ИЗОЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА
INSULATING SYSTEM

Изобретение относится к изоляторной системе с первым упором и вторым упором, между которыми проходит стержень изолятора с не круговым огибающим контуром, который окружен, по меньшей мере, одной юбкой изолятора.
Такая изоляторная система известна, например, из каталога Bowthrope MV Surge Arresters OCP под названием Open Cage Polymeric. В нем приведено описание изоляторной системы, которая на концевых сторонах снабжена упорами, при этом упоры ограничивают стержень изолятора. Стержень изолятора имеет по существу структуру прямоугольного параллелепипеда и окружен несколькими юбками изолятора.
Такие изоляторные системы предусмотрены, например, для наружного применения и должны поэтому предотвращать возникновение на своей наружной поверхности соответствующих путей скользящего разряда, чтобы обеспечивать также при неблагоприятных внешних условиях достаточное разделение потенциалов. Для этого стержень и юбки изолятора должны иметь соответствующие размеры.
Для создания стойких структур предпочтительно снабжать изоляторную систему небольшой массой, а также небольшим объемом, с целью обеспечения, например, не чувствительности к ветровым нагрузкам.
Поэтому задачей изобретения является модификация изоляторной системы указанного в начале вида так, что она имеет хорошие электрические свойства, а также небольшой объем.
Задача в изоляторной системе, содержащей первый упор и второй упор, между которыми проходит стержень изолятора с некруговым огибающим контуром, который окружен, по меньшей мере, одной юбкой изолятора, согласно изобретению решается тем, что юбка изолятора имеет огибающий контур, подобный огибающему контуру стержня изолятора, причем огибающий контур является по существу многоугольным огибающим контуром, и положения углов по существу многоугольного огибающего контура заданы с помощью проходящих между упорами соединительных элементов.
Известная изоляторная система имеет стержень изолятора по существу с прямоугольным огибающим контуром. Этот не круговой огибающий контур стержня изолятора окружен юбками изолятора. При этом юбки изолятора имеют круговые огибающие контуры. Для обеспечения на всех критических участках стержня изолятора между упорами достаточной длины пути скользящего разряда, размеры юбок изолятора следует выбирать в соответствии с выступающими углами стержня изолятора. В соответствии с этим, для лежащих между углами участков стержня изолятора получаются зоны с чрезмерными размерами на основании кругового выполнения юбок изолятора.
За счет не кругового огибающего контура можно выполнять компактные, стойкие к скручиванию стержни изолятора, которые при наружном применении выдерживают большие нагрузки сгибания. За счет согласования огибающего контура юбок изолятора с огибающим контуром стержня изолятора обеспечивается, что проходящие с распределением по периметру стержня изолятора между упорами пути скользящего разряда имеют достаточную длину по стержню и юбке изолятора. Таким образом, предотвращается чрезмерный размер юбок изолятора и ненужное увеличение массы. За счет уменьшения массы юбок изолятора можно уменьшать в целом чувствительность к ветровой нагрузке изоляторной системы. В качестве альтернативного решения может быть также предусмотрено применение сэкономленного материала для выполнения самих юбок изолятора механически более стабильными.
При этом может быть предусмотрено, что стержень изолятора имеет не круговой огибающий контур, т.е. стержень изолятора может иметь, например, эллипсоидный огибающий контур, и окружающая стержень изолятора юбка изолятора может иметь подобный эллипсоидный огибающий контур. При этом глубина юбки изолятора относительно соответствующих перпендикулярных огибающей поверхности нормалей стержня изолятора является всегда одинаковой. За счет этого обеспечивается, что огибающий контур стержня изолятора и огибающий контур юбки изолятора являются подобными и отличаются лишь размером развернутой длины периметра огибающих контуров.
При этом может быть также предусмотрено, что стержень изолятора вдоль своей длины имеет зоны с различными поперечными сечениями. Юбка изолятора, которая проходит в соответствующей зоне стержня изолятора, согласована с огибающим контуром зоны стержня изолятора, которую окружает юбка изолятора. Таким образом, в этом случае также обеспечивается, что при различном выполнении различных зон стержня изолятора относительно его огибающего контура предусмотренные там юбки изолятора вызывают на всем периметре соответствующей зоны подобное удлинение пути скользящего разряда. Так, например, можно снабжать изоляторные системы стержнями изолятора, которые имеют различные зоны с различными огибающими контурами. Расположенные в соответствующих зонах юбки изолятора принимают их соответствующий огибающий контур. Таким образом, различные зоны стержня изолятора могут быть снабжены различными юбками изолятора, при этом проходящие между упорами с распределением по периметру стержня изолятора возможные пути скользящего разряда имеют всегда приблизительно одинаковую длину.
