ПОЛИМЕРНЫЙ ПОДВЕСНОЙ ИЗОЛЯТОР
SUSPENDED POLYMER INSULATOR

Изобретение относится к конструкциям полимерных подвесных электрических изоляторов, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе под электрическим напряжением.
Наряду с преимуществами полимерных подвесных электрических изоляторов, связанных, прежде всего, с их малым весом, технологичностью при изготовлении, высокими диэлектрическими характеристиками и коррозионной стойкостью, имеется ряд проблем, связанных со спецификой их конструкции, которая должна учитывать особенности технологических и эксплуатационных свойств полимеров, работающих под электрическим напряжением. Известен ряд технических решений, в которых описаны оригинальные конструкции изоляторов.
В патенте [1], например, описан полимерный подвесной изолятор, содержащий цилиндрический стеклопластиковый стержень, на котором закреплена полимерная оболочка и который выполнен с оконцевателями, причем отличительной особенностью его конструкции является наличие пиропатрона, выполненного в виде кольца с внутренним диаметром размером не менее диаметра цилиндрического стеклопластикового стержня. Пиропатрон устанавливается на стеклопластиковом стержне рядом с одним из оконцевателей и закрыт снаружи полимерной оболочкой. Введение в конструкцию изолятора пиропатрона, который детонирует при повреждении изолятора и протекании по нему тока электрического разряда, позволяет визуально определить поврежденный изолятор. Однако изоляторы, изготовленные в соответствии с упомянутым техническим решением, сложны по конструкции и не пригодны для массового производства, что резко ограничивает области их применения.
Согласно патенту [2], полимерный подвесной изолятор состоит из стеклопластикового круглого стержня с металлическими оконцевателями на концах и, по крайней мере, одним защитным экраном, выполненным в виде частей нескольких концентрических колец с зазором между ними, соединенных между собой перемычкой, причем внешние части колец в поперечном сечении расположены по выпуклой замкнутой кривой, например, окружности или овалу, а перемычка - внутри этой выпуклой замкнутой кривой, образуя в электрическом отношении единую конструкцию. Недостатком данного технического решения является сложность конструкции изолятора и его относительно большая стоимость в связи с этим.
Известна также конструкция подвесного изолятора [3], содержащего несущий стержень, жестко соединенные с ним металлическую арматуру на торцах стержня и контрольный элемент, установленный между ними и выполненный из закаленного электротехнического стекла, разрушающийся во время эксплуатации при снижении электроизоляционных свойств стержня. При этом электрическая прочность контрольного элемента до разрушения меньше таковой его воздушного промежутка, а механическая прочность контрольного элемента после разрушения достаточна для эксплуатации изолятора. Недостатком данного изолятора является сложность его конструкции, что затрудняет массовое производство подобных изделий и сужает области их практического применения.
Конструкция высоковольтного подвесного изолятора описана в [4]. Изолятор содержит несущий стержень, выполненный из композитного материала, армированный стеклянными волокнами, причем матрицей композиционного материала является неорганическое фосфатное связующее, выбранное из группы: магний, алюминий, хром, цинкфосфатные связующие, комбинированные связующие на их основе и поперечные электроизолирующие ребра. Недостаток данной конструкции - ее сложность, обусловленная необходимостью раздельного формования несущего стержня и электроизолирующих ребер. Кроме того, стержень, сформированный с использованием неорганического связующего, не обладает достаточной механической прочностью.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению (прототипом) является полимерный подвесной изолятор, конструкция которого описана в патенте [5]. Данный изолятор содержит несущий стержень, проушины с отверстиями, расположенные на его концах, и электроизолирующее тело в виде радиальных ребер, выполненное из силиконовой резины, причем проушины соединены с несущим стержнем, выполненным из стеклопластика, посредством металлических втулок, облегающих стержень, по меньшей мере, на одном кольцевом участке каждой втулки, который охватывается изолирующим телом. Главным недостатком данной конструкции подвесного изолятора является ее сложность, обусловленная наличием нескольких составных элементов, которые необходимо прочно соединить друг с другом. Кроме того, изолирующее тело выполняется из дорогостоящей силиконовой резины, что снижает его конкурентоспособность по экономическим соображениям. Следует отметить, что формование изолирующего тела осуществляется прессованием, протекающим длительное время, что негативно сказывается на производительности процесса производства изоляторов и дополнительно повышает их стоимость.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления полимерного подвесного изолятора, а также улучшение его эксплуатационных характеристик.
