ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР
ELECTRIC INSULATOR

Настоящее изобретение относится к продукту, обеспечивающему электроизоляцию соответствующих приборов от высокого электрического напряжения на городском транспорте, в частности в контактных электросетях трамваев и троллейбусов, а также может найти применение в железнодорожном транспорте в системах высоковольтных электропередач для изоляции и крепления электрических устройств контактной электросети, железных дорог.
Из авторского свидетельства №1753496, БИ №29, 1992 известен изоляционный несущий элемент. На его базе формируют электрический изолятор. Он включает несущий элемент с двумя расположенными на определенном расстоянии друг от друга оконцевателями. Между ними - прямолинейный участок, который образован в начале продольной, а затем - поперечной намоткой нитей стекловолокна, пропитанных соответствующим связующим. Таким образом, несущий элемент имеет многослойную структуру.
Недостатком такого изобретения является низкая надежность при длительной эксплуатации как при растягивающей нагрузке, так и при поперечных ударных воздействиях. Это обусловлено тем, что прямолинейный участок несущего элемента растягивается, теряя свою форму и прочность, а при поперечном ударе - ломается, чему способствует упомянутая двухслойная его структура.
Из авторского свидетельства СССР №1479960, БИ №18, 1989 известен стеклопластиковый электрический изолятор, содержащий несущий элемент, оконцеватели и оболочку. Оконцеватели выполнены с отверстиями в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону несущего элемента. Несущий элемент представляет собой стекложгут, выполненный из соответствующих нитей стекловолокна путем их навивки и скручивания относительно продольной оси жгута с одновременной пропиткой связующим. Причем его концы закреплены в оконцевателях и стекложгут имеет у оконцевателей диаметр больше диаметра сечения участка несущего элемента, расположенного между ними. Структура несущего элемента выполнена двухслойной, причем у одного слоя нити направлены продольно, а у другого - поперечно первому слою.
Недостатком такого изолятора является низкая прочность как на разрыв, так и на поперечный удар. Это обусловлено ослаблением его средней части, имеющей меньший диаметр, чем диаметр несущего элемента у его оконцевателей.
Из патента США №4958049 известна конструкция электрического изолятора, которая включает несущий элемент, оконцеватель и оболочку. Несущий элемент имеет центральный цилиндрический прямолинейный участок и концевые участки, выполненные в виде твердых тел вращения, у которых диаметр больше диаметра центрального прямолинейного участка несущего элемента. Участки несущего элемента - центральный и концевые - выполнены из налагающихся и пересекающихся слоев стекловолоконных нитей, пропитанных затвердевшим связующим и намотанных под углом менее 90°. При этом несущий элемент покрыт диэлектрическим материалом с образованием соответствующего электрического изолятора.
Этот электрический изолятор имеет недостаточную прочность и надежность, что обусловлено его особенностями в местах перехода центральной части несущего элемента к его концевым участкам. Кроме того, он не выдерживает поперечных резких ударов, которые случаются при эксплуатации в контактной электросети трамваев и троллейбусов. Причина кроется в форме центрального участка несущего элемента и в его многослойной структуре.
В качестве прототипа выбирается известное изобретение по патенту РФ №2118005, H01B 17/14; H01B 17/26; 1998.08.20. Это электрический изолятор и способ его изготовления. Он является наиболее известной последней разработкой по данной теме и имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения.
В известном электрическом изоляторе содержится несущий элемент, который выполнен из нитей стекловолокна, пропитанного связующим, два оконцевателя и оболочка. Несущий элемент представляет собой двухслойный жгут, скрученный из непрерывной пряди стекловолокна, образованной из соответствующих его нитей. Прядь уложена вокруг оконцевателей. При этом полученные в процессе укладки внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительно друг друга и имеют различную длину и толщину. Внутренний и наружный слои жгута имеют различное число скруток, которое выбирается в зависимости от соотношения длины и поперечного сечения несущего элемента изолятора. Оконцеватели имеют форму тела вращения, например катушки или втулки. Оболочка изолятора выполнена из резины или термопласта, либо иного диэлектрического материала. В сущности, структура несущего элемента упорядоченная и состоит из многих слоев, которые имеют соответствующую направленность нитей, толщину и протяженность. Причем участок несущего элемента между его оконцевателями имеет прямолинейную форму, а диаметр у его оконцевателя больше диаметра несущего элемента между ними.
Однако и прототип имеет существенные недостатки, которые присущи всем ранее рассмотренным электрическим изоляторам, а именно: недостаточную прочность и надежность, что обусловлено особенностями в местах перехода центральной части несущего элемента к его концевым участкам. Кроме того, он не выдерживает поперечных резких ударов, которые случаются при эксплуатации такого электрического изолятора в контактных электросетях трамваев и троллейбусов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового электрического изолятора, обеспечивающего достижение следующего технического результата: повышение прочности, особенно к поперечным резким ударам.
Для решения поставленной задачи предлагается в известном электрическом изоляторе, состоящем из диэлектрической оболочки, оконцевателей и несущего элемента, образованного из пропитанных связующим нитей стекловолокна, согласно настоящему изобретению, несущий элемент, который имеет переменное поперечное сечение, уменьшающееся от средней части несущего элемента к его оконцевателям.
