ПРОХОДНОЙ ИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к высоковольтным проходным изоляторам (вводам) воздушных линий электропередачи, кабельных линий, распределительных устройств на напряжение преимущественно 6-110 кВ.
Проходные изоляторы предназначены для ввода электрического тока в устройства или внутрь помещения. Проходные изоляторы соединяют внешние и внутренние стороны установок, выполняют фиксаторную и опорную роль для токоведущей системы и одновременно ее изоляции от стен помещения или стенок устройства. Проходные изоляторы должны быть механически прочными, чтобы выдерживать нагрузки натяжения проводов при ветре и коротких замыканиях, и сохранять при этом герметичность.
Традиционно проходные изоляторы изготавливают либо из электротехнического фарфора, либо из полимерных материалов. Основной проблемой и основной причиной выходя из строя проходных изоляторов является пробой изоляционного тела вследствие локальных перенапряжений, которым способствуют малые радиусы кривизны токоведущих и заземленных поверхностей, границы перехода от диэлектрика к диэлектрику, имеющиеся дефекты структуры изоляционного тела (воздушные включения, пыль и т.д.), а так же близкое расположение токоведущих и заземленных элементов. Технические решения, направленные на увеличение надежности работы проходных изоляторов, в основном касались либо использования материалов с большей электрической прочностью и большей толщины, либо создания конструкции изолятора с относительно равномерным падением потенциала от токовода к заземленным элементам.
На сегодняшний день создание надежных проходных изоляторов при сохранении простоты их конструкции и изготовления является актуальной задачей.
Известен керамический проходной изолятор, защищенный патентом РФ на полезную модель №32921, кл. Н01В 17/26, опубл. 27.09.2003 г.
Известный изолятор содержит изолирующую покрышку, токопровод, фланец опорный, колпак, шайбу центрирующую. Колпак изолятора выполнен со ступенчатым отверстием для токопровода и дополнительно снабжен прижимной пластиной, а между токопроводом и колпаком установлена уплотнительная прокладка.
Основным недостатком таких конструкций является необходимость использования для проходных изоляторов фарфоровых покрышек большой толщины и с большим диаметром. Это необходимо для создания достаточной электрической прочности промежутка между фланцем, концентрически охватывающим изоляционное тело, и внутренним тоководом. Электрическая прочность этого промежутка складывается из прочности на пробой фарфорового тела и воздушного слоя между фарфором и тоководом. Электрическая прочность воздуха в сравнении с другими электроизоляционными материалами достаточно мала и составляет около 5 кВ/см. С увеличением толщины фарфорового тела его относительная электрическая прочность уменьшается в силу увеличения количества внутренних дефектов с увеличением толщины. Кроме этого, учитывая, что фарфор является материалом хрупким, нестойким к динамическим воздействиям, в месте соединения изоляционного тела с фланцем дополнительно увеличивают толщину изоляционного тела для придания прочности. Исходя из этого, при изготовлении проходных изоляторов на напряжения более 6 кВ используются фарфоровые покрышки большой толщины и больших радиусов.
Известен высоковольтный проходной изолятор, защищенный патентом РФ на полезную модель 73119, кл. Н01В 17/26, опубл. 10.06.2008 г.
Изолятор содержит стеклопластиковую трубу с внешним оребрением и контактирующим с внутренней ее поверхностью изоляционным элементом, выполненных из кремнийорганической резины, опорный металлический фланец, закрепленный на внешней поверхности трубы и центрирующие крышки для установки в стеклопластиковой трубе токоведущей шины. Крышки установлены внутри трубы, торцы которой снабжены элементами из кремнийорганической резины, при этом внешнее оребрение и торцовые элементы выполнены как одно целое, а изоляционный элемент, контактирующий с внутренней поверхностью трубы, размещен в месте установки опорного металлического фланца и выполнен цельнолитым и охватывающим токоведущую шину, причем металлический. Фланец в основании снабжен заплечиками, скругленными в местах контакта с внешним оребрением.
В известном изоляторе используются новые материалы для изоляционного тела на основе стеклопластика и силиконовой резины. Это позволяет изготовить изолятор значительно более устойчивый к механическим воздействиям. Но стеклопластик имеет электрическую прочность, сопоставимую с электрофарфором, а иногда и меньшую. Поэтому при изготовлении изолятора необходимо делать изоляционное тело большого диаметра с большим воздушным промежутком, что малопригодно для изоляторов, рассчитанных на большие напряжения и токи.
Известен высоковольтный проходной изолятор для наружной установки, описанный в патенте РФ №2473997, кл. Н01В 17/28, опубл. 27.01.2013 г., содержащий проводник, проходящий вдоль оси, сердечник и электрически изолированный полимерный корпус для защиты от атмосферных воздействий, отформованный на сердечнике. Сердечник содержит электрически изолирующую ленту, которая намотана по спирали вокруг проводника, конденсаторные вводы, расположенные между соседними витками ленты, и отверждаемое полимерное изолирующее связующее, пропитывающее намотанную ленту и конденсаторные вводы.
Применение конденсаторных вводов описано во многих патентах на изобретения и полезные модели, однако их изготовление сложно и, соответственно, дорого.
Известен проходной изолятор, защищенный патентом РФ на полезную модель №132248, кл. Н01В 17/28, опубл. 10.09.2013 г., выбранный в качестве прототипа.