В предпочтительном варианте выполнения может быть дополнительно предусмотрено, что огибающий контур стержня изолятора и огибающий контур юбки изолятора проходят в плоскостях, которые ориентированы по существу параллельно друг другу.
В проекции изоляторной системы, предпочтительно, в направлении продольной оси изоляторной системы, при этом продольная ось соединяет оба упора изоляторной системы, можно видеть огибающие контуры. При этом огибающие контуры имеют подобную форму, при этом они предпочтительно ориентированы симметрично продольной оси. Таким образом, огибающие контуры проходят в плоскостях, которые ориентированы параллельно поверхности проекции. При этом каждый из огибающих контуров лежит в плоскостях, которые расположены приблизительно параллельно друг другу.
Многоугольный огибающий контур обеспечивает возможность выполнения изоляторной системы, предназначенной для упрощенного интегрирования в монтажные системы. В упрощенном случае можно, например, осуществлять опору изоляторных систем с экономией места с исключением промежуточных и полых пространств. В качестве многоугольных огибающих контуров пригодны, например, многоугольные линии с тремя, четырьмя, пятью, шестью, семью и т.д. углами. Предпочтительно, стержень изолятора имеет структуру призмы. Призма должна проходить предпочтительно прямо, при этом упоры расположены в зоне концевых основных поверхностей призмы.
При этом может быть предпочтительно предусмотрено, что углы многоугольного огибающего контура скошены.
За счет скоса углов, например, с помощью округления исключаются выступы в виде острых кромок на изоляторной системе. За счет этого обеспечивается возможность применения изоляторных систем, согласно изобретению, также в диапазоне высоких и самых высоких напряжений, т.е. в диапазонах напряжения свыше 1000 В, нескольких 10000 В и 100000 В. Однако скос углов можно осуществлять также посредством тупого обрезания один, два, три или несколько раз.
Упоры служат для ограничения изоляторной системы со стороны концов. Для придания механической стабильности изоляторной системе, упоры соединены друг с другом с помощью соединительных элементов. В качестве соединительных элементов можно использовать, например, штанги, петли, скобы, эластомерные элементы и т.д., так что можно образовывать достаточно жесткую структуру между упорами. При этом положение соединительных элементов относительно продольной оси, которая проходит между упорами, может быть предусмотрено относительно нее со сдвигом в радиальном направлении наружу, так что в зависимости от количества выбранных соединительных элементов в проекции в направлении продольной оси задаются углы многоугольного огибающего контура. За счет углов многоугольного огибающего контура задается имеющий небольшую массу стержень изолятора. При многоугольном огибающем контуре между углами проходят соответствующие линейные участки, которые при использовании стержня изолятора с аналогичным огибающим контуром на всей длине образуют на стержне изолятора наружные боковые поверхности, которые представляют плоские участки боковой поверхности. Затем отдельные наружные боковые поверхности устанавливаются относительно друг друга так, что в зонах соприкосновения (углов) участков внутри стержня изолятора позиционируются соединительные элементы. Для обеспечения диэлектрически благоприятных форм, а также механически благоприятных форм стержень изолятора может быть скошен на углах, так же как юбки изолятора.
В зоне угла может лежать, по меньшей мере, один соединительный элемент. Угол предпочтительно является частью кромки тела призменного стержня изолятора, который проходит в направлении соединительного элемента.
Для создания стойкого к наружным условиям стержня и юбок изолятора, между упорами изоляторной системы может быть предусмотрена оболочка из изоляционного материала. Эта оболочка из изоляционного материала может быть выполнена, например, из органического или неорганического материала, например из керамики, пластмасс или т.п. При этом изоляционный материал может защищать возможно имеющиеся соединительные элементы от внешних воздействий и придавать стержню изолятора наружную форму. Юбки изолятора могут быть сформированы на оболочке из изоляционного материала.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что между упорами расположен интегрированный в стержень изолятора, по меньшей мере, один варисторный элемент.
