Высоковольтный проходной изолятор
Высоковольтный проходной изолятор обеспечивает повышение электрической прочности изолятора в поперечном направлении, надежность его работы при использовании его в электрических сетях, на электростанциях и в системах энергоснабжения у потребителей. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом высоковольтном проходном изоляторе, содержащем изолирующее тело с внешним оребрением, опорный металлический фланец, закрепленный на внешней поверхности тела и центрирующие оголовки для установки в изолирующем теле токоведущей шины, размещенные на торцах последнего, металлический фланец выполнен скругленным со стороны изолирующего тела, последнее выполнено из тонкостенного изолирующего материала и установлено относительно токоведущей шины с изолирующим воздушным промежутком, величину которого определяют с учетом формы и размера токоведущей шины, рабочего и максимального напряжения, прилагаемого к последней. Изолирующее тело выполнено в виде трубы или двух встречных усеченных конусов, в качестве изоляционного материала изолирующего тела использовуют полиэпоксидную смолу, содержащую стеклоткань и/или стекловолокно, а оребрение изолирующего тела выполнено из силиконовой резины на основе полисилоксанов.
Настоящая полезная модель относится к электротехнике, а именно к высоковольтным проходным изоляторам и может быть использовано в электрических сетях, на электростанциях и в системах энергоснабжения у потребителей.
Большинство известных проходных изоляторов выполнены, как правило, из сплошного материала, например, фарфора, и имеют большую массу, высокую трудоемкость изготовления, и естественную хрупкость.
Используемые в электротехнических установках, комплексных распределительных устройствах и выполняющие функции вводов, проходные керамические изоляторы, оснащены токоведущими системами различных видов, а герметичность их достигается заполнением пустот между токоведущими шинами какой-либо уплотняющей массой, например, на основе эпоксидной смолы или цемента. [ГОСТ 20454-85 «Изоляторы проходные». М. Госстандарт, 1985, с.4-5.] [Пат. США №3875327, кл. Н 01 В 17/28,174/143, опубл. 1975 04. 01].
Известен проходной изолятор, содержащий полое изоляционное тело, одна часть которого предназначена для работы на открытом воздухе и закрыта с торца токопроводящей крышкой, а вторая - для работы в помещении. Внутри изоляционного тела проходит токопровод, соединенный с токопроводящей крышкой и внешним узлом подключения, между которыми установлен токопроводящий сильфон. Последний соединен с крышкой посредством выполненного на его фланце конического выступа. Токопровод выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого выполнена резьбовая стяжка. Сильфон снабжен антикоронирующим электродом чашеобразной формы. [3-ка РФ №96103708, кл. Н 01 В 17/26, опубл. 1998.05.10].
Известен также высоковольтный проходной изолятор, состоящий из диэлектрического корпуса, с фланцем и токоведущим стержнем, расположенным внутри него. Диэлектрическое тело выполнено из эл. фарфора с элементом фиксации с внешней стороны, который зажимается специальной гайкой фланца. Внутренняя часть диэлектрического тела выполнена с упором по торцам для препятствия осевого перемещения токоведущего стержня, который в свою очередь имеет упорный выступ и зажимную специальную гайку для крепления в теле изолятора.
Все элементы проходного изолятора скреплены между собой клеящим компаундом в одну жесткую функциональную конструкцию клеящим компаундом. [3-ка РФ №2001116789, кл. Н 01 В 17/26, опубл. 2003.07.20].
Недостатками указанных решений является их ненадежность по герметичности и прочности, поскольку, вследствие различных коэффициентов расширения материала изолятора, токоведущих шин и уплотняющей массы, в процессе эксплуатации образуются трещины в материале изолятора, уплотнениях ввода, наступает разгерметизация, и попадание влаги внутрь и возможность его пробоя.
Известен герметизированный многоамперный ввод, содержащий проходной изолятор с центральным отверстием, токоведущую систему с контактными выводами и детали ее крепления, токоведушая система состоит из тонкостенных последовательно включенных: внешнего контактного вывода с кольцевой опорной поверхностью крепления, трубчатой центральной контакт - детали, имеющей отбортовку наружу, образующую также кольцевую опорную поверхность крепления и внутреннего контактного вывода со своей опорной поверхностью. Трубчатая центральная контакт-деталь со стороны внутреннего контактного вывода имеет наружную резьбу и симметрично расположенные две или более шлицевые продольные прорези, в которых размещаются опорные выступы крестовины, опирающиеся на внутренний торец проходного изолятора, причем с внешней
стороны крестовины на центральной трубчатой контакт-детали размещена натяжная кольцевая токоведущая гайка с резьбой по ее внутренней поверхности. Функционально и конструктивно контактные выводы одновременно или порознь совмещены с прилегающими к ним электромагнитными экранами. Контактные выводы имеют две или более площадки для подсоединения подводящих шин. Внешняя торцевая поверхность изолятора может быть выполнена с уклоном внутрь. [Патент РФ №2163040, кл. Н 01 В 17/26, опубл. 2001 02. 10.]
Недостатком указанного технического решения является наличие большого числа элементов ввода, что усложняет конструкцию в целом и надежность ее работы.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является проходной высоковольтный изолятор, состоящий из изолирующего тела с внешним оребрением, обеспечивающим продольную изоляцию по поверхности изолятора, опорный металлический фланец, плотно прилегающий к изолирующему телу, и торцевые центрирующие оголовки для закрепления устанавливаемой в нем токоведущей шины. Образующийся при монтаже токоведущей шины воздушный зазор между шиной и изолирующим корпусом изолятора заполняется изоляционной застывающей массой. Изолирующее тело выполнено монолитным, сплошным, в частности из фарфора, а оребрение - из керамического материала. [ГОСТ 20.11.08-87 "Изоляторы проходные армированные фарфоровые для наружно-внутренних установок», М., ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1987 г., (1-6)].
