штыревой кремнийорганический изолятор и способ его крепления на траверсу

Формула изобретения

1. Штыревой изолятор, содержащий металлический оголовок со средствами крепления провода и электроизоляционную деталь с головкой и ребрами, отличающийся тем, что электроизоляционная деталь выполнена из трекингостойкой кремнийорганической резины, и ее головка во время монтажа изолятора зажимается между штырем траверсы и металлическим оголовком изолятора.

2. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что электроизоляционная деталь выполнена составной - ее головка и кольцевые ребра являются отдельными элементами, соединенными между собой в одно целое.

3. Изолятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что при монтаже путем радиального обжатия прессом происходит деформация стенок металлического оголовка и его неразъемное соединение со штырем траверсы ЛЭП через кремнийорганическую электроизоляционную деталь.

4. Изолятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что металлический оголовок изолятора выполнен в виде хомута или содержит хомут с возможностью уменьшения диаметра и при монтаже изолятор фиксируется на штыре траверсы ЛЭП обжатием путем затягивания хомута через изоляционную деталь.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к электротехнике. В частности, к высоковольтным штыревым полимерным изоляторам воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), рассчитанным на напряжение преимущественно 6-35 кВ.

Предшествующий уровень техники

Известны высоковольтные изоляторы, состоящие из металлического колпака, прочно соединенного посредством цементно-песчаной связки с закаленной стеклянной деталью, и диэлектрического стержня, находящегося в жестком соединении со стеклянной деталью (SU 1529296, Кл. Н01В 17/20).

Известен также изолятор по патенту РФ 2113741, состоящий из металлического колпака, изоляционной детали, выполненной из закаленного стекла, и металлического штыря, жестко закрепленного в изоляционной детали.

Существенным недостатком указанных аналогов (SU 1529296, 2113741) является использование в качестве материала изоляционной детали закаленного стекла как наиболее механически прочного из известных общеупотребительных электроизоляционных материалов. Закалка обеспечивает повышенную термостойкость стеклянной детали, сопротивление сжатию и изгибу. Но вместе с твердостью и статической прочностью изолятор приобретает свойства, характерные для любого стекла: хрупкость, низкая ударная динамическая прочность. Кроме того, вследствие разного коэффициента термического расширения металла и стекла необходимо компенсировать разные величины расширения в местах соединения стеклодетали с металлическим колпаком и штырем. Это делается путем помещения демпфирующих прокладок, промазок и т.д. Изоляторы со стеклянной деталью имеют большой вес, что создает неудобства при монтаже, а также имеют большой процент боя при транспортировке к месту монтажа, подвержены вандализму.

Наиболее близким прототипом является изолятор, содержащий изоляционную деталь в виде механически прочного диэлектрического стержня (JP 2005079044, 24 марта 2005), кремнийорганическую защитную оболочку и металлическую вогнутую обечайку, выполняющую роль оголовка изолятора для крепления к нему провода. Диэлектрический стержень этого изолятора крепится к траверсе опоры с помощью специального металлического оконцевателя резьбовым соединением. Использование диэлектрического стержня, несущего механическую нагрузку, в роли изоляционной детали у этих аналогов усложняет конструкцию и приводит к удорожанию всего изолятора. Кремнийорганическая силиконовая резина в этом изоляторе применяется как защитная оболочка и не несет механической нагрузки. При этом кремнийорганическая оболочка не выполняет в полной мере электроизоляционных функций и электрически не нагружена. Это объясняется тем, что емкость кремнийорганической оболочки на несколько порядков выше, чем емкость диэлектрического штыря, и поэтому все рабочее напряжение будет приложено к штырю. Фактически одна из деталей здесь лишняя. Но кремнийорганическая оболочка в этом изоляторе несет функцию защиты стеклопластикового стержня от атмосферных воздействий, влаги, солнечной радиации, трекинга и других неблагоприятных воздействий. Стержень из стеклопластика обеспечивает прочность изолятору при изгибающих нагрузках от тяжения провода. Обычно прочность изолятора при приложении усилия на изгиб должна быть не менее 13 кН. В этом изоляторе стеклопластиковый стержень является самым недолговечным и ненадежным элементом, так как стеклопластик разрушается под действием атмосферных воздействий, открытой электрической дуги, токов утечки по поверхности и др. Для прочного крепления диэлектрического материала стержня к металлическим элементам арматуры изолятора и последующего монтажа изолятора к опоре ЛЭП и провода к изолятору требуется применение дополнительных оконцевателей, материалов (клей, промазки) и приемов заделки. Кроме того, такой изолятор можно применить только на новые строящиеся линии, так как традиционно траверсы линий электропередачи уже имеют металлические штыри для монтажа на них штыревых изоляторов.

