изолятор штыревой

Формула изобретения

1. Изолятор штыревой преимущественно для воздушных линий электропередач, содержащий внешний оголовок сферообразной формы с фланцем в нижней части, предназначенный для закрепления провода, расположенный внутри указанного оголовка стаканообразный элемент с полостью для размещения штыря, а также элемент, образующий ребро, расположенный под оголовком, отличающийся тем, что внешний оголовок выполнен из алюминия, стаканообразный элемент для штыря выполнен стальным, внутренняя поверхность которого обрезинена, а элемент, образующий ребро, выполнен в виде юбки из эластичного полимерного материала с фланцем, примыкающим к поверхности фланца внешнего оголовка и с конусообразным расширением, направленным в сторону от внешнего оголовка, при этом в зоне фланца юбки на внутренней стороне последней выполнен кольцевой бурт, примыкающий внутренней кольцевой поверхностью к внешней поверхности стаканообразного элемента на части его длины со стороны открытого его конца, на внутренней поверхности внешнего оголовка выполнена кольцевая проточка, а на внутренней поверхности юбки выполнен кольцевой выступ, радиально направленный в сторону стаканообразного элемента, причем полость, образованная между стаканообразным элементом, оголовком и юбкой, заполнена жестким после отвердевания полимерным материалом, заполняющим указанную проточку и охватывающим указанный выступ.

2. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности стаканообразного элемента закреплен слой кремнийорганической резины.

3. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве жесткого полимерного материала использован материал типа стекловолокнита, изготовленного из стеклянных комплексных нитей, пропитанных модифицированным фенолоформальдегидным связующим.

4. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве эластичного полимерного материала юбки использована кремнийорганическая резина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным изоляторам для воздушных линий электропередач (ВЛ).

В ВЛ для обеспечения передачи электрической энергии необходимо обеспечить изоляцию между проводами ВЛ и телом опор. Обеспечение изоляции достигается применением специальных электрических изоляторов. Для ВЛ напряжением до 20 кВ включительно в основном используются штыревые фарфоровые или стеклянные изоляторы. Недостатками стеклянных и фарфоровых изоляторов являются их большой вес и плохая устойчивость к механическим воздействиям, которая определяется хрупкостью материала, из которого изготовлены изоляторы. Изоляторы подвергаются бою при их транспортировке, погрузо-разгрузочных работах, выполнении монтажных операций и в процессе эксплуатации (как в результате естественных процессов так и в следствии актов вандализма).

В 70-х годах прошлого столетия были разработаны полимерные подвесные изоляторы, представляющие собой несущий стеклопластиковый стержень с напрессованными на него стальными оконцевателями и защищенный снаружи реберчатой рубашкой из полимерных материалов, как правило из кремнийорганической резины. Эти изоляторы имеют ряд преимуществ перед стеклянными или фарфоровыми гирляндами изоляторов. Полимерные подвесные изоляторы гораздо легче стеклянных и фарфоровых и устойчивы к механическим воздействиям, т.к. рубашка изоляторов изготавливается из эластичных полимеров. Эти преимущества полимерных изоляторов исключают их механическое разрушение и обеспечивают более высокую надежность эксплуатации ВЛ.

Сложность в разработке полимерного штыревого изолятора состоит в том, что механические условия его работы существенно отличаются от условий работы подвесного изолятора. Так подвесной изолятор испытывает только растягивающие нагрузки, а изоляционный материал штыревого изолятора воспринимает динамические сжимающие и растягивающие нагрузки, которые возникают между стальным штырем, помещенным внутрь изолятора, и проводом ВЛ, закрепленным на внешней поверхности изолятора.

Известен изолятор штыревой для воздушных линий электропередач, содержащий внешний оголовок для закрепления провода, расположенный внутри указанного оголовка трубчатый элемент для штыря, а также связанный последовательно с внешним оголовком элемент, образующий ребро (RU 2170465, Н01В 17/20, опубл. 10.07.2001)

Известный изолятор содержит внешний оголовок, выполненный из двух соединенных вместе деталей, одна из которых (выполнена из полимеров класса высокопрочных термопластов, преимущественно волокнонаполненные термопласты, например полиамид, полиэтилентерефталат) предназначена для крепления к ней токонесущего провода, а другая деталь (выполнена из стойкого к токам утечки материала: силиконовые резины, материалы класса полиолефинов и их сополимеры, содержащие порошкообразные минеральные наполнители) образует во внутренней полости зону 4 крепежа изолятора на опоре. Вторая деталь одновременно образует на изоляторе зону ребер, обеспечивающих необходимую длину пути токов утечки.

Недостатком данного изолятора является то, что при разработке данного изолятора решалась задача облегчения его веса за счет использования полимерных материалов вместо фарфора или металла. В результате этого известный изолятор не обладает достаточной механической прочностью. Несмотря на то, что оголовок выполнен из антифрикционного материала, в результате механического воздействия со стороны провода происходит деформация оголовка, выкрашивание и чисто механическое истирание. Полимерный элемент, выполняющий функцию ребра, из-за динамических сжимающих и растягивающих нагрузок разбивается в зоне контакта со штырем, в результате чего изолятор теряет устойчивость.

