ЛИНЕЙНО-ПОДВЕСНОЙ ДЛИННОСТЕРЖНЕВОЙ ФАРФОРОВЫЙ ИЗОЛЯТОР

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, в частности к электрическим изоляторам воздушных линий распределительных электрических сетей. представляет собой цельный линейно-подвесной длинностержневой фарфоровый изолятор, предназначенный для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях электропередач, в распределительных устройствах электростанций и подстанций постоянного и переменного токов, частотой до 100 Гц, при температуре окружающего воздуха от минус 60°C до плюс 50°C в районах с атмосферой различной степени загрязненности (СЗ).
Известен изоляторный узел, содержащий одиночный фарфоровый изолятор с элементами крепления и контактные выводы для присоединяемых проводов. Параллельно к одиночному фарфоровому изолятору на его элементах крепления установлено не менее одного стержневого полимерного изолятора, содержащего монолитную защитную ребристую оболочку и оконцеватели, при этом углы наклона ребер защитной оболочки лежат в пределах от 2 до 60°, а отношение вылета ребра к расстоянию между основаниями ребер лежит в пределах от 0,4 до 1,5, а расстояние от оконцевателя до первого ребра не менее 0,4 вылета ребра (патент RU №26158, МПК H01B 17/00).
Однако применение в одном узле параллельно расположенного фарфорового и полимерного изолятора приводит к усложнению конструктивной части и как следствие удорожанию данного узла при массовом производстве.
Известен длинностержневой изолятор, состоящий из основы с ребрами на боковой поверхности, концы основы размещены в оконцевателях и закреплены с помощью затвердевшего уплотнительного раствора (http://www.kaleinsulator.com/docs/Kale-04.2-Long-RodInsulatorsRU.pdf)
Однако представленные длинностержневые изоляторы для воздушных линий электропередачи рассчитаны на максимальное напряжение 36 кВ и имеют максимальный путь утечки 900 мм при максимальной изоляционной длине 545 мм, что не позволяет использовать их в сетях высокого напряжения 110 кВ.
Известен ряд длинностержневых фарфоровых изоляторов, состоящих из основы с юбками разного диаметра и формы. Концы основы размещены в оконцевателях разного типа «гнездо», «пестик» (http://www.bester54.rLi/ne/vs/index.php?type'show&id:433).
В целях увеличения стойкости к загрязнению, в большинстве конструкций представленных фарфоровых изоляторов использован переменный вылет ребер, при котором разница между выступающими соседними ребрами имеет важное значение, во время осадков, атмосферных загрязнений, во избежание пробоя изолятора между ребрами, что усложняет процесс при их производстве.
Наиболее близким к заявляемому, является фарфоровый подвесной стержневой изолятор, в состав которого входит фарфоровое тело и металлические стальные чашки (оконцеватели). надетые с двух концов фарфорового тела изолятора. Фарфоровое изоляционное тело состоит из стержневой основы и юбок-изоляторов, юбки-изоляторы надеты на стержневую основу, их внешние поверхности сферические или плоские, внутренние поверхности - плоские, а вертикальное сечение юбок-изоляторов округлое; конструкция фарфорового подвесного стержневого изолятора представляет собой чередование больших и малых юбок-изоляторов; набор юбок-изоляторов концентрически нанизан на горизонтально расположенную стержневую основу; при этом между соседними юбками-изоляторами образуется канавка; фарфоровое тело изолятора формуется и затем спекается, образуя твердую деталь; диаметр стержневой основы изолятора - от 50 до 100 мм. Между фарфоровым телом изолятора и металлическими стальными чашками (оконцевателями) создается специальный буферный слой, благодаря использованию цементирующего связующего вещества. Фарфоровое тело изолятора изготавливается из высокопрочного фарфора. Конструкция изолятора включает в себя также стойкие к пробою шаровые шарниры, надеваемые на изолятор (заявка CN №201233770 U, МПК H01B 17/02).
