Проходные изоляторы ипу, высоковольтное оборудование

     Проходные фарфоровые изоляторы используются для изоляции и ввода токоведущих частей в закрытые РУ (распределительные высоковольтные устройства) электрических подстанций и станций, в комплектные РУ, а так же для соединения с открытыми высоковольтными распределительными устройствами или линиями электропередачи с напряжением свыше 1000 вольт и  предельной частотой 100 Гц. Эти изделия играют немаловажную роль в современной энергетической сфере.

     И хоть область применения проходных изоляторов не столь обширна, существует несколько видов этих изделий. Одним из наиболее популярных высоковольтных изолирующих приборов являются изоляторы ипу-10/630-7,5 и ип-10 /630-7,5. Главным их различием является усиленное исполнение внешней изоляции (буква “У” в маркировке), что свидетельствует о возможности наружной установки изолятора. Основным отличием между  изоляторами типа ИП(У) является номинальное напряжение (от 10 до 35 кВ), разрушающая сила на изгиб (от 7,5 до 42,5 кН),  номинальный ток (от 630 до 16000 ампер) и, соответственно, габаритные размеры. Изоляционная часть электротехнических изделий изготавливается из фарфора 110 подгруппы, соответствуя ГОСТ 20419.

    Так же различают еще несколько видов проходных изоляторов, таких как ИПТ (предназначены исключительно для комплектации съемных трансформаторных вводов), ИППУ и ППЦ (полимерные аналоги ИПУ, а так же ИП). Производство этих изделий занимает особое место в электротехнической сфере, поэтому эта область активно развивается знаменитыми заводами – производителями, как Украины, так и России.

     Но пока что проходные изоляторы из фарфора куда более востребованы, чем изделия из полимера. Это можно объяснить куда более высокой стоимостью современных полимерных аналогов.

Изоляторы проходные внутренней установки неармированные

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРОХОДНОЙ ИЗОЛЯТОР, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к высоковольтному проходному изолятору, включающему в себя расположенное соосно вокруг цилиндрического намоточного основания из проводящего электричество материала изоляционное тело, а также уплотнительное устройство для уплотнения зазора между намоточным основанием и изоляционным телом, причем уплотнительное устройство включает в себя уплотнительный элемент в замкнутом уплотнительном пазу.

Высоковольтные проходные изоляторы этого типа известны из уровня техники. Как правило, их задача — изолировать находящуюся на потенциале высокого напряжения высоковольтную линию с токопроводящим проводником тока от находящейся по существу на потенциале земли стенки, через которую должна проводиться высоковольтная линия. При этом речь идет, например, о высоковольтной линии, которая выходит из корпуса трансформатора, причем корпус трансформатора заполнен изоляционной жидкостью, например маслом.

Известный высоковольтный проходной изолятор имеет цилиндрическое намоточное основание, которое одновременно может быть проводником тока. Вокруг намоточного основания расположено изоляционное тело. Между намоточным основанием и изоляционным телом может образовываться зазор, в который изоляционная жидкость может проникать и там растекаться вдоль всего намоточного основания. При этом изоляционная жидкость может также проникать в изоляционное тело высоковольтного проходного изолятора, что может приводить к выходу из строя всего высоковольтного проходного изолятора.

Для того чтобы это предотвращать, в известном высоковольтном проходном изоляторе предусмотрено уплотнительное устройство, которое включает в себя уплотнительный элемент в замкнутом уплотнительном пазу.

Уплотнительный паз известного высоковольтного проходного изолятора при изготовлении проходного изолятора выбирается в виде выемки в изоляционном теле. Если высоковольтный проходной изолятор является, например, проходным изолятором RIP (resin impregnated paper – бумага, пропитанная смолой), то есть пропитанным смолой высоковольтным проходным изолятором, то уплотнительный паз фрезеруется в пропитанном и отвержденном изоляционном теле в области поблизости от намоточного основания. Однако это может приводить к тому, что при дополнительном фрезеровании изоляционное тело повреждается, что при изготовлении может, в свою очередь, еще чаще приводить к выходу из строя всего высоковольтного проходного изолятора. В частности, если изоляционное тело включает в себя расположенные плотно возле друг друга емкостные управляющие прокладки, то они могут повреждаться во время процесса вращения при изготовлении уплотнительного паза. Сверх этого, такой процесс изготовления уплотнительного паза является трудоемким и относительно затратным.

Задача изобретения состоит в предложении соответствующего типу высоковольтного проходного изолятора, который может изготовляться проще и экономичнее.

Согласно изобретению задача решается с помощью высоковольтного проходного изолятора указанного вначале типа вследствие того, что замкнутый уплотнительный паз расположен в намоточном основании и вмещает уплотнительный элемент.

Соответствующий изобретению высоковольтный проходной изолятор имеет то преимущество, что благодаря расположению уплотнительного паза в намоточном основании исключается трудоемкая обработка изоляционного тела, вследствие чего выходы из строя могут сокращаться и затраты на производство высоковольтного проходного изолятора могут понижаться. Сверх этого, может предотвращаться опасность повреждения изоляционного тела при его обработке. Более того, уплотнительный паз, принимающий уплотнительный элемент, может создаваться, прежде чем изоляционное тело накладывается на намоточное основание. Уплотнительным элементом может быть, например, кольцо круглого сечения, которое вставлено в уплотнительный паз и обеспечивает уплотнение по всему периметру.

Предпочтительно уплотнительное устройство дополнительно включает в себя уплотнительное кольцо, которое расположено соосно с уплотнительным элементом. Уплотнительное кольцо дополнительно улучшает уплотнение, так как оно предоставляет подходящую уплотнительную поверхность, в которую может упираться уплотнительный элемент. Кроме того, если изоляционное тело высоковольтного проходного изолятора пропитывается жидкой изолирующей средой, то уплотнительное кольцо может предотвращать проникновение изолирующей среды в уплотнительный паз.

Для лучшей связи уплотнительного кольца с изоляционным телом уплотнительное кольцо предпочтительно содержит смолу или смоляную смесь. Если изоляционное тело также пропитано смолой, то уплотнительное кольцо на обращенной к изоляционному телу поверхности может соединяться с изоляционным телом наиболее хорошо.

Согласно варианту осуществления изобретения изоляционное тело имеет расположенные соосно относительно друг друга изоляционные слои и пропитано отверждаемой смолой. Изоляционные слои могут содержать, например, бумагу, такую как гофрированную бумагу, или нетканый материал (волокнистый холст). Далее изоляционные слои предпочтительно отделены друг от друга проводящими управляющими прокладками. Управляющие прокладки служат для емкостного управления высоковольтным проходным изолятором и сообразно этому состоят из электропроводного материала, например алюминия. Изоляционные слои в процессе изготовления высоковольтного проходного изолятора наматываются вместе с проводящими управляющими прокладками на намоточное основание. Затем изоляционное тело с намотанными изоляционными и управляющими слоями пропитывается в смоле или смоляной смеси, так что после отверждения массы смолы образовывается компактный блок, который не содержит закрытые полости внутри изоляционного тела.

