ИЗОЛЯТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
INSULATOR AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF

Изобретение относится к области электротехники, точнее к электротехническим устройствам, а именно, к электроизоляционным устройствам, выполненным в виде подвесных линейных изоляторов, предназначенных для изоляции и крепления проводов и других токоведущих элементов к различным конструкциям линии электропередачи.
В процессе эксплуатации электроизоляционные устройства подвергаются влиянию различных внешних факторов, снижающих их эксплуатационную надежность. К таковым можно отнести, в первую очередь, влияние атмосферных осадков и промышленных загрязнений, которые вызывают на поверхности электроизоляционных конструкций возникновение путей утечки с электролитической проводимостью. Небольшое загрязнение способно значительно снизить электрическую прочность изоляции, что может приводить к авариям на воздушных линиях. При различных состояниях окружающей среды образуются слои загрязнений разной интенсивности. Осаждающиеся из воздуха частицы образуют с течением времени на поверхности изоляторов слой загрязнения. Этот слой при его увлажнении атмосферной влагой увеличивает свою электропроводность, что снижает изолирующую способность электроизоляционных конструкций.
Электроизоляционные конструкции должны обеспечивать надежную защиту при эксплуатации воздушных линий электропередач при любых климатических и погодных условиях.
Известны и широко применяются в электроизоляционных конструкциях гидрофобные покрытия различного типа, обеспечивающие улучшение рабочих характеристик изоляторов.
Известен изолятор линейный тарельчатый, включающий изоляционную деталь, выполненную из закаленного стекла с влагостойким покрытием, в качестве которого применяют высокомолекулярный кремнийорганический компаунд с добавлением растворителя (патент РФ № 89278). Способы нанесения покрытия предусматривают окунание или полив детали, а также распыление или нанесение кистью на поверхность. Толщину полученного таким образом покрытия трудно контролировать на соответствие заданным параметрам, поэтому невозможно получить покрытие требуемой толщины на разных участках поверхности.
ГОСТ 27661-2017 «Изоляторы линейные подвесные тарельчатые. Типы, параметры размеры» устанавливает технические требования к тарельчатым стеклянным и фарфоровым изоляторам, а также закрепляет содержание терминов и определений. В указанном ГОСТе приведены варианты конфигурации (формы) изоляционной детали. Разнообразие форм изоляционной детали усложняет производство, ухудшает технологичность: сложная форма изоляционной детали не позволяет получить покрытие требуемой толщины на разных участках поверхности изоляционной детали.
Известна электроизоляционная конструкция с гидрофобным покрытием на основе кремнийорганического компаунда, равномерно нанесенным на поверхность изоляционной детали, а также и на поверхность цементно-песчаной связки и часть наружной поверхности металлической шапки и металлического стержня, примыкающие к цементно-песчаной связке (патент РФ №2654076). Недостатком известной конструкции является то, что покрытие нанесено на поверхность равномерно, без учета конструктивных особенностей изоляционной детали, а также распределения напряженности по поверхности.
В том случае, когда изоляционная деталь выполнена из стекла или фарфора, при транспортировке и при эксплуатации, например, при сильном ветре или снегопаде часто появляются механические повреждения. Равномерно нанесенное покрытие недостаточно надежно предохраняет от механических повреждений, при этом возникающие на изоляционной поверхности трещины и небольшие повреждения под покрытием незаметны. Повреждения электроизоляционной конструкции снижают эксплуатационную надежность и эффективность работы конструкции.
Известен также способ (патент РФ № 2499316), при котором наносят слой гидрофобного материала на изоляционную деталь. Слой гидрофобного материала наносят на готовое изделие для улучшения его изоляционных свойств. Толщину наносимого слоя выбирают в зависимости от величины максимально допустимого рабочего напряжения и от максимальной напряженности электрического поля на участке металлической арматуры. В качестве дополнительных условий эксплуатации выбирают степень загрязнения атмосферы и величину ее относительной влажности.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении технологичности изготовления заявленного электротехнического устройства, а именно подвесного изолятора с гидрофобным покрытием. Технологичность обеспечивается упрощением конфигурации (формы) изоляционной детали с одновременным формированием необходимой конфигурации изоляционной части изолятора за счет изменения толщины наносимого слоя.
