WO2017026913A1 - Муфта токопровода - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам передачи электроэнергии от источников тока потребителям, в частности к узлам токопроводов. Техническим результатом данного изобретения является повышение огнестойкости муфты токопровода. Один вариант муфты токопровода, содержит трубчатый металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, включающий электроизолированную несущую трубу с полостью под соединяемые контакты шин токопровода. Несущая труба выполнена из бумаги, пропитанной связующим, и к ней прикреплен охватывающий ее снаружи заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе. Внутри кожуха расположены закрывающие его торцы фланцы, в каждом из которых выполнено отверстие для крепления в нем шины токопровода. Кожух и каждый его фланец выполнены из немагнитного металла. Между кожухом и заземляющим экраном расположен композитный огнезащитный слой, выполненный из вспучивающегося при нагреве наполнителя, пропитанного связующим, образующими при вспучивании пустоты в огнезащитном слое. При этом наружная поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с внутренней поверхностью кожуха, а внутренняя поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с несущей трубой. Второй вариант муфты отличается от первого тем, что между кожухом и заземляющим экраном образована воздушная кольцевая полость, а торцы несущей трубы герметично закрыты фланцами несущей трубы с отверстием в каждом из них под шину токопровода.

Description

МУФТА ТОКОПРОВОДА

Изобретение относится к средствам передачи электроэнергии от источников тока потребителям, в частности к узлам токопроводов, таким как муфты для соединения секций токопровода. Изобретение предназначено для его использования в области электротехники.

Известна переходная соединительная муфта для соединения электрических кабелей, содержащая изолятор из наполненной эпоксидной композиции, закрепленный в кожухе из немагнитного материала, соединитель штекерного типа, усиливающую изоляцию и узел герметизации, отличающаяся тем, что изолятор выполнен в виде монолитной отливки и герметично соединен с кожухом с одной стороны жестко, а с другой стороны с возможностью относительного перемещения. Изолятор и кожух связаны между собой фланцевыми соединениями, одно из которых выполнено с резиновой прокладкой (RU 147096 U1, 20.10.2014).

Из патентной документации также известны муфты, каждая их которых содержит корпус и расположенные в нем электрические контакты (CN 101465529 А, 24.06.2009. CN 20135575 Y, 02.12.2009. JP 2036717 А, 06.02.1990. US 5436797 и JP 2010110186).

Наиболее близкой к представленной в данном описании муфте является муфта соединения секций токопровода, которая содержит корпус, секции токопроводов, элементы для выравнивания электрического поля, изоляционные и проводящие слои. (RU 2439764 С1, 10.01.2012).

Общими признаками известной муфты и двух вариантов муфты, которые представлены в данном описании, является то, что муфты содержат трубчатый металлический кожух, включающий электроизолированную электроизоляцией несущую трубу, выполненную из пропитанной отвержденной эпоксидной смолой бумаги, к несущей трубе прикреплен охватывающий ее заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе, закрытом с торцов кожуха фланцами с центральным отверстием в каждом из них под располагаемую в нем шину токопровода, при этом кожух и каждый фланец выполнены из немагнитного металлического материала.

Как показала практика, известные муфты, изготовленные в соответствии с патентом RU 2439764 С1, обладают прочностью и огнестойкостью в относительных пределах термических нагрузок, однако для объектов энергопотребления с повышенной опасностью известные муфты отвечают новым требованиям безопасности и надежности не в достаточной мере. Это связано с неудовлетворительной огнестойкостью муфт при длительном термическом воздействии на них, включая воздействие открытым пламенем.

Техническим результатом данного изобретения является повышение огнестойкости муфты.

Технический результат получен первым вариантом муфты токопровода, которая содержит трубчатый металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, включающий электроизолированную несущую трубу с полостью под соединяемые контакты шин токопровода, несущая труба выполнена из бумаги, пропитанной связующим, и к ней прикреплен охватывающий её снаружи заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе, причем внутри кожуха расположены закрывающие его торцы фланцы, в каждом из которых выполнено отверстие для крепления в нем шины токопровода, кожух и каждый его фланец выполнены из немагнитного металла, между кожухом и заземляющим экраном расположен композитный огнезащитный слой, выполненный из вспучивающегося при нагреве наполнителя, пропитанного связующим, образующими при вспучивании пустоты в огнезащитном слое, при этом наружная поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с внутренней поверхностью кожуха, а внутренняя поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с несущей трубой.

