RU2297056C1

RU2297056C1 - High-voltage suspension insulator

Info

Publication number: RU2297056C1
Application number: RU2006112286/09A
Authority: RU
Inventors: Вадим Валерьевич Старцев (RU); Вадим Валерьевич Старцев
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Арматурно-Изоляторный Завод"
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-04-10
Also published as: WO2007120076A1

Abstract

FIELD: electrical engineering; high-voltage suspension insulators.

SUBSTANCE: proposed high-voltage suspension insulator has metal cap, metal stick with head or any other bulge, and insulating part made of tracking-resistant silicone rubber; its head is press-fitted between metal stick and metal cap. Insulator also has disk-shaped member with hole that functions to join metal cap with insulating part. The latter is composite part incorporating more than one annular skirt. Insulating part skirts have concentric ribs.

EFFECT: enhanced operating reliability, simplified design, reduced cost.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным подвесным изоляторам воздушных линий электропередачи, рассчитанным на напряжение преимущественно 6-1150 кВ.The invention relates to electrical engineering, in particular to high-voltage suspended insulators of overhead power lines, designed for a voltage of mainly 6-1150 kV.

Обычно такие изоляторы имеют соосно установленные шапку, стержень и изоляционную деталь, выполненную из электротехнического фарфора или закаленного стекла (Стандарт IEEE Power Eng.-Rev., 1982, v. 2, N 10, p.35, fig.3, а также Цимберов Л.И. Линейные изоляторы. М.: Энергия, 1976, с.14). Для разных классов напряжения такие изоляторы собирают в гирлянды с количеством изоляторов, соответствующим напряжению. Например, для линий 35 кВ используют 3 последовательно соединенных изолятора, для линий 110 кВ используют от 9 до 11 последовательно соединенных изоляторов. Шапка и стержень подвесных изоляторов имеют шарнирное крепление, позволяющее последовательно соединять шапку одного изолятора со стержнем другого изолятора. Такое соединение традиционно применяется в конструкции подвесных изоляторов (стандарт IEC60120, ГОСТ 6490) и не является предметом рассмотрения в данном изобретении.Typically, such insulators have a coaxially mounted cap, rod, and insulating part made of electrical porcelain or tempered glass (IEEE Power Eng.-Rev., 1982, v. 2, N 10, p. 35, fig. 3, as well as Zimbers L.I. Linear Insulators (Moscow: Energia, 1976, p. 14). For different voltage classes, such insulators are collected in garlands with the number of insulators corresponding to the voltage. For example, for 35 kV lines use 3 series-connected insulators, for 110 kV lines use from 9 to 11 series-connected insulators. The cap and the rod of the suspension insulators are hinged, allowing you to consistently connect the cap of one insulator with the rod of another insulator. Such a connection is traditionally used in the design of suspension insulators (standard IEC60120, GOST 6490) and is not the subject of consideration in this invention.

Известны также высоковольтные изоляторы, имеющие соосно установленные шапку, стержень и изоляционную деталь, выполненную из электротехнического фарфора или закаленного стекла с различными усовершенствованиями, не меняющими совокупность этих деталей и материал изоляционной детали (SU 1619957, SU 1644667, SU 1579303, US 4792647, US 4670624, US 4803311, US 2157094, GB 2157094, US 4406918, US 4689445).Also known are high-voltage insulators having a coaxially mounted cap, rod and insulating part made of electrical porcelain or tempered glass with various improvements that do not change the combination of these parts and the material of the insulating part (SU 1619957, SU 1644667, SU 1579303, US 4792647, US 4670624, US 4670624 , US 4803311, US 2157094, GB 2157094, US 4406918, US 4689445).

Наиболее близким аналогом является изолятор по патенту US 5147984 (1992), состоящий из металлической шапки, металлического стержня, изоляционной детали, выполненной из фарфора с прикрепленными к ней юбками из полимерных материалов.The closest analogue is the insulator according to patent US 5147984 (1992), consisting of a metal cap, a metal rod, an insulating part made of porcelain with skirts made of polymer materials attached to it.

