СПОСОБ РЕМОНТА ГИРЛЯНДЫ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ИЗОЛЯТОРОВ, РЕМОНТНЫЙ СТЕРЖНЕВОЙ ПОЛИМЕРНЫЙ ИЗОЛЯТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ И КОМПЛЕКТ РЕМОНТНЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
METHOD FOR REPAIRING PANEL INSULATORS HARLANDS, REPAIR ROD POLYMER INSULATOR FOR ITS IMPLEMENTATION AND KIT OF REPAIR ROD INSULATORS

Группа изобретений относится к области электроэнергетики, а именно к способам ремонта гирлянды тарельчатых изоляторов, стержневым полимерным изоляторам для воздушных линий электропередачи.
Известен способ ремонта гирлянды тарельчатых изоляторов, заключающийся в замене по меньшей мере одного неисправного фарфорового изолятора в гирлянде изоляторов идентичным фарфоровым или стеклянным изолятором. Наиболее простым и распространенным в энергосистемах способом замены отдельных дефектных изоляторов в гирлянде, а также полной  замены гирлянды фарфоровых изоляторов на стеклянные является опускание гирлянды на землю. На земле производят замену неисправных изоляторов гирлянды и устанавливают ее в обратной последовательности.
При небольшом количестве дефектных изоляторов возможно проводить их замену без опускания гирлянды изоляторов на землю. Для этого верх гирлянды при помощи веревочной петли или монтажной скобы крепят к изолирующему ремню лебедки с ручным приводом; смонтированной на траверсе опоры. Ремонтируемую гирлянду опускают так, чтобы дефектный изолятор находился примерно на уровне проводов фазы. С помощью стяжного устройства заменяют дефектный элемент гирлянды, при этом нижний захват стяжного устройства должен устанавливаться на изолятор, находящийся не выше уровня верхних проводов расщепленной фазы (стр. 15, Барг И. Г., Полевой С. В., Ремонт воздушных линий электропередачи под напряжением, извлечено из интернет 01.11.2020, https://forca.ru/knigi/arhivy/remont-vl-pod-napryazheniem.html).
Известный способ ремонта трудозатратен, требует проведения значительного объема подготовительных работ для осуществления ремонта гирлянды изоляторов.
Из того же источника известен стеклянный изолятор с аналогичной строительной длиной, используемый для ремонта неисправной гирлянды изоляторов. Стеклянный изолятор, имеющий ту же строительную длину, обладает сопоставимыми характеристиками, отражающими его электрическую прочность.
Наличие дефектных или зашунтированных изоляторов приводит к снижению электрической прочности гирлянды, которая должна быть не ниже определенного заданного уровня, обеспечивающего безопасность проведения работ под напряжением. Выдерживаемое напряжение гирлянды зависит от количества и месторасположения дефектных изоляторов. Установлено, что наиболее неблагоприятным по условиям электрической прочности гирлянды является случай группирования дефектных изоляторов со стороны провода (см. там же, стр 10. рис. 2.9).
Недостатком известного изолятора, применяемого при ремонте, является невозможность получения повышенных значений показателей, электрической прочности изолятора при неизменном значении строительной длины.
Известен также изолятор (RU2262760), который содержит полимерный несущий стержень, армированный металлическими оконцевателями, выполненными в форме стакана, дно которого имеет клеевой слой. Стержень изолятора охвачен защитной оболочкой, выполненной из резины. На стержень наформована оболочка, выполненная монолитной из кремнийорганической резины и снабженная ребрами. Этот стержневой полимерный изолятор не решает проблему замены на воздушных линиях электропередачи одиночных линейных подвесных тарельчатых стеклянных и фарфоровых изоляторов по причине больших габаритов из-за большой длины опрессовки металлических оконцевателей, как следствие этого длинного несущего стержня, и большой строительной длины в целом всего изолятора.
