КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗОЛЯТОР
COMPOSITE INSULATOR

Изобретение относится к комбинированному изолятору согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Такой комбинированный изолятор содержит сердечник для восприятия нагрузки, который изготовлен, в частности, из усиленной волокнами отверждаемой пластмассы, такой как из эпоксидная смола или виниловый эфир. Для обеспечения необходимых изоляционных характеристик и защиты от внешних влияний, в частности от обусловленных погодой, сердечник покрывают защитным слоем, который изготовлен, в частности, из электроизоляционного эластомера, такого как, например, из кремнийсодержащего каучука.
При изоляции для высоких электрических напряжений необходимо всегда избегать частичных разрядов. Такие разряды, возникающие, например, из локальных повышений в электрическом поле, приводят, в частности в случае комбинированных изоляторов, к повреждениям в защитном слое, в результате чего сокращается срок службы. В случае комбинированных изоляторов меры по предотвращению локальных повышений в электрическом поле имеют, соответственно, большое значение. В качестве приемлемой меры для изоляторов высокого напряжения известны, например, экранирующие электроды, которые устанавливают на находящуюся под напряжением арматуру и которые помогают предотвращать там повышения в электрическом поле, на концах арматуры.
В этом отношении большая проблема для изоляторов высокого напряжения заключается в чрезвычайно неравномерном распределении изменения в напряжении вдоль их длины. Причина этого кроется в емкости утечки изолятора на землю. Следующая проблема заключается в локальных разрядах на загрязненных изоляторах, которые возникают, например, под действием повышений в электрическом поле, где имело место локальное высыхание.
В WO 2009/100904 A1 раскрывается обеспечение комбинированного изолятора, по меньшей мере, на определенных участках слоем управления полем, который содержит воздействующие на поле частицы, для предотвращения локальных повышений в электрическом поле. Такие частицы оказывают, например, резистивное и емкостное действие или являются полупроводниками и в результате нелинейной взаимосвязи между соответствующей электрической переменной и напряжения способствуют уменьшению неожиданных скачков напряжения вдоль изолятора. В частности, следует упомянуть микроваристоры из оксида цинка ZnO, которые выше порогового напряжения, проявляют резкое снижение электрического сопротивления.
Цель изобретения состоит в создании комбинированного изолятора указанного в начале типа, который также усовершенствован в отношении предотвращения локальных разрядов.
Эта цель достигается согласно настоящему изобретению с помощью комбинированного изолятора указанного в начале типа, причем защитный слой специально содержит в определенных участках частицы, оказывающие влияние на поле изолятора.
Изобретение основывается при этом на замысле, заключающемся в том, чтобы оказывающие влияние на поле вдоль изолятора частицы специально располагались в определенных участках на изоляторе таким образом, чтобы по возможности исключить возникающие на протяжении срока службы под действием ожидаемых внешних условий разряды, которые могут привести к случаям разрушения изоляционного защитного слоя. Для этой цели были произведены исследования на рассчитанных для напряжения 420 кВ длинностержневых комбинированных изоляторов. Использованные длинностержневые комбинированные изоляторы с общим количеством юбок, равным 10, образовали путь утечки длиной 3,91 м. Небольшое количество юбок было выбрано сознательно, чтобы во время испытания получить более сильную склонность к пробою изоляторов.
В лаборатории для высокого напряжения изоляторы подвергали искусственному дождеванию в соответствии с требованиями стандарта IEC 60060-1 под углом 45°. Испытания производились под переменным напряжением. Искусственный дождь обладал проводимостью k=+/-100 мкСм/см. Приложенное напряжение повышали ступенчато. Возникающие частичные разряды наблюдали визуально. В результате при напряжении 600 кВ для изготовленного известным способом длинностержневого комбинированного изолятора, защитный слой которого не содержал оказывающих влияние на поле частиц, наблюдали четкие разряды с нижней стороны юбок, которые были направлены к концу с высоким напряжением изолятора.
Исходя из этого наблюдения, изобретение исходит из модельного представления о том, что в результате дождевания изоляторов на верхней стороне юбок и вдоль стержня образуется проводящее покрытие. Вследствие этого на традиционном изоляторе возникает сильное падение напряжения на сухой нижней стороне юбок. Если благодаря возникающим в результате локальным повышениям в электрическом поле будет превышена диэлектрическая прочность окружающей атмосферы, то возникнут локальные разряды на нижней стороне юбок.
