ЛИНЕЙНЫЙ ПОДВЕСНОЙ ИЗОЛЯТОР
LINEAR SUSPENDED INSULATOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к основным элементам электрического оборудования, в частности, к электрическим изоляторам воздушных линий электропередачи, и является устройством линейного подвесного изолятора.
Известны линейные подвесные тарельчатые изоляторы ПС120Б, ПС160В, ПС210В (ГОСТ 27661-88), содержащие шапку, стержень и изоляционную деталь, которая состоит из головки и тарелки с кольцевыми ребрами на внутренней поверхности.
Недостатком этих изоляторов являются низкие значения напряжений по уровню радиопомех, обусловленные конфигурацией изоляционной детали и соотношением существующих размерных параметров.
Известен высоковольтный подвесной изолятор, выбранный как аналог, который содержит шапку, стержень и изоляционную деталь, состоящую из головки и тарелки, выполненную в виде сегмента сферы, причем металлическая шапка и изоляционная деталь, а также металлический стержень и изоляционная деталь соответственно соединены между собой с помощью затвердевшей цементно-песчаной связки [а.с. СССР №851499, МКВ3 Н01В 17/02. Опубл. 30.07.1981, Бюл. №28].
Недостатком этого изолятора являются низкие значения напряжений по уровню радиопомех, обусловленные конфигурацией изоляционной детали и неэффективным соотношением существующих размерных параметров.
Как наиболее близкий аналог выбран линейный (высоковольтный) подвесной изолятор, который содержит металлическую шапку, металлический стержень и изоляционную деталь, выполненную на основе закаленного оптически прозрачного электроизоляционного стекла, и состоящую из головки и тарелки, выполненной в виде сегмента сферы, при этом на нижней поверхности выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро, основание нижней части головки имеет утолщение, которое выступает за край нижней поверхности тарелки, а внутренняя поверхность металлической шапки и внешняя поверхность головки изоляционной детали, а также внешняя поверхность металлического стержня и внутренняя поверхность головки изоляционной детали соединены между собой с помощью затвердевшей цементно-песчаной связки [патент UA №52677, МПК (2009) Н01В 17/02. Опубл. 10.09.2010, Бюл. №17].
Недостатком наиболее близкого аналога является отсутствие эффективных соотношений основных размерных параметров, что снижает надежность эксплуатации как отдельно изолятора, так и гирлянд изоляторов, а также низкие значения напряжений по уровню радиопомех.
Технической задачей изобретения является повышение значений допустимого напряжения по уровню радиопомех, повышение надежности эксплуатации гирлянд изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях путем установления эффективных соотношений основных размерных параметров, что будет способствовать снижению напряженности электрического поля, повышению разрядных характеристик изоляторов, а также надежности эксплуатации как отдельно изолятора, так и гирлянд из однотипных изоляторов.
п
о
Поставленная техническая задача решается тем, что в линейном подвесном изоляторе, который содержит металлическую шапку, металлический стержень и изоляционную деталь, состоящую из головки и тарелки, выполненную в виде сегмента сферы, при этом на нижней поверхности тарелки выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро, основание нижней части головки имеет утолщение, выступающее за край нижней поверхности тарелки, причем внутренняя поверхность металлической шапки и внешняя поверхность головки изоляционной детали, а также поверхность металлического стержня и внутренняя поверхность головки изоляционной детали соединены между собой с помощью затвердевшей цементно-песчаной связки, новым является то, что утолщение выполнено плавно сопряженным по радиусам с одной стороны с внутренней боковой поверхностью головки, а с другой стороны - с нижней поверхностью тарелки, при этом величины высоты утолщения (Н) и глубины армирования (Н), которая измеряется по вертикали от основания утолщения до ближайшей поверхности затвердевшей цементно-песчаной связки, находящейся между поверхностью металлического стержня и внутренней поверхностью головки, составляют каждая не менее 2 мм.
п
п
Величина радиуса сопряжения утолщения с внутренней поверхностью головки (R) составляет не менее 3 мм, а ширина (В) утолщения, которая измеряется как минимальное расстояние в горизонтальной плоскости между вертикальными линиями, первая из которых проведена в месте сопряжения боковой поверхности утолщения с затвердевшей цементно-песчаной связкой, а вторая - в месте сопряжения нижней поверхности утолщения с нижней поверхностью тарелки, составляет не менее 6 мм.
Основание нижней части края тарелки выполнено каплеобразной формы и сопряженным с выступом прямоугольной формы.
