ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗОЛЯТОР С ИНВАРОВЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ СТАБИЛИЗАТОРОМ
HIGH-VOLTAGE INSULATOR WITH INVAR GEOMETRICAL STABILIZER

Область техники:
Изобретение относится к высоковольтной технике, а именно, к высоковольтным изоляторам, обеспечивающим прохождение проводников сквозь перегородку, такую как стена, корпус электрической машины или аппарата и изолирующим проводники от нее. Изобретение направлено на повышение надежности изоляторов за счет использования геометрического стабилизатора. Наибольший эффект изобретение обеспечивает при применении его в изоляторах с твердой (сухой) изоляцией, выполненной из изоляционной бумаги, пропитанной смолой, и предназначенных для работы в местностях с холодным климатом.
Уровень техники:
Большую часть высоковольтных изоляторов, обеспечивающих прохождение проводников сквозь перегородку и изолирующих проводники от нее, составляют изоляторы с бумажномасляной изоляцией (OIP-изоляция). При всех положительных свойствах таких изоляторов, им присущ ряд недостатков, связанных, прежде всего, с контролем и уходом за ними во время эксплуатации. Также их недостатками являются взрыво- и пожароопасность. От этих недостатков избавлены изоляторы с твердой изоляцией - с бумажной изоляцией покрытой смолой (RBP-изоляция) или с бумажной изоляцией, пропитанной смолой (RIP-изоляция), входящие в употребление с конца прошлого века. При этом нельзя считать преимущественным какой-то определенный вид изоляции, поскольку у каждого вида есть свои положительные качества. Так бумажномаслянная изоляция лучше проявляет себя в сложных климатических условиях работы, при больших температурных перепадах окружающей среды. Масло, пропитывая бумагу, обеспечивает некоторую подвижность слоям изоляции, не допуская возникновения механических напряжений, которые могут вызвать появление разрывов изоляции. Поскольку твердая изоляция может концентрировать в себе все механические напряжения, связанные с температурными расширениями, то эксплуатация изоляторов с твердой изоляцией в условиях низких температур несет в себе определенные риски. Это является одной из причин, по которой российский стандарт ГОСТ Р 55187-2012 «ВВОДЫ ИЗОЛИРОВАННЫЕ НА НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ СВЫШЕ 1000 В ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Общие технические условия», разработанный на основе международного стандарта IEC 60137:2008 «Insulated bushings for alternating voltages above 1000V», в пункте 5.4.1, ограничивает максимальное превышение температуры контактных деталей изолятора над температурой окружающего воздуха величиной не более 65°С. В условиях низких температур окружающего воздуха, например, в условиях Крайнего Севера, данное обстоятельство осложняет эксплуатацию, вынуждая мириться с возможным снижением надежности.
Таким образом, техническая задача повышения надежности работы изоляторов в условиях широких диапазонов изменения температур окружающей среды, может быть сведена к уменьшению механических напряжений в изоляционном материале, вызванных тепловым расширением. В изобретении задача решается помещением токоведущих элементов изолятора в оболочку из сплавов инваровой группы, которая принимает на себя усилия, связанные с температурным расширением проводника и исключает передачу этих усилий на изоляцию. Такое решение задачи повышения надежности существенно отличает предлагаемое изобретение от известных ранее, в которых повышение надежности обеспечивается особым устройством изоляции. Примером высоковольтного изолятора, в котором повышение надежности обеспечивается особой организацией слоев изоляции, может являться патент RU 2406174.
Раскрытие изобретения:
Предметом изобретения является высоковольтный изолятор, обеспечивающий прохождение проводников сквозь перегородку и изолирующий проводники от нее, токоведущая часть которого имеет оболочку, выполненную из инварового сплава. Внутри нее находятся один или несколько проводников из материала с высокой электропроводностью, пространство вокруг которых заполнено эластомером.
Новизна изолятора состоит в применении геометрического стабилизатора для компенсации термических расширений проводника. Роль геометрического стабилизатора выполняет инваровая оболочка. Инваровые сплавы, сплавы системы «железо-никель», с содержанием никеля от 30 до 40% с легированием, хромом, кобальтом, медью, титаном или марганцем относятся к прецизионным сплавам с температурным коэффициентом линейного расширения, имеющим аномально низкое значение. Точное значение коэффициента линейного расширения зависит от состава сплава, методов закалки и механической обработки. Инваровая оболочка сохраняет стабильные размеры при изменении теплового режима изолятора, что позволяет максимально уменьшить механическое воздействие на изоляцию и избежать таких ее повреждений, как отслаивание и растрескивание.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено аксонометрическое изображение фрагмента изолятора с послойными разрезами, раскрывающими его устройство, а на фиг.2 показано поперечное сечение изолятора. Основным элементом, обеспечивающим прохождение электрического тока через изолятор, является один или несколько проводников 1 из металла с высокой электропроводностью. Проводники находятся внутри геометрического стабилизатора 2, представляющего собой замкнутую оболочку, выполненную из инварового сплава. Пространство между проводниками и оболочкой заполнено эластомером 3. Объем эластомера и его размещение в пространстве между проводниками и оболочкой выбирается так, чтобы тепловые расширения проводников компенсировались уменьшением объема эластомера и не приводили к увеличению внешнего размера геометрического стабилизатора. На геометрический стабилизатор наносится основная изоляция 4. В зависимости от окружающей среды, в которой будет работать изолятор, помимо основной изоляции, изолятор также может иметь внешнюю изоляцию 5 из фарфора или полимера.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - аксонометрическое изображение фрагмента изолятора с послойными разрезами.
На чертеже обозначено:
Позиция 1 - проводники из металла с высокой электропроводностью;
Позиция 2 - геометрический стабилизатор;
Позиция 3 - эластомер;
Позиция 4 - основная изоляция;
Позиция 5 - внешняя изоляция.
Фиг. 2 - поперечное сечение изолятора.
На чертеже обозначено:
Позиция 1 - проводники из металла с высокой электропроводностью;
Позиция 2 - геометрический стабилизатор;
Позиция 3 - эластомер;
Позиция 4 - основная изоляция;
Позиция 5 - внешняя изоляция.
Осуществление изобретения
Изобретение реализуется стандартным оборудованием и технологиями, имеющимися в электротехнической промышленности, используемыми для производства изоляторов. Производство прецизионных сплавов также хорошо освоено промышленностью. Использование в изобретении хорошо известных и отработанных технологий, позволяет реализовать изобретение в короткие сроки в промышленных масштабах.
Источники информации
1. ГОСТ Р 55187 - 2012 «ВВОДЫ ИЗОЛИРОВАННЫЕ НА НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ СВЫШЕ 1000 В ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Общие технические условия»;
2. Патент RU 2406174 «ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРОХОДНОЙ ИЗОЛЯТОР».