В представленном фарфоровом подвесном стержневом изоляторе так же использован переменный вылет ребер. При применении разных диаметров юбок-изоляторов, для сохранения соответствующей длинны нуги утечки, необходимо увеличивать количество юбок и/или их диаметр, что приведет к увеличению строительной длины и/или их массы.
Задачей заявляемой полезной модели является создание цельного линейно-подвесного длинностержневого фарфорового изолятора класса напряжения не менее 110 кВ.
Технический результат полезной модели заключается в повышении электрической прочности изолятора и его механических характеристик, повышении надежности эксплуатации изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях.
1
2
3
4
5
Указанный технический результат достигается тем. что в линейно-подвесном длинностержневом фарфоровом изоляторе. включающем юбки-изоляторы расположенные на стержневой основе, концы которой размещены в оконцевагелях и закреплены с помощью уплотнительного раствора, согласно решению юбки имеют огибающий контур с углами R - 7-12 мм. R - 4-8 мм, R - 10-20 мм, R - 3-7 мм. R - 3-7 мм, количество юбок выбрано не более 22 шт., концы стержневой основы выполнены е утолщением, при этом утолщение к концам изолятора находится в пределах 5-10%.
В качестве уплотнительного раствора выбран сплав свинец-сурьма.
Полезная модель поясняется чертежами, на фиг. 1 - изображена стержневая основа с юбками, на фиг. 2 заявляемый изолятор в сборе с оконцевателями.
где
1 - стержневая основа;
2 - юбка-изолятор (ребра);
3 - оконцеватель;
4 - опорная пластина;
5 - уплотни гельный раствор (замазка);
6 - посадочное место (гнездо);
1
R - радиус изгиба наружной части юбки-изолятора к стержневой основе;
2
R - радиус изгиба внутренней части юбки-изолятора к стержневой основе;
3
R - радиус изгиба наружной части юбки-изолятора к крайней точки вылета ребра;
4
R - радиус изгиба поверхности крайней точки вылета ребра;
5
R - радиус изгиба внутренней части юбки-изолятора к крайней точки вылета ребра;
6
R - радиус изгиба стержневой основы к концам;
7
R - радиус изгиба концов стержневая основа;
α - угол наклона наружной части юбки-изолятора;
β - угол наклона внутренней части юбки-изолятора.
Полезная модель содержит стержневую основу (1), в виде фарфорового изоляционного тела, концы которой размещены в оконцеватслях (3) и закреплены с помощью уплотнительного раствора (5). Изоляционное тело представляет собой ребристый цельный фарфоровый стержень, выполненный из электротехнического фарфора с повышенными электрическими и механическими характеристиками. На стержневой основе (1) расположены юбки-изоляторы (ребра) (2), которые являются отформованным цельным элементом. Юбки-изоляторы (2) расположены в наклонной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют одинаковый диаметр. Юбки по всей длине имеют огибающий контур с каплевидной формой крайней точки вылета ребра. Нижняя крайняя точка изгиба юбки расположена непосредственно над начатом изгиба нижележащей юбки. Особенности конфигурации форм юбки обеспечивает повышение стойкости к загрязнению, способности к самоочищению пол действием дождя и снега, а так же увеличение длины пути утечки, без увеличения высоты изолируемой части изолятора, что позволяет эксплуатировать изолятор в районах с любыми условиями загрязнения. При этом отношение длинны пути утечки к изолируемой части составляет более 3,1. Оконцеватсль (3) представляет собой стакан, выполненный с использованием высокопрочного чугуна, стали и алюминия, с устройством для крепления провода к изолятору и изолятора к опоре воздушной линии электропередачи. В качестве соединяющего элемента использован верхний и нижний оконцеватель типа «гнездо». В целях увеличения стойкости к коррозии поверхностный слой оконцевателей (3) прокрыт защитным слоем с помощью метода гальванического оцинкования. Внутренние размеры оконцеватсля (3) позволяют надеть его на концы стержневой основы (1) и выполнены с утолщением (увеличенным диаметром). Крепление оконцевателей (3) к стержневой основе (1) осуществляется с помощью герметичного уплотнительного раствора (5) сплава свинец-сурьма. Между стержневой основой (1) и оконцевателем (3) размещена опорная пластина (4), выполненная из свинцового сплава. Конструкция изолятора позволяет обеспечить механическую прочность на растяжение 260 кН, что позволяет использовать его при повышенных гололедных и ветровых нагрузках.