Предпочтительно уплотнительный элемент содержит эластичный пластик. Применение эластичного пластика имеет то преимущество, что уплотнительный элемент при деформации может создавать противодействующее усилие. Если диаметр поперечного сечения уплотнительного элемента выбран, например, большим, чем глубина уплотнительного паза, то уплотнительный элемент вдавливается изоляционным телом в уплотнительный паз, причем уплотнительный элемент деформируется. Вследствие этого уплотнительный элемент оказывает противодействующее усилие на изоляционное тело и соответственно уплотнительное кольцо, которое расположено соосно с уплотнительным элементом, что улучшает уплотнение.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения высоковольтный проходной изолятор дополнительно включает в себя первый и второй защитный элемент для уплотнения уплотнительного паза, которые в каждом случае расположены в замкнутом пазу в намоточном основании, причем уплотнительный паз в осевом направлении расположен между обоими пазами и тем самым между обоими защитными элементами. Защитные элементы могут быть выполнены, например, в виде эластичных колец круглого сечения. Посредством защитных элементов обеспечено уплотнение, которое предотвращает проникновение жидкой изолирующей среды в уплотнительный паз, если изоляционное тело высоковольтного проходного изолятора должно пропитываться такой изолирующей средой.

Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения намоточное основание выполнено в виде проводника электрического тока. Это упрощает изготовление высоковольтного проходного изолятора. Тем не менее, также возможно то, что проводник тока проведен в виде отдельного элемента через внутреннее пространство цилиндрического намоточного основания. Зазор между проводником тока и намоточным основанием может быть, например, заполнен изолирующим электричество изоляционным материалом, например текучим веществом.

Далее изобретение относится к способу изготовления высоковольтного проходного изолятора, включающего в себя расположенное соосно вокруг цилиндрического намоточного основания из проводящего электричество материала изоляционное тело с расположенными соосно относительно друг друга изоляционными слоями.

Такой способ применяется при изготовлении описанного вначале известного высоковольтного проходного изолятора.

Задача изобретения состоит в предложении способа изготовления такого высоковольтного проходного изолятора, при котором зазор между намоточным основанием и изоляционным телом может уплотняться более простым и более экономичным образом.

Согласно изобретению задача решается с помощью способа, при котором в замкнутый уплотнительный паз в намоточном основании укладывается уплотнительный элемент и затем осуществляется пропитывание изоляционного тела смолой, так что зазор между намоточным основанием и изоляционным телом уплотняется. В соответствии с этим уплотнительный паз подготавливается в намоточном основании. Уплотнительный элемент может укладываться в уплотнительный паз уже перед пропитыванием изоляционного тела. Механическая обработка изоляционного тела после отверждения смолы исключается вследствие этого. Тем самым способ изготовления может выполняться более простым образом и является более экономичным.

Предпочтительно перед пропитыванием изоляционного тела соосно вокруг уплотнительного элемента устанавливается уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо взаимодействует с уплотнительным элементом, так что вследствие этого может достигаться улучшение уплотнения.

Наиболее предпочтительно перед пропитыванием изоляционного тела в каждом случае в замкнутом пазу в намоточном основании располагаются дополнительно первый и второй защитный элемент для уплотнения уплотнительного паза, так что уплотнительный паз в осевом направлении находится между первым и вторым защитным элементом. Посредством дополнительных защитных элементов достигается то, что жидкая смола во время пропитывания не может проникать в уплотнительный паз.

Далее изобретение разъясняется при помощи изображенного на фиг.1 примера осуществления.

Фиг.1 показывает фрагмент варианта осуществления соответствующего изобретению высоковольтного проходного изолятора 1 на схематичном изображении в поперечном разрезе.

На фиг.1 изображен фрагмент высоковольтного проходного изолятора 1 в поперечном разрезе. Показанный на фиг.1 фрагмент высоковольтного проходного изолятора 1 имеет намоточное основание 2, которое выполнено в виде цилиндра. Ось симметрии цилиндрического намоточного основания 2 обозначена пунктирной линией 3. В показанном примере осуществления высоковольтного проходного изолятора 1 намоточное основание 2 одновременно является проводником тока. Соосно вокруг намоточного основания 2 расположено изоляционное тело 4.

Изоляционное тело 4 включает в себя управляющие прокладки 5 из электропроводного материала, например алюминия, для емкостного управления высоковольтным проходным изолятором 1. Управляющие прокладки 5 расположены соосно и на расстоянии друг от друга вокруг намоточного основания 2. В радиальном направлении между управляющими прокладками находятся намотанные слои из изолирующего электричество материала, предпочтительно из гофрированной бумаги, вследствие чего образованы ограниченные в радиальном направлении управляющими прокладками и расположенные соосно относительно друг друга изоляционные слои 51.

Промежуточная область 6 между намоточным основанием 2 и изоляционным телом 4 заполнена эластичной пробковой массой, которая может компенсировать радиальное расширение намоточного основания 2 или изоляционного тела 4.

Намоточное основание 2 имеет уплотнительный паз 7, который расположен в намоточном основании 2 по всему периметру. Уплотнительный элемент 8 в виде кольца круглого сечения из эластичного пластика расположен в уплотнительном пазу 7. Намоточное основание 2 дополнительно включает в себя первый паз 9 и второй паз 10, которые также проходят по всему периметру. Уплотнительный паз 7 в осевом направлении находится между пазами 9 и 10. Первое кольцо 11 круглого сечения расположено в первом пазу 9, а второе кольцо 12 круглого сечения — во втором пазу 10. Первое и второе кольца 11, 12 круглого сечения являются защитными элементами, которые защищают уплотнительный паз 7 от проникновения жидкой смолы при пропитывании изоляционного тела 4. Таким образом, в уплотнительном пазу 7 остается свободное пространство между намоточным основанием 2 и уплотнительным элементом 8, так что возможна деформация эластичного уплотнительного элемента 8.

Соосно вокруг уплотнительного паза 7 расположено уплотнительное кольцо 13. Уплотнительное кольцо 13 включает в себя смесь бумага-смола, так что уплотнительное кольцо 13 может хорошо соединяться с изолирующей средой (в данном примере смолой) изоляционного тела 4.