Проходной изолятор состоит из токовода, изоляционного тела из эластичного материала, и крепежного узла. В случаях, когда прочности проводника достаточно для восприятия механических нагрузок к изолятору, совмещение функций диэлектрического слоя, защитной оболочки и уплотняющих элементов в одной детали, изготовленной из эластичного диэлектрического материала, стойкого к окружающей среде, например, силиконовой резины, позволяет существенно упростить технологический процесс изготовления изолятора, снизить его трудоемкость и уменьшить количество необходимого оборудования, обеспечивая при этом высокую устойчивость проходного изолятора к погодным воздействиям.
Однако наличие эластичного материала между крепежным узлом и тоководом не обеспечит жесткой фиксации токовода в пространстве даже при небольших поперечных нагрузках, и в данной конструкции не предотвращается преждевременное старение материала изоляционного тела под действием локальных перенапряжений.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является совершенствование проходного изолятора.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности работы проходного изолятора при сохранении простоты его конструкции и изготовления.
Указанный результат достигается тем, что в проходном изоляторе, состоящем из токовода из немагнитного материала кольцевого сечения и имеющего на концах контактные площадки, изоляционного тела с фланцем из диэлектрика, закрепленного на тоководе, изоляционной оболочки с оребрением, изготовленной из эластичного материала, изоляционное тело с фланцем в виде диска выполнено из жесткого диэлектрика, на фланце изоляционного тела установлен накидной крепежный фланец в виде кольца для фиксации изолятора в месте крепления, причем проходной диаметр места крепления должен быть не менее проходного диаметра накидного крепежного фланца, при этом минимальное расстояние между тоководом и накидным крепежным фланцем должно быть не менее 13% расстояния между накидным крепежным фланцем и ближайшей контактной площадкой токовода.
Токовод из немагнитного материала кольцевого сечения содержит стальной сердечник. Изоляционная оболочка выполнена из силиконовой резины.
На фиг. схематично изображен проходной изолятор, в соответствии с настоящей полезной моделью, где:
1 - токовод кольцевого или цилиндрического сечения;
2 - контактные площадки;
3 - стальной сердечник;
4 - опорный фланец изоляционного тела;
5 - изоляционное тело;
6 - изоляционная оболочка с оребрением;
7 - накидной крепежный фланец;
8 - место крепления изолятора;
9 - «h« - расстояние по прямой между поверхностью токовода 1 и ближайшей заземленной деталью, например, накидным крепежным фланцем 7;
10 - «Н» - расстояние между накидным крепежным фланцем 7 и ближайшей неизолированной контактной площадкой 2 (воздушный промежуток).
Проходной изолятор работает следующим образом.
Изолятор вставляют в отверстие стенки объекта и накидным крепежным фланцем 7 фиксируют необходимое положение изолятора в пространстве в месте крепления 8. К контактным площадкам 2 крепят шины или провода высокого напряжения. Токовод 1 электрически соединен с контактными площадками 2 и является основным силовым элементом для изолятора, при этом стальной сердечник 3 выполняет функцию механического усиления конструкции. Изоляционное тело 5 служит для механической связи опорного фланца 4 с тоководом 1. Оребрение изоляционной оболочки 6 необходимо для создания требуемой длины утечки тока.
Минимальное расстояние между тоководом 1 и накидным крепежным фланцем 7 должно быть не менее 13% расстояния между накидным крепежным фланцем 7 и ближайшей контактной площадкой 2 токовода 1. При этих условиях надежность изолятора повышается за счет уменьшения напряженности электрического поля, уменьшения появления частичных разрядов, повышения срока службы диэлектрика.
При минимальном расстоянии между тоководом 1 и накидным крепежным фланцем 7 менее 13% расстояния между накидным крепежным фланцем 7 и ближайшей контактной площадкой 2 токовода 1 будет наблюдаться резкое падение надежности изолятора за счет увеличения напряженности электрического поля, увеличения появления частичных разрядов, уменьшения срока службы диэлектрика.
Изготовление изолятора в соответствии с заявляемой полезной моделью не встречает технических трудностей. Использование трубы или стержня соответствующего сечения из немагнитного материала позволяет изготавливать изоляторы на различные максимальные токи, а толщина и материал стального сердечника обеспечивают необходимую механическую прочность. В изоляторе отсутствуют полости, требующие специальной герметизации или заполнения их жидким диэлектриком. Опорный фланец изоляционного тела, а так же накидной крепежный фланец и место крепления могут быть изготовлены диаметров, практически исключающих электромагнитное старение диэлектрических материалов изолятора. Увеличение длины токовода и соответствующие увеличение диаметра опорного фланца изоляционного тела позволяют изготавливать изоляторы на различные высокие напряжения.
В соответствии с заявляемой полезной моделью был изготовлен проходной изолятор на 35 кВ, 1600 А, 8 Кн. Изолятор был испытан в соответствие с требованиями ГОСТа, с положительным результатом.
Таким образом, предлагаемый проходной изолятор за счет уменьшения напряженности электрического поля в области между накидным крепежным фланцем и тоководом вследствие значительного увеличения расстояния между ними, приводит к уменьшению возможности появления частичных разрядов, увеличению срока службы диэлектрика и повышению надежности изолятора в целом.