Известен способ изготовления полимерного изолятора (RU2233492), который включает изготовление изолирующего элемента (защитной оболочки) и электроизоляционного несущего стержня, соединение их между собой связующим веществом, причем связующее вещество наносят на поверхность несущего стержня по всей его длине. Образование изолирующего элемента выполняют в пресс-форме, для чего подают под давлением эластомер и обрабатывают при температуре 100-140°С в течение 5-15 минут. В качестве эластомера может быть использована силиконовая резина аддитивной вулканизации, содержащая одновременно винил- и водородсодержащие силоксаны, сшиваемые под воздействием платинового катализатора. Параметры изолятора и его элементов не конкретизированы.
В настоящее время остро стоит проблема замены на воздушных линиях электропередачи одиночных линейных подвесных тарельчатых стеклянных и фарфоровых изоляторов, из-за их достаточно низких технических характеристик. Заменяемые подвесные тарельчатые изоляторы имеют строительную длину от 127 до 190 мм. Существующие линейные подвесные стержневые полимерные изоляторы могут заменять собой гирлянды подвесных тарельчатых изоляторов со строительной длиной от 255 мм и более. Они не могут заменить одиночные тарельчатые стеклянные и фарфоровые изоляторы, т.к. существующие линейные подвесные стержневые изоляторы изготавливаются с очень большой длиной опрессовки металлических оконцевателей и с грузонесущим стержнем малых диаметров (в диапазоне от 12 до 22 мм). Уменьшение длины опрессовки оконцевателей приведет к потере механической прочности изоляторов. В то же время уменьшение расстояния между оконцевателями (длины свободной поверхности стержня) повышает возможность электрического пробоя под оболочкой вдоль поверхности несущего стержня.
Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, заключается в сокращении трудозатрат при выполнении ремонтных работ и соответственного уменьшения времени, затрачиваемого на проведение ремонтных работ.
Заявленная техническая проблема может быть решена созданием средства определенного назначения впервые, а именно, созданием ремонтного изолятора, пригодного для эквивалентной замены одиночного линейного подвесного тарельчатого стеклянного или фарфорового изолятора.
В рамках данной заявки под эквивалентной заменой понимается замена стеклянного или фарфорового изолятора стержневым полимерным ремонтным изолятором, строительная длина которого соответствует значению строительной длины заменяемого изолятора и такие характеристики электрической и механической прочности, которые обеспечивают приведение характеристик ремонтируемой гирлянды изоляторов, по меньшей мере, к первоначальному уровню.
Таким образом, технический результат, обеспечиваемый при реализации заявленной группы изобретений, заключается в создании стержневого полимерного ремонтного изолятора, обеспечивающего эквивалентную замену стеклянного или фарфорового изолятора, т.е. обладающего при заданной строительной длине характеристиками электрической и механической прочности, превышающими упомянутые характеристики заменяемого изолятора.
При этом, сокращение трудозатрат при выполнении ремонтных работ и соответственное уменьшение времени, затрачиваемого на проведение ремонтных работ обеспечивается заменой по меньшей мере одного изолятора, находящегося ближе к проводу или изолятора, находящегося ближе к проводу.
Технический результат достигается тем, что в способе ремонта гирлянды тарельчатых подвесных изоляторов, который заключается в том, что при диагностике гирлянды изоляторов выявляют дефектный тарельчатый изолятор, осуществляют его замену на стержневой полимерный изолятор, оконцеватели которого по присоединительным размерам соответствуют присоединительным размерам дефектного изолятора, а строительная длина не превышает строительную длину дефектного изолятора, и обеспечивают восстановление нормируемых параметров механической и электрической прочности гирлянды, при этом определяют требуемые параметры электрической и механической прочности заменяемого изолятора, а замену дефектного изолятора осуществляют универсальным ремонтным изолятором, применяемым для замены изоляторов различного типа и выполненным в виде стержневого полимерного изолятора с требуемыми значениями электрической и механической прочности, полученными при диагностике, при этом обеспечивают выполнение присоединительных размеров ремонтного изолятора в соответствии с присоединительными размерами заменяемого изолятора, причем в зависимости от длины гирлянды осуществляют замену изолятора, находящегося ближе к траверсе, или осуществляют замену изолятора, находящегося ближе к проводу.