Решение поставленной задачи достигается тем, что полимерный подвесной изолятор, состоящий из несущего стержня, проушин, расположенных на его концах и имеющих отверстия, предназначенные для крепления изолятора, а также расположенных в поперечном направлении относительно продольной оси стержня электроизолирующих ребер, охватывающих его по его периметру, согласно изобретению состоит из элементов, выполненных в виде единой конструкции из полимерного материала, причем несущий стержень выполнен в виде двух или более параллельных пластин, имеющих сечение, сужающееся от их середины к краям, и соединенных между собой в средней части перемычкой, а концы пластин плавно переходят в проушины, на внешней боковой поверхности наружных пластин вдоль продольной оси выполнены ребра жесткости, в местах сопряжения ребер жесткости с пластинами, поперечных электроизолирующих ребер и перемычки выполнены плавные переходы и перемычка имеет продольные сквозные отверстия, расположенные между электроизолирующими ребрами.
Улучшение технических характеристик и упрощение технологии изготовления полимерного подвесного изолятора дополнительно достигается тем, что в средней части по крайней мере одной из пластин несущего стержня вдоль ее продольной оси и в проушине установлен армирующий элемент, охватывающий отверстия в проушинах, а также тем, что:
- перемычка имеет переменное сечение, уменьшающееся в направлении от боковых поверхностей пластин и электроизолирующих ребер к сквозным отверстиям;
- сквозные отверстия выполнены с закруглениями в местах сопряжения с наружными поверхностями перемычки, а расстояние от сквозных отверстий до крайних электроизолирующих ребер, примыкающих к проушинам, увеличено по сравнению с расстоянием до электроизолирующих ребер, расположенных в средней части изолятора;
- в крепежных отверстиях проушин установлены защитные втулки из прочного и износостойкого материала;
- проушины на противоположных концах изолятора расположены в одной плоскости или в перпендикулярных плоскостях, причем их число может отличаться;
- изолятор выполнен из атмосферо- и трекингостойкого армированного термопластичного полимерного материала;
- изолятор изготовлен методом литья под давлением, причем впускные литниковые каналы располагают в средней части изолятора со смещением относительно его поперечной оси;
- на поверхности несущего стержня, а также электроизолирующих ребер, нанесено электроизоляционное атмосферо- и трекингостойкое покрытие.
Сущность заявляемого изобретения поясняется нижеприведенными чертежами, на которых представлены варианты конструкции полимерного подвесного изолятора (Фиг. 1-8).
На Фиг. 1-2 представлен вариант конструкции полимерного подвесного изолятора, описанный в п. 1 формулы изобретения. Ее отличительной особенностью является то, что несущий стержень состоит из двух или более (на фиг. 2 - из трех) параллельных пластин 1, имеющих сечение, сужающееся от их середины к краям, и соединенных между собой в единую конструкцию в средней части перемычкой 2, причем концы пластин 1 плавно переходят в проушины 3. На внешних боковых поверхностях наружных пластин 1 вдоль их продольной оси выполнены ребра жесткости 4. В местах сопряжения ребер жесткости 4 с пластинами 1, а также поперечных электроизолирующих ребер 5 и перемычки 2 выполнены плавные переходы с закруглениями R1 - R4. Кроме того, перемычка 2 имеет продольные сквозные отверстия 6, расположенные между электроизолирующими ребрами 5.
Выполнение пластин 1 несущего стержня с сечением, уменьшающимся от их середины к периферии, соединенными между собой перемычкой 2, и плавно переходящими в проушины 3, обеспечивает монолитность конструкции и делает ее технологичной при изготовлении, например, литьем под давлением, так как облегчается извлечение изолятора из формующих полостей технологической оснастки вследствие переменного сечения пластин 1. Наличие на внешней боковой поверхности пластин 1 ребер жесткости 4 обеспечивает повышение жесткости и механической прочности несущего стержня в целом. Наличие плавных переходов в местах сопряжения ребер жесткости 4 с пластинами 1, поперечных изолирующих ребер 5 и перемычки 2 исключает концентрацию напряжений в них и повышает эксплуатационную надежность изолятора. Выполнение перемычки 2 с продольными отверстиями 6 исключает накопление на стержне воды, которая может вызвать электрический пробой, снижает вес изолятора, что способствует экономии материала на его изготовление.
На Фиг. 2 приведена конструкция полимерного подвесного изолятора по п. 1 формулы изобретения, в которой несущий стержень выполнен в виде трех параллельных пластин. Число пластин 1 в составе несущего стержня может быть и более трех в зависимости от величины механической нагрузки на изолятор при его эксплуатации.
На Фиг. 3 представлена конструкция полимерного подвесного изолятора по п. 2 формулы изобретения. Она отличается от конструкции, приведенной на Фиг. 1-2, тем, что, по крайней мере, в одной из пластин 1 несущего стержня вдоль ее продольной оси и в проушине 3 установлен армирующий элемент 7. Введение армирующего элемента 7 из высокопрочного материала в пластины 1 несущего стержня позволяет существенно повысить величину механической нагрузки, которую может выдержать без разрушения изолятор в процессе эксплуатации. Армирующий элемент 7 может быть изготовлен из высокопрочного полимерного материала, например, армированного волокнами пластика, в том числе в комбинации с металлическими армирующими элементами.