Существенным недостатком указанных аналогов является использование в качестве материала изоляционной детали фарфора или закаленного стекла как наиболее механически прочного из известных общеупотребительных электроизоляционных материалов. Закалка обеспечивает повышенную термостойкость стеклянной детали, сопротивление сжатию и изгибу. Но вместе с твердостью и статической прочностью изолятор приобретает свойства, характерные для любого стекла и фарфора: хрупкость, низкая ударная динамическая прочность. Кроме того, вследствие разного коэффициента термического расширения металла и стекла (фарфора) необходимо компенсировать разные величины расширения в местах соединения изоляционной детали с металлической шапкой и стержнем. Это достигается путем демпфирующих прокладок, промазок и т.д. Изоляторы со стеклянной или фарфоровой деталью обладают большим весом, создающим неудобства при монтаже, подвержены вандализму, имеют большой процент боя при транспортировке, что удорожает монтаж.A significant drawback of these analogues is the use of porcelain or tempered glass as the most mechanically strong of the known commonly used insulating materials as the insulating material of the material. Tempering provides increased heat resistance of the glass part, resistance to compression and bending. But together with hardness and static strength, the insulator acquires the properties characteristic of any glass and porcelain: fragility, low impact dynamic strength. In addition, due to the different coefficient of thermal expansion of metal and glass (porcelain), it is necessary to compensate for different expansion values at the junctions of the insulating part with the metal cap and the rod. This is achieved by damping pads, grease, etc. Insulators with a glass or porcelain part have a large weight, which creates inconvenience during installation, are subject to vandalism, have a large percentage of battle during transportation, which makes installation more expensive.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности изоляторов, упрощение конструкции и снижение стоимости.The aim of the invention is to increase the operational reliability of insulators, simplifying the design and reducing cost.

Этот результат достигается за счет того, что высоковольтный изолятор содержит металлическую шапку, металлический стержень с головкой или иным утолщением и электроизоляционную деталь. Изолятор отличается тем, что электроизоляционная деталь выполнена из трекингостойкой кремнийорганической резины, и ее головка запрессована между металлическим стержнем и металлической шапкой.This result is achieved due to the fact that the high-voltage insulator contains a metal cap, a metal rod with a head or other thickening, and an electrical insulating part. The insulator is characterized in that the electrical insulating part is made of tracking-resistant silicone rubber, and its head is pressed between a metal rod and a metal cap.

Для эффективного применения устройства толщина стенки электроизоляционной детали должна быть не менее S(мм)=Uпр(кВ)/Е(кВ/мм), где Uпр - необходимое напряжение пробоя изолятора в изоляционной среде (масле), Е - электрическая прочность силиконовой резины. Обычно подвесные изоляторы из стекла и фарфора имеют напряжение пробоя около 130 кВ. Для изолятора из резины с аналогичными характеристиками потребуется толщина стенки изоляционной детали не менее 6 мм.For effective use of the device, the wall thickness of the insulating part must be at least S (mm) = Upr (kV) / E (kV / mm), where Upr is the required breakdown voltage of the insulator in the insulating medium (oil), E is the electrical strength of silicone rubber. Usually pendant insulators made of glass and porcelain have a breakdown voltage of about 130 kV. For a rubber insulator with similar characteristics, a wall thickness of the insulating part of at least 6 mm will be required.

Резина под металлической шапкой обеспечивает необходимые механические свойства изоляционному телу изолятора благодаря конструкции шапки и стержня, показанной на фиг.1. Механическую нагрузку от металлического стержня вниз и в стороны воспринимает металлическая шапка через слой резины. Диаметр утолщения на металлическом стержне в головке должен быть больше диаметра отверстия в шапке. Этим достигается распределение растягивающей нагрузки от стержня к шапке в сжимающую нагрузку стержня на слой силиконовой резины и от нее на шапку. В сжатом состоянии резина передает нагрузки вниз и боковые нагрузки на металлический штырь, так как указанные нагрузки также направлены на сжатие.The rubber under the metal cap provides the necessary mechanical properties of the insulating body of the insulator due to the design of the cap and the rod shown in figure 1. The mechanical load from the metal rod down and to the side is perceived by a metal cap through a layer of rubber. The diameter of the thickening on the metal rod in the head should be larger than the diameter of the hole in the cap. This achieves the distribution of the tensile load from the rod to the cap to the compressive load of the bar on the silicone rubber layer and from it to the cap. In a compressed state, the rubber transfers loads downward and lateral loads to the metal pin, since these loads are also directed to compression.