При изготовлении высоковольтного проходного изолятора 1 сначала подготавливается намоточное основание 2. Затем в намоточном основании создаются пазы 9 и 10, а также уплотнительный паз 7. После чего уплотнительный элемент 8, а также защитные элементы или кольца 11 и 12 круглого сечения вставляются в соответствующие пазы 9, 10 в намоточном основании 2. Уплотнительное кольцо 13 располагается соосно вокруг пазов 7, 9 и 10, и затем изоляционные слои 51 изоляционного тела вместе с управляющими прокладками 5 наматываются на намоточное основание. После этого осуществляется, наконец, пропитывание изоляционного тела 4 жидкой отверждаемой смолой. После того как жидкий материал смолы затвердел, образуется компактный проходной изолятор, который не должен дополнительно обрабатываться для уплотнения зазора между намоточным основанием 2 и изоляционным телом 4.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 высоковольтный проходной изолятор

2 намоточное основание

3 линия

4 изоляционное тело

5 управляющие прокладки

51 изоляционные слои

6 промежуточная область

7 уплотнительный паз

8 уплотнительный элемент

9 паз

10 паз

11 защитный элемент

12 защитный элемент

13 уплотнительное кольцо

Высоковольтный проходной изолятор

Изобретение относится к области высоковольтной технологии. Высоковольтный проходной изолятор (1) содержит проводник (2) и сердцевину (3), охватывающую проводник (2), причем сердцевина (3) представляет собой листовую прокладку (4), пропитанную электроизоляционным вяжущим материалом (6). Проходной изолятор характеризуется тем, что прокладка (4) имеет множество отверстий, заполняемых вяжущим материалом (6). Предпочтительно, прокладка выполнена сетчатой или решетчатой. Эта сетка может состоять из волокон. Проходной изолятор (1) может представлять собой точный или высокоточный проходной изолятор (1) со стабилизирующими пластинами (5), размещенными внутри сердцевины. В качестве вяжущего материала (6) может применяться смола с частицами наполнителя. Способ изготовления проходного изолятора включает намотку листовой прокладки в виде спирали вокруг проводника (2) или вокруг оправки с образованием множества смежных слоев, затем прокладку пропитывают электроизоляционным вяжущим материалом. Трансформатор, распределительное устройство и высоковольтная установка содержат проходной изолятор (1), выполненный согласно вышеуказанным признакам. Техническим результатом является ускорение производства проходных изоляторов и обеспечение их безопасности в эксплуатации. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области высоковольтной технологии. В частности, оно относится к проходному изолятору и способу его изготовления, а также касается применения листового материала согласно ограничительной части независимых пунктов формулы изобретения. Такие проходные изоляторы находят свое применение, например, в трансформаторах, в распределительных устройствах с газовой изоляцией, в генераторах либо в качестве испытательных изоляторов.

Уровень техники

Проходные изоляторы представляют собой такие устройства, которые обычно используются для подведения тока высокого напряжения через заземленную перегородку, например, внутрь бака трансформатора. Для того чтобы уменьшить напряженность электрического поля близости проходного изолятора и обеспечить возможность регулирования этого поля, разработаны конденсаторные проходные изоляторы, известные также как (высоко)точные. Конденсаторные проходные изоляторы облегчают регулирование электрического напряжения с помощью плавающих стабилизирующих (электродных) пластин, вставляемых внутрь сердцевины проходного изолятора. Сердцевина конденсаторного проходного изолятора уменьшает градиент поля, а также способствует распределению поля по длине изолятора, что позволяет получить частичный разряд со значением напряжения, значительно превышающим значение номинального напряжения.

Сердцевина конденсаторного проходного изолятора в типичных случаях представляет собой намотку из крафт-бумаги или крепированной крафт-бумаги в качестве прокладки. Стабилизирующие пластины изготавливаются либо в виде металлических вставок (обычно из алюминия), либо в виде неметаллических накладок (наносимых краской или графитовой мастикой). Такие пластины располагаются соосно так, чтобы обеспечить получение оптимального баланса между наружным искрением и сопротивлением внутреннему пробою. При применении бумажной прокладки обеспечивается определенное положение электродных пластин и обеспечивается стойкость к механическим воздействиям.

Сердцевины конденсаторов в современных проходных изоляторах пропитываются либо маслом (БПМ — бумага, пропитанная маслом), либо смолой (БПС — бумага, пропитанная смолой). Преимущество проходных изоляторов с бумагой, пропитанной смолой, заключается в том, что они представляют собой сухие (не содержащие масла) проходные изоляторы. Сердцевина с бумагой, пропитанной смолой, намотана из бумаги, причем электродные пластины вставлены в соответствующие места между соседними слоями бумажной обмотки. При последующем нагревании и вакуумировании сердцевины происходит пропитка ее смолой.

Недостаток проходных изоляторов, изготовленных из пропитанной бумаги, заключается в том, что процесс пропитки бумаги маслом или смолой является довольно медленным процессом. Поэтому было бы весьма желательно так или иначе ускорить процесс производства высоковольтных проходных изоляторов, но в которых при этом, тем не менее, не оставалось бы пустот, и они были бы безопасны в эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание высоковольтного проходного изолятора, а также способа изготовления такого проходного изолятора, которые не имели бы всех тех недостатков, которые указаны здесь выше. При этом такой способ производства должен осуществляться в ускоренном темпе, и в частности, процесс пропитки должен занимать меньше времени.

Указанная проблема успешно решается при применении устройств и способа, характеристика которых приводится в пунктах прилагаемой формулы изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением, проходной изолятор имеет проводник и сердцевину, окружающую проводник, причем сердцевина представляет собой листовую прокладку, которая пропитывается электроизоляционным вяжущим веществом. Характерная особенность прокладки состоит в наличии множества отверстий, заполняемых вяжущим веществом.

Как правило, в качестве такого проводника применяется стержень, либо трубка, или проволока. Сердцевина обеспечивает электрическую изоляцию проводника, и она может содержать (а может и не содержать) стабилизирующие пластины. Обычно сердцевина является, по существу, аксиально-симметричной и располагается концентрично по отношению к проводнику. Плоская прокладка может быть пропитана полимером (смолой), либо маслом, или иным вяжущим веществом. Плоская прокладка может изготавливаться из бумаги, либо — что предпочтительно — из другого материала, который в типичных случаях навивается в виде спирали, благодаря чему образуется множество смежных друг другу слоев.

По всей поверхности прокладки выполнены отверстия. Эти отверстия облегчают и ускоряют проникновение вяжущего вещества в навитую прокладку (сердцевину). В том случае если бумага не будет иметь проколотых в ней отверстий, что характерно для известных решений в данной области, то вяжущему веществу придется очень медленно перетекать по одному слою бумаги, двигаясь по радиусу между смежными слоями прокладки в одной их паре к другой такой же паре. Если же в прокладке имеется много отверстий, то, в связи с меньшим сопротивлением потоку и благодаря наличию большего пространства для вяжущего вещества, проникновение его в радиальном направлении сильно облегчается, а также оно легче проникает в осевом направлении в сердцевину из намотанного материала.

Если эти отверстия достаточно большие и намотка спиралью произведена должным образом, то тогда внутри сердцевины образуются каналы, по которым во время проведения пропитки вяжущее вещество быстро проникнет сквозь сердцевину.

Отверстия проходят сквозь листовую прокладку к короткой стороне этой прокладки.

