Еластомерна оболонка ізолятора

1. Еластомерна оболонка ізолятора, яка виконана з еластичної силіконової полімерної композиці ї а ди ти вно ї вулканіза ці ї у ви гля ді суцільноли то го ци лі ндр ично го корп усу з кі льце вими ре брами , що мають кон усоп оді бне поглиблення 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.) і містить активні наповнювачі в кількості 20-30 мас.ч. на 100 мас.ч. рідкої силіконової гуми, причому як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими гр уп а м и , як ко мп он ен т В р і дка си лік он о ва гум а м і сти ть сп і впо ліме р диметилсилоксані в з метилгідро силоксаном, а як акти вні напо внювачі рідка силіконова гума містить пірогенетичний або осаджений аеросил. 2. 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 CH3 CH3 CH3 Винахід 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 кільце вих ребер, що мають конусоподібне поглиблення в нижній частині. Кут нахилу утворюючої конусоподібного поглиблення до площини його основи a , в градусах, і радіус закруглення в місці примикання поверхні поглиблення до корпусу ізолюючого елемента R, в міліметрах, вибраний з наступного співвідношення: a R = 2,5 - 4,0 . При цьому ізолюючий елемент може бути виготовлений з силіконової гуми швидкої/адитивної вулканізації [1]. CH3 H CH3 (19) UA (11) . 3. 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. (13) CH3 або H - - Si - O - - - Si - O - -Si -H або CH3 84819 , а як компонент В рідка силіконова гума містить співполімер диметилсилоксанів з метилгідросилоксаном такої структурної формули CH3 CH3 CH3 C2 CH2=CH - Si - O - - Si - O - -Si -CH=CH2 n CH3 CH3 CH3 3 84819 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 420720 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 винаходу 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 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 міс 4 тить 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 CH3 CH3 CH3 або H - - Si - O - - - Si - O - -Si -H або CH3 H CH3 CH3 Перераховані ознаки пристрою складають сутність винаходу. Наявність причинно - наслідного зв'язку між сукупністю істотни х ознак винаходу 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 енергоємність, трудомісткість і підвищити те хнологічність його виготовлення за рахунок виключення операцій монтажу. У свою чергу, ефективні співвідношення складових компонентів оболонки дозволяють досягнути оптимальних експлуатаційних і те хнологічних характеристик полімерних ізоляторів на її основі. 5 84819 До основних експлуатаційних характеристик полімерних ізоляторів відносять: Eв.р.h - напруженість електричного поля, при якій відбувається розряд по поверхні ізолятора в забрудненому і зволоженому стані (кВ/см); Т-трекінгоерозійна 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 те хнологічних характеристик. Було встановлено, що ви щезгадані геометричні параметри захисної ребристої оболонки полімерного ізолятора є взаємопов'язаними. Необхідність дотримання вищезгаданих співвідношень зумовлена пружно-міцнісними властивостями матеріалу суцільнолитої оболонки (такими, як умовна міцність, відносне подовження і залишкова деформація). 6 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, птахи 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 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]). 7 84819 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, К-1520, К-1520У та інш., що вип ускаються 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 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 пружно-еластичні та інші властивості вулканізатів. Згідно з винаходом (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 1,31,5 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, 8 питомий об'ємний опір - 1,8 × 1015 Ом × см , тангенс кута діелектричних втрат - від 3 ×10-3 до 6 ×10-4 , трекінго-ерозійна стійкість - 4,5кВ, клас займистості - FV(ПB)0, тобто досягається (у порівнянні з аналогом і прототипом) підвищення експлуатаційної надійності, електричної і механічної міцності полімерної оболонки ізолятора з одночасним підвищенням технологічності її виготовлення і зниженням маси внаслідок застосування РСГ. Винахід 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 використовувати 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. 9 84819 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. Бюл. №5, 2005. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 10 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. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601