Еластомерна оболонка полімерного ізолятора

1. Еластомерна оболонка полімерного ізолятора, що складається з суцільнолитого циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, які 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, з одного або двох кінців корпусу оболонка виконана з розтрубом дугоподібної форми, розташованим симетрично відносно поздовжньої осі корпусу оболонки і опуклістю назовні відносно неї, на торці оболонки виконаний отвір, діаметр якого (Dpторц ) перевищує вн утрішній діаметр корпусу оболонки (Dк вн), товщина стінки розтруба (hpст) складає не менше товщини стінки корпусу оболонки (hк ст), а стінка розтруба, у загальному випадку, виконана змінної по довжині розтруба товщини, при цьому місце сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки виконано плавним. 2. Еластомерна оболонка за п. 1, яка відрізняє ться тим, що оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми, що містить активні наповнювачі в кількості 20-30 мас.ч. на 100 мас.ч. рідкої силіконової гуми. 3. Еластомерна оболонка за п. 1, яка відрізняє ться тим, що як активні наповнювачі рідка силіконова гума містить пірогенетичний або осаджений аеросил. 4. Еластомерна оболонка за п. 1, яка відрізняє ться тим, що оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. 2 3 суміжними ребрами 29568 різного діаметра, які Корисна модель відноситься до області електротехніки, зокрема, до полімерних ізоляторів, і може бути використана 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 наконечники. 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 співвідношення: При цьому a /R=2,5-4,0. ізолюючий елемент виготовлений з силіконової гуми швидкої/адитивної вулканізації [1]. Недоліком відомої конструкції ізолюючого елемента, виконаного у вигляді суцільнолитої полімерної оболонки, є відсутність ефективних співвідношень геометричних розмірів її складових елементів, що не дозволяє досягнути високої надійності роботи ізолятора в жорстких умовах експлуатації. Як прототип вибрана суцільнолита полімерна оболонка, що входить до складу полімерного ізолятора, з кільцевими ребрами, які мають конусоподібне поглиблення в нижній частині [2]. Недоліком пристрою прототипу є відсутність ефективних співвідношень геометричних розмірів її складових елементів, що не дозволяє досягнути підвищення експлуатаційної надійності полімерного ізолятора, зниження енергоємності, трудомісткості і підвищення технологічності його виготовлення, а також підвищення електричної і механічної міцності прикордонного шару між електроізоляційним стержнем і ізолюючим елементом. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення експлуатаційної надійності оболонки і полімерного ізолятора на її основі шляхом удосконалення конструкції і встановлення ефективних співвідношень складу матеріалу оболонки, а також геометричних розмірів її конструктивних елементів. Вказана задача досягається тим, що в еластомерній оболонці полімерного ізолятора, що складається з суцільнолитого циліндричного корпусу з кільцевими ребрами, які 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, з одного або двох кінців корпусу 4 чергуються між собою. оболонка виконана з розтрубом дугоподібної форми, розташованим симетрично щодо поздовжньої осі корпусу оболонки і опуклістю назовні щодо неї, на торці оболонки виконаний отвір, діаметр якого (Dpторц ) перевищує вн утрішній діаметр корпусу оболонки (Dк вн), товщина стінки розтруба (hpст) складає не менше товщини стінки корпусу оболонки (hк ст), а стінка розтруба, у загальному випадку, виконана змінної по довжині розтруба товщини, при цьому місце сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки виконано плавним. Оболонка виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми, що 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 такої структурної формули CH3 CH2 = CH Si CH3 CH3 O CH3 [ Si O ] Si n CH3 CH = CH2 CH3 а як компонент В рідка силіконова гума містить сополімер діметілсилоксанів з метілгідросилоксаном такої структурної формули CH3 CH3 або H [ Si CH3 CH3 CH3 O ] [ Si H O ] Si