В качестве связующего выбрана эпоксидная смола с отвердителем, а в качестве наполнителя - вспучивающийся графит.

В качестве наполнителя использован порошковый графит.

Вспучивающийся порошковый графит зафиксирован на пропитанной эпоксидной смолой подложке, образующей собой трубчатую форму огнезащитного слоя.

В стенке кожуха вблизи его фланца установлен клапан, сообщающий полость несущей трубы с атмосферой.

Технический результат получен вторым вариантом муфты токопровода, которая содержит трубчатый металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, включающий электроизолированную несущую трубу с полостью под соединяемые контакты шин токопровода, несущая труба выполнена из бумаги, пропитанной связующим, и к ней прикреплен охватывающий снаружи заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе, причем внутри кожуха расположены фланцы кожуха, закрывающие торцы кожуха, в каждом фланце выполнено отверстие под шину токопровода, кожух и каждый его фланец выполнены из немагнитного металла, между кожухом и заземляющим экраном образована воздушная кольцевая полость, торцы несущей трубы герметично закрыты фланцами несущей трубы с отверстием в каждом из них под шину токопровода.

Вблизи фланца кожуха, в стенке кожуха установлен клапан, сообщающий воздушную кольцевую полость с атмосферой.

На фиг.1 показан первый вариант муфты в ее продольном разрезе; на фиг.2 - поперечный разрез первого варианта муфты (увеличено);

на фиг.З - второй вариант муфты в ее продольном разрезе.

Первый вариант муфты содержит металлический кожух 1 (фиг.1), включающий электроизолированную несущую нагрузку трубу 2 с полостью 3, предназначенной для расположения в этой полости соединяемых контактов 4 шин 5 токопровода. Несущая труба 2 выполнена из бумаги, пропитанной связующим и снаружи к ней прикреплен заземляющий экран 6. Несущая труба 2 расположена в металлическом кожухе 1. Кожух имеет наружное огнезащитное покрытие 7. Торцы кожуха закрыты фланцами 8. В центральном отверстии каждого фланца 8 герметично расположена шина 5. Торцы несущей трубы 2 жестко соединены уголковыми элементами с кожухом 1.

Фланцы 8 кожуха 1 расположены в полостях 9 кожуха заподлицо с его торцами. Кожух и его фланцы выполнены из немагнитного металла. Между кожухом 1 и несущей трубой 2 расположен композитный огнезащитный слой 10, имеющий в поперечном сечении замкнутую форму. Слой 10 выполнен из вспучивающихся при нагревании частиц 11 наполнителя (фиг.2), пропитанного связующим 12. Частицы наполнителя выполнены такими, что при чрезмерном температурном воздействии на муфту и на огнезащитный слой 10, частицы 1 1 , находящиеся в отвержденном связующем 12, вспучиваются и образуют в огнезащитном слое 10 пустоты 13. Наружная поверхность огнезащитного слоя 10 находится в контакте с внутренней поверхностью кожуха 1, а внутренняя поверхность огнезащитного слоя 10 находится в контакте с наружной поверхностью несущей трубы 2.

В качестве связующего выбрана эпоксидная смола с отвердителем, а в качестве наполнителя - графит. В качестве наполнителя использован порошковый графит, который в одном из вариантов использования в исходном состоянии может быть смешан со связующим, а в другом варианте его использования порошковый графит зафиксирован на пропитанной эпоксидной смолой подложке 14, образующей вместе с порошковым графитом и связующим трубчатую форму отвержденного огнезащитного слоя 10.

В стенке кожуха вблизи одного его фланца установлен пневматический клапан 15, сообщающий полость 3 несущей трубы 2 с атмосферой. Клапан 15 предназначен для выхода горячего воздуха из полости 3 в атмосферу в случае повышения давления в полости 3. В обратном направлении клапан 15 пропускает в полость 3 муфты воздух, но не влагу.

В полости 3 несущей трубы 2 расположен внешний электропровод 16, один конец 17 которого связан с несущей трубой 2, а другой конец 18 электропровода оснащен средством 19 для крепления к контакту 4 шины 5 токопровода.

Каждый фланец 8 выполнен из пары пластин 20 и расположенного между ними огнестойкого диэлектрика 21, стянутых болтами 22.