Нормируемые параметры механической прочности гирлянды обеспечивают посредством выбора геометрических размеров несущего стержня полимерного изолятора и его оконцевателей, а нормируемые параметры электрической прочности гирлянды - посредством выбора геометрических параметров полимерной защитной оболочки, при этом восстановление параметров механической и электрической прочности гирлянды осуществляют до значений, соответствующих значениям в начале эксплуатации гирлянды тарельчатых изоляторов.
Ремонтный стержневой полимерный подвесной изолятор для реализации этого способа содержит несущий стержень, закрепленные на концах несущего стержня оконцеватели и полимерную защитную оболочку, расположенную вокруг стержня с оконцевателями и снабженную кольцевыми ребрами, при этом оконцеватели по присоединительным размерам выполнены соответствующими присоединительным размерам заменяемого изолятора и жестко закреплены путем опрессовки оконцевателей на концах несущего стержня с образованием между ними свободной поверхности стержня, а также с обеспечением значения строительной длины ремонтного изолятора, равным или близким по значению строительной длине заменяемого тарельчатого изолятора и длины свободной поверхности несущего стержня между оконцевателями не менее 9 мм, причем значение диаметра несущего стержня принимают равным не менее четверти строительной длины изолятора, а кольцевые ребра полимерной защитной оболочки выполняют с обеспечением длины пути утечки большей длины пути утечки заменяемого изолятора гирлянды.
Диаметр наибольшего из ребер полимерной оболочки ремонтного изолятора может быть выполнен с диаметром, не меньшим диаметра заменяемого тарельчатого изолятора.
Комплект ремонтных стержневых изоляторов, предназначенных для осуществления ремонта гирлянды тарельчатых изоляторов, содержит по меньшей мере три ремонтных изолятора, составляющих ряд, характеризующийся различным значением импульсного пробивного напряжения при обеспечении присоединительных размеров изолятора, соответствующих присоединительным размерам заменяемого тарельчатого изолятора гирлянды, при этом изоляторы комплекта выполнены с неизменной строительной длиной и переменной величиной длины свободной поверхности стержня между оконцевателями, при этом диаметр стержня в месте опрессовки и длина участка опрессовки оконцевателя каждого ремонтного изолятора в комплекте выполнены с возможностью обеспечения значения механической прочности заменяемого изолятора, причем комплект ремонтных изоляторов сформирован исходя из условия получения не менее полуторакратного превышения значения пробивного напряжения для каждого последующего изолятора в комплекте.
Технический результат заключается в создании изолятора с увеличенной электрической и механической прочностью при заданной строительной длине.
Изобретение поясняется фигурой, на которой показан общий вид с разрезом линейного подвесного стержневого изолятора для воздушных линий электропередачи, выполненного согласно предложенному техническому решению.
Заявляемый способ ремонта гирлянды тарельчатых подвесных изоляторов заключается в том, что при диагностике гирлянды изоляторов выявляют дефектный тарельчатый изолятор и осуществляют его замену на универсальный ремонтный стержневой полимерный изолятор, оконцеватели которого по присоединительным размерам соответствуют присоединительным размерам дефектного изолятора, а строительная длина L не превышает строительную длину дефектного изолятора, обычно находящегося в диапазоне от 125 до 195 мм.
Выбор изолятора для замены осуществляют таким образом, что обеспечивают восстановление нормируемых параметров механической и электрической прочности гирлянды изоляторов. Нормируемые параметры механической прочности гирлянды обеспечивают посредством выбора геометрических размеров несущего стержня полимерного изолятора, а нормируемые параметры электрической прочности гирлянды - посредством выбора геометрических параметров полимерной защитной оболочки.
Электрическая прочность гирлянды определяется суммарной длиной утечки изоляторов.