Другим весьма существенным преимуществом, получаемым при применении прокладки, имеющей большое количество пробитых отверстий, является возможность использования для ее изготовления разнообразных альтернативных материалов. Одно из серьезных преимуществ заключается в том, что возникает возможность заменить бумагу другими материалами, к примеру, такими как полимеры, либо органические или неорганические волокна. Применение бумаги в качестве прокладки имеет тот недостаток, что перед пропитыванием бумагу необходимо полностью высушить, а это представляет собой весьма длительный процесс. Вода, которая может оставаться внутри сердцевины вследствие слишком быстрого проведения процесса высушивания бумаги или по каким-либо другим причинам, может впоследствии привести к повреждению проходного изолятора в случае эксплуатации его при повышенной температуре. Другое, не менее важное преимущество состоит в возможности выбора среди большого количества разнообразных вяжущих веществ. В том случае если бумага не имеет проколотых отверстий, что характерно для известного уровня техники, в качестве вяжущих веществ могут использоваться только лишь жидкие маловязкие полимеры, не имеющие наполнителей. Рассмотренные ограничения не относятся к проходному изолятору, выполненному в соответствии с настоящим изобретением. Благодаря этому существенно сокращается время, которое требуется для пропитывания бумаги вяжущем веществом. В частности, могут применяться полимеры, содержащие наполнители, которые позволяют получить некоторые преимущества с точки зрения термомеханики и способствуют лучшей технологичности проходных изоляторов с точки зрения их производства.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прокладка выполняется сетчатой или решетчатой. При этом предпочтительно, чтобы отверстия в прокладке образовывали решетку. Решетка и, соответственно, распределение отверстий могут быть регулярной либо нерегулярной. Кроме того, форма отверстий также может быть одной и той же либо варьироваться вдоль решетки.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемая прокладка содержит множество волокон, и в частности прокладка может, по существу, состоять из волокон. Пригодными для использования могут быть, например, стекловолокна. Для изготовления прокладки могут использоваться различные материалы, которые могут применяться в виде отдельных волокон. Например, это могут быть органические волокна, в частности, такие как полиэтиленовые или полиэфирные, либо неорганические волокна, такие как волокна, полученные из глинозема, или стекловолокна, либо другие волокна, к примеру, волокна из силикона. Кроме того, при изготовлении прокладки могут комбинироваться волокна из разных материалов. В качестве основы и утка получаемой при этом ткани могут использоваться как одинарные волокна, так и жгуты из таких волокон. Большим преимуществом является возможность использовать волокна, обладающие низким или нулевым поглощением влаги, в частности, волокна, поглощающие влагу в значительно меньшем количестве по сравнению с количеством влаги, которое поглощают целлюлозные волокна, используемые при изготовлении проходных изоляторов согласно известному уровню техники.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прокладка наматывается вокруг оси, которая соответствует, по своему расположению, осевой линии, определяющей форму проводника. При этом внутри сердцевины предусматривается наличие стабилизирующих пластин из металлического или полупроводникового материала, расположенных на определенном расстоянии в радиальном направлении относительно осевой линии.

Такой проходной изолятор является точным или же высокоточным проходным изолятором. В типичных случаях вокруг проводника или вокруг оправки наматывается один слой прокладочного материала таким образом, чтобы при этом образовалась спираль из прокладочного материала. В частности, если проходные изоляторы должны иметь очень большую длину, могут наматываться параллельно со смещением в осевом направлении две или более полоски прокладочного материала. Кроме того, возможна также намотка спирали из двух слоев материала или из более плотного прокладочного материала; однако такие двухслойные или трехслойные спирали считаются тем не менее одним слоем прокладочного материала, только таким прокладочным материалом в данном случае является двухслойный или даже трехслойный материал.

Стабилизирующие пластины могут выполняться из металлической фольги, например из алюминиевой фольги, и такие пластины вставляются в сердцевину после выполнения определенного числа витков намотки так, благодаря чему стабилизирующие пластины располагаются и закрепляются на строго определенном расстоянии в радиальном направлении относительно осевой линии. Металлический или полупроводниковый материал, из которого изготавливаются стабилизирующие пластины, может также наноситься на прокладку в процессе ее наматывания, например, посредством его напыления, набивки, покрытия, плазменного напыления или осаждения паров химических веществ, либо другим способом.

В частности, в том случае, если волокна образуют основную часть прокладки, то тогда стабилизирующие пластины могут вплетаться в волокна прокладки, которые, по меньшей мере, частично являются металлическими или полупроводниковыми. Такие специальные волокна, например, могут иметь металлическое или полупроводниковое покрытие на определенных участках вдоль оси.

В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения на поверхность прокладки наносится покрытие и (или) ее поверхность обрабатывается соответствующим образом, чтобы обеспечить лучшее сцепление прокладки и вяжущего вещества между собой. В зависимости от материала прокладки, предпочтение может отдаваться таким способам, как обработка кистью или щеткой, гравирование, нанесение покрытия и различные другие способы обработки поверхности прокладки с целью обеспечения наилучшего взаимодействия между прокладкой и вяжущим веществом. Это позволяет улучшить термомеханическую устойчивость сердцевины.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемая прокладка наматывается вокруг оси, которая соответствует осевой линии, определяющей форму проводника, а отверстия, выполненные в прокладке, имеют разные размеры в продольном направлении, параллельном осевой линии, и (или) в направлении, перпендикулярном осевой линии. Благодаря этому, наблюдается улучшение способности к пропитыванию. В том случае, если прокладка представляет собой, например, деталь прямоугольной формы из сетчатого стекловолокна, причем короткой стороной отверстия в таком сетчатом материала выравниваются параллельно осевой линии, а в направлении длинной стороны отверстий материал будет наматываться в виде спирали вокруг проводника, размер отверстий в материале может изменяться по короткой стороне и (или) длинной стороне. Аналогичным образом может изменяться форма отверстий также в материале прокладки.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения вяжущий материал содержит частицы наполнителя. Предпочтительно материал содержит полимер и частицы наполнителя. В качестве полимера могут быть, например, эпоксидная смола, полиэфирная смола, полиуретановая смола или другой полимер, обладающий электроизоляционными свойствами. Предпочтительно, частицы наполнителя являются электроизоляционными или полупроводниковыми. В качестве частиц наполнителя могут использоваться, например, частицы SiO₂, Al₂O₃, BN, AIN, BeO, TiB₂, TiO₂, SiC, Si₃N₄, В₄С или другие аналогичные соединения или их смеси. Кроме того, может быть смесь различных частиц в полимере. Предпочтительно, чтобы частицы находились в твердом состоянии.

По сравнению с сердцевиной, выполненной из эпоксидной смолы без наполнителя в качестве вяжущего вещества, при использовании вяжущего материала с наполнителем, в сердцевине будет меньше эпоксидной смолы. В этом случае время, требующееся для отверждения эпоксидной смолы, существенно сокращается, в результате чего уменьшаются затраты времени, связанные с производством предложенного проходного изолятора.