Для изготовления изоляторов применяется электротехнический фарфор, являющийся искусственным материалом.
Фарфоровые изделия в полуфабрикате изготавливаются из тестообразной или жидкой массы. Сырьем для получения фарфоровой массы являются следующие компоненты:
- глинистые вещества 40-60%;
- отощающие материалы 20-30%;
- полевой шпат или пегматит 20-30%.
Фарфоровый сердечник после процесса прессования подвергают обжигу в печах периодического или непрерывного действия. Изделия помещают в капсели или керамические этажерки.
Температурный режим обжига оказывает глубокое влияние на механические свойства фарфора. Обжиг заканчивается при температуре 1320°C … 1360°C. Обожженный фарфор в изломе представляет собой плотный камнеподобный материал белого цвета. Обожженные изоляторы после визуального контроля направляют на армирование, представляющее собой процесс соединения фарфоровых частей изолятора с металлической арматурой (оконцевагелями).
Заявляемый изолятор имеет следующие геометрические параметры:
1
2
3
4
5
6
7
- граничные значения углов формы изолятора R - 7-12 мм, R - 4-8 мм, R - 10-20 мм, R - 3-7 мм, R - 3-7 мм, R - 40-60 мм, R - 3-7 мм.
- граничные значения углов наклона юбок изолятора α - 12-25°, β - 5-15°
- количество юбок выбрано не более 22 шт.,
- утолщение к концам изолятора находится в пределах 5-10%.
Выбранные значения углов форм изоляторов, в том числе изгибов юбок изоляторов, обеспечивает повышенную стойкость к загрязнению, способность к самоочищению под действием дождя и снега, а так же увеличивает длину пути утечки, без увеличения высоты изолируемой части изолятора, что позволяет эксплуатировать изолятор в районах с любыми условиями загрязнения. Кроме того, выбранное количество юбок не более 22 шт. обеспечивает оптимальное соотношение массогабаритных размеров и длины пути утечки.
Применение электротехнического фарфора с повышенными механическими характеристиками и утолщение к концам изолятора в пределах 5-10%, совместно с применением герметичного уплотнительного раствора сплава свинец-сурьма, для крепления оконцевателей к стержневой основе, обеспечивает повышенную механическую прочность изолятора, что обуславливает его применение в районах с большими гололедными и ветровыми нагрузками.
Изолятор был испытан дуговым коротким замыканием воздействием дуги переменного тока. Инициирование дуги выполнено шунтированием участков изолятора путем перекрытия изолятора медной проволокой. Изолятор успешно выдержан испытания на дугостойкость. В результате испытаний повреждений на изоляторе не обнаружено.
Было проведено 10 измерений размеров изолятора, при этом среднее математическое значение пути утечки через изолятор составило 3430,7 мм, что превышает на 0,903% от заданного значения. Отклонения размеров в пределах нормы.
Изолятор был подвергнут воздействию переменного напряжения и растягивающей нагрузки величиной 160 кН, прикладываемых одновременно между оконцевагелями изолятора. Проведено 6 испытаний на механическую разрушающую силу, результат составил 265-303 кН. Электромеханическая разрушающая нагрузка, полученная при испытаниях, составила 1,79 от нормированной разрушающей нагрузки. Изолятор выдержал испытание.
Были проведены испытания изолятора атмосферным импульсным напряжением. Испытания напряжением грозового импульса положительной и отрицательной полярности проводились воздействием на изолятор стандартных грозовых импульсов 1,2/50 мкс. Изолятор выдержал испытания (перекрытие произошло при напряжении выше 600 кВ).
Проведены испытания переменным одноминутным напряжением промышленной частоты в сухом состоянии и под дождем, с приложением к изолятору нормированного испытательного напряжения 230 кВ. Изолятор выдержал испытания (при напряжении 230 кВ не произошло его перекрытия или повреждений).
