОО - 100 мм. У цьому » випадку Андіп - 8 ММ; Ай тах - 8,4 ММ

Для оболонки з діаметром ребра О дід - 80 мм визначили:

АНтіп - Б. Пассову сова Зла сов, 4б'мми мм б бр ср 45 о Для оболонки з діаметром ребра О пах- 160 мм отримали: сл Аптяє с 0 - вЕ0ВЕ 109 СО зд тиме: лММ ср обр 4,5 - Таким чином, розрахунково-експериментальним шляхом було встановлено, що ефективний розмір основи

Т» ребра Ап для кутів 2 -13 ї 25" відповідно складає: Андір - 5 ММ; тах - 21 мм.

Крок між ребрами Нь також визначався розрахунково-експериментальним шляхом. Відповідне розрахункове співвідношення для визначення Не має наступний вигляд: во0б-ф-нав) 5іп пе 7 віпе(В-) С де 8 -- кут нахилу верхньої площини ребра (на фіг. 1-4 не показаний), що дорівнює 85 - 90- 5, град; бо в - кут нахилу нижньої площини ребра (на фіг. 1-4 не показаний), що визначається так: в'- анйщо с. Ітваді (11) п2 де по -- висота внутрішнього конуса ребра, що визначається так: вБо пу сосдв- ТММ зіпе де с-- виліт ребра З (див. фіг. 3).

Визначений розрахунково-експериментальним шляхом ефективний діапазон значень Н 5 виявився таким: Нотпіп У 20 мм; Натах - 60 мм.

Суцільнолита полімерна оболонка ізолятора вказаних розмірів, що заявляються, пройшла успішні експериментальні випробування в лабораторіях високих напруг, в т.ч. в ІЕЗ ім. Патона, і зараз готується документація на її промислове використання при номінальних напругах від З5 до 110 кВ (при напругах грозового імпульсу, що витримується, згідно з вимогами стандарту, від 220 до 450 кВ).

Джерела інформації 70 1. Полимерньй изолятор и способ его изготовления. МПК 7 Н 01 В 17/00. Патент Украиньі (ША) Мо 52084А, 2002. 2. Изолятор, ограничитель перенапряжений и способ изготовления полимерной оболочки. МПК 7 Н 01 В 17/50, Н 01 В 19/04, Н 01 С 17/12. Патент РФ (Ки) Мо2203514,2003. р

А й 2 г 0 и І и

Я и «шими е: 7 ап й ро

Я Яру 3

Я Ор у Кот

І І Е їз ; я І дно нн ра шах даже кут З « друд ше -5 її, Я Є з Іри

Ше : їй

ЯК

Зо о шини ом « вини Фо г сю ! ас и ю р го ка о ШИ б; пити»: ; кош? й со 1 с 1 виш е: (Се; кри

КІ ! т

І

« ші

Фіг. 1 с :» Тен ве 1,8 як тов ти со 10 Я с паші ї» 1 па 5-1 -- 0-01. 0 2 4 в 8

Р Фіг. 2 60 б5 вбК-- Е: їх

І

ІБ

Акт ю 17 Кк

Фіг. З

ПО)

Гог те ше -

А він ня «а/-47У ІЙ МІЙ в и ' й ;

Ти 5 «

І 1 /и з и ? ч ей і І « ! день б, ; і | ю ій 28 30 40 во Гм кут нахнлу пебра Ф со

Фіг. 4 що

Claims (1)

1. Формула винаходу « - с Суцільнолита полімерна оболонка ізолятора, яка виконана у вигляді циліндричного корпусу з кільцевими ц ребрами, що мають конусоподібне заглиблення в нижній частині, яка відрізняється тим, що діаметр кільцевого "» ребра циліндричної оболонки ізолятора лежить в межах від 80 до 160 мм, крок між суміжними кільцевими ребрами лежить в межах від 20 до 60 мм, ширина кільцевого ребра у його основи лежить в межах від 5 до 21 мм, а відношення довжини шляху витка елемента до кроку між суміжними кільцевими ребрами лежить в межах від Ге») 2,35 до 3,5. Ме Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних с мікросхем", 2004, М 8, 15.08.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. їх 50 У р с»

   60 б5