Еластомерна оболонка ізолятора

1. Еластомерна оболонка ізолятора, що виконана з еластичної силіконової полімерної композиції адитивної вулканізації у вигляді суцільнолитого циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, що мають конусоподібне заглиблення в нижній частині, яка відрізняється тим, що оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас. ч.), що містить активні наповнювачі. 2. Еластомерна оболонка ізолятора за п. 1, яка відрізняє ться тим, що рідка двокомпонентна силіконова гума містить активні наповнювачі в кількості 20-30 мас.ч. на 100 мас.ч. рідкої силіконової гуми. 3. Еластомерна оболонка ізолятора за п. 1, яка відрізняє ться тим, що як активні наповнювачі рідка силіконова гума містить пірогенетичний або осаджений аеросил. 4. Еластомерна оболонка ізолятора за п. 1, яка відрізняє ться тим, що оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. 5. Еластомерна оболонка ізолятора за п. 1, яка відрізняє ться тим, що як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами, а як компонент В рідка силіконова гума містить співполімер диметилсилоксанів з метилгідросилоксаном. 6. Еластомерна оболонка ізолятора за п. 1, яка відрізняє ться тим, що як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами такої структурної формули: Корисна модель відноситься до області електротехніки, зокрема, до полімерних ізоляторів, і може бути використаний при виготовленні конструкцій високовольтних апаратів зовнішнього виконання. Відомий ізолюючий елемент полімерного ізолятора, який містить електроізоляційний склопластиковий стержень, з'єднаний з полімерною оболонкою за допомогою зв'язуючої речовини, а також металеві закінцьовувачі. При цьому шуканий ізолюючий елемент виконаний у вигляді суцільнолитої оболонки, а саме у вигляді корпусу і кільцевих ребер, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині. Кут нахилу утворюючої конусоподібного поглиблення до площини його основи a , в градуса х, і радіус закруглення в місці примикання поверхні поглиблення до корпусу ізолюючого елемента R, в міліметрах, вибраний з наступного a R 2,5 - 4,0 . = співвідношення: При цьому CH 3 CH3 CH3 або H - - Si - O - - - Si - O - -Si -H або CH 3 CH3 H CH3 . (13) 29565 CH3 (11) , а як компонент В рідка силіконова гума містить співполімер диметилсилоксанів з метилгідросилоксаном такої структурної формули UA CH2=CH - Si - O - - Si - O - -Si -CH=CH2 n CH3 CH3 CH3 U CH3 CH3 (19) CH3 3 29565 ізолюючий елемент може бути виготовлений з силіконової гуми швидкої/адитивної вулканізації [1]. Недоліком пристрою аналога є відсутність ефективного матеріалу, з якого виконана конструкція суцільнолитої полімерної оболонки ізолятора, і кількісного співвідношення складових і характеристик цього матеріалу, зокрема, молекулярної маси, а також діапазону величин шорсткості виконання зовнішньої поверхні полімерної оболонки, що не дозволяє досягнути високої надійності роботи ізолятора в жорстких умовах експлуатації. Як прототип вибрана полімерна оболонка ізолятора, яка виконана з еластичної силіконової полімерної композиції швидкої/адитивної вулканізації на основі високомолекулярного силоксанового каучуку у вигляді суцільнолитого циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині, оболонка виконана з каучуку, що має молекулярну масу 420-720 тис. і містить активні наповнювачі в кількості 100-150мас.ч. на 100мас.ч. каучуку, причому зовнішня поверхня оболонки виконана шорсткуватою з величиною шорсткості від 0,5 до 3,5мкм. В якості активних наповнювачів каучук містить аеросил А-175, або аеросил А-300, або гідроксид алюмінію Аl(ОН)3, модифікований апретуючими матеріалами. [2]. Недоліком пристрою прототипу є відсутність ефективного матеріалу, з якого виконана конструкція суцільнолитої полімерної оболонки ізолятора, кількісного співвідношення складових цього матеріалу, що не дозволяє досягнути високої надійності роботи ізолятора в жорстких умовах експлуатації, а також зниження енергоємності, трудомісткості і підвищення технологічності його виготовлення. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення експлуатаційної надійності полімерної оболонки ізолятора і підвищення технологічності її виготовлення, зниження маси, підвищення електричної і механічної міцності шляхом вибору ефективного матеріалу, з якого виконана конструкція суцільнолитої полімерної оболонки ізолятора, а також кількісного співвідношення складових цього матеріалу. Вказана задача досягається тим, що в еластомерній оболонці ізолятора, що виконана з еластичної силіконової полімерної композиції адитивної вулканізації у вигляді суцільнолитого циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині, новим є те, що, оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас. ч.), що містить активні наповнювачі. Рідка двокомпонентна силіконова гума містить активні наповнювачі в кількості 20-30мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової гуми. Як активні наповнювачі рідка силіконова гума містить пірогенетичний або осаджений аеросил. Оболонка виконана з вулканізованої рідкої 4 двокомпонентної силіконової гуми з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. Як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами, а як компонент В рідка силіконова гума містить сополімер діметілсилоксанів з метілгідросилокеаном. Як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами такої структурної формули CH3 CH3 CH3 CH2=CH - Si - O - - Si - O - -Si -CH=CH2 n CH3 CH3 CH3 а як компонент В рідка силіконова гума містить сополімер діметілсилоксанів з метілгідросилоксаном такої структурної формули CH3 CH 3 CH3 CH3 або H - - Si - O - - - Si - O - -Si -H або CH 3 CH3 H CH3 Перераховані ознаки пристрою складають сутність корисної моделі. Наявність причинно-наслідного зв'язку між сукупністю істотни х ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Особливості експлуатації ізоляторів в контактних мережах і лініях електропередачі висувають підвищені вимоги до їх надійності. Виходячи з багаторічного досвіду експлуатації, сьогодні можна стверджувати, що полімерні ізолятори найбільш відповідають цим вимогам. Зараз застосування полімерних ізолюючих конструкцій є якісно новим напрямом в розвитку високовольтного ізоляторобудування. Полімерні конструкції мають високу стійкість до поверхневих електричних розрядів, сонячної радіації, пилу, забруднень, змін температури, ударів, експлуатаційних електричних і механічних впливів. Крім того, полімерні ізолятори володіють високою гідрофобністю і низькою забрудненістю ізоляційних поверхонь, не потребують омивання, чищення, дефектування, профілактичних робіт. Вказані властивості полімерних ізолюючих конструкцій забезпечують їх високу надійність і довговічність, і, отже, зниження витрат при їх монтажі, транспортуванні і експлуатації, а також підвищення надійності електропостачання об'єктів. Новизна заявляємої конструкції при виготовленні ізоляторів полягає у використанні ізоляторів з суцільнолитою захисною оболонкою, яка не має стиків між окремими ребрами. Виконання ізолюючого елемента у вигляді суцільнолитої оболонки дозволяє підвищити експлуатаційну надійність полімерного ізолятора, а також підвищити електричну і механічну міцність прикордонного шару між електроізоляційним стержнем і ізолюючим елементом, виключити розгерметизацію ізолятора між кільцевими ребрами за рахунок виключення роз'ємів, знизити 5 29565 енергоємність, трудомісткість і підвищити технологічність його виготовлення за рахунок виключення операцій монтажу. У свою чергу, е фективні співвідношення складових компонентів оболонки дозволяють досягнути оптимальних експлуатаційних і технологічних характеристик полімерних ізоляторів на її основі. До основних експлуатаційних характеристик Eв.р.h полімерних ізоляторів відносять: напруженість електричного поля, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані (кВ/см); Ттрекінгоерозійна стійкість. Це - час від початку експлуатації до моменту утворення провідної навуглецьованої доріжки (трека), або ерозії поверхні оболонки на критичну глибину. Трек і ерозія утворюються при одночасному впливі електричного поля і туману, утвореного розпиленням солоної води заданої електропровідності (години). Трекінго-ерозійна стійкість макетів ізолятора визначалася в камері соляного туману по методиці ГОСТ 28856-90. До технологічних характеристик полімерних ізоляторів відносять: стійкість (здатність) до витягання оболонки (ребер) з литтєвої форми без відриву ребер і роздирання гуми в місці сполучення ребра і ствола оболонки. При цьому сукупність параметрів ребра і оболонки повинна бути такою, щоб забезпечити отримання максимально високих вказаних експлуатаційних і технологічних характеристик. Було встановлено, що вищезгадані геометричні параметри захисної ребристої оболонки полімерного ізолятора є взаємопов'язаними. Необхідність дотримання вищезгаданих співвідношень зумовлена пружноміцнісними властивостями матеріалу суцільнолитої оболонки (такими, як умовна міцність, відносне подовження і залишкова деформація). У виробництві полімерних ізоляторів широко застосовуються силоксанові гуми, наприклад, гума HV1760/65 фірми "DOW Corning" (США) [3]. У країнах СНД також виробляються подібні силоксанові гуми. Нами було встановлено, що в якості еластомера ефективно також використовувати двокомпонентну рідку силіконову гуму (РСГ). Адже її використання дозволяє як зменшити масу, так і розміри ребер, а також підвищити термін експлуатації виробу внаслідок можливості його експлуатації в екстремальних умовах навколишнього середовища, наприклад, при холодних і сніжних зимах. Так, наприклад, при виконанні ребер з РСГ заявляемого складу, з них скидається снігове навантаження і налідь, а також практично відсутнє. Крім того, пта хи не можуть сідати на ці ізолятори, що опосередковано сприяє поліпшенню навколишньої екологічної ситуації. Розроблений еластомер отриманий на основі двокомпонентної РСГ з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. Було встановлено, що при відхиленні від вказаного діапазону 6 молекулярної маси вихідного РСГ спостерігається погіршення технологічних властивостей (зменшення швидкості вулканізації і збільшення часу формування) як РСГ у процесі її вулканізації за одностадійною технологією, так і кінцевого продукту (полімерної оболонки ізолятора) на її основі. Вініл- і водородфункціональні силоксани отримують вулканізацією під дією платинового каталізатора за наступною схемою: CH3 - Si - CH3 CH3 CH3 CH3 - Si - CH3 H R - [ - Si - O - ]n - Si - C = C CH3 CH3 H + Pt H O H - Si - CH3 O CH3 CH3 H H O R - [ - Si - O - ]n - Si - C - C - Si - . . . CH3 CH3 H H O CH3 - Si - CH3 CH3 - Si - CH3 R Реакція протікає при кімнатної температурі, але швидко прискорюється при зростанні температури. Заявляема РСГ після змішування при зберіганні при кімнатній температурі має мінімальний термін використовування (життєздатність) 3 доби. Наповнювач, сповільнювачі, пігменти, стабілізатори кількісно розподіляються по компонентах А і В на розгляд споживача. Компонент В забезпечує зшивання молекул і перехід з рідкого стану у високоеластичний. Платиновий каталізатор прискорює процес вулканізації і покращує показник горючості. Введення сповільнювачів подовжує термін життя компаунда перед заливкою з введеним в суміш компонентом В. Співвідношення "платина - сповільнювач" вибирають таким чином, щоб термін життя компаунда після змішення при кімнатної температурі складав декілька днів. Наповнювач аеросил (SiO2) має питому поверхню 100-380м 2/г. Обробка поверхні аеросила гексаметілдісилазаном забезпечує компроміс між текучістю рідкої гуми і механічними властивостями, полегшує рівномірне перемішування аеросилу при введенні в рідкий каучук. Введення аеросилу у дозах, більш ніж 30мас. ч. відносно РСГ, різко знижує текучість. Аеросили всіх марок, що випускаються в світі, у тому числі марок А-175 і А-300, що випускаються в Україні, є активними або високоактивними наповнювачами, і використовуються для поліпшення пружно-еластичних і спеціальних властивостей вулканізатів (таких, як теплостійкість, вогнестійкість та інш.) на основі різних видів каучуків (див., наприклад, [4]). Кількість аеросилу в РСГ визначається необхідними властивостями вулканізатів. Звичайно в силоксанових гумах аеросил застосовується в кількості 30-60мас. ч. на 100мас. ч. каучуку. Так, в кабельних гумах К-69, К-69У, К1520, К-1520У та інш., що випускаються в Україні і Росії, застосовується аеросил марки А-175 в кількості 45-60мас. ч. на 100мас. ч. каучук у. Однією з основних вимог, що висуваються до силоксанових гум, призначених для формування 7 29565 полімерних ізоляторів, є показник займистості при винесенні їх з полум'я. Так, вміст аеросилу А-175 в кількості 45-60мас. ч. не дає можливості горіти гумі марки К-1520, але вона "тліє" при винесенні з полум'я або слабо горить до повного згоряння зразка. Таким чином, активні наповнювачі вводяться для отримання необхідних властивостей гум та їх вулканізатів, а неактивні наповнювачі вводяться тільки для поліпшення спеціальних властивостей і/або зниження ціни РСГ. При цьому необхідно зазначити, що введення великих кількостей неактивних наповнювачів знижує пружноеластичні та інші властивості вулканізатів. Згідно з корисною моделлю, в якості неінертних (тобто активних) наповнювачів силіконової гуми використовували пірогенетичний або осаджений аеросил. При цьому величина наповнення гуми вказаними наповнювачами була