ВИБРОСТОЙКИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ ИЗОЛЯТОР С ИНДИКАТОРОМ СОСТОЯНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к полимерным изоляторам для высоковольтных изоляционных конструкций, и может быть использовано в высоковольтных линиях электропередачи.
Известен полимерный подвесной изолятор, имеющий стержень с оконцевателями на его концах, при этом один оконцеватель связан с опорой, а другой оконцеватель – с поддерживаемым проводом (см. RU176171 U1, опуб., 11.01.2018).
Недостатком известного изолятора является пониженный ресурс из-за низкой устойчивости к вибрационным нагрузкам, свойственной всем полимерным изоляторам. Вибрационные нагрузки возникают вследствие возникновения внешнего силового воздействия на элементы линейной электрической сети. Вибрационные нагрузки приводят к нарушению целостности изоляционного тела изолятора и дальнейшему его пробою.
Для устранения негативных последствий проводят диагностику изоляторов, плановую замену по истечению расчетного времени эксплуатации, другие планово-предупредительные работы. В результате часть заменяемых изоляторов не вырабатывает свой ресурс.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, является создание высокоресурсного, защищенного от пробоя полимерного изолятора, устойчивого к вибрационному воздействию.
Техническим результатом является повышение ресурса полимерного изолятора, снабженного элементами защиты и сигнализации об аварийной ситуации, за счет снижения действующих на него вибрационных нагрузок.
Технический результат достигается тем, что полимерный изолятор имеющий стержень с закрепленными на его концах оконцевателями, один из которых связан с опорой, а другой – с поддерживаемым проводом, согласно полезной модели, узел связи изолятора с поддерживаемым проводом выполнен с вибродемпфирующими свойствами, для чего он снабжен элементом виброзащиты, который выполнен в виде балласта, размещенного на стороне, ближайшей к месту крепления провода, причем в качестве балласта использованы элемент экранной защиты изолятора, снабженный, по меньшей мере, двумя коронными кольцевыми элементами с различным периметром, расположенными вокруг продольной оси стержня изолятора, а также тарельчатый подвесной стеклянный изолятор, выполняющий функции индикатора состояния изолятора, при этом элемент экранной защиты закреплен на внешней поверхности участка крепления оконцевателя со стержнем, а оконцеватель полимерного изолятора связан с поддерживаемым проводом через шарнирно подвешенный тарельчатый изолятор.
Технический результат достигается также тем, что коронный кольцевой элемент с большим периметром может быть выполнен в поперечном сечении в виде аэродинамического профиля, ограниченного дугами различного радиуса, центры которых расположены внутри области, ограниченной кольцевым элементом большего периметра и расположены на расстоянии от места крепления провода меньшем, чем поверхность кольцевого элемента.
Возможность достижения технического результата обеспечивается демпфированием изгибных колебаний изолятора. Демпфирование осуществляется не отдельными балластными массами, а элементами защиты и сигнализации изолятора. В качестве балласта используется элемент экранной защиты изолятора с кольцевыми коронными элементами и индикатор состояния изолятора, выполненный в виде тарельчатого изолятора.
Полезная модель поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан описываемый полимерный изолятор;
на фиг. 2 показан вид на экранный элемент;
на фиг. 3 – то же, разрез А-А на фиг. 2;
на фиг. 4 показана таблица с указанием максимальных значений прогиба стержня полимерного изолятора, мм/м.
Полимерный подвесной изолятор 1 имеет стержень (на чертежах не показан) с закрепленными на его концах оконцевателями 2 и 3. При этом оконцеватель 2 связан с опорой (на чертежах не показана), а оконцеватель 3 посредством узла связи скреплен с поддерживаемым проводом (на чертежах не показан). Узел связи изолятора с поддерживаемым проводом выполнен с вибродемпфирующими свойствами, для чего он снабжен элементом 4 виброзащиты. Элемент 4 виброзащиты выполнен в виде балласта, связанного с изолятором на стороне, ближайшей к месту крепления провода. В качестве балласта использованы элемент 5 экранной защиты изолятора, снабженный, коронным кольцевым элементом 6 с меньшим периметром и кольцевым элементом 7 большего периметра. Элементы 6 и 7 расположены вокруг продольной оси стержня изолятора 1. В качестве балласта использован дополнительно тарельчатый стеклянный подвесной изолятор 8, выполняющий функции индикатора состояния полимерного изолятора 1. При этом элемент 5 экранной защиты закреплен на внешней поверхности участка 9 закрепления оконцевателя 3 к стержню, например, при помощи зажимов 10 с резьбовым соединением 11, а тарельчатый изолятор подвешен и шарнирно скреплен с оконцевателем 3. Экранный элемент 5 может быть закреплен также и на оконцевателе 2 для повышения эффективности экранной защиты изолятора 1. При этом он может быть снабжен одним кольцевым элементом 6 или 7.
Технический результат достигается также тем, что коронный кольцевой элемент 7 с большим периметром может быть выполнен в поперечном сечении в виде аэродинамического профиля, ограниченного дугами различного радиуса, центры О которых расположены внутри области, ограниченной внешним краем кольцевого элемента 7 большего периметра и расположены на расстоянии L от места крепления провода меньшем, чем поверхность кольцевого элемента 7.