Техническим результатом является снижение массы электроизоляционной части при одновременном повышении технологичности ее изготовления.
Заявленный технический результат достигается тем, что электротехническое устройство, выполненное в виде, по меньшей мере, одного тарельчатого изолятора, содержащего изоляционную часть и присоединительную арматуру с шапкой и стержнем, где изоляционная часть включает изоляционную деталь, выполненную с центральным отверстием и слой гидрофобного материала, адгезионно скрепленного с изоляционной деталью, шапка размещена со стороны внешней стороны изоляционной детали, а стержень – в центральном отверстии изоляционной детали с ее внутренней стороны, согласно изобретению, слой гидрофобного материала, нанесенный на поверхность изоляционной детали, имеет переменную толщину и сконфигурирован с образованием элементов геометрической формы изоляционной части.
Предпочтительно элементы геометрической формы сконфигурировать с возможностью обеспечения электроизоляционных свойств изоляционной части, учитывающих по меньшей мере предполагаемую степень загрязнения, соответствующую территориальной зоне эксплуатации устройства.
Предпочтительно также, элементы геометрической формы сконфигурировать с возможностью обеспечения нормированной длины пути утечки.
Существенно также, чтобы элементы геометрической формы изоляционной части были сконфигурированы с возможностью защиты изоляционной части от механических воздействий. При этом желательно, чтобы защитный элемент был сформирован на наружной стороне изоляционной детали вдоль области примыкания шапки к изоляционной детали. Кроме того, целесообразно чтобы защитный элемент был сформирован также на внутренней стороне изоляционной детали, в области кромки центрального отверстия.
Заявленный технический результат достигается также посредством реализации способа изготовления тарельчатого изолятора, при котором конфигурируют элементы геометрической формы изоляционной детали, осуществляют сборку изолятора и нанесение слоя гидрофобного материала, и согласно изобретению конфигурирование элементов геометрической формы изоляционной детали обеспечивают посредством изменения толщины слоя гидрофобного материала и осуществляют одновременно с его нанесением.
При этом предпочтительно чтобы гидрофобный материал наносили, по меньшей мере, в два этапа, на первом из которых обеспечивали конфигурирование элементов геометрической формы, обеспечивающих формирование нормированной длины пути утечки, а на втором – элементов геометрической формы, обеспечивающих защиту от механических воздействий.
Нанесение гидрофобного материала в несколько этапов позволяет сформировать внешний контур изоляционной части, наиболее полно удовлетворяющий требованиям по обеспечению эксплуатационных свойств изолятора  и максимально снизить его вес.
Сущность заявленной группы изобретений детально поясняется со ссылкой на чертежи, где
на фиг. 1 показан тарельчатый изолятор с изоляционной деталью традиционной формы и сформированными защитными элементами вдоль области примыкания шапки и вдоль кромки центрального отверстия;
на фиг. 2 – тарельчатый изолятор с дополнительными защитными элементами в виде выступов на внешней поверхности по периферии изоляционной части;
на фиг. 3 – изолятор с кольцевыми ребрами, сформированными из гидрофобного материала;
на фиг. 4 – показан тарельчатый изолятор уменьшенной массы с изоляционной деталью простой формы, где элементы геометрической формы изоляционной части сконфигурированы с использованием гидрофобного материала.
На чертежах соответствующими позициями обозначены следующие элементы:
1 – шапка;
2 – стержень;
3 – изоляционная деталь;
4 – слой гидрофобного материала;
5 – цементно-песчаная смесь;
6 – защитные элементы;
7 –кромка центрального отверстия.
Заявленное электротехническое устройство выполнено в виде тарельчатого изолятора, содержащего изоляционную часть и присоединительную арматуру с шапкой 1 и стержнем 2 (фиг. 1). Изоляционная часть включает изоляционную деталь 3 и слой 4 гидрофобного материала. Стержень 2 размещен в центральном отверстии изоляционной детали 3 и опосредовано, через отвержденную цементно-песчаную смесь 5, скреплен с шапкой 1.