Недостатком известного технического решения является то, что в таких изоляторах твердая изоляция изолирующего тела постоянно воспринимает полное рабочее напряжение, что приводит к значительному увеличению ее толщины и естественному старению а, следовательно, к снижению электрических свойств и надежности. Кроме того, выполнение его из фарфора приводит к утяжелению и хрупкости конструкции изолятора.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение электрической прочности изолятора в поперечном направлении, надежности его работы и снижение весогабаритных показателей.
Для решения поставленной задачи предлагается высоковольтный проходной изолятор, содержащий изолирующее тело с внешним оребрением, опорный металлический фланец, закрепленный на внешней поверхности тела, и центрирующие оголовки для установки в изолирующем теле токоведущей шины, размещенные на торцах последнего, при этом металлический фланец выполнен скругленным со стороны изолирующего тела, последнее выполнено из тонкостенного изолирующего материала и установлено относительно токоведущей шины с изолирующим воздушным промежутком, величину которого выбирают в зависимости от формы и размера токоведущей шины, рабочего и максимального напряжения, прилагаемого к последней.
Целесообразно изолирующее тело выполнять в виде трубы или двух встречно расположенных усеченных конусов.
Предпочтительно в качестве изоляционного материала изолирующего тела использовать стеклоэпоксид (т.е. полиэпоксидную смолу, содержащую стеклоткань и/или стекловолокно), а оребрение изолирующего тела выполнять из силиконовой резины на основе полисилоксанов.
На фиг.1 представлена конструкция проходного изолятора с изолирующим телом в виде трубы.
На фиг.2 - вид А фиг.1.
Изолятор состоит из изолирующего тела 1, например, трубы с толщиной стенки, обеспечивающей необходимую механическую и электрическую прочность, внешнего оребрения 2, обеспечивающего продольную изоляцию по поверхности изолятора, опорного заземленного фланца 3, закрепленного на внешней поверхности изолирующего тела 1, и
торцевых центрирующих оголовников 4 для закрепления устанавливаемого в изоляторе токопровода 5. Между изолирующим телом 1 и токопроводом 5 имеется изолирующий воздушный промежуток 6, обеспечивающий электрическую прочность изолятора в рабочих режимах.
Изолирующее тело 1 выполнено из тонкостенного композиционного материала, обладающего высокими механическими и изоляционными свойствами и пробивным напряжением на единицу толщины не менее 5 кВ/мм, например, из стеклоэпоксида.
Внешнее оребрение 2 выполнено из силиконовой резины. Фланец 3 и оголовники 4 могут быть выполнены из немагнитного металла (А1), или из немагнитных, механически прочных изоляционных материалов, например, стеклоэпоксидной смолы. Фланец 3 заземлен и конструктивно варьируется по длине, ширине и выполнен скругленным со стороны изолирующего тела.
Токоведущая шина 5 может быть круглой или прямоугольной формы с учетом при этом форма и размер ее, рабочее и максимальное напряжение, прилагаемого к токоведущей шине определяют величину изоляционного воздушного промежутка. Так, например, при круглой форме токоведущей шины и при рабочем напряжении прилагаемом к ней -6-20кВ величина изолирующего воздушного промежутка составляет не менее 30-40 мм.
При эксплуатации проходного изолятора в рабочем режиме полное рабочее напряжение, приложенное между токопроводом 5 и заземленным металлическим фланцем 3 (в поперечном направлении), распределяется между изоляционным воздушным промежутком 6 и твердым изолирующим телом 1 обратно пропорционально их диэлектрической проницаемости. А так как диэлектрическая проницаемость воздуха во много раз меньше, чем у твердых диэлектриков, то основная часть напряжения прикладывается к изоляционному воздушному промежутку 6
6 и изолирующее тело 1 в рабочих (длительных) режимах оказывается электрически разгруженными, следовательно, не подвергается старению.
В тоже время, при возникновении перенапряжений электрической прочности поперечной изоляции достаточно для обеспечения работоспособности изолятора, так как твердая изоляция работает только в кратковременном режиме и потому стареет значительно меньше.
Композиционная структура изолирующего тела обеспечивает одновременно высокие механические характеристики на изгиб, низкую деформативность и незначительную зависимость механических свойств от температуры.
Отсутствие электрически напряженного состояния изолирующего тела 1 в месте закрепления фланца 3 обеспечивает в рабочих режимах стабильную долговременную работу проходного изолятора в составе различных конструкций.
1. Высоковольтный проходной изолятор, содержащий изолирующее тело с внешним оребрением, опорный металлический фланец, закрепленный на внешней поверхности тела, и центрирующие оголовки для установки в изолирующем теле токоведущей шины, размещенные на торцах последнего, отличающийся тем, что опорный металлический фланец выполнен скругленным со стороны изолирующего тела, последнее выполнено из тонкостенного изолирующего материала и установлено относительно токоведущей шины с изолирующим воздушным промежутком, величину которого выбирают в зависимости от формы и размера токоведущей шины, рабочего и максимального напряжения, прилагаемого к последней.
2. Высоковольтный проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что изолирующее тело выполнено в виде трубы или двух встречно расположенных усеченных конусов.
3. Высоковольтный проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве изоляционного материала изолирующего тела используют полиэпоксидную смолу, содержащую стеклоткань и/ или стекловолокно.
4. Высоковольтный проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что оребрение изолирующего тела выполнено из силиконовой резины на основе полисилоксанов.