Описываемая полезная модель используется следующим образом. Опыт эксплуатации полимерных изоляторов показал, что для повышения надежностии срока их службы на напряжение 110 кВ и выше необходимо увеличить их стойкость к ветровой вибрации проводов. Результаты проведенных испытаний и данные по эксплуатации подтверждают, что вибростойкость линии электропередачи существенным образом зависит от характеристик полимерных изоляторов, которые обладают меньшей стойкостью к вибрации, чем остальные элементы ВЛ. То есть, для повышения стойкости линии электропередачи с полимерными изоляторами к вибрации необходимо повысить стойкость к вибрации самих изоляторов. Очевидно, что одним из путей существенного повышения стойкости полимерных изоляторов к вибрации является разработка технических решений, позволяющих снизить величину изгибных деформаций полимерных изоляторов. В результате проведенных сравнительных испытаний было установлено, что при растяжении изоляторов балластной массой со стороны крепления провода значительно уменьшаются значения прогиба изоляторов в опасных сечениях. Эксперименты с подбором оптимальной балластной массы показали, что потребная масса балласта примерно соответствует суммарной массе элемента 5 экранной защиты изолятора 1 и одного тарельчатого стеклянного изолятора 8. Таким образом, связанные с оконцевателем 3 элемент 5 и изолятор 8 растягивают изолятор 1 так, что воздействие их суммарной массы способствует уменьшению его прогиба, заменяя балластную массу. При этом различный способ крепления элемента 5 и изолятора 8 к оконцевателю 3 также снижает вибрационную нагрузку на изолятор 1. Так, элемент 5 жестко связан с участком 9 оконцевателя 3, предназначенным для соединения оконцевателя 3 со стержнем изолятора 1. В частности, элемент 5 закреплен на участке 9 при помощи зажимов 10. Тарельчатый изолятор 8 шарнирно подвешен на оконцевателе 3 (например, на его пестике). Такое крепление элемента 5 и изолятора 8 позволяет расширить диапазон частот вибрационного воздействия, в котором обеспечивается эффективная защита изолятора 1.
Шарнирная подвеска тарельчатого изолятора обеспечивает изменение частотных характеристик колеблющейся системы «полимерный изолятор-тарельчатый изолятор-провод». Кроме того, в шарнирных сочленениях подвески частично рассеивается энергия колебаний
Выполнение элемента 5 экранной защиты двойным, то есть с двумя кольцевыми элементами 6 и 7 различного диаметра, помимо повышения эффективности защиты изолятора 1 от возникновения коронного разряда позволяет «добрать» необходимую балластную массу. Выполнение элементов 6 и 7 с различным периметром уменьшает парусность элемента 5, а выполнение при этом элемента 7 с аэродинамическим профилем в поперечнике снижает воздействие ветра на элемент 5 и изолятор 1, что, в свою очередь, уменьшает количество энергии, получаемой изолятором при его обдуве ветром, которая идет на возбуждение вибрационных колебаний.
Подвешенный тарельчатый изолятор 8, кроме обеспечения натяга стержня изолятора 1, используется в качестве индикатора состояния изолятора 1.
Индикатор может быть выполнен следующим образом.
Последовательно с контролируемым изолятором 1 присоединяется емкостной накопитель электрической энергии с более высокой чем изолятор 1, удельной электрической прочностью, зашунтированный искровым промежутком, генерирующим при искровом разряде электромагнитные излучения в радиочастотном диапазоне, улавливаемые радиоволновым приемником. В нормальном состоянии полимерного изолятора 1 напряжение на емкостном накопителе недостаточно для перекрытия искрового промежутка. Электрическое старение внутренней изоляции контролируемого изолятора 1 приводит к увеличению разности потенциалов на емкостном накопителе по причине того, что происходит вытеснение электрического поля полимерного изолятора в накопитель. И при достижении пороговой для искрового промежутка величины напряжения на накопителе, происходит устойчивое перекрытие искрового промежутка. При этом искровой разряд не переходит в дуговую стадию разряда, поскольку ток сети ограничен сопротивлением неповрежденного участка изоляции. То есть описанный вариант выполнения индикатора представляет собой слаботочный разрядник, обладающий эффектом триггера с собственным пороговым напряжением перехода от пассивного состояния в активное состояние, координируемым с глубиною электрического повреждения изоляции полимерного изолятора. Генерируемые при искровом разряде электромагнитные излучения идентифицируются радиоволновым приемником и, после соответствующей обработки, информация о состоянии изолятора передается в центр мониторинга в режиме реального времени.
Приведенные в таблице на фиг. 4 результаты испытаний показывают, что наименьшие значения прогиба в опасных сечениях полимерных изоляторов наблюдаютсяв случае применения конструкции, состоящей из полимерного изолятора и индикатора на основе подвесного стеклянного изолятора, установленного со стороны провода. При использовании данной схемы обеспечивается снижение до безопасного уровня прогиба стеклопластикового стержня в опасном сечении (около оконцевателя) как в натяжной, так и в поддерживающей гирлянде.
Таким образом, описываемый изолятор, обладающий сниженной неравномерностью электрического поля в зоне нижнего оконцевателя за счет экранов и надежностью за счет наличия индикации состояния его изоляции, имеет увеличенный ресурс за счет повышенной вибростойкости без излишнего увеличения массы высокозащищенного изолятора.