Поэтому изобретение в предпочтительной форме выполнения предусматривает, чтобы оказывающие влияние на поле частицы были предусмотрены в области вышеупомянутых сухих зон изолятора, в частности на нижних сторонах юбок. По этой причине оказывающие влияние на поле частицы наносят отдельно на определенные участки, наносят путем вулканизации, наносят с защитным слоем, напыляют, наносят с помощью приливки или заливки. По этой причине оказывающие влияние на поле частицы целесообразно добавлять в пригодный изоляционный материал, в частности в материал защитного слоя. Потом материал имеющегося защитного слоя заливают, приклеивают или наносят с помощью вулканизации. Оказывающие влияние на поле частицы можно также при изготовлении изолятора подмешивать в защитный слой в определенные участки. В качестве альтернативы смешанный с оказывающими влияние на поле частицами материал можно также заливать поверх защитного слоя при окончательном формовании изолятора.
Защитный слой, а также смешанный с оказывающими влияние на поле частицами материал представляют собой предпочтительно кремнийсодержащий каучук, сополимер этилен-пропилена (EPDM), этиленвинилацетат (EVA) или эпоксидную смолу. В соответствии с этим на определенные участки наносят смешанный с оказывающими влияние на поле частицами кремнийсодержащий каучук, EPDM, EVA или эпоксидную смолу.
В качестве оказывающих влияние на поле частиц предпочтительно используют резистивные, или емкостные частицы, или полупроводниковые частицы. Особо предпочтительными являются микроваристоры из легированного ZnO. Микроваристоры из оксида цинка (ZnO) образуют нелинейную вольтамперную характеристику. До порогового напряжения оксид цинка можно рассматривать имеющим большое омическое сопротивление и имеющим чрезвычайно высокую плоскую вольт-амперную характеристику. Выше порогового напряжения сопротивление резко снижается; вольтамперная характеристика внезапно меняет свою крутизну.
Если такие оказывающими влияние на поле частицы и, в частности, микроваристоры, то есть, стало быть, зависимые от напряжения резисторы, нанести в определенных участках на изолятор или с защитным слоем, то в результате резко повышенной сверх порогового напряжения электропроводности снизится локальное повышение в напряжении или в электрическом поле, так что будут предотвращаться нежелательные локальные разряды, вызывающие случаи разрушения.
Если комбинированный изолятор для увеличения пути утечки содержит несколько юбок из защитного слоя, то в предпочтительном варианте осуществления оказывающие влияние на поле частицы содержатся в юбках или расположены на юбках. При использовании комбинированного изолятора в вертикальном положении взаимосвязанные с высокими скачками напряжения сухие зоны расположены на нижней стороне юбок. Если оказывающие влияние на поле частицы добавляют в защитный слой юбок или располагают на юбках, то предотвращают нежелательное там возникновение разрядов. В случае этого варианта осуществления было установлено, что не все юбки должны содержать оказывающие влияние на поле частицы. Напротив, будет преимущественным, если только часть юбок будет снабжена оказывающими влияние на поле частицами. Это зависит от изменения напряжения по длине комбинированного изолятора. Как показали исследования, наивысшие скачки напряжения, по всей вероятности, следует ожидать на юбках, которые расположены у находящегося под напряжением конца.
В этом отношении в предпочтительной форме выполнения часть снабженных оказывающими влияние на поле частицами юбок расположена у находящегося под напряжением конца. Соответственно, начиная от находящегося под напряжением конца комбинированного изолятора, сначала часть юбок снабжается оказывающими влияние на поле частицами. Последующие юбки изготовляют обычно без оказывающих влияние на поле частиц.
В качестве альтернативы, начиная от находящегося под напряжением конца комбинированного изолятора, можно снабдить сначала часть юбок оказывающими влияние на поле частицами, а затем часть юбок изготовить обычным способом, и такое расположение можно повторять по длине комбинированного изолятора.
Также было установлено, что юбки, как таковые, не следует снабжать полностью оказывающими влияние на поле частицами. Напротив, для снижения падения напряжения по сухой зоне на нижней стороне юбок будет достаточно снабдить оказывающими влияние на поле частицами только нижнюю сторону юбок. Этого достаточно для того, чтобы снизить высокие скачки напряжения между концами юбок и сердечником или стержнем изолятора.