Варисторные элементы являются электрическими конструктивными элементами, которые имеют изменяемое полное сопротивление. При этом полное сопротивление изменяется в зависимости от приложенного к варисторному элементу напряжения. Варисторный элемент должен иметь ниже предельного напряжения полное сопротивление, которое в идеальном случае стремиться к бесконечности. При достижении, соответственно, превышении предельного напряжения варисторный элемент должен в идеальном случае иметь полное сопротивление, которое стремится к нулю. Такие зависящие от напряжения варисторные элементы можно, например, использовать для создания устройств для защиты от перенапряжений в электрических системах. Такие устройства для защиты от перенапряжений называются также разрядниками защиты от перенапряжений, если они используются в сетях передачи электроэнергии. Там используются варисторные элементы, чтобы, например, возникающие при переключениях или ударах молнии перенапряжениях уменьшать посредством временного создания пути замыкания на землю тока и тем самым исключать непоправимые повреждения изоляционных материалов внутри сети передачи электроэнергии вследствие перенапряжений. При интегрировании варисторного элемента в стержень изолятора может быть, например, предусмотрено, что варисторный элемент составлен из нескольких варисторных блоков, при этом с распределением по периметру расположены соединительные элементы, и соединительные элементы соединяют друг с другом упоры, и отдельные варисторные блоки удерживаются с силовым замыканием или с геометрическим замыканием внутри образованной из соединительных элементов и упоров клетки. При этом упоры могут быть предусмотрены для электрического контакта варисторного элемента, с одной стороны, с предусмотренным для подвода напряжения электрическим проводником и, с другой стороны, с потенциалом земли. Такая изоляторная система может служить, например, в качестве держателя провода и обеспечивать функцию защиты с помощью интегрированного внутри варисторного элемента.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что огибающий контур стержня изолятора отличается от огибающего контура варисторного элемента.
За счет предусмотрения различных огибающих контуров для стержня изолятора и варисторного элемента обеспечивается возможность образования незаполненных пространств, в которых могут быть позиционированы соединительные элементы. Таким образом, обеспечивается возможность снабжения стержня изолятора не круговым поперечным сечением, например многоугольным поперечным сечением, и переноса этого поперечного сечения на окружной контур юбки изолятора. За счет этого также при интегрировании варисторного элемента обеспечивается изоляционная стойкость изоляторной системы. Наружные участки поверхности изоляторной системы имеют между упорами одну и ту же длину возможных путей скользящего разряда. За счет этого исключаются чрезмерные размеры юбок изолятора, соответственно, слабые точки в юбках изолятора. Таким образом, обеспечивается равномерное распределение напряжения по изоляторной системе.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что между первым упором и вторым упором проходит ось, которая окружена огибающими контурами.
Проходящая между упорами ось может быть, например, продольной осью изоляторной системы. При этом узлы могут быть расположены симметрично продольной оси, так что огибающие контуры окружают ось и возникает удлиненное тело. Таким образом, при этом изоляторная система может при небольшой основной поверхности достигать значительной длины в направлении продольной оси, так что с помощью изоляторной системы можно перекрывать большие участки. За счет этого обеспечивается возможность разделения разницы потенциалов, например, в десятки или сотни тысяч вольт, с помощью единственной изоляторной системы.
В одном предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что огибающий контур юбки изолятора имеет по существу прямоугольную структуру.
По существу прямоугольная структура позволяет уменьшать объем и тем самым выполнять меньшие по массе изоляторные системы, которые имеют достаточную механическую, а также электрическую прочность. При этом, в частности, однако не исключительно, стержень изолятора обеспечивает механическую прочность изоляторной системы. Юбки изолятора обеспечивают, в частности, однако не исключительно, электрические изоляционные свойства изоляторной системы. В прямоугольном поперечном сечении образующиеся на углах стыковочные кромки подлежат простой гомогенизации посредством округления. Кроме того, при прямоугольном огибающем контуре обеспечивается простое применение соединительных элементов, которые пронизывают стержень изолятора в четырех угловых точках. При расположении нескольких юбок изолятора на расстоянии друг от друга, они образуют своими кромками тела структуру в форме прямоугольного параллелепипеда, которая окружает соответствующую имеющую форму прямоугольного параллелепипеда структуру стержня изолятора, при этом стержень изолятора пронизывает на концевой стороне имеющую форму прямоугольного параллелепипеда структуру юбок изолятора.
Предпочтительно, может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один из упоров имеет вращательно симметричный электрически проводящий контактный участок, образующая поверхность которого заделана в изоляционный материал.