Существенные преимущества могут быть получены также в том случае, если теплопроводность частиц наполнителя выше теплопроводности полимера. Кроме того, существенные преимущества можно также получить в том случае, если коэффициент теплового расширения (КТР) частиц наполнителя меньше КТР полимера. При условии надлежащего выбора материала наполнителя значительно улучшаются термомеханические характеристики проходного изолятора.

Более высокая теплопроводность сердцевины, обеспечиваемая в результате применения вяжущего материала с наполнителем, позволяет повысить номинальную устойчивость предлагаемого проходного изолятора к току или уменьшить вес и размер проходного изолятора при той же самой номинальной устойчивости его к току. Кроме того, распределение тепла внутри проходного изолятора в процессе его эксплуатации становится более равномерным в случае применения частиц наполнителя, обладающих высокой теплопроводностью.

Более низкое значение КТР (коэффициента теплового расширения) сердцевины, которое получают в результате применения вяжущего вещества с наполнителем, способствует уменьшению величины общей химической усадки, происходящей в процессе отверждения. Это позволяет производить проходные изоляторы с соответствующей формой (ближнего) конца (без применения механической обработки) и, следовательно, в значительной мере сократить время, затрачиваемое на их производство. Помимо этого, уменьшается расхождение между сердцевиной и проводником (или оправкой) по величине их КТР.

Более того, благодаря наполнителю в вяжущем материале может в значительной мере уменьшиться количество влаги, поглощаемой сердцевиной, что позволяет повысить прочность ее на разрыв (за счет более высокого сопротивления сердцевины возникновению в ней трещин). При применении наполнителя может также в значительной мере уменьшиться ломкость сердцевины (то есть, возрастает ее прочность на разрыв), благодаря чему обеспечивается возможность улучшения термомеханических свойств (повышение температуры стеклования материала) сердцевины.

Далее, в приведенном здесь ниже описании со ссылками на прилагаемые чертежи рассматриваются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и преимущества, вытекающие из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение рассматривается более подробно на примере возможных вариантов его осуществления, иллюстрируемых на чертежах, где схематически изображены:

фиг.1 — частичный вид высокоточного проходного изолятора в поперечном сечении;

фиг.1А — часть фиг.1, представленная в увеличенном масштабе;

фиг.2 — частичный вид прокладки в виде сетки из волокон;

фиг.3 — частичный вид прокладки.

Номера позиций, указанные на фигурах, и обозначенные ими элементы приведены в перечне позиций. В общем, одинаковые элементы или аналогично функционирующие элементы обозначены одними и теми позициями. Варианты осуществления настоящего изобретения, рассматриваемые в описании изобретения, приведены только для примера и не ограничивают настоящее изобретение.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически показан частичный вид поперечного сечения высокоточного проходного изолятора 1. Проходной изолятор является, по существу, аксиально-симметричным относительно оси симметрии А. В центре проходного изолятора 1 находится сплошной металлический проводник 2, который может также быть выполнен в виде трубы или проволоки. Проводник 2 частично охватывается сердцевиной 3, которая также является, по существу, аксиально-симметричной относительно оси симметрии А. Сердцевина 3 включает в себя прокладку 4, которая намотана вокруг сердцевины и пропитана отверждаемой эпоксидной смолой 6 в качестве вяжущего материала 6. На заданных расстояниях от оси А между соседними витками прокладки 4 вставлены кусочки 5 алюминиевой фольги, которые выполняют функцию стабилизирующих пластин 5. С наружной стороны сердцевины выполнен фланец 10, который позволяет закрепить проходной изолятор на заземленном корпусе трансформатора или распределительного устройства, либо какого-нибудь другого устройства. Проходной изолятор может также представлять собой часть трансформатора или распределительного устройства, либо другой высоковольтной установки или высоковольтного устройства, например генератора. В процессе эксплуатации проводник 1 будет находиться под высоким напряжением, а сердцевина обеспечивает электрическую изоляцию между проводником 2 и фланцем 10 при напряжении заземления. Изоляционная огибающая деталь 11 охватывает сердцевину 3 со стороны проходного изолятора 2, которая обычно находится снаружи корпуса. Огибающая деталь 11 может представлять собой полую деталь, изготовленную, например, из фарфора, силикона или из эпоксидной смолы. Огибающая деталь может быть выполнена с юбкой изолятора или, как это показано на фиг.1, она может сама быть юбкой. Наличие юбки изолятора на этой огибающей детали действительно необходимо, и поэтому она здесь нужна. Огибающая деталь 11 должна защищать сердцевину 3 от старения (под воздействием ультрафиолетового облучения, неблагоприятных погодных условий) и сохранять хорошие электроизоляционные свойства в течение всего срока службы проходного изолятора 1. Форма юбки изолятора разрабатывается таким образом, чтобы она имела поверхность, которая самоочищается под воздействием дождя. Это исключает накопление пыли и загрязнений поверхности юбки, которые могли бы оказать неблагоприятное влияние на изоляционные свойства и привести к искрению.

В случае наличия промежуточного пространства между сердцевиной 3 и огибающей деталью 11 может предусматриваться заполнение такого промежуточного пространства изоляционной средой 12, например, электроизоляционной жидкостью 12, к примеру, такой как силиконовый гель или полиуретановый гель.

На фиг.1А представлен частичный разрез, изображенный на фиг.1, в увеличенном масштабе, показывающий структуру сердцевины 3. Прокладка 4 является листовой и имеет множество отверстий 9, которые заполняются вяжущим материалом 6. Прокладка 4, по существу, является сеткой 4 из переплетенных жгутов 7 стекловолокна.

На фиг.2 схематически изображена такая прокладка 4. Жгуты 7 волокон образуют мостики 8, или перемычки 8, которые определяют отверстия 9, или дырки 9. Как показано на фиг.1А, в поперечном сечении такой сетки после наматывания ее в виде спирали видны жгуты волокон и отверстия между ними.

На фиг.1А также показаны стабилизирующие пластины 5, которые вставляются на определенных расстояниях от осевой линии между соседними намотанными слоями прокладки. На фиг.1А между соседними стабилизирующими пластинами 5 имеется пять намотанных слоев прокладки. Расстояние в радиальном направлении между соседними стабилизирующими пластинами 5 может быть выбрано исходя из количества (целое или нецелое число) намотанных слоев прокладки между соседними стабилизирующими пластинами 5. Расстояние в радиальном направлении между соседними стабилизирующими пластинами 5 может изменяться от одной стабилизирующей пластины к другой пластине.

Как показано на фиг.1А, отверстия 9 в соседних слоях прокладки частично находят одно на другое, образуя каналы 13, по которым может просачиваться вяжущий материал 6 в процессе пропитывания прокладки. В сердцевине, намотанной из прокладочного материала, не содержащего отверстия, что известно из уровня техники, каналы 13, проходящие в радиальном направлении от одной стороны намотанного слоя прокладки до другой его стороны, не могут быть образованы.