В этом отношении в первом варианте осуществления оказывающие влияние на поле частицы содержаться в отдельном диске, в частности, из материала защитного слоя или какого-либо другого изоляционного материала. После традиционного и известного per se изготовления юбок путем инкапсуляции, литья, приклеивания, термоусаживания или нанесения с помощью вулканизации отдельный диск наносится с помощью вулканизации или приклеивается к нижней стороне предназначенных для этого юбок. В качестве альтернативы отдельно изготовленный и содержащий оказывающие влияние на поле частицы диск заливается при изготовлении в юбки. Наконец, юбки изолятора, снабженные отдельными дисками на нижней стороне, в заключительном процессе изготовления также можно снабдить оболочкой из защитного слоя, в частности, путем инкапсуляции или заливкой.
Согласно другой форме выполнения изобретения, которую также можно использовать в сочетании, предпочтительно на нижней стороне предусмотренных юбок наносят защитный слой, как таковой, с оказывающими влияние на поле частицами. С этой целью материал защитного слоя смешивают с оказывающими влияние на поле частицы. Потом смешанный материал напыляется, заливается или наносится с помощью вулканизации на нижнюю сторону юбки.
В еще одной предпочтительной форме выполнения юбки комбинированного изолятора снабжаются на нижней стороне ребрами, которые еще в большей степени увеличивают путь утечки. Предпочтительно, отдельный диск или защитный слой с оказывающими влияние на поле частицами расположен на этих ребрах, как это было указано выше. На основании увеличенной с помощью ребер поверхности достигается улучшенное сцепление между юбками и отдельным диском или нанесенным потом защитным слоем, смешанным с оказывающими влияние на поле частицами.
Кроме того, было установлено, что, в частности, в сочетание с юбками, снабженными оказывающими влияние на поле частицами на внутренней стороне, достигается дополнительное улучшение комбинированного изолятора с точки зрения предотвращения локальных разрядов, если защитный слой будет снабжен, по меньшей мере, в определенных участках вдоль сердечника оказывающими влияние на поле частицами. Сердечник, в частности, снабжается защитным слоем, который содержит оказывающие влияние на поле частицы, на частичном участке вблизи находящегося под напряжением конца комбинированного изолятора.
В следующей предпочтительной форме выполнения комбинированного изолятора юбки и/или сердечник покрывают наружным защитным слоем, который не содержит оказывающие влияние на поле частицы. С помощью такого наружного защитного слоя при необходимости можно учитывать путем выбора специального материала специфические наружные погодные условия, которые оказывают влияние на комбинированный изолятор во время его использования.
Примеры вариантов осуществления изобретения более подробно объясняются со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
Фигура 1 показывает длинностержневой комбинированный изолятор согласно первому варианту осуществления.
Фигура 2 показывает длинностержневой комбинированный изолятор согласно второму варианту осуществления.
Фигура 3 показывает фрагмент длинностержневого комбинированного изолятора, причем юбки снабжены на нижней стороне диском, содержащим оказывающие влияние на поле частицами.
Фигура 4 показывает фрагмент длинностержневого комбинированного изолятора, причем юбки снабжены с нижней стороны защитным слоем, содержащим оказывающие влияние на поле частицы, и
Фигура 5 показывает фрагмент длинностержневого комбинированного изолятора, сердечник которого по сравнению с комбинированным изолятором, который показан на фигуре 4, дополнительно снабжен защитным слоем, который содержит оказывающие влияние на поле частицы, и
Фигура 6 показывает длинностержневой комбинированный изолятор согласно фигуре 5, причем юбки, включая защитный слой, смешанный с оказывающими влияние на поле частицами, заключены в оболочку из наружного защитного слоя.
На фиг.1 изображен длинностержневой комбинированный изолятор 1, который содержит сердечник 2 из усиленной стекловолокнами пластмассы, на котором для увеличения пути утечки распределены по длине десять юбок 4. На концах сердечника 2 закреплена присоединительная арматура 5, 6. Присоединительная арматура 6 предназначена для электрического контакта с высоким напряжением HV и содержит, таким образом, находящийся под напряжением конец изолятора 1.
Показанный длинностержневой комбинированный изолятор 1, содержащий в общей сложности десять юбок 4, рассчитан для изоляции напряжения примерно 400 кВ. Сердечник 2 снабжен сплошным защитным слоем 8 из кремнийсодержащего каучука. На этой оболочке сердечника 2 закреплены юбки 4. Юбки 4 изготовлены также из кремнийсодержащего каучука.