H або CH3 CH3 З одного або двох кінців корпусу оболонка виконана з розтрубом у формі гофри. Оболонка виконана з розтрубом, товщина стінки (hpст) якого дорівнює товщині стінки (hк ст) корпусу оболонки. Оболонка виконана з розтрубом, товщина стінки (hpст) якого збільшується по напряму від місця сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки до торця оболонки. Висота розтруба оболонки (Нр) вибирається у залежності від товщині стінки (hк ст) корпусу оболонки із наступного співвідношення Нр=(2,8-5).hк ст, де Н р - висота розтруба оболонки, м, hк ст - товщина стінки корпусу оболонки, м. Оболонка виконана з суміжними ребрами однакового діаметру. Оболонка виконана з суміжними ребрами різного діаметру, які чередуються між собою. Перераховані ознаки пристрою складають сутність корисної моделі. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотни х ознак корисної моделі і 5 29568 технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. До технологічних характеристик полімерних ізоляторів відносять: стійкість (здатність) до витягання оболонки (ребер) з литтєвої пресформи 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 еластомерної оболонки полімерного ізолятора (її корпусу і розширеного розтрубу) є взаємопов'язаними. Необхідність дотримання вищезгаданих співвідношень зумовлена пружно-міцнісними властивостями матеріалу суцільнолитої оболонки (такими, як умовна міцність, відносне подовження і залишкова деформація). Так як оболонка у складі полімерного ізолятора використовується спільно з електроізоляційним склопластиковим стержнем, що розміщується всередині оболонки, і з металевими наконечниками, закріпленими на кінцях цього стержня (на Фіг.1-3 не показано), то необхідно враховувати, зокрема, прикордонні ефекти у місцях сполучення оболонки і наконечників, так як форма розтруба (форма виконання його внутрішньої і зовнішньої поверхні) на кінцях корпусу оболонки напряму залежить від геометричних параметрів наконечників (зокрема, форми виконання його зовнішньої поверхні). Для оптимізації геометричних параметрів розтруба на кінці (кінцях) оболонки були проведені як натурні експерименти, так і чисельні дослідження щодо розподілення електричного поля наконечника без диску з закругленою бічною поверхню (Фіг.4), наконечника з розтрубом у вигляді диску з закругленою бічною поверхню (Фіг.7) і наконечника з розтрубом, покритим шаром гуми (Фіг.10), а також розподілу напруженості електричного поля уздовж горизонтальної лінії, перетинаючої вищезазначені варіанти виконання наконечників з циліндричним розтрубом (див. Фіг.6, 9,12). Ескізи варіантів досліджуваних наконечників показані на Фіг.5, 8,11. На Фіг.5, 8 і 11 і на Фіг.6, 9 і 12 показані точки 1, 2, 3 і 4, за допомогою яких установлюють відповідність обчислених значень напруженості електричного поля в точках 1, 2, 3 і 4 і розташування цих точок в просторі наконечника і поблизу нього. Аналізуючи приведені на Фіг.4-12 дані, можна зробити наступні висновки. 1. Здійснення об'ємного потовщення наконечника й закруглення його країв знижує напруженість електричного поля на краях наконечника. Дійсно, порівняння напруженості електричного поля наконечників без потовщення (у формі диска із закругленою зовнішньою бічною поверхнею) (Фіг.4-6) і "поліпшеного" наконечника за заявляємим технічним рішенням (Фіг.7-9) 6 показує для останнього зниження напруженості на краях в 1,6 рази (40:25=1,6). 2. Покриття "поліпшеного" наконечника з об'ємним потовщенням шаром діелектрика (силіконової гуми) (Фіг.10-12) додатково знижує напруженість електричного поля на краях потовщення наконечника у 2,7 рази відносно напруженості електричного поля на краях потовщення без диску із закругленою зовнішньою бічною поверхнею. 