Известен штыревой изолятор для воздушных линий электропередач, содержащий внешний оголовок сферообразной формы с фланцем в нижней части, предназначенный для закрепления провода, расположенный внутри указанного оголовка фарфоровый стаканообразный элемент с полостью для размещения штыря, а также элемент, образующий ребро, расположенный под оголовком, при этом полость стаканообразного элемента выполнена диаметром, существенно превышающим диаметр штыря, для размещения в ней втулочных распорок, закрепляемых в верхней части и в нижней части штыря и опираемых на внутреннюю поверхность стаканообразного элемента (SU 19278, Н01В 17/20, опубл. 28.02.1931).

Недостатком данного штыревого изолятора является то, что, несмотря на некоторые усовершенствования в части закрепления на штыре, позволяющие снять часть силовых нагрузок, действующих на фарфоровую юбку со стороны штыря, все-таки не удается решить задачу повышения общей надежности и долговечности штыревого изолятора в силу следующих причин. Базовым элементом известного изолятора является выполненная из фарфора втулка, на которой закреплен внешний оголовок. Полость фарфоровой втулки выполнена расширенной по диаметру, который существенно превышает диаметр штыря, который вводится в эту полость. Для закрепления изолятора на тоненьком штыре в известном изоляторе применяется набор конических металлических втулок и резиновых уплотнений, которые крепят штырь к изолятору в его верхней части, а также дополнительные распорные втулки, которые крепят штырь к изолятору в его нижней части. Теоретически все выполнено правильно. Однако в реальных условиях в такой конструкции вся нагрузка от угловых перемещений, растягивающих и сжимающих усилий будет приходиться не на сам изолятор или на штырь, а на эти самые наборы прокладок и распорок, которые должны работать как компенсаторы перемещений. Однако использование конических поверхностей контакта элементов между собой приводит к клиновому зажиму и отсутствию упругодеформационных процессов, которые могли бы компенсировать эти перемещения. В результате изолятор выходит из строя по причине либо разрушения тех самых прокладок и распорок (они перестают держать изолятор на штыре), либо происходит растрескивание фарфорового базового элемента, в результате чего нарушается крепление штыря в этих прокладках и распорках и изолятор слетает со штыря.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по формированию силового контура изолятора из внутреннего и внешнего корпусных элементов, хорошо воспринимающих силовые нагрузки, но при этом сохраняющих функции оголовка и элемента посадки на штырь, а также облегчению веса изолятора путем заполнения его внутренней полости жестким полимером, удерживающим всю конструкцию в сборе. Кроме того, решается задача надежного удержания изолятора на штыре, но при этом с возможностью некоторого компенсирования тех угловых перемещений, которые вынужденно возникают вследствие воздействия внешних динамически изменяющихся нагрузок на провода.

Достигаемый при этом технический результат заключается повышении эксплуатационных долговечности и надежности.

Указанный результат достигается тем, что в изоляторе штыревом, преимущественно для воздушных линий электропередач, содержащем внешний оголовок сферообразной формы с фланцем в нижней части, предназначенный для закрепления провода, расположенный внутри указанного оголовка стаканообразный элемент с полостью для размещения штыря, а также элемент, образующий ребро, расположенный под оголовком, внешний оголовок выполнен из алюминия, стаканообразный элемент для штыря выполнен стальным, внутренняя поверхность которого обрезинена, а элемент, образующий ребро, выполнен в виде юбки из эластичного полимерного материала с фланцем, примыкающим к поверхности фланца внешнего оголовка и с конусообразным расширением, направленным в сторону от внешнего оголовка, при этом в зоне фланца юбки на внутренней стороне последней выполнен кольцевой бурт, примыкающий внутренней кольцевой поверхностью к внешней поверхности стаканообразного элемента на части его длины со стороны открытого его конца, на внутренней поверхности внешнего оголовка выполнена кольцевая проточка, а на внутренней поверхности юбки выполнен кольцевой выступ, радиально направленный в сторону стаканообразного элемента, причем полость, образованная между стаканообразным элементом, оголовком и юбкой, заполнена жестким после отвердевания полимерным материалом, заполняющим указанную проточку и охватывающим указанный выступ.

Причем на внутренней поверхности стаканообразного элемента может быть закреплен слой кремнийорганической резины, которую также можно использовать в качестве эластичного полимерного материала для юбки, образующей ребро.

А в качестве жесткого полимерного материала использован материал типа стекловолокнита, изготовленного из стеклянных комплексных нитей, пропитанных модифицированным фенолоформальдегидным связующим, который известен под торговой маркой ДСВ.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На чертеже показан штыревой изолятор для ВЛ.

Согласно настоящему изобретению предлагается новая конструкция штыревого изолятора для воздушных линий электропередач.