На Фиг. 4-5 представлена конструкция перемычки 2 (п. 3 формулы изобретения). Ее отличительной особенностью является то, что перемычка имеет переменное сечение, уменьшающееся в направлении от боковых поверхностей пластин 1 (Фиг. 4) и электроизолирующих ребер 5 (Фиг. 5) к сквозным отверстиям 6. Такое конструктивное исполнение перемычки 2 обеспечивает высокие дренажные свойства сквозных отверстий за счет полного удаления самотеком атмосферной воды из пространства между пластинами 2 несущего стержня и электроизолирующими ребрами 5 изолятора через сквозные отверстия 6.
В соответствии с п. 4 формулы изобретения полимерный подвесной изолятор (Фиг. 6) выполнен со сквозными отверстиями 6, имеющими закругления R5 в местах сопряжения с наружными поверхностями перемычки 2, а расстояния l1 от сквозных отверстий 6 до крайних, примыкающих к проушинам 3, электроизолирующих ребер 5 увеличены по сравнению с расстояниями l2 до электроизолирующих ребер, расположенных в средней части изолятора (l1>l2). Подобное расположение сквозных отверстий 6 позволяет конструктивно усилить концевые участки изолятора, в которых в процессе эксплуатации возникают максимальные механические напряжения.
В соответствии с п. 5 формулы изобретения в крепежных отверстиях проушин 3 установлены защитные втулки 8 из прочного и износостойкого материала (Фиг. 7). Втулки 8 могут быть выполнены в составе армирующего элемента 7, вводимого в конструкцию пластин 1 в соответствии с п. 2 формулы изобретения.
Согласно п. 6 формулы изобретения проушины 3, расположенные на концах изолятора, могут быть выполнены в одной или перпендикулярных плоскостях, при этом их число может отличаться. Подобное исполнение проушин дополнительно расширяет возможности при изготовлении и применении изолятора, делает его конструкцию универсальной.
В соответствии с п. 7 формулы изобретения изолятор выполнен из атмосферо- и трекингостойкого армированного термопластичного полимерного материала.
При этом упрощается технология изготовления и повышается срок службы изолятора на открытом воздухе.
Согласно п. 8 формулы изобретения полимерный подвесной изолятор изготавливается литьем под давлением. При этом подразумевается необходимость применения в качестве матричного материала термопластичного связующего. Применение метода литья под давлением обеспечивает возможность массового и экономически выгодного производства подвесных изоляторов.
Особенностью технологии подобных изоляторов является то, что согласно п. 8 формулы изобретения впускные литники 9 (Фиг. 8) располагают в средней части изолятора со смещением относительного его поперечной оси. При этом центральный литник 10 расположен вдоль поперечной оси изолятора. Такое исполнение литниковой системы обеспечивает исключение появления слабого сечения в средней части изолятора и повышение его несущей способности.
Нанесение на поверхность изолятора атмосферо- и трекингостойкого покрытия (например, лакокрасочного) согласно п.9 формулы изобретения обеспечивает надежность его работы во влажной атмосфере и повышение срока эксплуатации на открытом воздухе.
Совокупность отличительных признаков заявляемого технического решения позволяет реализовать ранее неизвестный технический эффект, выражающийся в том, что полимерный подвесной изолятор выполнен в виде единой монолитной конструкции, отдельные элементы которой имеют специфические конструктивные особенности, которые в совокупности обеспечивают повышение эксплуатационной надежности изолятора, возможность его изготовления литьем под давлением из композита на основе термопластичного полимерного связующего, армированного высокопрочными и трекингостойкими волокнами. Заявленное техническое решение является новым, оно явно не следует из современного уровня технических решений в области конструкций подвесных (или других типов) полимерных изоляторов.
Таким образом, заявляемое изобретение обладает новизной, оно технически легко осуществимо, а его практическое применение позволяет решать задачи, связанные с повышением эксплуатационной надежности нагруженных подвесных изоляторов при одновременном снижении затрат на их производство. Изобретение рекомендуется использовать, прежде всего, при изготовлении подвесных изоляторов для троллейбусных и трамвайных линий, а также линий электропередач на железнодорожном транспорте.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №103664, МПК (2006.01) Н01В 17/00, заявл. 30.12.2010.
2. Патент РФ на полезную модель №75500, МПК (2006.01) Н01В 17/00, заявл. 04.04.2008.
3. Патент РФ на изобретение №2392678, МПК Η01В 17/00, заявл. 10.06.2009.
4. Патент РФ на изобретение №2342724, МПК Η01В 17/00, заявл. 13.08.2007.
5. Патент РФ на полезную модель №103226, МПК Η01В 17/32, заявл. 26.11.2010 - прототип.