Композиційний порожнистий газонаповнений ізолятор

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции полых газонаполненных композиционных изоляторов для высоковольтных аппаратов, например, высоковольтных измерительных трансформаторов. Задачей изобретения является усовершенствование конструкции, увеличение надежности, улучшение герметизации и снижение себестоимости и трудоемкости изготовления. Технический результат, который получен при осуществлении изобретения: - усовершенствована конструкция изолятора за счет создания самогерметизирующи хся разъемных соединений, т.е. промежуток между двумя герметизирующими уплотнительными прокладками заполнен жидким герметиком, например марки ВГО-1 (см. ТУ 38.303-04 - 04 - 90), который вулканизируется только при наличии кислорода; - повышена надежность за счет исключения возможности возникновения частичных разрядов в промежутке сопряжения металлических фланцев со стеклоэпоксидным цилиндром, т.к. отсутствуют острые углы на волнообразной внутренней поверхности фланцев и исключается наличие воздушных включений за счет выполнения в изоляторе вертикального кольцевого зазора, который заполнен дегазированным эпоксидным компаундом; - детали и материалы, входящие в конструкцию изолятора имеют, практически, одинаковые коэффициенты линейного расширения; - снижена себестоимость за счет применения в конструкции изолятора металлических фланцев из негазоплотного литья, кроме того, установка герметизирующи х уплотнительных прокладок на жидкий герметик снижает требования к плоскостности и высоте микронеровностей поверхностей сопряжения с прокладками; - не нарушена механическая прочность стеклоэпоксидного цилиндра за счет выполнения утолщений; - исключен контакт стеклоэпоксидного цилиндра с окружающей атмосферой; - повышен срок службы изолятора в целом, так и самого высоковольтного аппарата. Известный изолятор (А.с. СССР №1224835, кл. H01B17/14, опубл. 02.03.86) содержит изоляционную деталь в виде полого цилиндра, закрепленную по его торцам арматур у в виде дисков. Каждый из дисков выполнен с кольцевым выступом, охватывающим цилиндр у его торцов. Для повышения надежности путем увеличения электрической и механической прочности, на обращенных друг к другу поверхностях дисков, расположенных в полости цилиндра, выполнены цилиндрические выступы. Высота этих выступов равна высоте кольцевых наружных выступов. Диаметр D 2 диска определяется из соотношения D2 = D1 + 3,36 - 2,7, где D1 - наружный диаметр цилиндра, - толщина стенки цилиндра. Форма и соотношение размеров дисков и цилиндра обеспечивают создание равномерного электрического поля внутри и на поверхности тела изолятора и минимизацию нормальной составляющей вектора напряженности электрического поля на наиболее напряженном участке вблизи арматуры. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - сложность конструкции (большой вес, непрочный); - сниженная надежность, т.к. в зоне сопряжения выступов с изоляционным цилиндром повышается концентрация напряжения (скопление разрядов); - снижается механическая прочность; - ухудшаются условия эксплуатации; - снижается ударостойкость. Известный изолятор (Патент Швейцарии №612790, кл. H01B17/30, 17/26, опубл. 15.08.79), взятый за прототип, содержит цилиндрический несущий корпус из стекловолокнистого синтетического материала, т.е. стеклоэпоксидный цилиндр, на концах которого установлены металлические фланцы. Средняя часть стеклоэпоксизного цилиндра снабжена экранирующей оболочкой ("юбкой") из эластичного материала, например из силиконового эластомера, который обладает высокой эластичностью и позволяет получить цельную защитную оболочку в виде ребер и главное этот материал по своей природе совместим со стеклоэпоксидным цилиндром изолятора. Отформованные ребра после соответствующей подготовки последовательно насаживаются на стеклоэпоксидный цилиндр изолятора. Для закрепления ребер на стеклоэпоксидном цилиндре, соединения их между собой и герметизации применяется специальная клеевая композиция, основой которой является силиконовый компаунд ходового отвердения. (Отдельно изготовленные ребра насаживаются на цилиндр изолятора с покрытием и вместе с ним вулканизируются при высокой температуре). Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: - не усовершенствована конструкция изолятора; - снижена надежность изолятора (низкая механическая прочность) - на разрыв, снижена износостойкость и ударостойкость; - не исключены повреждения при транспортировке(не достаточная эластичность при всех видах деформации); - низкая гидрофобность, т.к. возможна сплошная пленка увлажнения; - исключена автоматизация производства изоляторов; - концевая арматура - металлические фланцы должны быть выполнены из газоплотного литья, что усложняет технологию изготовления изолятора. В основу изобретения поставлена задача создания (или усовершенствования) композиционного полого газонаполненного изолятора, в котором новое выполнение сопряжения стеклоэпоксидного цилиндра с металлическими фланцами, заключающееся в том, что концы стеклоэпоксидного цилиндра имеют сечение значительно больше, чем сечение остальной части цилиндра и достаточное, чтобы на его одном или обоих торцах разместить кольцевую канавку для установки в ней уплотнительной прокладки, а вторая кольцевая канавка для размещения второй уплотнительной прокладки выполнена на торцевой поверхности фланца. При этом, расстояние между кольцевыми канавками примерно равно ширине сечения уплотнительных прокладок, кроме того, выше указанные уплотнительные прокладки устанавливаются на жидкий герметик, например марки ВГО-1 (см. ТУ 38.303 - 04 - 04 - 90), который вулканизируется только при наличии кислорода, и которым покрыто основание кольцевой канавки, как на цилиндре, так и на фланце. Установка уплотнительных прокладок на жидкий герметик позволяет резко снизить требования как к высоте микронеровностей поверхностей кольцевых канавок, так и их плоскостности. Промежуток между уплотнительными прокладками заполнен жидким герметиком и созданная конструкция герметизации образует самогерметизирующиеся разъемные соединения. При этом достигается герметизация изделия, например высоковольтного аппарата с помощью уплотнительной прокладки, которая установлена на цилиндре, что позволяет исключить требование газоплотность концевой арматуры изолятора. На внутренней поверхности фланцев имеются волнообразные уступы, которые направлены в сторону утолщений цилиндра, при этом волнообразные уступы фланцев и ступенчатые проточки на утолщениях создают вертикальный кольцевой зазор, который заполнен дегазированным эпоксидным компаундом. Кроме того, волнообразные уступы на фланцах имеют плавные переходы одной поверхности в другую и не образуют острых углов, т.е. исключается наличие углов во всей зоне примыкания фланцев к цилиндру. Участок непосредственного контакта цилиндра с фланцем имеет беззазорное сопряжение, например, прессовую посадку. Созданная конструкция изолятора, имеющая высокую надежность, самогерметизирующиеся разъемные соединения и не высокую себестоимость, позволяет создать газонаполненные, например SF6, высоковольтные аппараты, которые экологически чистые, пожаровзрывобезопасные и позволяющие, кроме того, при их производстве сократить до 80% энергетические затраты. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые являются общими с аналогом (или прототипом): Композиционный полый газонаполненный изолятор содержит стеклоэпоксидный цилиндр, на концах которого установлены металлические фланцы, а на средней части цилиндра выполнены ребра - "юбка" из литьевого силикона. Перечисляем конструктивные элементы (детали, узлы), которые впервые выполнены в заявленном объекте: Конструкция изолятора дополнительно снабжена двумя герметизирующими уплотнительными прокладками и в изоляторе имеется заполнение дегазированным эпоксидным компаундом холодного отверждения. На концах стеклоэпоксидного цилиндра, в зоне его сопряжения с фланцами, имеются утолщения, на наружной поверхности которых выполнены ступенчатые проточки, а на одном или обоих торцах утолщений выполнена кольцевая канавка для установки в ней первой герметизирующей уплотнительной прокладки, кроме того, на торце одного или обоих фланцев выполнена вторая кольцевая канавка для установки в ней второй герметизирующей уплотнительной прокладки. Промежуток между установленными прокладками заполнен жидким герметиком для создания самогерметизирующи хся разъемных соединений. На внутренней поверхности фланцев выполнены волнообразные уступы, которые направлены в сторону утолщений цилиндра, при этом волнообразные уступы фланцев и ступенчатые проточки утолщений создают вертикальный кольцевой зазор, который заполнен дегазированным эпоксидным компаундом. Участок непосредственного контакта цилиндра с фланцами выполнен по прессовой посадке для герметичности соединений. Волнообразные уступы на фланцах имеют плавные переходы одной поверхности в другую и не образуют острых углов. Сечение утолщений больше, чем сечение средней части цилиндра. Расстояние между кольцевыми канавками примерно равно ширине сечения уплотнительной прокладки. Жидкий герметик используется например марки ВГО-1, который вулканизируется только при наличии кислорода. Основание кольцевых канавок покрывается жидким герметиком. Герметизирующие уплотнительные прокладки установлены на жидкий герметик. Герметизирующие уплотнительные прокладки выполнены в виде резинового кольца. Фланцы выполнены из алюминиевого сплава. Характер проявления новых свойств изобретения: - создание вертикального кольцевого зазора, заполненного дегазированным эпоксидным компаундом, образовывающий кольцевой крепящий "клин", который не имеет воздушных включений в наиболее напряженном месте изолятора, кроме того, отсутствие острых углов на волнообразных уступах фланцев не концентрируют напряжение в изоляторе при работающем высоковольтном, аппарате, что обеспечивает отсутствие в сопряжении фланца со стеклоэпоксидным цилиндром частичных разрядов или их величина не превышает нормируемой; - создание самогерметизирующихся разъемных соединений приводит к устранению натекания воздуха в вакуумируемый высоковольтный аппарат. Причинно-следственная связь заключается в том, что вся вышеуказанная совокупность существенных признаков изобретения, как каждый в отдельности, так и вместе, обеспечивает выполнение поставленной задачи изобретения - усовершенствование конструкции, увеличение надежности, улучшение герметизации и снижение себестоимости и трудоемкости изготовления. На фиг.1 показан композиционный полый изолятор, общий вид; на фиг.2 - стеклоэпоксидный цилиндр; на фиг.3 и 4 - металлический фланец; на фиг. 5 - выноска I на фиг.1 (установка уплотнительных прокладок). Композиционный полый газонаполненный изолятор содержит стеклоэпоксидный цилиндр 1, на концах которого установлены металлические фланцы 2 и 3 (концевая арматура). В средней части стеклоэпоксидного цилиндра 1 имеются ребра 4 - "юбка", выполненная, например, из литьевого силикона (фиг.1). Поверхность стеклоэпоксидного цилиндра 1 покрыта специальным раствором, обеспечивающим высокую адгезию "юбки" к стеклоэпоксидному цилиндру 1. Фланцы 2 и 3 выполнены из алюминиевого сплава (фиг.3 и 4). На концах стеклоэпоксидного цилиндра 1, в зоне их сопряжения с фланцами 2 и 3, имеются утолщения 5 и 6, по наружной поверхности которых выполнены ступенчатые проточки 7 (см. фиг.1. 