Особенности конструкции состоят в следующем:

- изолятор имеет стальной стаканообразный элемент 1 с полостью для штыря, которая в предпочтительном варианте исполнения может быть обрезиненной для обеспечения необходимой силы трения для удержания изолятора на штыре. Кроме того, резиновый слой реализует функцию компенсатора угловых перемещений изолятора относительно неподвижно закрепленного штыря;

- изолятор имеет внешний оголовок 2 сферообразной формы с фланцем в нижней части, выполненный из алюминия и предназначенный для закрепления на нем провода;

- стаканообразный элемент 1 расположен внутри указанного оголовка;

- внутреннее пространство между стаканообразным элементом 1 и внешним оголовком 2 заполнено жестким после отвердевания полимерным материалом 3, например известным под торговым названием ДСВ, который воспринимает динамические нагрузки, возникающие между втулкой и оголовком, и обеспечивает необходимую электрическую прочность между ними;

- для обеспечения необходимой длины пути изолятор имеет связанный последовательно с внешним оголовком и расположенный под ним элемент, образующий ребро 4, выполненный в виде юбки из эластичного полимерного материала, например из кремнийорганической резины. Юбка выполнена с фланцем 5, примыкающим к поверхности фланца внешнего оголовка и с конусообразным расширением, направленным в сторону от внешнего оголовка, и являющимся ребром. При этом в зоне фланца юбки на внутренней стороне последней выполнен кольцевой бурт 6, примыкающий внутренней кольцевой поверхностью к внешней поверхности стаканообразного элемента на части его длины со стороны открытого его конца.

- на внутренней поверхности внешнего оголовка 2 выполнена кольцевая проточка 7, а на юбке выполнен кольцевой выступ 8, радиально направленный в сторону стаканообразного элемента так, что жесткий после отвердевания полимерный материал 3 заполняет указанную проточку и охватывает указанный выступ. При таком исполнении заполняющий полость полимерный материал обеспечивает надежное неразъемное соединение всех элементов изолятора между собой.

Таким образом, предлагаемый штыревой изолятор имеет следующие особенности его исполнения, которые отличают его от известных:

- внешний оголовок сферообразной формы с фланцем в нижней части, выполненный из алюминия;

- расположенный внутри внешнего оголовка стаканообразный элемент с полостью для размещения штыря, которая обрезинена;

- элемент, образующий ребро, расположенный под оголовком, и выполненный в виде юбки из эластичного полимерного материала с фланцем, примыкающим к поверхности фланца внешнего оголовка и с конусообразным расширением, направленным в сторону от внешнего оголовка;

- в зоне фланца юбки на внутренней стороне последней выполнен кольцевой бурт, примыкающий внутренней кольцевой поверхностью к внешней поверхности стаканообразного элемента на части его длины со стороны открытого его конца;

- на внутренней поверхности внешнего оголовка выполнена кольцевая проточка, а на внутренней поверхности юбки выполнен кольцевой выступ, радиально направленный в сторону стаканообразного элемента;

- полость, образованная между стаканообразным элементом, оголовком и юбкой, заполнена жестким после отвердевания полимерным материалом, заполняющим указанную проточку и охватывающим указанный выступ.

Использование в качестве жесткого после отвердевания полимерного материала типа пресс-материала ДСВ-2, ДСВ-4, который относятся к дозирующимся стекловолокнитам, изготовленным из стеклянных комплексных нитей, пропитанных модифицированным фенолоформальдегидным связующим, позволяет при облегчении конструкции изолятора обеспечить ему высокую механическую прочность. Пресс-материал ДСВ имеет высокие механические характеристики, достаточную теплостойкость, хорошую текучесть и дозируемость. Высокопрочные детали из пресс-материалов, пригодные для работы при температуре от -196С до +200С и в условиях тропического климата, изготовляются прямым или литьевым прессованием (см. статью «Пресс-материал ДСВ-4"О"», выложенную 29.09.2005 на сайте «Промышленные полимеры», расположенном в режиме он-лайн в Интернет по адресу: http://www.prompolimer.ru/dsv4o.htm).

Использование кремнийорганической резины снижает вес изолятора и повышает его стойкость к внешним воздействиям, кроме того, кремнийорганическая резина обеспечивает такие преимущества изолятору, которые нельзя было достичь ранее. Так, разрушающая механическая сила на растяжение у стеклянных изоляторов для 35 кВ - 70 кН, у изоляторов с использованием кремнийорганической резины - 91,8 кН; разрядное напряжение грозового импульса соответственно 220 и 250 кВ; масса - 15,2 и 1,45 кг (полимерный изолятор более чем в 10 раз легче стеклянного).

Выполнение внешнего оголовка алюминиевым позволяет исключить образование термопары с проводами, которые так же выполняются для ВЛ алюминиевыми или из алюминийсодержащего материала. Кроме того, данный материал хорошо зарекомендовал себя в условиях резких перепадов температур и климатических изменений.

Выполнение стаканообразного элемента стальным позволило снять проблему разницы в жесткости и твердости сопрягаемых элементов. Штырь так же выполняется стальным и поэтому его взаимосвязь с элементом из аналогичного материала приводит к взаимноуравновешенному состоянию пары «стакан-штырь». А применение резинового слоя в такой паре позволяет ее использовать в качестве компенсатора угловых перемещений без передачи этого перемещения от стального стакана на полимерные элементы изолятора.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как изолятор может быть изготовлен из известных современных материалов с применением известных технологий.