Содержание терминов и определений в области тарельчатых изоляторов закреплено в  ГОСТ 27661-2017 «Изоляторы линейные подвесные тарельчатые. Типы, параметры размеры». Согласно указанному ГОСТу линейный подвесной тарельчатый изолятор в узком смысле – это электротехническое устройство с арматурой, предназначенное для подвижного крепления токоведущих элементов к несущим конструкциям линий электропередачи, изоляционная часть которого имеет форму диска, тарелки или колокола. ГОСТ устанавливает также технические требования к тарельчатым стеклянным и фарфоровым изоляторам. Общие технические условия к линейным подвесным тарельчатым изоляторам установлены ГОСТ 6490-2017.
Слой 4 гидрофобного материала нанесенный на поверхность изоляционной детали, адгезионно скреплен с изоляционной деталью 3 и имеет переменную толщину. Гидрофобный материал сконфигурирован, другими словами распределен по поверхности изоляционной детали 3 и отформован с образованием элементов геометрической формы изоляционной части.
Геометрическая форма детали, как известно из курса черчения, определяется совокупностью простых геометрических элементов: геометрически тел и их частей. Для рассматриваемого типа деталей геометрическая форма преимущественно определяется совокупностью взаимопересекающихся тел вращения.
Согласно изобретению элементы геометрической формы изоляционной части сконфигурированы с возможностью обеспечения заданных электроизоляционных свойств, учитывающих, по меньшей мере, предполагаемую степень загрязнения, соответствующую территориальной зоне эксплуатации устройства. Под степенью загрязнения, в соответствии с СТО 56947007-29.240.068-2011 (Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» «Длина пути утечки внешней изоляции электроустановок переменного тока классов напряжения 6-750 кВ»), понимают показатель, учитывающий влияние загрязненности атмосферы на снижение электрической прочности изоляции электроустановок.
В одном из предпочтительных вариантов реализации изобретения элементы геометрической формы изоляционной части сконфигурированы с возможностью обеспечения нормированной длины пути утечки изолятора.
Согласно ГОСТ 27744-88, пункт 11, длина пути утечки изолятора определяется как кратчайшее расстояние или сумма кратчайших расстояний по контуру наружной изоляционной поверхности между частями, находящимися под разными электрическими потенциалами. В качестве примечания указано, что кратчайшее расстояние, измеренное по поверхности цементного шва или токопроводящего соединительного материала,  не является составной частью длины пути утечки. Если на часть изоляционной поверхности наносят полупроводящую глазурь, то эту часть следует рассматривать как эффективную изоляционную поверхность,  а  кратчайшее  расстояние  по  ней  включать  в длину пути утечки. Нормированная  удельная длина пути утечки представляет собой длину пути утечки, деленную на действующее значение наибольшего рабочего фазного напряжения сети (п. 3.1.2 ГОСТ 56736-2015).
Кроме того, элементы геометрической формы изоляционной части сконфигурированы с возможностью защиты изоляционной части от механических воздействий. Элемент геометрической формы, сконфигурированный с возможностью защиты изоляционной части от механических воздействий сформирован в виде защитного элемента 6 на наружной стороне изоляционной детали 3 вдоль области примыкания шапки 1 к изоляционной детали 3. Также защитный элемент 6 может быть сформирован на внутренней стороне изоляционной детали 3, в области кромки 7 центрального отверстия. Защитные элементы могут быть сформированы также в зонах, подверженных истиранию при транспортировке изоляторов. Например, такие элементы могут быть сформированы в виде кольцевых или сферических выступов на внешней поверхности изоляционной части.
В качестве гидрофобного материала может быть использован кремнийорганический компаунд (силиконовая резина) НTV. Резина HTV( high temperature vulcanization) – резина высокотемпературной вулканизации.
В состав кремнийорганического компаунда входит полисилоксановый каучук; усиливающие наполнители, в т.ч. пирогенная (или осадочная) кремниевая кислота; не усиливающие наполнители в т.ч. гидроокись алюминия; сшивающий агент (пероксид); пигмент.
Материал обладает следующими свойствами:
• Твердость – 60+/-5 по Шору А;
• Прочность при растяжении, не менее 4 МПа;
• Удельная плотность 1,5 г/см3;
• Удлинение при разрыве, не менее 240 %;
• Прочность на раздир, не менее 13 кН/м;
• Электрическая прочность, не менее 18 кВ/мм;
• Негорючесть, ПВO;
• Гидрофобность, не ниже 1 класса;
• Трекингостойкость, не ниже  1A3,5.