Кремнийорганическая резина помещается между шапкой изолятора и стержнем следующими способами: 1) при изготовлении сырая резина под давлением заполняет полость между шапкой и стержнем, заложенными заранее в форму, повторяющую очертания юбок, в которой происходит последующая вулканизация; шапка и стержень до этого совместно отлиты из металла, имеют зазор между собой, но стержень не может быть вынут из шапки из-за разности диаметров утолщения стержня и отверстия шапки; 2) головка изолирующей детали отливается или прессуется на стержне, вулканизируется, металлическая шапка из деформируемого металла надевается на изготовленную головку изолирующей детали с последующей деформацией металлической шапки до необходимой формы, радиальным прессованием от радиуса к центру, поперечной прокаткой или концентрической накаткой, когда при вращении заготовка шапки давильным роликом последовательно деформируется до необходимой формы и диаметр отверстия станет меньше диаметра утолщения стержня (фиг.2 и 3); 3) головка изолирующей детали из силиконовой резины отливается или прессуется совместно с особым элементом 4 в виде диска с отверстием (фиг.4). При этом данный элемент имеет отверстие диаметром меньше, чем диаметр утолщения стержня в головке, и больше диаметра нижнего (для шарнирного соединения) утолщения стержня. Благодаря этому элемент 4 надевается на стержень для последующей отливки или прессования силиконовой изоляционной детали между ними. После вулканизации силиконовой изоляционной детали на элемент 4 монтируется шапка. Монтаж шапки на деталь 4 может производиться любым способом: резьбовым соединением, сваркой, пайкой, штифтовым методом.Organosilicon rubber is placed between the cap of the insulator and the core in the following ways: 1) in the manufacture of crude rubber under pressure fills the cavity between the cap and the core, laid in advance in a form that repeats the shape of the skirts in which subsequent vulcanization occurs; the cap and the rod were previously jointly cast from metal, have a gap between themselves, but the rod cannot be removed from the cap due to the difference in the diameters of the thickening of the rod and the opening of the cap; 2) the head of the insulating part is cast or pressed on the rod, vulcanized, the metal cap of the deformable metal is put on the manufactured head of the insulating part with the subsequent deformation of the metal cap to the required shape, radial pressing from the radius to the center, transverse rolling or concentric knurling, when during rotation the workpiece the caps with a pressure roller are successively deformed to the required shape and the diameter of the hole will become less than the diameter of the core thickening (FIGS. 2 and 3); 3) the head of the insulating part made of silicone rubber is cast or pressed together with the special element 4 in the form of a disk with a hole (figure 4). Moreover, this element has a hole with a diameter less than the diameter of the thickening of the rod in the head, and more than the diameter of the lower (for swivel) thickening of the rod. Due to this, the element 4 is put on the rod for subsequent casting or extrusion of the silicone insulating part between them. After vulcanization of the silicone insulating part, a cap is mounted on element 4. The cap can be mounted on part 4 by any method: threaded connection, welding, soldering, pin method.

Электроизоляционная деталь, выполненная из такой резины, является прекрасным диэлектриком между колпаком и штырем. Термическая стойкость такого изолятора составляет более 350 градусов и ограничена только термостойкостью силиконовой резины и температурой плавления металла колпака и штыря. Электроизоляционная деталь сама становится демпфирующей прокладкой, компенсирующей возможные разные коэффициенты температурного расширения материала колпака и штыря. Вследствие этого изолятор может выдерживать резкие перепады температуры до 300 градусов (термошок), что на порядок выше, чем у всех существующих изоляторов. Упругие свойства изолятора и отсутствие хрупких деталей позволяют транспортировать изоляторы без боя. Отсутствие стеклянной детали исключает вандализм в отношении изоляторов и снижает риск расстрела изоляторов из оружия. Уменьшение веса изолятора дает экономию на транспортных расходах.The electrical insulating part made of such rubber is an excellent dielectric between the cap and the pin. The thermal resistance of such an insulator is more than 350 degrees and is limited only by the heat resistance of silicone rubber and the melting temperature of the metal of the cap and pin. The electrical insulating part itself becomes a damping pad that compensates for the possible different coefficients of thermal expansion of the cap and pin material. As a result, the insulator can withstand sudden changes in temperature up to 300 degrees (thermal shock), which is an order of magnitude higher than all existing insulators. The elastic properties of the insulator and the absence of brittle parts allow the transport of insulators without a fight. The absence of a glass part eliminates vandalism against insulators and reduces the risk of guns being shot dead. Reducing the weight of the insulator saves on transportation costs.

Часть силиконовой электроизоляционной детали, выступающая за пределы металлической шапки, может иметь разнообразную конфигурацию. Эта часть может иметь вид одной гладкой концентрической юбки (фиг.5), концентрической юбки с ребрами для увеличения пути утечки тока по поверхности (фиг.1, 2, 3, 4), двух юбок (фиг.6) и более. Такая выступающая часть силиконовой изоляционной детали может быть изготовлена вместе с частью, находящейся под металлической шапкой, а может изготавливаться отдельно с последующим приклеиванием к силиконовой части, заранее изготовленной отдельно, с образованием неразъемной без зазоров силиконовой изоляционной детали.The part of the silicone insulating part that extends beyond the metal cap may have a variety of configurations. This part may take the form of one smooth concentric skirt (Fig. 5), a concentric skirt with ribs to increase the creepage distance of the current along the surface (Figs. 1, 2, 3, 4), two skirts (Fig. 6) and more. Such a protruding part of the silicone insulating part can be made together with the part located under the metal cap, and can be made separately, followed by gluing to the silicone part, prefabricated separately, with the formation of a silicone insulating part indivisible without gaps.