2). Конструкция изолятора снабжена двумя герметизирующими уплотнительными прокладками 8 и 9 в виде резинового кольца (см. фиг.5). Сечение утолщений 5 и 6 цилиндра 1 достаточное, чтобы на одном или обоих торцах разместить кольцевую канавку 10 для установки в ней первой герметизирующей уплотнительной прокладки 8 (см. фиг.1, 2, 5). Кроме того, на торце одного или обоих фланцев 2 и 3 выполнена вторая кольцевая канавка 11 для установки в ней второй герметизирующей уплотнительной прокладки 9. Расстояние между кольцевыми канавками 10 и 11 примерно равно ширине сечения уплотнительной прокладки 8 или 9. Промежуток между уплотнительными прокладками 8 и 9 заполнен жидким герметиком 12, например ВГО1 (ТУ 38.303 - 04 - 04 - 90) для создания самогерметизирующихся разъемных соединений (см. фиг.5). Кроме того, выше указанные уплотнительные прокладки 8 и 9 устанавливаются на жидкий герметик 13 (ВГО-1), который вулканизируется только при наличии кислорода и которым покрывается основание кольцевых канавок 10 и 11. На внутренней поверхности фланцев 2 и 3 выполнены волнообразные уступы 14 и 15, которые направлены в сторону утолщений 5 и 6 цилиндра 1 (фиг.3, 4). Волнообразные уступы на фланцах 2 и 3 имеют плавные переходы одной поверхности в другую и не образуют остры х углов, при этом волнообразные уступы 14 и 15 фланцев 2 и 3 и ступенчатые проточки 7 утолщений 5 и 6 создают вертикальный кольцевой зазор, который заполнен дегазированным эпоксидным компаундом 16, т.е. кольцевой "клин" (фиг.1, 5). Место непосредственного сопряжения фланцев 2 и 3 со стеклоэпоксидным цилиндром выполнено по прессовой посадке, т.е. прессовый поясок 17 с целью обеспечения герметичности соединения (фиг.1). Заявленный композиционный полый газонаполненный изолятор работает следующим образом. Металлические фланцы 2 и 3 сопряжены со стеклоэпоксидным цилиндром 1, при этом в месте их сопряжения, выполненный вертикальный кольцевой зазор заполняется дегазированным эпоксидным компаундом 16 (фиг.1, 5). Кольцевые канавки 10 и 11 промазываются жидким герметикой марки ВГО-1 и уплотнительные прокладки 8 и 9 ставятся на жидкий герметик 13 (фиг.5), промежуток между уплотнительными прокладками 8 и 9 заполняется жидким герметиком 12 марки ВГО-1 для создания самогерметизирующего соединения. В случае разгерметизации изделия, например, высоковольтного аппарата (не показан), по герметизирующей уплотнительной прокладке 8, в местах ее сопряжения с деталью 18 высоковольтного аппарата, при его вакуумировке, в месте течи, т.е. места разгерметизации, затягивается захватываемый воздухом жидкий герметик 12, например марки ВГО-1, который вулканизируется только при наличии кислорода и происходит его вулканизация, что приводит к устранению натекания воздуха в вакуумируемый высоковольтный аппарат, т.е. происходит самогерметизация перед заполнением его рабочим изоляционным, газом, например SF6 (элегаз). Вертикальное расположение кольцевого зазора между фланцами 2 и 3 и утолщениями 5 и 6, во время заполнения его жидким дегазированным эпоксидным компаундом 16, позволяет свободному выходу воздуха, кроме того, отсутствие остры х углов на волнообразных уступах 14 и 15 фланцев 2 и 3 и подбор материала, например фланцы 2 и 3 - из алюминиевого сплава, цилиндр 1 - из стеклоэпоксида, кольцевой крепящий "клин" 16 - из эпоксидного компаунда имеют практически одинаковый коэффициент линейного расширения, что позволяет в наиболее напряженном месте (см. выноску 1 по фиг.1) изолятора при работающем высоковольтном аппарате, обеспечить уровень частичных, разрядов, не превышающий нормируемой величины. Заявленный композиционный полый газонаполненный изолятор позволит: - повысить срок службы изолятора и высоковольтного аппарата в целом за счет отсутствия частичных разрядов в зоне сопряжения фланцев со стеклоэпоксидным цилиндром или частичные разряды не превышают нормируемой величины ЧР £ 10пКл при напряжении их измерения; - создать самогерметизирующиеся разъемные соединения, обеспечивающие надежную герметизацию изделий; - создать взрыво-пожаробезопасные, экологически чистые высоковольтные аппараты высокой надежности; - снизить себестоимость изготовления изделий за счет исключения из конструкции газоплотного литья; - снизить трудоемкость изготовления изделий за счет самогерметизации разъемных соединений при их сборке.