Толщина огнезащитного слоя 10 находится в пределах 3 - 25мм и выбрана в зависимости от площади поперечного сечения токоведущей шины, теплоотвода и ее конфигурации. Композитный материал содержит, например, в качестве связующего эпоксидную смолу с отвердителем, а в качестве наполнителя - вспучивающийся графит при соотношении, мас.%: графит 5 - 60, смола - остальное. Вспучивающийся графит использован с размерами частиц 0,5-0,8мм в виде свободного порошка или порошка, предварительно зафиксированного на подложке 14.

Второй вариант муфты токопровода (фиг.З) содержит трубчатый металлический кожух 1, включающий электроизолированную несущую нагрузку трубу 2 с полостью 3 для расположения в ней соединяемых контактов 4 шин 5 токопровода. Несущая труба 2 выполнена из бумаги, пропитанной связующим и к ней прикреплен охватывающий её снаружи заземляющий экран 6, который расположен в кожухе 1. Кожух имеет наружное огнезащитное покрытие 7. С торцовых сторон кожух закрыт фланцами 8. В центральном отверстии каждого фланца 8 герметично расположена шина 5. Фланцы кожуха расположены в полостях 9 кожуха заподлицо с его торцами. Кожух и его фланцы выполнены из немагнитного металла.

Между кожухом 1 и несущей трубой 2 образована кольцевая полость 23, сообщенная с полостями 9, каждая из которых расположена между смежными фланцами 8 и 24. Фланцы 24 являются частью несущей трубы 2, они герметично закрывают торцы несущей трубы 2 и расположены за пределами этой трубы. Фланцы 24 состыкованы с торцами несущей трубы 2 и жестко соединены с ней. В каждом фланце 24 выполнено центральное отверстие, в котором герметично расположена шина 5 токопровода. Один из фланцев 24 несущей трубы соединен внутренним электропроводом 25 с шиной 5 токопровода.

В стенке кожуха 1 вблизи его фланца 8, установлен клапан 15, сообщающий воздушную кольцевую полость 23 и полости 9 с атмосферой. В полости 3 несущей трубы 2 расположен внешний электропровод 16, один конец 17 которого связан с несущей трубой 2, а другой конец 18 электропровода оснащен средством 19 для крепления к контакту 4 шины 5 токопровода. Каждый фланец 8 кожуха 1 выполнен из пары пластин 20 и расположенного между ними огнестойкого диэлектрика 21, стянутых болтами 22.

Первый вариант муфты (фиг.1) работает следующим образом. Пропускают электрический ток через шины 5. В аварийной ситуации, например, при пожаре металлический кожух 1 с наружным огнезащитным покрытием 7 защищают несущую трубу 2 и шины 5 токопровода в заданных пределах температурных нагрузок, при этом металлический кожух 1 нагревается и передает тепло через огнезащитный слой 10 и несущую трубу 2 в воздушную полость 3. Далее тепло распространяется в воздушные полости 9 и через шины 5 оно выводится наружу. В случае предельных тепловых нагрузок частицы 11 огнезащитного слоя 10 вспучиваются и в слое 10 образуются пустоты 13, которые уменьшают теплопередачу слоя 10 от кожуха 1 на несущую трубу 2 и шины 5. При этом в случае превышения допустимого давления воздуха в полостях 9 и 3 открывается клапан 15 и избыточное давление воздуха выпускается в атмосферу. При работе муфты ее фланцы 8, огнестойкие диэлектрики 21 фланцев уменьшают передачу тепла с торцов муфты в полость 3 муфты и защищают несущую трубу 2 и шины 5 от действия температуры.