Для замены поврежденных тарельчатых стеклянных или фарфоровых изоляторов, как правило, применяются те же типы изоляторов, что и были установлены в гирлянде. Например, при повреждении гирлянды, состоящей из тарельчатых стеклянных изоляторов типа ПС 70Е, изолятор замены будет также ПС 70Е. При большом разнообразии типов изоляторов для одного класса по механической нагрузке предлагается воспользоваться одним универсальным полимерным изолятором, используемым для замены изоляторов различного типа и обеспечивающим необходимый класс механической нагрузки и закрывающим все электрические характеристики наилучшего представителя традиционного тарельчатого изолятора.
Например, изолятор типа ПС 70Е – класса 70 кН по механической прочности, с длиной пути утечки 320 мм может быть заменен тарельчатыми стеклянными изоляторами того же класса механической нагрузки, но с различными значениями по длине пути утечки, что приведет к увеличению надежности гирлянды - ПС 70СС (415), ПС 70И (407), или может быть заменен предлагаемым полимерным стержневым изолятором с длиной пути утечки 430 мм.
При этом восстановление параметра механической прочности осуществляют до значений, соответствующих значениям в начале эксплуатации гирлянды тарельчатых изоляторов. Параметры электрической прочности гирлянды увеличиваются за счет применения полимерного изолятора, обладающего большей электрической надежностью при том же значении длины пути утечки.
Заявляемый ремонтный стержневой полимерный подвесной изолятор для реализации способа ремонта гирлянды тарельчатых изоляторов, как показано на фигуре, содержит два оконцевателя 1, которые закреплены на обоих концах несущего стержня 2, и полимерную защитную оболочку 3, расположенную вокруг стержня 2 с оконцевателями 1.
оп
св
оп
оп
Оконцеватели 1 по присоединительным размерам соответствуют присоединительным размерам и строительной длине заменяемого тарельчатого изолятора. Для того, чтобы строительная длина изолятора находилась в диапазоне от 125 до 195 мм, можно уменьшать длину опрессовки L оконцевателей 1 или длину свободной поверхности стержня 2 между оконцевателями 1 (расстояние L между оконцевателями 1). Уменьшение расстояния опрессовки L приведет к уменьшению площади контакта несущего стержня 2 с оконцевателями 1, что, в свою очередь, уменьшит силу сцепления несущего стержня 2 и оконцевателей 1 и отразится на механической прочности изолятора. Для обеспечения достаточной площади контакта несущего стержня и оконцевателей следует увеличить диаметр несущего стержня 2. В результате многочисленных экспериментов было обнаружено, что длина опрессовки L, оптимальная с точки зрения уменьшения строительной длины, находится в диапазоне от 25 до 35 мм, желательно 30 мм. При этом для обеспечения соответствия нагрузочной способности (механической прочности) стержневого полимерного изолятора нагрузочной способности тарельчатого изолятора диаметр d несущего стержня 2 должен составлять не менее четверти строительной длины L изолятора. Чрезмерное увеличение диаметра d несущего стержня нежелательно, т.к. это увеличивает массу изолятора и нагрузку от него на тросы и провода.
св
Изготавливают стержневой подвесной изолятор путем изготовления верхнего и нижнего оконцевателей 1 с присоединительными размерами, соответствующими присоединительным размерам дефектного тарельчатого изолятора гирлянды, изготовления несущего стержня 2, диаметр d которого выбирают равным не менее четверти строительной длины L изолятора с обеспечением длины L свободной поверхности стержня между напрессованными втулками оконцевателей не менее 9 мм. Полимерную оболочку 3 снабжают кольцевыми ребрами из условия обеспечения величины диаметра D наибольшего ребра не более 350 мм и длины пути утечки не менее длины пути утечки, приходящейся на один тарельчатый изолятор гирлянды. Предпочтительно, чтобы диаметр наибольшего из ребер полимерной оболочки 3 ремонтного изолятора был выполнен с диаметром, не меньшим диаметра заменяемого тарельчатого изолятора.
оп
Далее в таблице приведены экспериментально полученные значения нагрузочной способности при различных значениях строительной длины L изолятора и диаметре d несущего стержня при значении длины опрессовки L 30 мм со стороны каждого оконцевателя.