відносно високою, а саме 20-30мас. ч. активного наповнювача на 100мас. ч. РСГ. Було встановлено, що із збільшенням вмісту наповнення збільшується щільність гумової суміші, знижується її пластичність, умовна міцність, відносне подовження, а також збільшується твердість. У той же час зміна вмісту наповнювачів у вказаних вище межах не приводить до істотної зміни властивостей РСГ. Було встановлено, що введення активних наповнювачів у вказаному вище співвідношенні прискорює процес вулканізації гуми при вказаних параметрах процесу (тиску, температурі). У той же час незначне відхилення від цього діапазону наповнення в ту або іншу сторону призводить до зниження швидкості вулканізації і до збільшення часу формування приблизно в 1,3-1,5 рази. В якості вулканізуючого агента застосовували каталізатор, що містить платину, наприклад, солі платинової кислоти або комплексні з'єднання, що містять платину. Наприклад, сіль гексахлороплатинової кислоти, Me[Pt(Cl)6], де Me двовалентний метал (Ва, Са), наприклад, гексохлороплатинат барію, в кількості 0,5-2мас.ч. на 100мас.ч. каучуку. Після вулканізації заявляєма еластомерна оболонка ізолятора має такі електричні та механічні властивості: твердість по Шору (А) — від 30 до 60 умовн. одиниць, межа міцності щодо розтягання — від 5 до 7МПа, відносне подовження при розриві — від 200 до 500%, опір при розриві - від 16 до 28кН/м, електрична міцність — від 23 до 27кВ/мм, діелектрична проникненість — від 2,7 до 3, 15 питомий об'ємний опір — 1,8 ×10 Ом × см , тангенс кута діелектричних втрат — -3 -4 від 3 × 10 до 6 ×10 , трекінго-ерозійна стійкість — 4,5кВ, клас займистості — FV(ПB)0, тобто досягається (у порівнянні з аналогом і прототипом) підвищення експлуатаційної 8 надійності, електричної і механічної міцності полімерної оболонки ізолятора з одночасним підвищенням технологічності її виготовлення і зниженням маси внаслідок застосування РСГ. Корисна модель ілюструється графічним матеріалом, де на Фіг. показаний загальний вигляд еластомерної оболонки ізолятора. Еластомерна оболонка ізолятора 1 виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас.ч.), що містить активні наповнювачі в кількості 20-30мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової резини і з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. Оболонка має форму суцільнолитого циліндричного корпусу 2 з кільцевими ребрами 3, що мають конусоподібне поглиблення 4 в нижній частині. Еластомерна оболонка ізолятора формується таким чином. Використовують двокомпонентну суміш компонентів А і В, яку після змішування, подають до литтєвої прес-форми шляхом інжекції, що здійснюють при тиску 10-20МПа, із заздалегідь встановленим у пресі-формі склопластиковим стержнем. Вулканізацію здійснюють при температурах 90-180°С, як правило, в одну стадію протягом 4-20 хвилин при тиску 25-35МПа у присутності платинового каталізатора. Такий режим вулканізації виключає утворення дефектів наповненої полімерної оболонки, дозволяє використовува ти склопластикові стержні більш низького класу нагрівостійкості, а також підвищити стабільність процесу формування. Виконання еластомерної оболонки ізолятора, що заявляється, дозволяє отримувати захисні оболонки для полімерних ізоляторів, кабельних муфт, трансформаторів струму та напруги різних масо-габаритних розмірів і товщини шару оболонки. Електричні та механічні властивості вищевказаних електротехнічних виробів з оболонками, виготовленими з РСГ, що заявляється, задовольняють вимогам міжнародних та українських стандартів (ІЕС 61109, ДСТУ 3024-95, ГОСТ 28856-90, ГОСТ Р 51204-98 та інш.). Еластомерна оболонка ізолятора, що заявляється, пройшла успішні експериментальні випробування при використанні в комплекті ізолятора у випробувальному центрі НДІ високих напруг (м. Слов'янськ Донецької області). Зараз підготовлена документація на промислове виготовлення еластомерної оболонки ізолятора і на використання на її основі ізолятора при номінальних напругах від 3,3кВ постійного струму, 27,5кВ, 35кВ, 110кВ, 150кВ, 220кВ, 220кВ і 330кВ на руйнівну механічну силу 70кН, 120кН і 160кН. Джерела інформації 1. Полімерний ізолятор та спосіб його виготовлення. МПК 7 Н01В17/00. Патент України (UA) №52084, 2002. 2. Полімерна оболонка ізолятора. МПК 7 Н01В3/28, Н01В17/00. Патент UА №68545, 2005. 9 29565 Бюл. №5, 2005. 3. Insulator news and market report. Volume 8, Number 1, January-February 2000, USA, p.p.64-66. 4. Справочник резинщика. —M.: Химия, 1971. С.427-440. 10