3. Поліпшення геометрії наконечника шляхом об'ємного потовщення і покриття його шаром діелектрика (силіконової гуми) приводить до зниження рівня радіоперешкод більше ніж на порядок (див. таблицю 1) в результаті зниження напруженості електричного поля на краях потовщення наконечника у 2,7 разів. Залежність рівня радіоперешкод від форми виконання Ріве Тип наконечника Наконечник, показаний на Фіг.5 Наконечник, показаний на Фіг.8 Наконечник, показаний на Фіг.11 4. Покриття об'ємного потовщення наконечника шаром гуми подовжує шлях проникнення вологи до склопластикового стержня на межі розподілу «гума-метал», в результаті чого підвищується стійкість оболонки, а отже і ізолятора на її основі під час випробувань на проникнення вологи за ГОСТ 28856 [3]. Що стосується вибору матеріалу, з якого виготовляється еластомерна оболонка за заявляємим технічним рішенням, то слід зазначити наступне. 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, а також матеріал, з якого вона виготовлена, повинна бути такою, щоб забезпечити отримання максимально високих вказаних експлуатаційних і те хнологічних характеристик. Було встановлено, що вищезгадані геометричні параметри еластомерної 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). У виробництві полімерних ізоляторів широко застосовуються силоксанові гуми, наприклад, гума HV1760/65 фірми "DOW Corning" (США) [5]. У країнах СНД також виробляються подібні силоксанові гуми. При 30 кВ 5 0 0 7 29568 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 заявляємого 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 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 CH3 CH3 R [ Si CH3 O ] n Si H CH3 C=C CH3 H Si CH3 H Si CH3 O CH3 Si [ Si CH3 O ] O n Si C C Si CH3 H H Si CH3 O CH3 + Pt O H CH3 R Si CH3 H H ... CH3 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. 8 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 ін.) на основі різних видів каучуків (див., наприклад, [5]). 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, К69У, К-1520, К-1520У та ін., що випускаються в Україні і Росії, застосовується аеросил марки А175 в кількості 45-60мас.ч. на 100мас.ч. каучуку. 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 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 l )6], де Me гексахлороплатинової кислоти, Me[Pt(C - 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: 9 29568 твердість по Шору (А) - від 30 до 60 умови, 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, питомий об'ємний опір - 1,8 .1015Ом .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. Отримані результати лягли в основу розробленої конструкції і складу компонентів еластомерної оболонки полімерного ізолятора. Корисна модель ілюструється графічним матеріалом, де: на Фіг.1 показаний загальний вигляд ізолятора на основі суцільнолитої еластомерної полімерної оболонки із суміжними ребрами однакового діаметра; на Фіг.2 показаний загальний вигляд ізолятора на основі суцільнолитої еластомерної полімерної оболонки із суміжними ребрами різного діаметра, що чередуються між собою; на Фіг.3 - фрагмент розтруба корпуса оболонки, показаного на Фіг.1, із умовними позначеннями геометричних розмірів розтруба і циліндричного корпуса оболонки; на Фіг.4 показане електричне поле наконечника без диску з закругленою бічною поверхню для полімерного ізолятора на напругу 27,5кВ і руйнівну механічну силу 120кН; на Фіг.5 - ескіз наконечника без диску із закругленою бічною поверхнею; на Фіг.6 - розподіл напруженості електричного поля уздовж горизонтальної лінії, перетинаючої наконечник без диску з закругленою бічною поверхнею, що показаний на Фіг.5; на Фіг.7 електричне поле наконечника з об'ємним розширенням у вигляді диска з закругленою бічною поверхнею; на Фіг.8 - ескіз наконечника з об'ємним розширенням у вигляді диска з закругленою бічною поверхнею; на Фіг.9 - розподіл напруженості електричного поля уздовж горизонтальної лінії, перетинаючої наконечник з об'ємним розширенням у вигляді диска з закругленою бічною поверхнею, що показаний на Фіг.8; на Фіг.10 - електричне поле наконечника з об'ємним розширенням у вигляді диска з закругленою бічною поверхнею, покритим шаром діелектрика (силіконова гума); на Фіг.11 - ескіз наконечника з об'ємним розширенням у вигляді диска з закругленою бічною поверхнею, покритим шаром діелектрика (силіконова гума); на Фіг.12 розподіл напруженості електричного поля