За счет использования вращательно симметричных электрически проводящих контактных участков, по меньшей мере, на одной опоре, обеспечивается, например, возможность контакта интегрированного в стержень изолятора варисторного элемента через изоляционный материал. Изоляционный материал может быть, например, силиконовой массой, которая используется для выполнения юбок изолятора и для завершения стержня изолятора. Для предотвращения проникновения посторонних веществ, таких как пыль и жидкости, может быть предусмотрено соответствующее заделывание образующей поверхности контактного участка в изоляционный материал. Таким образом, получается кольцеобразно проходящий завершающий шов между электрически проводящим контактным участком и изоляционным материалом. За счет этого исключаются выступы и кромки, которые бы представляли неравномерности в соединении между изоляционным материалом и электрически проводящим контактным участком и которые могли бы действовать в качестве дефектов внутри изоляторной системы.
Ниже приводится более подробное описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг.1 - внутренняя структура изоляторной системы;
фиг.2 - наружный вид изоляторной системы,
фиг.3 - проекция показанной на фиг.3 изоляторной системы,
фиг.4, 5 и 6 - проекции других вариантов выполнения изоляторной системы.
На фиг.1 показана в изометрической проекции изоляторная система с удаленными частями. Можно видеть расположенный на концевых сторонах относительно продольной оси 1 первый упор 2, а также второй упор 3. В данном примере выполнения оба упора 2, 3 выполнены одинаково и ориентированы противоположно друг другу. При этом упоры 2, 3 выполнены, например, в виде отлитых армированных тел, которые имеют многоугольное поперечное сечение, в данном случае прямоугольное поперечное сечение. На противоположных друг другу сторонах упоров 2, 3 расположены соответствующие электрически проводящие контактные участки 4а, 4b. Электрически проводящие контактные участки 4а, 4b выполнены каждый вращательно симметричными и расположены коаксиально продольной оси 1. Электрически проводящие контактные участки 4а, 4b могут быть интегральной составной частью упоров 2, 3. Однако может быть также предусмотрено, что они съемно расположены на упорах 2, 3 с помощью, например, винтовых соединений или т.п. Электрически проводящие контактные участки 4а, 4b имеют вращательно симметричную форму. При этом предусмотрены имеющий наибольший диаметр участок, а также имеющий наименьший диаметр участок. Имеющий меньший диаметр участок служит для присоединения электрически контактных элементов, таких как кабельные наконечники или т.п. Имеющий больший диаметр участок электрически проводящих контактных участков имеет цилиндрическую окружную образующую поверхность для обеспечения возможности примыкания окружающего внутреннюю структуру изоляторной системы изоляционного материала.
Для обеспечения жесткого по углу расстояния между обоими упорами 2, 3, упоры 2, 3 соединены друг с другом с помощью нескольких соединительных элементов 5а, 5b, 5c. Соединительные элементы 5а, 5b, 5c выполнены в данном случае в виде стержней, при этом предусмотрено четыре электрически изолирующих стержня, которые расположены каждый в угловых зонах имеющих прямоугольную форму упоров 2, 3 и соединены с ними. Для соединения можно использовать, например, клеевые соединения, гнездовые соединения, прессовые соединения, винтовые соединения и т.д. С помощью соединительных элементов 5а, 5b, 5c между упорами 2, 3 образуется клетка, внутри которой расположен варисторный элемент 6. Варисторный элемент 6 в данном случае состоит из нескольких расположенных друг над другом варисторных блоков, при этом варисторные блоки имеют каждый цилиндрическую структуру. Варисторный элемент 6 соединен электрически проводящим образом с упорами 2, 3, а также со следующими за ними электрически проводящими контактными участками 4а, 4b. Варисторный элемент 6 со своими варисторными блоками ориентирован коаксиально продольной оси 1. За счет соответствующего сжатия упоров 2, 3 с помощью соединительных элементов 5а, 5b, 5c, варисторные блоки прижимаются на торцевых сторонах друг к другу и обеспечивают механически стабильную структуру для образования изоляторной системы. Для защиты изоляторной системы от внешних воздействий, предусмотрено окружение изоляторной системы изоляционным материалом.
