опорный композитный изолятор

Формула изобретения

1. Опорный изолятор, выполненный в виде пространственной конструкции из изоляционного литьевого композитного материала, содержащий полый корпус с открытой нижней частью и верхней утолщенной частью, имеющей, по крайней мере, одно резьбовое отверстие для крепления токоведущих элементов, центральный стержень с внутренним продольным отверстием с резьбой под крепежный болт, выполненной в верхней части отверстия стержня на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора, при этом между центральным стержнем и корпусом выполнено не менее четырех ориентированных радиально вертикальных ребер жесткости, проходящих по всей высоте изолятора от его основания до верхней утолщенной части.

2. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен в форме полого усеченного конуса.

3. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен в форме цилиндра.

4. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные размеры.

5. Изолятор по п.1, в котором корпус выполнен с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора переменные размеры.

6. Изолятор по п.1, в котором в качестве изоляционного литьевого композитного материала корпуса выбран стеклонаполненный полиамид.

7. Изолятор по п.1, в котором на внешней боковой поверхности корпуса посредством вулканизации отформована защитная ребристая оболочка из кремнийорганической композиции.

8. Изолятор по п.1, в котором внутренняя полость корпуса снизу закрыта крышкой из кремнийорганической композиции.

9. Изолятор по п.1, в котором внутренняя полость корпуса заполнена изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности.

10. Изолятор по п.1, в котором, по меньшей мере, одно ребро жесткости имеет в нижней части выступы-утолщения с резьбовыми отверстиями для дополнительного крепления изолятора к несущей конструкции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к областям электротехники и электроэнергетики, например к опорным композитным (полимерным) изоляторам для высоковольтных подстанций и воздушных линий электропередачи.

Известен опорный полимерный изолятор, содержащий торцевые части с металлической арматурой, соединенные между собой изоляционным корпусом, при этом металлическая арматура выполнена в виде крепежных деталей, установленных на торцевых частях изолятора, по периметру каждой из которых выполнены изоляционные выступы [1].

Однако этот опорный полимерный изолятор имеет существенные недостатки:

- высокий расход материалов на изоляционный корпус (корпус выполнен в виде сплошного изоляционного тела) для обеспечения необходимой прочности изолятора при действии изгибающих нагрузок, а также нагрузок на кручение, сжатие и растяжение;

- все виды воздействующих механических нагрузок приложены к концевым участкам изоляционного корпуса, и, следовательно, прочность изолятора во многом будет определяться прочностью заделки металлической арматуры. Например, воздействующий на изолятор изгибающий момент фактически определяется изгибающей силой, а плечо ее воздействия практически равно строительной высоте изолятора. В результате при воздействии изгибающих нагрузок внешняя сторона корпуса изолятора (противоположная направлению действия изгибающего усилия) будет работать на растяжение, а внутренняя, соответственно, на сжатие. В этих условиях достижение требуемой прочности изолятора на изгиб обеспечивается, как правило, за счет большой площади сечения корпуса (тела вращения), что приводит в конечном результате к увеличению массы (веса) изолятора.

Известен также опорный изолятор, содержащий полый корпус из изоляционного материала с перегородками, разделяющими внутреннюю полость на три отсека, установленные по торцам корпуса металлические фланцы и крайние отсеки, заполненные расширяющимся при полимеризации электроизоляционным пеногерметиком, например силпеном [2].

В данном изоляторе сделана попытка уменьшить массу (вес) за счет замены сплошного (монолитного) тела полым цилиндром при сохранении его прочностных характеристик. Тем не менее, эта цель достигнута не в полной мере, поскольку в изоляторе остаются металлические фланцы, которые составляют основную весовую часть изолятора и требуют установки изоляционных перегородок и заполнения полостей пеногерметиками для обеспечения герметичности изолятора, что усложняет конструкцию изолятора и технологию его изготовления.