Цели изобретения

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности изоляторов, упрощение конструкции, упрощение монтажа и снижение стоимости изготовления изолятора, с возможностью применения на традиционных линиях с металлическими штырями на траверсах.

Описание и пример реализации

Цель изобретения достигается тем, что изменением конструкции изолятора устраняется противоречие, существующее в конструкции прототипа: диэлектрический стержень должен быть, чтобы выдерживать нагрузку на изгиб, и не должен быть, так как он дублирует электроизоляционные функции кремнийорганической оболочки и является в изоляторе самым слабым звеном. Высоковольтный изолятор предлагаемой конструкции содержит только две детали: металлический оголовок со средствами крепления провода и электроизоляционную деталь с головкой и кольцевьми ребрами. Изолятор крепится на существующие металлические штыри траверс опор ВЛЭП. Конструкция изолятора не имеет деталей, сопротивляющихся нагрузкам на изгиб. Все механические нагрузки на изолятор от провода воспринимает штырь траверсы через сжатие тела изолятора. Изолятор отличается тем, что электроизоляционная деталь выполнена не из механически прочного материала, а, наоборот, из эластичного. Внутри изолятора при эксплуатации не возникает усилий, направленных на изгиб, возникают только усилия сжатия, давления в направлении штыря траверсы. Поэтому теоретически прочность изолятора этой конструкции равна прочности на изгиб штыря траверсы опоры. Электроизоляционная деталь выполнена из трекингостойкой кремнийорганической резины, и головка электроизоляционной детали при монтаже запрессовывается между штырем траверсы и металлическим оголовком изолятора. Процесс монтажа заключается в надевании изолятора на штырь траверсы ВЛЭП, сжатии наружного металлического оголовка изолятора или сжатии его части, в результате чего происходит запрессовка головки изоляционной кремнийорганической детали на штыре траверсы и закрепление всего изолятора на этом штыре. Сжатие в диаметре оголовка или части оголовка изолятора может осуществляться несколькими способами: обжатие снаружи ручным прессом с круглыми матрицами, затягивание хомута, если оголовок выполнен в виде хомута или стенки имеют прорези для возможности сжатия и оголовок содержит хомут, затягивание винтом и др. После монтажа изолятор и штырь траверсы представляют собой единое тело, при этом металлический оголовок изолятора электрически изолирован от металлического штыря траверсы. К оголовку изолятора после этого крепятся провода любым известным способом. На оголовке могут быть кольцевые проточки, а провод привязывается на эти проточки вязальной проволокой.

Сильно напряженное, сжатое (спрессованное) состояние резины под металлическим оголовком обеспечивает необходимые твердые механические свойства изоляционному телу изолятора. Механическую нагрузку от металлического оголовка вниз и изгибающие в стороны воспринимает металлический штырь через слой сжатой резины. Сжатие достигается во время монтажа изолятора одним из способов указанных выше.

Изолятор может быть изготовлен соединением металлического оголовка и электроизоляционной кремнийорганической (силиконовой) детали в заводских условиях. В последующем монтаж изолятора непосредственно к опоре ЛЭП или траверсе производится как одного неразъемного целого. Возможно изготовление и доставка к монтажу на ВЛЭП изолятора в комплекте из кремнийорганической изоляционной детали и оголовка с элементами крепления провода, как двух деталей изолятора, с последующим их соединением на штыре вместе путем сжатия оголовка на изоляционной детали.

В сжатом состоянии кремнийорганическая резина передает нагрузки от веса провода вниз и боковые изгибающие нагрузки от тяжения провода непосредственно на металлический штырь траверсы, так как указанные нагрузки направлены внутри кремнийорганической изоляционной детали на сжатие. Долговременные усилия на изолятор, направленные вертикально вверх, на практике не встречаются. Случайные нагрузки от пляски проводов после сброса льда являются небольшими и компенсируются сдвиговыми напряжениями в запрессованной резине. Обжатие резины в колпаке создает достаточно прочную заделку оголовка изолятора и прикрепленного к нему провода на металлическом штыре и позволяет не применять дополнительные приспособления.