Изолятор был подвергнут термомеханическим эксплуатационным испытаниям путем проведения четырех 24-часовых циклов охлаждения и нагрева с одновременно производимой нагрузкой на растяжение, удерживаемой между 60% и 65% предписанной механической разрушающей силы. Изолятор выдержал это испытание (механического разрушения изолятора не произошло).
Были проведены испытания изолятора на термостойкость, путем чередования циклов нагрева и охлаждения изолятора вместе с арматурой, последовательно 3 раза в ванне с горячей и холодной водой. Затем изолятор был подвергнут в течение 1 мин воздействию механической нагрузки, равной 80% от нормированной механической разрушающей нагрузки. Изолятор выдержал испытание (механического разрушения изолятора не произошло).
Проведена проверка осевого, радиального и углового смещений изолятора. При вращении изолятора на 360° осевое отклонение не превысило 1,2%, величина углового отклонения изолятора составила 2,5°, что в пределах нормы.
Были проведены испытания на проницаемость, при котором отломки изолятора подвергались действию 1% раствора фуксина в спирте под давлением. Потом отломки были вынуты из раствора, высушены и снова разломаны. При осмотре поверхностей разломов не было обнаружено каких-либо следов проникновения красителя.
Проведен осмотр металлической части (гальванического покрытия) изолятора, с целью определения качества покрытия метала при использовании магнитного метода. Было определено, что покрытие достаточно прочно прилегает к металлической детали, без отслаивания и шелушения, и обеспечивает нормальную эксплуатацию изолятора.
Проведена проверка системы предохранения, при которой рассмотрены соответствующие задвижки, проверено предохранение, положение задвижки и испытание функциональности. При испытании функциональности задвижка под силой тяги переведена из предохранительного положения в положение соединения. Испытание было проведено три раза, среднее значение силы тяг и составило 174 Н, что соответствует нормированным значениям.
Изолятор успешно прошел испытания. Все размерные показатели, механические, физические характеристики изолятора соответствуют установленным требованиям.
Кроме того в фарфоровом изоляторе, длинной 1240 мм, использован соединяющий элемент с гнездо размером 20 по стандарту МЭК 120, что по международной таблице стандартов IEC 60433 отличает его от изоляторов данной длины.
Ниже в таблице 1 приведены технические характеристики изолятора.
Таблица 1
№
Параметры
Требования
1
Уровень загрязнения атмосферы
не менее III с повторяемостью 10-15 лет пыльных соляных бурь с соленых озер (о. Баскунчак)
2
РКУ по гололеду и ветру
IV и выше
3
Срок службы
не менее 40 лет
4
среднегодовой уровень отказов
не должен превышать 0,000005.
5
Снижение уровня помех на ТВ и радиосигналы
Не более 30 дб
6
Гарантийный срок службы
5 лет
7
Верхний и нижний оконцеватели
Гнездо-Гнездо
8
Размер гнезда по стандарту МЭК
20
9
Материал изготовления
С-130
10
Механическая прочность
Не менее 160 кН
11.
Мин. номинальный путь утечки
3400 мм
12
Общая длина изолятора
1240 мм
13
Диаметр большой юбки
До 190 мм
14
Выдерживаемое напряжение при увлажненной изоляции
230 кВ
15
Выдерживаемое импульсное напряжение
550 кВ
Заявляемый изолятор:
- не подвержен электрическому пробою;
- в отличие от гирлянд тарельчатых изоляторов не нуждается в замене в процессе эксплуатации, что исключает необходимость осмотров и ремонтных работ, в том числе под напряжением;
-7
- ежегодная повреждаемость не превосходит 10;
- обладает высокой устойчивостью к преднамеренному разрушению;
- обладает высокой устойчивостью фарфоровой изоляционной летал и к действию химически агрессивных выбросов промышленных предприятий;
- не подвержен электрокоррозии;
- может надежно и эффективно эксплуатироваться в районах с любыми условиями загрязнения, что рекомендовано в главе 1.9 ПУЭ.