Таким образом, изготовление изоляционной детали с одновременным формированием необходимой конфигурации изоляционной части изолятора за счет изменения толщины наносимого слоя обеспечивает повышение технологичности ее изготовления, позволяя формировать необходимую конфигурацию внешнего контура изоляционной части.
3
3
3
При этом обеспечивается снижение массы изделия, поскольку удельная плотность используемого гидрофобного материала ниже плотности материала изоляционной детали. Так, удельная плотность используемого гидрофобного материала составляет 1,5 г/см, удельная плотность электротехнического фарфора – 2,4–2,5 г/см, удельная плотность стекла – 2,5–3,0 г/ см. Кроме того, использование гидрофобного материала для формирования элементов геометрической формы изоляционной части позволяет уменьшить размер поперечного сечения указанных элементов. Другими словами, формообразующие элементы могут быть выполнены более тонкими, что также приводит к уменьшению массы изделия в целом.
Способ изготовления тарельчатого изолятора заключается в сборке изолятора, содержащего изоляционную деталь 3, шапку 1 и стержень 2 с формированием изоляционной части и элементов присоединительной арматуры. На поверхность изоляционной детали 3 наносят слой 4 гидрофобного материала. Одновременно с нанесением изменяют толщину слоя 4 гидрофобного материала на поверхности изоляционной детали 3, обеспечивают те самым конфигурирование элементов геометрической формы изоляционной части изолятора.
Гидрофобный материал может быть нанесен на стеклянную или фарфоровую изоляционную деталь методом компрессионного (прямого) формования. Деталь помещают в пресс-форму (не показано) совместно с точно отмеренным количеством компаунда. Конфигурирование внутренней полости пресс-формы, при ее проектировании, осуществляют в частности исходя из условия получения значения кратчайшего расстояния между шапкой 1 и стержнем 2 изолятора, по контуру наружной поверхности, сформированной выбранными элементами геометрической формы, равным или большим нормированного значения длины пути утечки.
Под воздействием температуры и давления, устанавливаемых в соответствии с технологическими значениями, происходит распределение компаунда по поверхности изоляционной детали и течение заданного количества времени осуществляется процесс вулканизации компаунда.
Для изготовления изоляционной части изолятора может быть использовано следующее оборудование:
1. Пресс гидравлический модели Пк 12.636.09 (или аналогичный)  вулканизационный с нагревательными плитами;
2. Форма для нанесения гидрофобного покрытия.
Технологический процесс изготовления в случае использования стеклянной изоляционной детали может быть реализован выполнением следующих этапов:
1. Подготовка заготовки стеклянной изоляционной детали с обезжириванием поверхности этилацетатом (или аналогичным материалом);
2. Нанесение на поверхность, для улучшения адгезии на границе «стекло-компаунд», праймера G3243 (или аналогичного материала);
3. Укладка заготовки с определённым количеством компаунда, в форму;
4. Создание технологического давления смыканием формы до усилия не менее 5 МПа;
5. Выдерживание при температуре 120-130°С в течение 10 мин для обеспечения вулканизации компаунда;
6. Выемка заготовки с нанесённым гидрофобным материалом;
7. Удаление облоя гидрофобного материала и контроль качества.
Перечисленная выше последовательность технологических операций может быть использована как для формирования элементов геометрической формы, обеспечивающих получение заданного значения длины пути утечки, так и для формирования элементов геометрической формы, обеспечивающих защиту от механических воздействий. Упомянутые выше элементы геометрической формы могут быть сформированы как одновременно, так и последовательно. В случае осуществления последовательного нанесения гидрофобного материала на поверхность изоляционной детали предпочтительно на первом этапе выполнить конфигурирование элементов геометрической формы, обеспечивающих формирование нормированной длины пути утечки, а на втором – элементов геометрической формы, обеспечивающих защиту от механических воздействий.
Таким образом, заявленная группа изобретений обеспечивает снижение массы электроизоляционной части при одновременном повышении технологичности ее изготовления.