Високовольтний підвісний ізолятор

Реферат: Винахід належить до основних елементів електричного обладнання, зокрема до електричних ізоляторів повітряних ліній електропередачі і є пристроєм високовольтного підвісного ізолятора. Високовольтний підвісний ізолятор, переважно аеродинамічного профілю, містить металеву шапку, металевий стержень і ізоляційну деталь. Деталь складається з головки і тарілки, виконаної у вигляді сегмента сфери та змінної товщини, що поступово зменшується на ділянці від головки до краю тарілки. На нижній поверхні тарілки виконане щонайменше одне кільцеве ребро і/або потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки, край якої має каплеподібне потовщення. Відношення довжини шляху витоку (L) до діаметра тарілки (D) лежить в межах 0,9-1,05, а відношення товщини ізоляційної деталі біля краю шапки (h) до товщини ізоляційної деталі перед каплеподібним потовщенням краю тарілки (hо) знаходиться в межах 1,2-1,4. Технічним результатом винаходу є підвищення аеродинамічних характеристик і підвищення надійності експлуатації гірлянд ізоляторів при атмосферних та промислових забрудненнях. UA 99667 C2 (12) UA 99667 C2 UA 99667 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до основних елементів електричного обладнання, зокрема до електричних ізоляторів повітряних ліній електропередачі і є пристроєм високовольтного підвісного ізолятора. Відомі лінійні підвісні тарілчасті ізолятори ПС120Б, ПС160В, ПС210В (ГОСТ 27661-88), що містять шапку, стержень і ізоляційну деталь, що складається з головки і тарілки з кільцевими ребрами на внутрішній поверхні. Недоліком цих ізоляторів є низькі аеродинамічні характеристики, обумовлені конфігурацією ізоляційної деталі і співвідношенням вищевказаних розмірних параметрів. Крім того, ці ізолятори погано самоочищаються під дією вітру та дощу від забруднень і вимагають частого чищення. Відомий високовольтний підвісний ізолятор, що вибраний як аналог, і який містить шапку, стержень і ізоляційну деталь, що складається з головки і гладкої тарілки, виконаної у вигляді сегмента сфери [1]. Недоліком цього ізолятора є низькі аеродинамічні характеристики, обумовлені конфігурацією ізоляційної деталі і співвідношенням розмірних параметрів. Такий ізолятор ефективний при його експлуатації в районах з незначними забрудненнями. У районах з інтенсивними забрудненнями поверхня ізоляційної деталі, особливо її розвинена внутрішня порожнина, сильно забруднюється. Внаслідок цього ізолятор погано самоочищається під дією вітру та дощу від забруднень і вимагає частого (періодичного) чищення. Як найбільш близький аналог вибраний високовольтний підвісний ізолятор, який містить шапку, стержень і ізоляційну деталь, що складається з головки і гладкої тарілки, виконаної у вигляді сегмента сфери, при цьому на нижній поверхні тарілки виконане щонайменше одне кільцеве ребро і/або потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки [2]. Аеродинамічні характеристики цього ізолятора вище, ніж у ізолятора аналога, однак виявляються недостатньо ефективними при експлуатації в районах з інтенсивними забрудненнями і несприятливими кліматичними умовами (райони з малою кількістю опадів та сильними вітрами, наприклад пустелі, напівпустелі, степи або райони з сильними туманами). Крім того, недоліком прототипу є відсутність ефективних співвідношень основних розмірних параметрів ізолятора, що знижує надійність експлуатації як окремо ізолятора, так і гірлянд ізоляторів. В основу винаходу поставлена задача підвищення аеродинамічних характеристик і підвищення надійності експлуатації гірлянд ізоляторів при атмосферних та промислових забрудненнях шляхом встановлення ефективних співвідношень основних розмірних параметрів ізолятора, що сприятиме підвищенню надійності експлуатації як окремо ізолятора, так і гірлянд з однотипних ізоляторів. Поставлена задача вирішується тим, що у високовольтному підвісному ізоляторі, переважно аеродинамічного профілю, що містить металеву шапку, металевий стержень і ізоляційну деталь, що складається з головки і тарілки, виконаної у вигляді сегмента сфери та змінної товщини, що поступово зменшується на ділянці від головки до краю тарілки, при цьому на нижній поверхні тарілки виконане щонайменше одне кільцеве ребро і/або потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки, край якої має каплеподібне потовщення, новим є те, що відношення довжини шляху витоку (L) до діаметра тарілки (D) лежить в межах 0,9-1,05, а відношення товщини ізоляційної деталі біля краю шапки (h) до товщини ізоляційної деталі перед каплеподібним потовщенням краю тарілки (ho) знаходиться в межах 1,2-1,4. Кільцеве ребро виконано з вертикальним перерізом у формі зрізаного конуса з округленою вершиною, направленою донизу, при цьому кільцеве ребро виконано плавно спряженим по радіусах (r1, r2) з обох боків з нижньою поверхнею тарілки, а потовщення основи нижньої частини головки виконано плавно спряженим по радіусу (Rп) з внутрішньою поверхнею головки. Основа каплеподібного потовщення краю тарілки виконана спряженою з виступом прямокутної форми, вершина якого обернена усередину, при цьому місця спряження по радіусах кільцевого ребра з нижньою поверхнею тарілки та потовщення основи нижньої частини головки з внутрішньою поверхнею головки виконані із забезпеченням умови Rп  r1  r2. Перераховані вище ознаки складають суть винаходу. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Ізолятори складаються з ізоляційної деталі, виконаної з електротехнічного фарфору або загартованого скла, чавунної шапки і сталевого стержня. На повітряних лініях електропередач високої напруги застосовують гірлянди, що складаються з послідовно з'єднаних ізоляторів. 1 UA 99667 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Кількість ізоляторів в гірлянді визначається номінальною напругою лінії й умовами експлуатації, наприклад забрудненістю і зволоженістю атмосфери в місцях проходження лінії. Ізолятор повітряних ліній електропередачі піддаються впливу атмосферних опадів і промислових забруднень. Навіть невелике забруднення значно знижує електричну міцність ізоляції. Значна кількість аварій на повітряних лініях електропередачі відбувається при перекритті лінійних ізоляторів внаслідок їх забруднення. При експлуатації ізоляторів в районах з інтенсивними забрудненнями, але малою кількістю опадів, аеродинамічні характеристики, обумовлені формою і розмірними параметрами ізоляційної деталі найбільш близького аналога, виявляються недостатніми, погіршуються умови самоочищення ізоляторів від забруднень, що підвищує ймовірність перекриття гірлянд ізоляторів та знижує надійність їх експлуатації. Було встановлено, що саме відношення довжини шляху витоку до діаметра тарілки, а також відношення товщини ізоляційної деталі біля краю шапки до товщини ізоляційної деталі біля краю тарілки є одними з найголовніших співвідношень, що характеризують основні розмірні параметри високовольтних підвісних ізоляторів аеродинамічного профілю. При цьому було експериментально досліджено, що саме заявлені значення співвідношень (L/D) = 0,9-1,05, забезпечують найбільш ефективні аеродинамічні показники. Форма ізоляційної деталі, виконаної у вигляді сегмента сфери зі збільшеним діаметром і малою висотою тарілки, виконаної змінної товщини, що поступово зменшується на ділянці від головки до краю тарілки, сприяє меншому осадженню забруднених часток на поверхні ізоляційної деталі, її якісному обдуванню потоками повітря, що забезпечує можливість самоочищення ізоляторів під дією вітру від забруднень, підвищуючи надійність експлуатації гірлянд ізоляторів при атмосферних та промислових забрудненнях. Цьому також сприяє форма виконання потовщення основи нижньої частини головки і/або кільцевого ребра, що має вертикальний переріз у формі зрізаного конуса з округленою вершиною, направленою донизу, при цьому кільцеве ребро виконано плавно спряженим по радіусах з одного боку з нижньою поверхнею тарілки, а з другого боку - з внутрішньою поверхнею головки. Було встановлено, що при відношенні (L/D)1,05 спостерігається погіршення аеродинамічних показників і збільшення кількості забруднень на нижній поверхні тарілки, що призводить до зниження розрядних напруг в умовах забруднень. Також було експериментально встановлено, що при (h/hо)1,4 різко знижується технологічність виготовлення ізоляційної деталі, а також погіршуються її властивості (зокрема, ступінь та однорідність закалювання). Суть технічного рішення пояснюється фіг. 1-3, де на фіг. 1 представлений лінійний підвісний ізолятор, що містить одночасно одне кільцеве ребро і потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки; на фіг. 2 представлений лінійний підвісний ізолятор, що містить тільки одне кільцеве ребро; на фіг. 3 представлений лінійний підвісний ізолятор, що містить тільки потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки. Тут прийняті такі позначення: 1 - ізоляційна деталь; 2 - головка; 3 - тарілка; 4 - металева шапка; 5 - металевий стержень; 6 - край тарілки 3; 7 - цементно-піщана зв'язка; 8 - кільцеве ребро; 9 - нижня поверхня тарілки 3; 10 - каплеподібне потовщення краю 6 тарілки 3; 11 - виступ прямокутної форми; 12 - потовщення основи нижньої частини головки 2; Н - будівельна висота, L - довжина шляху витоку (пунктирна лінія); D - діаметр тарілки; d - діаметр стержня. Лінійний підвісний ізолятор складається з ізоляційної деталі 1 на основі загартованого оптично прозорого електроізоляційного скла, що складається з головки 2 і тарілки 3, виконаної у вигляді сегмента сфери, металевої шапки 4, закріпленої на головці 2 ізоляційної деталі 1, металевого стержня 5, вмонтованого всередину головки 2. Тарілка 3 виконана змінної товщини, що поступово зменшується на ділянці від головки 2, де її значення становить (h), до краю 6 тарілки 3, де її значення становить (ho). Кріплення шапки 4 і стержня 5 з ізоляційною деталлю 1 здійснюється за допомогою цементно-піщаної зв'язки 7. На нижній поверхні ізоляційної деталі 1 виконано щонайменше одне кільцеве ребро 8. При цьому відношення довжини шляху витоку (L) (позначено пунктирними лініями на фіг. 1) до діаметра (D) тарілки 3 лежить в межах 0,9-1,05, а відношення товщини ізоляційної деталі біля краю шапки 4 (h) до товщини ізоляційної деталі тарілки перед каплеподібним потовщенням 10 краю 6 тарілки 3 (hо) знаходиться в межах 1,2-1,4. 