Как правило, между соседними стабилизирующими пластинами 5 наматывают от трех до девяти витков (слоев) прокладочного материала. Также возможно наличие всего только одного прокладочного слоя между соседними стабилизирующими пластинами 5; в этом случае прокладочный материал, образующий мостики 8, должен быть проницаемым для вяжущего материала 6, и (или) высота прокладки 4 в зоне мостиков (измеряемая в перпендикулярном направлении к плоскости листовой прокладки) должна быть разной для того, чтобы вяжущий материал 6 мог просочиться (распространяясь в радиальном направлении) через пространство между мостиком и соседней твердой стабилизирующей пластиной 5. Такой способ пропитки вяжущим материалом 6 без образования пустот в прокладке 4 вполне возможен. В случае сетки из переплетенных жгутов волокон мостики 8 способны пропитываться вяжущим материалом 6, поскольку жгуты волокон не являются твердыми, но между волокнами, образующими жгут, остается пространство. Кроме того, в случае сетки из переплетенных жгутов волокон высота мостиков прокладки не является постоянной, поскольку диаметр жгутов волокон непостоянен, и толщина прокладки в такой сетке в местах перехлеста основы и утка больше, чем в местах, расположенных между ними.

Обычно между соседними стабилизирующими пластинами 5 располагается два и более слоя прокладочного материала. В таком случае каналы 13 могут формироваться за счет частичного перекрытия отверстий 9 соседних слоев прокладки.

Сетеобразная прокладка 5 может быть образована из одиночных волокон (не показано) вместо жгутов 7 волокон.

Кроме того, прокладка 4 также может быть изготовлена из сплошного куска материала вместо волокон. На фиг.3 показан пример. В листовой бумаге или полимере выполнены отверстия 9, отделенные друг от друга мостиками 8. Форма отверстий может быть квадратной, как показано на фиг.3, однако допустима любая форма, например прямоугольная, круглая или овальная.

Предпочтительно, чтобы вяжущий материал 6 сердцевины 3 представлял собой полимер, наполненный частицами. Например, это может быть эпоксидная смола или полиуретан, наполненные частицами Al₂O₃. Как правило, размер частиц наполнителя находится в пределах примерно от 10 нм до 300 мкм. Прокладка имеет такую форму, которая позволяет частицам наполнителя распределяться во время пропитывания по всей сердцевине 3. В обычных проходных изоляторах, в которых в качестве прокладки выступает бумага, (без отверстий), бумага выполняет функцию фильтра в отношении таких частиц. Как показано на фиг.1А, легко можно выполнить каналы 13 достаточно большими, чтобы пропускать вяжущий материал 6, наполненный частицами.

Удельная теплопроводность стандартной сердцевины, изготовленной из бумаги, пропитанной чистой смолой (не содержащей частицы), обычно находится в пределах от 0,15 Вт/(м·К) до 0,25 Вт/(м·К). Когда применяется смола, содержащая частицы, значение удельной теплопроводности, по меньшей мере, от 0,6 Вт/(м·К) до 0,9 Вт/(м·К) или даже больше — 1,2 Вт/(м·К) или 1,3 Вт/(м·К).

Кроме того, коэффициент теплового расширения (КТР) может быть значительно ниже при использовании вместо вяжущего материала, не наполненного частицами, вяжущего материала 6, наполненного частицами. В результате обеспечивается уменьшение термомеханического напряжения в сердцевине проходного изолятора.

Как показано на фиг.1, процесс производства проходного изолятора, как правило, включает в себя стадию намотки прокладки 4 (состоящей из одной или нескольких полосок или кусков) на проводник 2, стадию внедрения стабилизирующих электродов 5 в процессе намотки, стадию создания разрежения и нанесения вяжущего материала 6 на находящуюся под вакуумом сердцевину 3 до полной пропитки сердцевины 3. Пропитка в вакууме обычно производится при температуре в пределах от 50°С до 90°С. Затем эпоксидный вяжущий материал 6 отверждается (затвердевает) при температуре обычно от 100°С до 140°C и, окончательно отвердевая, приобретает желаемые термомеханические свойства. После этого сердцевина охлаждается и подвергается механической обработке, а уже потом на нее насаживают фланец 10, огибающую деталь 11 и остальные элементы.

В общем, в прокладке должна образоваться сетка, состоящая из отдельных отверстий. При этом совсем не обязательно, чтобы сетка располагалась с равными интервалами в том или ином направлении. И нет необходимости в том, чтобы форма и площадь отверстий были для всех отверстий одинаковыми. В частности, предпочтительно, чтобы размер (площадь) отверстий были разными вдоль оси и (или) перпендикулярно направлению оси для облегчения пропитки сердцевины, без образования при этом пустот.

Размер отверстий 9 в прокладке, в поперечном направлении обычно от 0,5 мм до 5 см, в частности от 2 мм до 2 см; при этом толщина прокладки 4 и ширина мостиков 8 обычно от 0,03 мм до 3 мм, в частности от 0,1 мм до 0,6 мм. Площадь, занимаемая отверстиями 9, обычно, по меньшей мере, больше, чем площадь, занимаемая мостиками. В типичных случаях, на плоскости листа прокладки площадь, занимаемая отверстиями 9, на один и до пяти порядков, в частности на 1-4 порядка, больше площади, занимаемой мостиками.

В случае применения прокладки 4 с множеством отверстий 9 возможно изготавливать безбумажные сухие (не масляные) проходные изоляторы. Это позволяет получить преимущества, поскольку процесс высыхания прокладки перед ее пропиткой ускоряется или становится вообще ненужным.

Вместо того чтобы вставлять отдельные кусочки металлической фольги между слоями наматываемой прокладки, стабилизирующие пластины 5 могут также быть сформированы путем нанесения электропроводного или полупроводникового материала непосредственно на прокладку 4. В случае изготовления прокладки 4 из волокон можно в сетку такой прокладки внедрять электропроводные или полупроводниковые волокна.

В типичных случаях, номинальное напряжение для высоковольтных проходных изоляторов находится в пределах от 50 кВ до 800 кВ при номинальном токе от 1 до 50 кА.

Перечень позиций

1 — проходной изолятор, конденсаторный проходной изолятор

2 — проводник

3 — сердцевина

4 — прокладка, сетка, решетка с ячейками

5 — стабилизирующая пластина, алюминиевая фольга

6 — вяжущий материал, эпоксидная смола

7 — жгуты из волокон

8 — поперечина, планка, мостик

9 — дырка, отверстие

10 — фланец

11 — огибающая изоляционная деталь (с изоляционными юбками), композиционный материал полой сердцевины

12 — электроизоляционная среда, гель

13 — канал

А — ось, осевая линия

1. Проходной изолятор (1) с проводником (2) и сердцевиной (3), охватывающей проводник (2), при этом сердцевина (3) представляет собой листовую прокладку (4), причем прокладка (4) пропитана электроизоляционным вяжущим материалом (6), и указанная прокладка намотана в виде спирали, благодаря чему образуется множество смежных слоев, отличающийся тем, что в прокладке (4) выполнено множество отверстий (9), заполняемых вяжущим материалом (6).

2. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что прокладка (4) выполнена сетчатой или решетчатой.

3. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что прокладка (4) содержит множество волокон (7).

4. Проходной изолятор (1) по п.2, отличающийся тем, что прокладка (4) содержит множество волокон (7).

5. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что прокладка (4) намотана вокруг продольной оси (А) проводника (2), при этом внутри сердцевины (3) выполнены стабилизирующие пластины (5) из проводящего, в частности, металлического или полупроводникового материала, расположенные на расстоянии в радиальном направлении от продольной оси (А).

6. Проходной изолятор (1) по п.3, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) вплетены в волокна (7) прокладки (4) и, по меньшей мере, частично являются проводящими, в частности, металлическими или полупроводниковыми.

7. Проходной изолятор (1) по п.4, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) вплетены в волокна (7) прокладки (4) и, по меньшей мере, частично являются проводящими, в частности, металлическими или полупроводниковыми.

8. Проходной изолятор (1) по п.5, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) вплетены в волокна (7) прокладки (4) и, по меньшей мере, частично являются проводящими, в частности, металлическими или полупроводниковыми.

9. Проходной изолятор (1) по п.5, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) изготовлены путем нанесения металлического или полупроводникового материала на прокладку (4).

10. Проходной изолятор (1) по п.6, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) изготовлены путем нанесения металлического или полупроводникового материала на прокладку (4).

11. Проходной изолятор (1) по п.7, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) изготовлены путем нанесения металлического или полупроводникового материала на прокладку (4).

12. Проходной изолятор (1) по п.8, отличающийся тем, что стабилизирующие пластины (5) изготовлены путем нанесения металлического или полупроводникового материала на прокладку (4).

13. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что на поверхность прокладки (4) нанесено покрытие и (или) ее поверхность обработана для улучшения сцепления между прокладкой (4) и вяжущим материалом (6).

14. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что прокладка (4) намотана вокруг продольной оси (А) проводника (2), при этом размер отверстий (9) в прокладке (4) изменяется в направлении, параллельном продольной оси (А), и (или) в направлении, перпендикулярном к указанному направлению.

15. Проходной изолятор (1) по п.2, отличающийся тем, что прокладка (4) намотана вокруг продольной оси (А) проводника (2), при этом размер отверстий (9) в прокладке (4) изменяется в направлении, параллельном продольной оси (А), и (или) в направлении, перпендикулярном к указанному направлению.

16. Проходной изолятор (1) по п.1, отличающийся тем, что вяжущий материал (6) содержит частицы наполнителя.

17. Проходной изолятор (1) по п.16, отличающийся тем, что частицы наполнителя обладают электроизоляционными или полупроводниковыми свойствами.

18. Проходной изолятор (1) по п.17, отличающийся тем, что теплопроводность частиц наполнителя выше теплопроводности полимера, и/или коэффициент теплового расширения частиц наполнителя меньше коэффициента теплового расширения полимера.

19. Способ изготовления проходного изолятора (1), в котором листовую прокладку (4) наматывают в виде спирали вокруг проводника (2) или вокруг оправки, благодаря чему образуется множество смежных слоев, и затем пропитывают электроизоляционным вяжущим материалом (6), отличающийся тем, что используют прокладку (4) с множеством отверстий (9).

20. Применение листовой прокладки (4) с множеством отверстий (9) в качестве прокладки (4), наматываемой в виде спирали, благодаря чему образуется множество смежных слоев в сердцевине (3) проходного изолятора (1).

21. Трансформатор, содержащий проходной изолятор (1) по любому из пп.1-18.

22. Распределительное устройство, содержащее проходной изолятор (1) по любому из пп.1-18.

23. Высоковольтная установка, содержащая проходной изолятор (1) по любому из пп.1-18.

2. Высоковольтная изоляция

СФ-110/2,25: стержневой, фарфоровый, номинальное напряжение 110 кВ, минимальная разрушающая нагрузка – 2,25 тс.

2.1.2. Станционно-аппаратные изоляторы

Опорные изоляторы предназначены для крепления шинопроводов, деталей аппаратов и изолирования их от заземленных конструкций и между собой. Изготавливают их для наружной и внутренней установки на напряжение до 110 кВ. На большее напряжение опорные изоляторы собирают в колонны.

Опорные изоляторы для наружной установки делятся на штыревые и стержневые. Штыревые изоляторы используются в тех случаях, когда требуется большая механическая прочность на изгиб, изготавливаются из электротехнического фарфора. Обозначение, например, ОНШ-35-2000: опорный, наружной установки, штыревой, номинальное напряжение – 35 кВ, минимальная разрушающая нагрузка – 2000 кгс.

Опорно-стержневые изоляторы изготавливаются на напряжение 35…150 кВ из электротехнического фарфора. Концы изолятора армированы чугунными фланцами. Обозначение, например ОНС-110-1000: опорный, наружной установки, стержневой, номинальное напряжение 110 кВ, минимальная механическая прочность – 1000 кгс.

Проходные изоляторы и вводы используются там, где токоведущие части проходят через стены, перекрытия зданий, ограждения электроустановок или вводятся внутрь металлических корпусов оборудования. Проходными изоляторами называют изоляторы на напряжение до 35 кВ, на напряжение 110 кВ и выше – вводы. Вводы имеют более сложную конструкцию изоляции и выполняются с маслобарьерной изоляцией (до

150кВ) или с бумажно-масляной изоляцией (220 кВ и выше). Проходные изоляторы на высокие напряжения (до 35 кВ включи-

тельно) изготавливаются из электротехнического фарфора, стекла, бакелитовой бумаги. На рис. 2.2 приведена конструктивная схема проходного изолятора.

Для увеличения напряжения перекрытия Uпер на наружной поверхности изолятора делают ребра, а также увеличивают диаметр изолятора у заземленного фланца. Проходные изоляторы маркируются по напряжению, току и изгибающей механической нагрузке. Например, П-10/400-750, что означает: проходной изолятор, UН = 10 кВ, IН = 400 А,

Ризг = 750 кгс.

