Способ изготовления полимерного изолятора воздушных линий электропередач
Method of manufacturing polymer insulator of overhead power lines

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству и способу изготовления электрических базальтопластиковых изоляторов, использующихся в воздушных линиях электропередач.
Проведенный заявителем анализ уровня техники показал, что в технике известны способы изготовления электрических изоляторов из высокопрочных композиционных материалов и изоляторы, полученные этими способами (патенты РФ №№2233492, 2119689 и др.).
Известен электрический изолятор (патент РФ №2233492,опубликовано 27.07.2004 г.), состоящий из стеклопластикового стержня и изолирующего элемента, в качестве которого используют эластомер (силиконовая резина). Однако он обладает не такими высокими физико-механическими характеристиками, требует дорогостоящего оборудования и значительных энергетических затрат, а также многостадиен.
Известен также электрический изолятор на основе стеклонити(патент№2119689, опубликовано 27.09.1998 г.). Для обеспечение повышенного сопротивления скручиванию во время процесса изготовления в тело изолятора вставляют бушинги. Недостатком данного метода является конструкция, которая подразумевает повышенные прочностные характеристики на одном из концов изолятора.
Наиболее близким из известных решений по технической сущности и назначению является электрический изолятор и способ его получения по патенту РФ № 2118005. Конструкция изолятора включает несущий элемент, оконцевателя и оболочку. Известный электрический изолятор содержит несущий элемент, выполненный из стеклопластика, пропитанного связующим, два оконцевателя и оболочку. При этом несущий элемент выполнен в виде двухслойного жгута, скрученного из непрерывной пряди стекловолокна, уложенной вокруг оконцевателя, а внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительного друг друга. Способ изготовления данного электрического изолятора включает пропитку пряди однонаправленного стекловолокна связующим, формирование несущего элемента, отверждение связующего и нанесение оболочки. Формирование несущего элемента осуществляют путем укладки вокруг оконцевателя пропитанной связующим непрерывной пряди стекловолокна, последовательно формируя внутренний и наружный слои жгута требуемой длины и толщины. Далее производят скручивание внутреннего слоя, наложение на него наружного слоя и совместное скручивание слоев в противоположном направлении с последующим осевым растяжением несущего элемента.
Известный способ не позволяет достичь высоких прочностных характеристик изолятора, т.к. его осуществление обуславливает получение неравнопрочной конструкции, поскольку количество прядей, формирующих несущий стержень в два раза, превышает количество прядей, уложенных вокруг каждого из оконцевателей. Соответственно и площадь поперечного сечения сформированного несущего стержня будет в два раза больше площади поперечного сечения слоя из стеклопластика, уложенного вокруг каждого из оконцевателей, т.е. механическая прочность стеклопластика, уложенного вокруг оконцевателей, как минимум в два раза меньше механической прочности несущего стеклопластикового стержня, что снижает прочность конструкции в целом. Кроме того, при укладке стекловолокна образуются пустоты, вследствие чего готовый стеклопластик получается неоднородным, что снижает прочность изолятора и надежность несущего элемента, а стальной оконцеватель с защитной оболочкой представляется дополнительным источником беспокойства. Процесс изготовления изолятора является многостадийным и энергозатратным.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является необходимость создания высоковольтного электрического изолятора с повышенной надежностью, трэкингостойкостью и прочностью его по всей длине несущего элемента, особенно в местах крепления его к оконцевателям и их замена на высокопрочные полимерные аналоги с возможностью контроля диаметра внутреннего отверстия втулки, а также по упрощению процесса производства и снижению его энергозатратности. Для решения поставленной проблемы предлагается устройство электрического изолятора и способ его изготовления.
Изобретение поясняется чертежами: фиг. – устройство полимерного изолятора воздушных линий электропередач. Позициями на чертежах обозначены: 1 – несущий элемент; 2 – оконцеватель; 3 – оболочка; 4 – внутренний слой; 5 – наружный слой.
Изолятор включает несущий элемент (1), оконцеватели (2) и оболочку (3). Несущий элемент выполнен в виде жгута из базальтового ровинга, имеющего внутренний (4) и наружный (5) слои. Оконцеватели имеют форму втулки или катушки. Оболочка выполнена из резины или термопласта.
Изолятор изготавливают следующим образом.
Ровинг из базальтового волокна ТУ 5952-008-13070083-2009 в виде пряди пропитывают эпоксидным связующим смешенным с отвердителем холодного отверждения ПЭПА и наматывают вокруг оконцевателей (2), формируя сначала внутренний слой (4), а затем наружный слой (5) жгута в виде замкнутых поясов требуемой длины и поперечного сечения. Производят скручивание внутреннего слоя (4) в одну сторону, затем наложение на него наружного слоя (5) и совместное скручивание в противоположном направлении, путем поворота оконцевателей друг относительно друга. Далее, оконцеватели закрепляют в зажимах и проводят растяжение в осевом направлении под нагрузкой, зависящей от диаметра получаемых изоляторов, в таком состоянии проходит отверждение в течении 24 часов.
Изготовленный таким образом изолятор, имеющий размер 250 мм и поперечное сечение 10 мм, обладает электрической прочностью 50 кВ/см и прочностью на растяжение 80 кН, что значительно превосходит показатели аналогов. Можно вывести зависимость об увеличении поперечного сечения на ~ 0,8% и снижении длины изолятора на ~ 0,4% за одно скручивание нити (в пределах 15 скручиваний).
Таким образом предлагаемый изолятор обладает высокими прочностными и электроизоляционными свойствами, высокой технологичностью изготовления, увеличенным сроком эксплуатации, а также возможностью контролировать внутренний диаметр втулки. Это позволяет использовать их для работы на подстанциях, на воздушных линиях электропередач и контактных сетей электротранспорта.