2 UA 99667 C2 5 10 15 20 25 30 Крім того, кільцеве ребро 8 виконано з вертикальним перерізом у формі зрізаного конуса з округленою вершиною, направленою донизу. При цьому кільцеве ребро 8 виконано плавно спряженим по радіусах (r1, r2) з нижньою поверхнею 9 тарілки 3, а потовщення 12 основи нижньої частини головки 2 виконано плавно спряженим по радіусу (Rп) з внутрішньою поверхнею головки 2. У свою чергу, місця спряження по радіусах кільцевого ребра з нижньою поверхнею тарілки та потовщення основи нижньої частини головки з внутрішньою поверхнею головки 2 виконані із забезпеченням умови Rпr1r2. Основа каплеподібного потовщення 10 краю тарілки 2 виконана спряженою з виступом прямокутної форми 11, вершина якого обернена усередину і у напрямку до осі симетрії ізолятора (на фіг. 1-3 не позначена). Потовщення 12 основи нижньої частини головки 2 виступає за край нижньої поверхні 9 тарілки 2. Заявлюваний аеродинамічний профіль ізоляційної деталі робить такий тип ізоляторів оптимальним для використання в районах з сильними вітрами (пустелі, степи, прибережні райони). Всі забруднення легко здуваються вітром з поверхні ізоляційної деталі. Результати проведених випробувань ізоляторів підтверджують зниження вірогідності перекриття гірлянд ізоляторів внаслідок забруднення на 15-20 %. Крім того, було встановлено, що збільшення товщини тарілки біля шапки забезпечує підвищення витримуваних імпульсних напруг на 5-7 %, а форма виконання ребра - також на 3-5 %, тобто сумарне підвищення витримуваних імпульсних напруг складає 8-12 %. Крім того, пропонований ізолятор при встановленні його першим (верхнім) в гірлянді типових ізоляторів може використовуватися як "парасолька" для захисту інших ізоляторів гірлянди від за бруднень (наприклад, посліду птахів). Серед переваг пропонованого ізолятора можна також відзначити виконання вимоги деяких країн до лінійних підвісних ізоляторів щодо зниження рівня шумів, що утворюються при охолодженні вітром гірлянди ізоляторів, а також внаслідок виникаючої турбулентності повітряного потоку. Аеродинамічна форма ізоляційної деталі сприяє зниженню турбулентності повітряного потоку, за рахунок чого рівень шумів значно знижується. Джерела інформації: 3 1 А.С. СРСР № 851499, МКВ Н01В17/02. Опубл. 30.07.1981, Бюл. № 28. 2. UA № 52677. МПК (2009) Н01В 17/02. Опубл. 10.09.2010, Бюл. № 17. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 1. Високовольтний підвісний ізолятор, переважно аеродинамічного профілю, що містить металеву шапку, металевий стержень і ізоляційну деталь, що складається з головки і тарілки, виконаної у вигляді сегмента сфери змінної товщини, що поступово зменшується на ділянці від головки до краю тарілки, при цьому на нижній поверхні тарілки виконане щонайменше одне кільцеве ребро і/або потовщення основи нижньої частини головки, що виступає за край нижньої поверхні тарілки, край якої має каплеподібне потовщення, який відрізняється тим, що відношення довжини шляху витоку (L) до діаметра тарілки (D) лежить в межах 0,9-1,05, а відношення товщини ізоляційної деталі біля краю шапки (h) до товщини ізоляційної деталі перед каплеподібним потовщенням краю тарілки (hо) знаходиться в межах 1,2-1,4. 2. Високовольтний підвісний ізолятор за п. 1, який відрізняється тим, що кільцеве ребро виконано з вертикальним перерізом у формі зрізаного конуса з округленою вершиною, направленою донизу, при цьому кільцеве ребро виконано плавно спряженим по радіусах (r1, r2) з обох боків з нижньою поверхнею тарілки, а потовщення основи нижньої частини головки виконано плавно спряженим по радіусу (Rп) з внутрішньою поверхнею головки. 3. Високовольтний підвісний ізолятор за п. 1, який відрізняється тим, що основа каплеподібного потовщення краю тарілки виконана спряженою з виступом прямокутної форми, вершина якого обернена усередину, при цьому місця спряження по радіусах кільцевого ребра з нижньою поверхнею тарілки та потовщення основи нижньої частини головки з внутрішньою поверхнею головки виконані із забезпеченням умови Rп  r1  r2. 3 UA 99667 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4