Таблица
Строительная длина L, мм
Диаметр d, мм
Соотношение  d/L
Нагрузочная способность, кН
125
28
0,22
90
125
32
0,26
102
125
36
0,29
112
146
35
0,24
112
146
46
0,32
135
146
56
0,38
142
195
46
0,24
135
195
58
0,30
151
195
70
0,36
154
св
св
Установлено также, что достаточная длина свободной поверхности несущего стержня 2 между оконцевателями 1 (расстояние L между оконцевателями) составляет не менее 9 мм. Меньшая величина этого параметра значительно увеличивает возможность пробоя между наконечниками под защитной оболочкой. Оптимальная длина свободной поверхности стержня между оконцевателями составляет 30 мм, при этом возможность электрического пробоя под оболочкой 3 вдоль поверхности несущего стержня 2 крайне низка. Диапазон возможных значений расстояния L между оконцевателями 1 составляет от 9 до 95 мм. При этом возможно изготовление линейного подвесного стержневого изолятора, имеющего строительную длину L в диапазоне от 125 до 195 мм.
оп
На основании проведенного анализа сформирован комплект ремонтных стержневых изоляторов, предназначенных для осуществления ремонта гирлянды тарельчатых изоляторов. Комплект содержит, по меньшей мере, три ремонтных изолятора, составляющих ряд (см. таблицу), характеризующийся различным значением импульсного пробивного напряжения, с неизменной строительной длиной и переменной величиной длины свободной поверхности стержня между оконцевателями при обеспечении присоединительных размеров изолятора, соответствующих присоединительным размерам заменяемого тарельчатого изолятора гирлянды. Диаметр стержня d в месте опрессовки и длина участка опрессовки L оконцевателя 1 каждого ремонтного изолятора в комплекте выполнены с возможностью обеспечения значения механической прочности заменяемого изолятора. Причем комплект ремонтных изоляторов сформирован исходя из условия получения не менее полуторакратного превышения значения пробивного напряжения для каждого последующего изолятора в комплекте.
св
св
оп
Таким образом, при неизменном размере L (см. чертеж) изоляторов комплекта достигаются различные параметры их электрической прочности за счет использования в них различной длины L, при сохранении требуемой механической прочности за счет компенсации потерянного (при увеличении L) размера L увеличением диаметра d стержня в месте опрессовки.
Защитная оболочка 3 выполнена ребристой, изготовлена из кремнийорганической смеси и снабжена кольцевыми ребрами для увеличения длины пути утечки и обеспечения электрической прочности. Форма полимерной защитной оболочки выбрана из условия обеспечения величины диаметра D  наибольшего ребра не более 350 мм и длины пути утечки не менее длины пути утечки, приходящейся на один тарельчатый изолятор гирлянды.
св
оп
В качестве оптимального примера можно привести такие параметры полимерного изолятора со стоительной длиной L 146 мм: диаметр d несущего стержня 40 мм, расстояние L между оконцевателями 30 мм, длина опрессовки L 30 мм, диаметр D наибольшего ребра защитной оболочки 220 мм и длина пути утечки 430 мм.
Испытания изготовленных полимерных изоляторов подтвердили правильность выбора размеров оконцевателей, длины и диаметра стержня, длины опрессовки для обеспечения строительной длины 146 мм.
Этот изолятор имеет механическую прочность не менее 120 кН (135 кН), т.е. его следует отнести к классу 120 кН. При этом его длина пути утечки превышает длину пути утечки изоляторов того класса типа ПС 120Б (ДПУ – 320 мм при диаметре тарелки 255 мм), ПС 120СС (ДПУ – 415 мм при диаметре тарелки 255 мм) и ПС 120В (ДПУ – 407 мм при диаметре тарелки 255 мм).
Таким образом, реализация заявленного способа с учетом реализации заявленной конструкции ремонтного изолятора и реализации комплекта изоляторов позволяет обеспечить достижение заявленного технического результата, который заключается в снижении трудоемкости ремонта и одновременным улучшением характеристик ремонтируемой гирлянды изоляторов.