На фиг.2 показан вид снаружи изоляторной системы, которая снабжена оболочкой 7 из изоляционного материала. В качестве изоляционного материала пригоден, в частности, силикон. Оболочка 7 из изоляционного материала окружает продольную ось 1 и прижимается к образующим поверхностям электрически проводящих контактных участков 4а, 4b. За счет оболочки 7 из изоляционного материала упоры 2, 3, соединительные элементы 5а, 5b, 5c, а также варисторный элемент 6 защищены от непосредственных внешних воздействий. В качестве оболочки из изоляционного материала пригодны, в частности, органические пластмассы, которые можно наносить, например, с помощью способов напыления, усадки, экструдирования, литья и т.д. Огибающий контур с включением упоров 2, 3 и их продолжением образует вдоль продольной оси 1 стержень 8 изолятора, который имеет не круговой огибающий контур. В данном случае огибающий контур выполнен по существу прямоугольным. При этом углы прямоугольного огибающего контура скошены с помощью округлений. В соответствии со структурой стержня 8 изолятора на стержне 8 изолятора расположены юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора, при этом юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора окружают стержень 8 изолятора. Юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора имеют при этом огибающий контур, подобный огибающему контуру стержня 8 изолятора. Юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора имеют на своих противоположных плоским образующим поверхностям стержня 8 изолятора участках прямолинейное ограничение огибающего контура. Также на углах стержня изолятора, которые в данном случае выполнены скошенными посредством округления, размещена структура огибающего контура стержня изолятора, так что также юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора снабжены соответственно округленными углами. Для обеспечения всегда одинакового удлиняющего пути скользящего разряда действия юбок 9а, 9b, 9c, 9d изолятора относительно направлений векторов нормали к образующей поверхности стержня 8 изолятора, на округленных углах предусмотрено соответствующее согласование радиусов. В данном случае округленные углы ориентированы коаксиально относительно продольной оси 1, так что отдельные округленные участки являются частями лежащих коаксиально друг другу окружностей.
Для обеспечения эффективного удлинения путей скользящего разряда юбок изолятора, между двумя соседними друг с другом юбками 9а, 9b, 9c, 9d изолятора расположены юбки изолятора с уменьшенными по сравнению с юбками 9а, 9b, 9c, 9d изолятора огибающими контурами 9е, 9f, 9g. Юбки изолятора с уменьшенными огибающими контурами 9е, 9f, 9g имеют в свою очередь одинаковую структуру, что и огибающие контуры стержня 8 изолятора и юбки 9а, 9b, 9c, 9d изолятора.
На фиг.3 показана проекция показанной на фиг.2 изоляторной системы в направлении продольной оси 1. Так же как на фиг.4, 5 и 6, продольная ось 1 выступает перпендикулярно из плоскости чертежа. Позицией Х на фиг.3, 4, 5, 6 обозначены положения соединительных элементов. Можно видеть, что на основании подобной структуры огибающих контуров стержня 8 изолятора, а также юбки 9а изолятора, распределенные в радиальном направлении по периметру длины путей относительно полупроводниковой оси 1 от стержня 8 изолятора до краевой зоны юбки 9а изолятора, всегда имеют одинаковую величину А. За счет этого обеспечивается, что между электрически проводящими контактными участками 4а, 4b, соответственно, между упорами 2, 3, одинаковые по длине пути предотвращают образование путей утечки тока. Таким образом, обеспечивается, что на изоляторной системе не возникают конструктивно слабые места, в которых могут предпочтительно образовываться токи утечки на основании более короткого пути.
Наряду с показанным на фиг.1, 2 и 3 примером выполнения, возможны другие поперечные сечения, соответственно, огибающие контуры для стержней изолятора и юбок изолятора. В качестве примера на фиг.4, 5 и 6 показаны в проекции некоторые структуры. Общим для фиг.4, 5 и 6 является то, что продольная ось 1 ориентирована перпендикулярно плоскости чертежа. Кроме того, позицией Х обозначено положение находящихся внутри изоляторной системы соединительных элементов, с целью соединения друг с другом упоров изоляторной системы. Кроме того, общим для фиг.4, 5 и 6 является то, что на основании выбора подобных огибающих контуров соответствующего стержня изолятора, а также соответствующих согласованных юбок изолятора, глубина юбок изолятора при рассматривании в направлении, перпендикулярном образующей поверхности соответствующего стержня изолятора, является одинаковой на всем периметре. За счет этого также при любом многоугольном или же отклоняющемся от многоугольной формы огибающем контуре стержня изолятора обеспечивается достаточное действие юбок изолятора. При этом нет чрезмерного увеличения отдельных участков, как при применении юбок изолятора с круговым огибающим контуром, так что предотвращаются обусловленные конструктивно различия в стойкости относительно образования токов утечки на поверхности изоляторной системы.