Вышеперечисленные признаки составляют сущность изобретения.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Изоляторы состоят из изоляционной детали, выполненной из электротехнического фарфора или закаленного стекла, чугунной шапки и стального стержня. На воздушных линиях электропередач высокого напряжения применяют гирлянды, которые состоят из последовательно соединенных изоляторов. Количество изоляторов в гирлянде определяется номинальным напряжением линии и условиями эксплуатации, например, загрязненностью и увлажненностью атмосферы в местах прохождения линии.
Изолятор воздушных линий электропередачи подвергаются влиянию атмосферных осадков и промышленных загрязнений. Даже небольшое загрязнение значительно снижает электрическую прочность изоляции. Значительное количество аварий на воздушных линиях электропередачи происходит при перекрытии линейных изоляторов в результате их загрязнения.
п
о
Было установлено, что именно заявленные форма выполнения и геометрические параметры утолщения, а именно величина высоты утолщения (Н) и глубина армирования (Н), которая измеряется по вертикали от основания утолщения к ближайшей поверхности затвердевшей цементно-песчаной связки, которая находится между поверхностью металлического стержня и внутренней поверхностью головки, является одними из самых существенных соотношений, которые характеризуют размерные параметры высоковольтных подвесных изоляторов. Ведь наличие этого утолщения характерно практически для всех без исключения линейных изоляторов.
п
о
При этом было экспериментально исследовано, что именно заявленные значения соотношений (Н≥2 мм. Н≥2 мм), обеспечивают эффективные значения допустимого напряжения по уровню радиопомех.
п
п
Кроме того, было установлено, что решению поставленной технической задачи также способствует и то, что величина радиуса сопряжения утолщения с внутренней поверхностью головки (R) составляет не менее 3 мм, а ширины утолщения (В), которое измеряется как минимальное расстояние (по горизонту) между вертикальными линиями, первая из которых проведена в месте сопряжения боковой поверхности утолщения с затвердевшей цементно-песчаной связкой, а вторая - в месте сопряжения нижней поверхности утолщения с нижней поверхностью тарелки, составляет не менее 6 мм.
1
2
Этому также способствует и форма выполнения кольцевого ребра, которое имеет вертикальное сечение в форме усеченного конуса со скругленной вершиной, направленной книзу, при этом ребро с обеих сторон плавно сопряжено с нижней поверхностью тарелки по радиусам (r, r, в общем случае разными).
п
о
Было экспериментально установлено, что при значениях (Н<2 мм, Н<2 мм) не обеспечиваются эффективные значения допустимого напряжения по уровню радиопомех.
Наличие по меньшей мере одного ребра на внутренней поверхности изоляционной детали заявленной формы (выполнение основания нижней части края тарелки каплеобразной формы и сопряженным с выступом прямоугольной формы) позволяет также увеличить длину пути утечки (L) изолятора, а следовательно, и удельную длину пути утечки гирлянды. Это уменьшает вероятность перекрытия гирлянды в загрязненном и увлажненном состоянии, а также повышает надежность эксплуатации гирлянд изоляторов при атмосферных и промышленных загрязнениях.
о
п
о
Суть технического решения объясняется фиг.1-5, на которых представлен линейный подвесной изолятор (фиг.1), где показан общий случай Н>Н; на фиг.2 показана зависимость усредненной напряженности электрического поля (Е) по поверхности диэлектрика от глубины армирования (Н); на фиг.3 показана зависимость усредненной напряженности электрического поля (Е) от расстояния по поверхности диэлектрика, начиная от точки сопряжения внутренней поверхности головки с цементно-песчаной связкой; на фиг.4 показана зависимость напряжения начала коронирования (то есть начала появления радиопомех) от напряженности электрического поля (Е); на фиг.5 показано распределение электрического поля (Е) в изоляторе в виде эквипотенциальных линий.
На фиг.1 приняты следующие условные обозначения: 1 - изоляционная деталь; 2 - головка; 3 - тарелка; 4 - металлическая шапка; 5 - металлический стержень; 6 - шплинт; 7 - цементно-песчаная связка; 8 - кольцевое ребро; 9 - нижняя поверхность тарелки 3; 10 - утолщение; 11 - край тарелки 3; 12 - выступ.
о
о
о
н
На фиг.2-3 приняты следующие условные обозначения: «1» - глубина армирования при Н=22 мм; «2» - глубина армирования при Н=2 мм; «3» - глубина армирования при Н=12 мм; «4» - стандартный изолятор (без утолщения); «5» - заявляемый изолятор; U - напряжение начала коронирования.