уздовж горизонтальної лінії, перетинаючої наконечник з об'ємним розширенням, покритим шаром діелектрика (силіконова гума), що показаний на Фіг.11; на Фіг.13-14 показані фотографії варіантів 10 виконання еластомерної оболонки полімерного ізолятора. На Фіг.3 прийняті наступні позначення: Нр висота розтруба; Dpторц - діаметр торцевого отвору розтруба; Dpmax - максимальний діаметр розтруба; Dк н - зовнішній діаметр корпусу оболонки; Dк вн внутрішній діаметр корпусу оболонки; hpст товщина стінки розтруба, hpст=var; hKст - товщина стінки корпусу оболонки; R3 - радіус закруглення в місці сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки. Полімерна оболонка ізолятора 1 виконана з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000 на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас.ч.), що містить активні наповнювачі. Як компонент А рідка силіконова гума містить полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами такої структурної формули CH3 CH 2 = CH Si CH3 CH3 CH3 O [ Si CH 3 O ] n Si CH = CH2 CH 3 а як компонент В рідка силіконова гума містить сополімер діметілсилоксанів з метілгідросилоксаном такої структурної формули Як активні наповнювачі рідка силіконова гума містить пірогенетичний або осаджений аеросил. в кількості 20-30мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової гуми. Оболонка має форму суцільнолитого циліндричного корпусу 2 з кільцевими ребрами 3, що мають конусоподібне поглиблення 4 в нижній частині. З одного або двох кінців оболонка виконана з розтрубом дугоподібної форми, розташованим симетрично щодо поздовжньої осі корпусу оболонки. На торці розтруба виконане отвір, діаметр якого (Dpторц ) перевищує вн утрішній діаметр корпусу оболонки (Dк вн). Товщина стінки розтруба (hpст) складає не менше товщини стінки корпусу оболонки (hк ст), причому стінка розтруба, в загальному випадку, виконана змінною по довжині розтруба товщини, а місце сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки виконано плавним. Як варіанти виконання конструкції еластомерної оболонки полімерного ізолятора можна навести такі: оболонка виконана з суміжними ребрами однакового діаметру (Фіг.1); оболонка виконана з суміжними ребрами різного діаметру, які чередуються між собою (Фіг.2); оболонка виконана з розтрубом, товщина стінки (hpст) якого дорівнює товщині стінки (hк ст) корпусу оболонки; з одного або двох кінців корпусу оболонка виконана з розтрубом у формі гофри; оболонка виконана з розтрубом, товщина стінки (hpст) якого збільшується у напрямі від місця сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки до торця оболонки, при цьому 11 29568 місце сполучення зовнішніх поверхонь розтруба і корпусу оболонки виконано із закругленням радіусу (R3). Висота розтруба оболонки (Нр) вибирається у залежності від товщині стінки (hк Kст) корпусу оболонки із наступного співвідношення Нр=(2,8-5).hк ст, де Н р - висота розтруба оболонки, м, hк ст - товщина стінки корпусу оболонки, м. Еластомерна оболонка полімерного ізолятора, що заявляється, пройшла успішні експериментальні випробування при використанні сформованих оболонок в комплекті з ізолятором у випробувальному центрі НДІ високих напруг (м.Слов'янськ Донецької області). Зараз підготовлена документація на промислове виготовлення еластомерної оболонки полімерного ізолятора і на використання ізолятора на її основі при номінальних напругах 3,3кВ постійного струму, 27,5кВ, 35кВ, 110кВ, 150кВ, 220кВ і 330кВ на руйнівну механічну силу 70кН, 120кН і 160кН. Джерела інформації 1. Полімерний ізолятор та спосіб його виготовлення. МПК7 Н01В17/00. Патент України (UA) №52084, 2002. 2. Изолятор, ограничитель перенапряжений и способ изготовления полимерной оболочки. МПК 7 Н01В17/50, Н01В19/04, Н01С17/12. Патент РФ (RU)№2203514, 2003. 3. ГОСТ 28856-90. Изоляторы линейные подвесные стержневые полимерные. Общие технические условия. - М., 1990. 4. Insulator news and market report. Volume 8, Number 1, January-February 2000, USA, p.p.64-66. 5. Справочник резинщика. - M.: Химия, 1971. С. 427-440. 12 13 29568 14 15 29568 16