Есть вариант, по которому несущий элемент имеет многослойную структуру, изменяющуюся от середины несущего элемента к его оконцевателям, и в которой каждый слой имеет направленность нитей, толщину и протяженность, отличные от направленности нитей, толщины и протяженности соседнего слоя, а в качестве нитей стекловолокна использована базальтовая стеклонить.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующих технических результатов:
- повысить прочность на ударные поперечные нагрузки, воздействующие на изоляторы во время их эксплуатации в городском электрическом транспорте;
- сохранить, а в ряде случаев повысить их диэлектрическую прочность.
Эти результаты достигаются за счет иной формы центральной части несущего элемента и иного выполнения многослойной структуры. В результате происходит иное перераспределение внешних силовых воздействий на структуру изолятора без нарушения его диэлектрических свойств и с сохранением его технологичности, в частности, методом намоточного изготовления несущего элемента. Причем это перераспределение достигается тем, что изменяется не только направленность каждого слоя, но их толщина и протяженность.
По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются в форме исполнения несущего элемента и в его структуре.
Заявителем проведен патентно-информационный поиск по данной теме, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому данное изобретение можно признать новым.
Заявляемое изобретение обладает изобретательским уровнем, так как оно для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники. Однако отдельные существенные признаки известны в совокупности с иными существенными признаками. Например, из прототипа известен электрический изолятор. Он состоит из несущего элемента, выполненного из стекловолокна, пропитанного связующим, двух оконцевателей и оболочки. Несущий элемент выполнен в виде двухслойного жгута, скрученного из непрерывной пряди стекловолокна, уложенной вокруг оконцевателей. При этом внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительно друг друга, имеют различную длину и толщину, разное число скруток. А вся структура несущего элемента равнопрочная. Причем участок несущего элемента между его оконцевателями имеет прямолинейную форму, а диаметр у его оконцевателя больше диаметра несущего элемента между ними.
В предлагаемом изобретении центральный участок несущего элемента имеет повышенную прочность на ударное резкое поперечное воздействие, что обеспечено его соответствующей формой и соответствующим расположением слоев структуры.
Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, а практическая применимость нижеследующим описанием.
Предлагаемый электрический изолятор содержит оболочку 1. Она выполняется из диэлектрического материала, например из резины или термопласта, после того, как будет изготовлен несущий элемент 2. Несущий элемент 2 имеет оконцеватели 3 и 4 и выполнен в виде жгута, имеющего многослойную структуру, образованную из нитей стекловолокна, например из базальтовой стеклонити. Оконцеватели 3 и 4 имеют форму втулки или катушки.
Изолятор изготавливают следующим образом. Ровинг из стеклянных нитей, например, типа Н (ГОСТ 17139-79) в виде пряди пропитывают эпоксидным связующим и наматывают вокруг оконцевателей 3 и 4, формируя сначала внутренний слой 5, а затем последующие, например, 6, 7, 8 слои структуры несущего элемента 2. При этом слои образованы в виде замкнутых поясов требуемой длины и поперечного сечения. При этом у оконцевателей 3 и 4, имеющих вид втулки, бортовые части охватывают нити стекловолокна. Это исключает их вырывание из тела несущего элемента как при продольных воздействиях, так и при поперечных ударах. У несущего элемента 2 между его оконцевателями 3 и 4 диаметр «Д» больше диаметра «д» несущего элемента у его оконцевателей. В сущности, несущий элемент 2 имеет переменное поперечное сечение, которое увеличивается от краев к его середине. Такое изменение послойной структуры достигается путем формирования слоев от середины несущего элемента к его краям, и в которой каждый слой имеет направленность нитей, толщину и протяженность, отличные от направленности нитей, толщины и протяженности соседнего слоя.
Изготовленный таким образом изолятор может иметь различные размеры и соответствующие поперечные сечения. Например, он может иметь размер 250 мм и поперечное сечение 10 мм, обладать электрической прочностью 45 кВ/см и прочностью на растяжение 40 кН, что в несколько раз превышает аналогичные характеристики известных изоляторов.
Таким образом, предлагаемый изолятор обладает высокими прочностными и электроизоляционными свойствами, высокой технологичностью изготовления и увеличенным сроком эксплуатации. Это позволяет использовать их для работы на подстанциях, на воздушных линиях электропередач и в работе контактных сетей электротранспорта.
В сущности, создан новый электрический изолятор, который состоит из изоляционного элемента, концы которого армированы нержавеющими металлическими втулками. Тип армирования позволяет получить модификацию исполнения изолятора по типу оконцевателей, которые обеспечивают совместимость изолятора с используемой в работе арматурой контактной сети.
Изоляционный элемент представляет стеклопластиковый стержень, обладающий высокой механической прочностью, на который методом горячей вулканизации нанесена защитная ребристая оболочка из трекингостойкой кремнийорганической резины, предохраняющей стержень от воздействия факторов окружающей среды и обеспечивающей необходимую длину пути утечки.