Линейный подвесной изолятор состоит из изоляционной детали 1 на основе закаленного электроизоляционного стекла, состоящей из головки 2 и тарелки 3, металлической шапки 4, закрепленной на головке 2 изоляционной детали 1, металлического стержня 5, вмонтированного внутрь головки 2.
Для последовательного соединения изоляторов между собой в гирлянду каждый изолятор комплектуется выгнутыми W-образными замками / V-образными шплинтами 6.
Внутренняя поверхность металлической шапки 4 и внешняя поверхность головки 2 изоляционной детали 1, а также поверхность металлического стержня 5 и внутренняя поверхность головки 2 изоляционной детали 1 соединены между собой с помощью затвердевшей цементно-песчаной связки 7.
На нижней поверхности изоляционной детали 1 выполнено по меньшей мере одно кольцевое ребро 8. Кроме того, кольцевое ребро 8 имеет вертикальное сечение в форме усеченного конуса со скругленной вершиной, направленной книзу.
Основание нижней части головки имеет утолщение 10, которое выступает за край нижней поверхности 9 тарелки 3.
1
2
п
При этом кольцевое ребро 8 выполнено плавно сопряженным по радиусам (r, r) с нижней поверхностью 9 тарелки 3, а утолщение 10 основания нижней части головки 2 выполнено плавно сопряженным по радиусу (R) с внутренней поверхностью головки 2.
п
о
о
о
п
Величины высоты утолщения 10 (Н), а также глубины армирования (Н), которая измеряется по вертикали от основания утолщения к ближайшей поверхности затвердевшей цементно-песчаной связки, находящейся между поверхностью металлического стержня и внутренней поверхностью головки (Н), составляет не менее 2 мм. Как правило, на практике выполняется условие Н≥Н.
Основание нижней части края 11 тарелки 3 выполнено каплеобразной формы и сопряженным с выступом 12 прямоугольной формы.
п
п
Величина радиуса сопряжения (R) утолщения 10 с внутренней поверхностью головки 2 составляет не менее 3 мм, а ширины (В) утолщения 10, которая измеряется как минимальное расстояние (по горизонту) между вертикальными линиями, первая из которых проведена в месте сопряжения боковой поверхности утолщения с затвердевшей цементно-песчаной связкой 7, а вторая - в месте сопряжения нижней поверхности утолщения 10 с нижней поверхностью 9 тарелки 3, составляет не менее 6 мм.
о
о
Анализируя приведенные на фиг.2 кривые, можно заметить, что чем больше величина глубины армирования (Н), тем меньше напряженность электрического поля (Е). При этом при Н<2 мм (т.е. при меньших значениях, которые соответствуют кривой «2») напряженность электрического поля (Е) достигает величины, при которой уровень радиопомех начинает превышать допустимый уровень.
Из анализа зависимостей, приведенных на фиг.3 следует, что выполнение утолщения согласно заявляемого технического решения приводит к снижению напряженности электрического поля (Е) по поверхности диэлектрика. Причем в наибольшей степени это происходит в более напряженной зоне, расположенной около цементно-песчаной связки.
н
Из кривой, приведенной на фиг.4, следует, что уменьшение напряженности электрического поля (Е) приводит к уменьшению напряжения коронирования (U), т.е. допустимый уровень радиопомех достигается при больших допустимых величинах электрических напряжений, прикладываемых к изолятору.
п
п
п
Выполняя форму поверхности изоляционной детали около стержня по возможности близкую к эквипотенциальной (см. фиг.5), т.е. благодаря выполнению утолщения заявляемых геометрических размеров (Н, В, R) и формы, был достигнут желаемый эффект снижения напряженности электрического поля (Е) в исследуемой области. Это также привело к снижению уровня радиопомех.
Результаты проведенных испытаний изоляторов на допустимое напряжение по уровню радиопомех подтверждают снижение вероятности перекрытия гирлянд изоляторов в результате загрязнения по меньшей мере на 15-20%.
Среди преимуществ предлагаемого изолятора можно также отметить выполнение требования некоторых стран к линейным подвесным изоляторам относительно снижения уровня шумов, которые образуются при охлаждении ветром гирлянды изоляторов, а также в результате возникающей турбулентности воздушного потока. Заявленная форма выполнения изоляционной детали способствует снижению турбулентности воздушного потока, за счет чего уровень шумов значительно снижается.