Заявителем решалась задача разработки опорного композитного (полимерного) изолятора с небольшой массой, но с высокими прочностными электрическими характеристиками, обеспечивающего снижение материалоемкости, трудоемкости при изготовлении и повышение надежности работы изолятора в неблагоприятных атмосферных условиях за счет отказа от металлических фланцев, замены сплошных (монолитных) тел и трубных конструкций с перегородками и наполнителями на пустотелые конструкции с вертикальными ребрами жесткости и переноса точки крепления изолятора из его нижней части в верхнюю. Совокупность существенных конструктивных признаков предлагаемого опорного композитного изолятора, обеспечивающего вышеотмеченный положительный технический результат, приведена в следующей формуле изобретения: «опорный изолятор, выполненный в виде пространственной конструкции из изоляционного литьевого композитного материала, содержащий полый корпус в форме геометрической фигуры с открытой нижней частью и верхней утолщенной частью, имеющей, по крайней мере, одно резьбовое отверстие для крепления токоведущих элементов, центральный стержень с внутренним продольным отверстием с резьбой под крепежный болт, выполненной в верхней части отверстия стержня на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора, при этом между центральным стержнем и корпусом выполнено не менее четырех ориентированных радиально вертикальных ребер жесткости, проходящих по всей высоте изолятора от его основания до верхней утолщенной части; корпус выполнен в форме полого усеченного конуса; корпус выполнен в форме полого цилиндра; корпус выполнен в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные размеры; корпус выполнен в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора переменные размеры; в качестве изоляционного литьевого композитного материала корпуса выбран стеклонаполненный полиамид; на внешней боковой поверхности корпуса посредством вулканизации отформована защитная ребристая оболочка из кремнийорганической композиции; внутренняя полость корпуса снизу закрыта крышкой из кремнийорганической композиции; внутренняя полость корпуса заполнена изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности; по меньшей мере, одно ребро жесткости имеет в нижней части выступы-утолщения с резьбовыми отверстиями для дополнительного крепления изолятора к несущей конструкции».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен главный вид с разрезом по вертикальной плоскости опорного композитного изолятора, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Заявляемый опорный композитный (полимерный) изолятор представляет собой пространственную конструкцию, отлитую из изоляционного литьевого композитного материала, например, стеклонаполненного полиамида. Она изготовлена в виде полого корпуса 1, выполненного, например, в форме усеченного конуса, цилиндра или в форме полой геометрической фигуры с овалом в поперечном сечении, имеющим по высоте изолятора постоянные либо переменные размеры. Нижняя часть 2 корпуса 1 открыта, а верхняя утолщенная часть 3 имеет резьбовые отверстия 4, предназначенные для обеспечения крепления присоединяемых к изолятору токоведущих элементов (не показаны). Во внутренней полости корпуса 1 изолятора проходит центральный стержень 5 с внутренним продольным резьбовым отверстием 6 под крепежный болт 7. Резьба выполняется в верхней части 3 стержня 6 на высоте не менее 0,5 строительной высоты изолятора.

Между центральным стержнем 6 и корпусом 1 выполнены вертикальные ребра жесткости 8, ориентированные радиально, проходящие на всю высоту изолятора от его нижней части 2 до верхней части 3 и образующие крестообразную (звездообразную) фигуру в поперечном сечении изолятора, соответственно, при условии, что их количество не менее четырех. На ребрах жесткости 8 могут быть предусмотрены вертикальные выступы-утолщения 9, имеющие резьбовые отверстия 10, которые предназначены для дополнительного крепления изолятора к несущим конструкциям. Для предотвращения загрязнения и увлажнения изолятора внутреннее пространство между центральным стержнем 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 может заполняться изоляционным пенообразующим материалом низкой плотности. На внешней боковой поверхности корпуса 1 посредством вулканизации может быть также отформована защитная ребристая оболочка 11 из кремнийорганической (силиконовой) композиции. Снизу корпус 1 изолятора может быть закрыт крышкой (не показана) также для предотвращения загрязнения и увлажнения внутренней поверхности корпуса 1.

Изобретение работает следующим образом.

Воздействующие на изолятор механические нагрузки воспринимаются изоляционным телом (корпусом 1) изолятора, представляющим собой полый усеченный конус (или цилиндр), закрытый сверху и усиленный вертикальными ребрами жесткости 8 и центральным стержнем 5. При воздействии сил на сжатие и растяжение прочность изоляционного тела 1 определяется площадью его поперечного сечения и прочностью материала. Но для опорных изоляторов определяющей является их способность противостоять изгибающим моментам, а момент инерции изоляционного тела зависит не только от площади его сечения, но и от конфигурации изоляционного тела. Известно, что кольцевое сечение тела имеет момент инерции, в несколько раз больший, чем момент круга при их одинаковой площади. Установка вертикальных ребер жесткости 8 многократно увеличивает момент и эффективность использования материала. Изгибающий момент определяется величиной силы, приложенной к верхней части 3 корпуса 1 изолятора и расстоянием (плечом) от точки приложения силы до точки крепления, поэтому перенос точки крепления на высоту не менее 0,5 строительной высоты изолятора приводит к уменьшению воздействующей нагрузки. Центральный крепежный болт 7 создает предварительное напряжение сжатия в корпусе 1 и ребрах жесткости 8 изолятора, способствующее повышению его устойчивости при воздействии растягивающих усилий, возникающих на внешней (относительно направления действия силы) части изолятора. Дополнительное крепление изолятора, осуществляемое винтами в резьбовых отверстиях 10 выступов-утолщений 9 ребер жесткости 8, предусматривается только для изоляторов, подвергающихся воздействию крутящих моментов.

Изготовление изолятора производится литьевым способом на термопластавтоматах в один прием и не требует сборочных операций, за исключением вулканизации защитной оболочки 11 для изоляторов, предназначенных для эксплуатации в наружных условиях при загрязнениях и увлажнениях.

Внедрение в практику электросетевого строительства предлагаемых изоляторов позволит обеспечить существенную экономию материальных и производственных затрат при одновременном сохранении их прочностных и эксплуатационных характеристик.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации «Опорный полимерный изолятор» № 2130660, класс H01B 17/14, 17/02, приоритет 26.07.96 г., опубликовано 20.05.99 г. Бюллетень № 14.

2. Описание изобретения к авторскому свидетельству «Опорный изолятор» № 819824, класс H01B 17/14, приоритет 03.04.79 г., опубликовано 07.04.81 г. Бюллетень № 13.