При нагревании муфты извне она защищает несущую трубу 2, шины 5 и ее контакты 4 в заданных пределах температурных нагрузок. При нагревании муфты извне до температуры до 1000°С, включая нагревание секции открытым пламенем, работоспособность шин и муфты в целом сохранялась в течение 180 минут. В сравнении с известными аналогами, изготовленными в соответствии с прототипом, этот показатель превысил устойчивость секции к указанным тепловым нагрузкам на 900 %. Показатели устойчивой работы первого варианта муфты получены при указанном оптимальном значении толщины огнезащитного слоя 10. При максимальной толщине слоя 10 существенно увеличивается расход материалов, а в случае уменьшения толщины слоя ниже его минимального значения, огнестойкость муфты резко снижается. Использование в конструкции огнезащитного слоя 10 подложки 14, выполненной из специальной огнестойкой пленки, позволило существенно уменьшить трудоемкость изготовления муфты. Под огнестойкостью в данном описании понимается сопротивление муфты тепловым нагрузкам и сохранение ее нормальной работоспособности в заданном промежутке времени от начала ее чрезмерного нагрева извне и до окончания нагрева, когда нормальная работа муфты прекращается. В практических условиях этот промежуток времени задан условиями безопасности энергоснабжаемых объектов, например, таких, как лифты зданий в случаях пожаров, а также других объектов, связанных с безопасностью людей. Муфта имеет улучшенные показатели ее огнестойкости в сравнении с серийно выпускаемыми муфтами, изготовленными в соответствии с указанным выше прототипом.

Второй вариант муфты (фиг.З) работает аналогично первому варианту, за исключением работы огнестойкого слоя 10, который во втором варианте муфты отсутствует. Во втором варианте муфты защитные функции выполняют металлический кожух 1 с наружным огнезащитным покрытием 7, воздушная кольцевая полость 23, полости 9, полость 3, фланцы 8 и фланцы 24, отделяющие полости 23 и 9 от полости 3. При нагревании муфты извне передача тепла от корпуса задерживается полостями 23 и 9, фланцами 8 и 24 и полостью 3. В случае предельно допустимого превышения давления воздуха в полостях 23 и 9, клапан 15 открывается и горячий воздух через клапан выходит в атмосферу.

Более простое конструктивное решение второго варианта муфты в сравнении с первым вариантом имеет преимущество в отношении более простого способа изготовления второго варианта муфты. Этот вариант муфты позволяет обеспечить нормальную работоспособность шин 5 в заданных пределах времени, в сравнении с огнестойкостью известной муфты ее огнестойкость увеличена на 900%, при этом показатель огнестойкости выбирают преимущественно в зависимости от объемов воздушных полостей.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Муфта токопровода, содержащая трубчатый металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, включающий электроизолированную несущую трубу с полостью под соединяемые контакты шин токопровода, несущая труба выполнена из бумаги, пропитанной связующим, и к ней прикреплен охватывающий её снаружи заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе, отличающаяся тем, что внутри кожуха расположены закрывающие его торцы фланцы, в каждом из которых выполнено отверстие для крепления в нем шины токопровода, кожух и каждый его фланец выполнены из немагнитного металла, между кожухом и заземляющим экраном расположен композитный огнезащитный слой, выполненный из вспучивающегося при нагреве наполнителя, пропитанного связующим, образующими при вспучивании пустоты в огнезащитном слое, при этом наружная поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с внутренней поверхностью кожуха, а внутренняя поверхность огнезащитного слоя находится в контакте с несущей трубой.

2. Муфта токопровода по п.1, отличающаяся тем, что в качестве связующего выбрана эпоксидная смола с отвердителем, а в качестве наполнителя - вспучивающийся графит.

3. Муфта токопровода по п.2, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя использован порошковый графит.

4. Муфта токопровода по п.З, отличающаяся тем, что вспучивающийся порошковый графит зафиксирован на пропитанной эпоксидной смолой подложке, образующей собой трубчатую форму огнезащитного слоя.

5. Муфта токопровода по п.1, отличающаяся тем, что в стенке кожуха вблизи его фланца установлен клапан, сообщающий полость несущей трубы с атмосферой.

6. Муфта токопровода, содержащая трубчатый металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, включающий электроизолированную несущую трубу с полостью под соединяемые контакты шин токопровода, несущая труба выполнена из бумаги, пропитанной связующим, и к ней прикреплен охватывающий её снаружи заземляющий экран, который расположен в металлическом кожухе, отличающаяся тем, что внутри кожуха расположены фланцы кожуха, закрывающие торцы кожуха, в каждом фланце выполнено отверстие под шину токопровода, кожух и каждый его фланец выполнены из немагнитного металла, между кожухом и заземляющим экраном образована воздушная кольцевая полость, торцы несущей трубы герметично закрыты фланцами несущей трубы с отверстием в каждом из них под шину токопровода.

7. Муфта токопровода по п.6, отличающаяся тем, что вблизи фланца кожуха, в стенке кожуха установлен клапан, сообщающий воздушную кольцевую полость с атмосферой.