Кремнийорганическая резина в подвесных изоляторах иногда используется как покрытие на изоляционную деталь из фарфора или стекла. Так же как в прототипе, отдельно изготовленные из резины внешние части изоляционной детали приклеены к той части изоляционной детали, которая изготовлена из фарфора и находится под металлической шапкой. В прототипе, как и в других аналогах, механическую нагрузку выдерживает фарфоровая часть изоляционной детали. Изоляционная деталь подвесного изолятора никогда не выполнялась полностью из трекингостойкой силиконовой резины. Применение специальной конструкции шапки и стержня, а также способа формирования между ними силиконовой изоляционной детали дало возможность получения изолятора, в котором изоляционная деталь несет механическую нагрузку, достаточную для работы подвесного изолятора. В опытных образцах, изготовленных на заводе, изоляторы выдержали нагрузки до 160 кН без потери электрической прочности.Silicone rubber in suspended insulators is sometimes used as a coating on an insulating piece of porcelain or glass. As in the prototype, the outer parts of the insulating part separately made of rubber are glued to that part of the insulating part, which is made of porcelain and is located under a metal cap. In the prototype, as in other analogues, the porcelain part of the insulating part withstands the mechanical load. The insulating part of the suspension insulator has never been made entirely of tracking resistant silicone rubber. The use of the special design of the cap and the rod, as well as the method of forming a silicone insulating part between them, made it possible to obtain an insulator in which the insulating part carries a mechanical load sufficient for the suspension insulator to work. In the prototypes manufactured at the plant, the insulators withstood loads of up to 160 kN without loss of electrical strength.

Использование кремнийорганической резины в качестве материала для электроизоляционной детали придает изолятору свойства гидрофобности и грязеотталкивающей способности, что в сравнении с традиционными фарфором и стеклом позволяет эксплуатировать изоляторы на открытых распределительных устройствах в условиях высокой загрязненности атмосферы без перекрытия электрической дугой по поверхности изолятора. В результате высокой трекингостойкости кремнийорганической резины изоляторы выдерживают большие перенапряжения в эксплуатируемых воздушных линиях электропередачи. Резкие изменения температуры в изоляторе, в том числе локальные, в результате протекания тока по поверхности и местного нагрева не приводят к разрушению изолятора из-за термических напряжений, как, например, в фарфоре или стекле, ввиду эластичности материала изоляционной детали.The use of organosilicon rubber as a material for an electrical insulating part gives the insulator hydrophobic and dirt-repellent properties, which, in comparison with traditional porcelain and glass, allows the insulators to be operated on open switchgear in conditions of high atmospheric pollution without an electric arc covering the surface of the insulator. As a result of the high tracking resistance of organosilicon rubber, the insulators withstand large overvoltages in operating overhead power lines. Sudden changes in temperature in the insulator, including local ones, as a result of current flowing on the surface and local heating, do not lead to the destruction of the insulator due to thermal stresses, such as in porcelain or glass, due to the elasticity of the material of the insulating part.

На фиг.1 изображена общая стандартная схема устройства, где 1 - металлическая шапка, 2 - электроизоляционная деталь, 3 - металлический стержень, 3а - утолщение металлического стержня.Figure 1 shows the General standard diagram of the device, where 1 is a metal cap, 2 is an electrical insulating part, 3 is a metal rod, 3a is a thickening of the metal rod.

На фиг.2 и 3 изображен способ сборки изолятора путем деформирования заготовки шапки давильным роликом, где 1 - металлическая шапка, 2 - электроизоляционная деталь, 3 - металлический стержень, Р - давильный ролик.Figures 2 and 3 show a method of assembling an insulator by deforming a cap blank with a pressure roller, where 1 is a metal cap, 2 is an electrical insulating part, 3 is a metal rod, P is a pressure roller.

На фиг.4 изображен способ сборки изолятора с использованием особого элемента 4, где остальные элементы обозначены теми же цифрами.Figure 4 shows a method of assembling an insulator using a special element 4, where the remaining elements are indicated by the same numbers.

На фиг.5 и 6 изображены различные варианты конфигурации электроизоляционной детали.Figures 5 and 6 show various configuration options for the electrical insulating part.

Claims

1. A high-voltage suspension insulator containing a metal cap, a metal rod with a thickening and an electrical insulating part with a head and a skirt, characterized in that the electrical insulating part is made of tracking resistant organosilicon rubber, and its head is pressed between the metal cap and the metal rod during manufacturing.

2. The high-voltage suspension insulator according to claim 1, characterized in that it contains an element connecting the metal cap and the insulating part, made in the form of a disk with a hole.

3. The insulator according to claim 1, characterized in that the insulating part is made integral by one-piece connection of its head and annular skirts.

4. The insulator according to claim 1, characterized in that the electrical insulating part has more than one annular skirt.

5. The insulator according to claim 1, characterized in that the skirt and / or skirts of the electrical insulating part have concentric ribs on the lower surface.