Для предотвращения локальных разрядов в результате повышений в электрическом поле или в результате сильных скачков напряжения защитный слой 8 сердечника 2 смешан с оказывающими влияние на поле частицами 7 по всей длине комбинированного изолятора 1. Оказывающие влияние на поле частицы 7 представляют собой микроваристоры из легированного ZnO. Кроме того, на находящемся под напряжением конце комбинированного изолятора 1, который примыкает к арматуре 6, пять из всех десяти юбок 4 изолятора изготовлены из кремнийсодержащего каучука, смешанного с оказывающими влияние на поле частицами 7.
Во время проведения испытания на устойчивость к воздействию дождя длинностержневой комбинированный изолятор 1, который показан на фигуре 1, по сравнению с традиционным длинностержневым комбинированным изолятором без оказывающих влияние на поле частиц, проявляет четко пониженную склонность к разрядам с нижней стороны юбок 4. Причина этого состоит в том, что микроваристоры из ZnO при высоких напряжениях становятся проводящими, так что скачки напряжения из смоченной верхней стороны юбок 4 по направлению к расположенного под ними участка сердечника 2 четко снижаются.
На фигуре 2 показан длинностержневой комбинированный изолятор 1, который подобен в своем базовом конструктивному исполнению, показанному на фигуре 1. Он отличается тем, что защитный слой 8 вдоль сердечника 2 теперь не содержит оказывающие влияние на поле частицы 7. Напротив, только пять юбок 4, примыкающих к находящемуся под напряжением концу длинностержневого комбинированного изолятора 1, изготовлены из защитного слоя 8, который смешан с оказывающими влияние на поле частицами.
Также этот комбинированный изолятор 1 согласно фигуре 2 проявляет в испытании на устойчивость к воздействию дождя значительно сниженную склонность к искровым пробоям на нижней стороне юбок 4 по сравнению с традиционным длинностержневым комбинированным изолятором без оказывающих влияния на поле частиц 7.
На фигуре 3 показан фрагмент длинностержневого комбинированного изолятора 1 согласно фигуре 1 или фигуре 2. В данном случае показаны две юбки 4 вблизи находящегося под напряжением конца, то есть вблизи арматуры 6.
Длинностержневой комбинированный изолятор 1 согласно фигуре 3 содержит сердечник 2 из усиленной стекловолокнами пластмассы. На сердечник 2 нанесен защитный слой 8 из кремнийсодержащего каучука. На этом защитном слое 8 смонтированы юбки 4.
Для воздействия на электрическое поле или для снижения больших скачков напряжения на нижней стороне юбок 4 закреплен отдельный диск 10 из предварительно изготовленного ЕРМ, который содержит оказывающие влияние на поле частицы 7.
Согласно первому варианту осуществления отдельный диск 10 прикрепляется с помощью вулканизации соответственно на нижнюю сторону верхней юбки 4. Согласно второму варианту осуществления отдельный диск 10, который содержит оказывающие влияние на поле частицы, заливается в материал юбки 4, как это видно на нижней юбке 4.
Согласно фигуре 4 юбки 4 второго согласно другому варианту длинностержневого комбинированного изолятора 1 снабжены несколькими периферийными ребрами 12 на нижней стороне. На эти ребра 12 с помощью заливки наносится защитный слой 8', который содержит оказывающие влияние на поле частицы 7. Согласно фигуре 5 длинностержневой комбинированный изолятор 1 содержит, по меньшей мере, на отдельных участках сердечника 2 еще один охватывающий защитный слой 8', который, в свою очередь, смешан с оказывающими влияние на поле частицами.
Согласно фигуре 6 нанесенный на нижнюю сторону юбок 4 защитный слой 8' с оказывающими влияние на поле частицами залит в юбки 4. Вдобавок, в частности согласно завершающему этапу изготовления, показанный на фигуре 6 длинностержневой комбинированный изолятор 1 покрыт внешним защитным слоем 13 из кремнийсодержащего каучука, который не содержит оказывающих влияние на поле частиц 7.
Перечень позиций
1 - комбинированный изолятор;
2 - сердечник;
4 - юбка;
5 - присоединительная арматура;
6 - присоединительная арматура;
7 - оказывающие влияние на поле частицы;
8 - защитный слой;
8' - защитный слой с оказывающими влияние на поле частицами;
10 - диск;
12 - ребра;
13 - наружный защитный слой;
HV - конец с высоким напряжением.