Электроизоляционная деталь, выполненная из кремнийорганической резины, является прекрасным диэлектриком между металлическим оголовком изолятора с присоединенными проводами и заземленным штырем траверсы. Термическая стойкость такого изолятора составляет более 350 градусов и ограничена только термостойкостью силиконовой резины и температурой плавления металла оголовка и штыря. Электроизоляционная деталь сама становится демпфирующей прокладкой, компенсирующей возможные разные коэффициенты температурного собственного расширения, а также расширения материала оголовка изолятора и металла штыря траверсы ВЛЭП. Вследствие этого изолятор может выдерживать резкие перепады температуры до 300 градусов (термошок), что на порядок больше, чем у всех существующих изоляторов. Упругие свойства изолятора и отсутствие хрупких деталей позволяют транспортировать изоляторы без боя. Отсутствие стеклянной детали исключает вандализм в отношении изоляторов и снижает риск расстрела изоляторов из оружия. Уменьшение веса изолятора дает экономию на транспортных расходах. Кольцевые ребра (концентрические тарелки), являющиеся частью электроизоляционной детали, которые находятся на штыре ниже колпака, увеличивают длину пути утечки тока по поверхности изолятора.

Использование кремнийорганической резины в качестве трекингостойкого покрытия или оболочки применяется во многих изоляторах для снижения токов утечки, придания гидрофобности поверхности, но в этом изоляторе этот материал применяется как основной единственный материал изоляционной детали, воспринимающей в том числе механические нагрузки.

Электроизоляционная деталь может являться составной. При этом варианте имеются несколько силиконовых колец (ребер) как отдельные элементы, при изготовлении они склеиваются или совместно вулканизируются и образуют неразъемное одно электроизоляционное тело.

Реализация изобретения

На предприятии заявителем были изготовлены предлагаемые изоляторы. Изолятор был смонтирован на штыре траверсы опоры. Оголовок изолятора представлял колпак и был выполнен из оцинкованной стали. Монтаж осуществлялся следующим образом:

- на штырь траверсы было надето изоляционное тело изолятора из кремнийорганической резины;

- на изоляционное тело, на его головку был надет оголовок (колпак) с боковыми проточками для крепления провода;

- металлический колпак был обжат на изоляционном теле круглыми матрицами диаметром на 5 мм меньше исходного диаметра колпака;

- к боковым проточкам колпака был прикручен провод АС70 с использованием вязальной проволоки в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ).

Монтаж провода занял по времени менее 2 минуты. Традиционный монтаж с использованием пропитанной суриком пакли занимает в среднем более 10 минут. Сокращение времени монтажа более чем в 5раз. Изолятор вместе со смонтированным отрезком провода поместили на испытательную машину. Испытывались следующие показатели: разрушающая нагрузка, поведение устройства при вибрации и пляске проводов, знакопеременные усталостные нагрузки, усилие заделки провода, имитация сброса гололеда с провода. Все испытания показали хорошие результаты и удовлетворительную работу устройства. Все свойства позволяют эффективно применять предлагаемое устройство для крепления проводов к штыревым изоляторам, особенно для ВЛЭП 6-35 кВ.

Конструкция изолятора и способ его крепления на штырь поясняется чертежами.

На всех чертежах следующие обозначения:

1 - металлический оголовок изолятора

2 - электроизоляционная деталь изолятора из кремнийорганической резины

3 - боковая проточка на колпаке для крепления провода

4 - место обжатия колпака для закрепления изолятора на штыре траверсы

5 - штырь траверсы опоры

6 - головка электроизоляционной детали изолятора

7 - хомут

Р - радиальное приложение усилия при обжатии колпака изолятора

Провод на всех чертежах условно не показан. Провод закрепляется любым традиционным способом.

Фиг.1 - Вид штыревого изолятора до монтажа. Обжатие будет производиться по боковым проточкам на колпаке изолятора.

Фиг.2 - Вид штыревого изолятора после установки на штырь траверсы и радиального обжатия колпака. Обжатие производится круглыми матрицами ручным или мобильным прессом (пресс не показан). Произведено обжатие по боковым проточкам на колпаке в месте последующего крепления провода. Соединение неразъемное и неразборное.

Фиг.3 - Вид штыревого изолятора до монтажа. Обжатие будет производиться в специальном месте ниже боковых проточек на колпаке изолятора.

Фиг.4 - Вид штыревого изолятора после установки на штырь траверсы и радиального обжатия колпака. Обжатие производится круглыми матрицами ручным или мобильным прессом (пресс не показан). Произведено обжатие ниже боковых проточек на колпаке, место обжатия не влияет на крепление провода. Соединение изолятора со штырем неразъемное и неразборное.

Фиг.5 - Вид штыревого изолятора до монтажа. Обжатие будет производиться с помощью хомута. На колпаке изолятора выполнены прорези в нижней части для обеспечения возможности сжатия небольшими усилиями от хомута.

Фиг.6 - Вид штыревого изолятора после установки на штырь траверсы и радиального обжатия колпака. Обжатие производится путем затягивания хомута в нижней части колпака. Произведено обжатие ниже боковых проточек на колпаке, место обжатия не влияет на крепление провода. После монтажа можно провести демонтаж изолятора простым ослаблением хомута.