высоковольтный проходной изолятор для наружной установки — патент РФ 2473997

Изобретение относится к области высоковольтной технологии и касается высоковольтного проходного изолятора для наружной установки. Высоковольтный проходной изолятор наружной установки содержит проводник (2), продолжающийся вдоль оси (1), сердечник (3) и электрически изолирующий полимерный корпус (7), защищающий от атмосферных воздействий, отлитый на сердечнике (3). Сердечник (3) содержит электрически изолирующую ленту (4), которая намотана в виде спирали вокруг проводника (2), конденсаторные вводы (5), расположенные между соседними витками ленты (4), и отвержденную полимерную изолирующую связующую среду, внедренную в намотанную ленту (4) и в конденсаторные вводы (5). Внутри сердечника (3), перед отливкой корпуса (7), защищающего от атмосферных воздействий, вмонтирован диффузионный барьер для влаги. Такой проходной изолятор отличается превосходной стабильностью при хранении и эксплуатации в жарких и влажных условиях. 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2473997

Изобретение относится к области высоковольтной технологии и касается высоковольтного проходного изолятора для наружной установки, содержащего проводник, проходящий вдоль оси, сердечник и электрически изолированный полимерный корпус для защиты от атмосферных воздействий, отформованный на сердечнике. Сердечник содержит электрически изолирующую ленту, которая намотана по спирали вокруг проводника, конденсаторные вводы, расположенные между соседними витками ленты, и отверждаемое полимерное изолирующее связующее, пропитывающее намотанную ленту и конденсаторные вводы. Такой проходной изолятор применяется в высоковольтной технологии, в частности в распределительных устройствах или в высоковольтных устройствах, таких как генераторы или трансформаторы, для напряжений до нескольких сотен киловольт, обычно от 24 до 800 кВ.

Высоковольтный проходной изолятор для наружной установки — это деталь, которая обычно применяется для передачи тока высокого напряжения к высоковольтной наружной линии от герметизированного рабочего элемента высоковольтного устройства, такого как трансформатор или выключатель, через заземленную стенку, как, например, бак трансформатора или корпус выключателя. Для уменьшения электрического поля проходной изолятор для наружной установки содержит сердечник, который способствует регулированию электрического напряжения посредством незаземленных конденсаторных вводов, которые внедрены в сердечник. Сердечник уменьшает градиент поля, а также способствует однородному распределению поля по длине изолятора.

Сердечник конденсаторного проходного изолятора обычно наматывается из прочной оберточной бумаги (так называемой крафт-бумаги) или крепированной крафт-бумаги в качестве прокладки. Конденсаторные вводы изготавливаются или в виде металлических (обычно алюминиевых) листов, или из неметаллических (обычно черной, графитовой пасты) материалов. Вводы расположены коаксиально таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между внешним поверхностным разрядом и внутренней пробивной прочностью. Прокладка бумаги обеспечивает определенное положение вводов и механическую прочность сердечника. Сердечник конденсаторного проходного изолятора пропитан смолой (RIP — бумага, пропитанная смолой). Затем смола впитывается во время нагрева и вакуумной обработки сердечника. Такой RIP проходной изолятор для наружной установки имеет преимущество, состоящее в его сухости (отсутствии масла).

Проходной изолятор для наружной установки содержит наружную часть с диэлектриком, изготовленным либо из фарфора, либо из полимерного материала, устойчивого к атмосферным воздействиям, обычно на основе силикона или эпоксидной смолы, имеющую ребра, которые обеспечивают необходимое расстояние утечки по поверхности для противостояния напряжениям при всех рабочих условиях. В качестве материала диэлектрика традиционно применяется фарфор, однако имеет место постоянно возрастающая потребность в полимерной изоляции. Потребность в полимерной изоляции, главным образом, основана на том факте, что полимерные диэлектрики имеют дополнительное преимущество гидрофобности (водоотталкивания), что приводит к свойству самоочистки и что, таким образом, продлевает срок их службы и значительно снижает дополнительные расходы на техническое обслуживание. Более того, присущее силикону свойство гидрофобности помогает разрушать водные пленки и создавать отдельные капельки, которые уменьшают токи утечки, предотвращают пробой диэлектрика и повышают способность к противостоянию напряжению в условиях влажности и высокой загрязненности, которые типичны для прибрежной или сильно загрязненной среды. Кроме того, проходной изолятор с полимерной изоляцией обладает легким весом и устойчив против вандализма и землетрясений. Помимо этого проходной изолятор защищен от взрывов. Таким образом, распространение жесткого изолирующего корпуса, в частности фарфорового изолятора, и повреждение вспомогательного оборудования, по большей части, исключено.

Предыдущий уровень техники

Высоковольтный проходной изолятор с проводником, продолжающимся вдоль оси, сердечником, коаксиально окружающим проводник, и с электрически изолирующим полимерным корпусом, защищающим от атмосферных воздействий, описан в EP 1284483 A1. Корпус, защищающий от атмосферных воздействий, изготовлен из силикона и отлит непосредственно на внешней поверхности сердечника и продолжается к части поверхности проводника, которая не закрыта от сердечника. Колпачок проходного изолятора, который защищает высоковольтную сторону от атмосферы, становится больше не нужен, и проходной изолятор, таким образом, может быть изготовлен с меньшими затратами. Однако оказалось, что непосредственно отлитые проходные изоляторы для наружной установки создают значительные проблемы во время хранения и работы. В частности, во время длительных периодов хранения и работы коэффициент рассеяния тангенс значительно увеличился.

Дальнейшие высоковольтные проходные изоляторы, которые соответственно содержат проводник, продолжающийся вдоль оси, и сердечник, коаксиально окружающий проводник, раскрыты в EP 1622173 A1, EP 1798740 A1 и WO 2006/131011 A1. Эти проходные изоляторы соответственно содержат композитный диэлектрик в качестве предварительно изготовленного жесткого корпуса, защищающего от атмосферных воздействий. Сердечник расположен в жестком корпусе, и проводник закрыт при помощи колпачка и установочного фланца.

Производство сердечника содержит этапы намотки изоляционной ленты на проводник, установку конденсаторных вводов между последующими слоями ленты во время намотки, помещения намотанной ленты в пресс-форму, создание вакуума в пресс-форме и пропитки намотанной ленты с изоляционным материалом, состоящим из полимера, который заполнен неорганическим наполнительным порошком. После этого производится отверждение пропитанной ленты. Полученный в результате сердечник охлаждается и при необходимости подвергается механической обработке. Для ускорения этапа пропитки, по меньшей мере, один из слоев ленты (EP 1622173 A1) и/или один из конденсаторных вводов (EP 1798740 A1) содержит отверстия, и/или лента содержит частицы неорганического наполнителя, которыми предварительно наполняют ленту перед выполнением процесса пропитки ненаполненным полимером (WO 2006/131011 A19).

Такие высоковольтные проходные изоляторы для наружной установки дороги, поскольку композитные диэлектрики должны быть изготовлены отдельно и требуют наличия колпачка проходного изолятора. Кроме того, для заполнения зазоров и пор внутри корпусов проходных изоляторов и для предотвращения электрических разрядов и отказов в проходных изоляторах необходим электрически изолирующий материал.

Из WO 2005/006355 A and GB 537268 A известны высоковольтные проходные изоляторы наружной установки с сердечником из гигроскопичного материала, соответственно поглощающего влагу. В этих проходных изоляторах поглощение влаги в сердечнике предотвращается при помощи диффузионного барьера, который контактирует с поверхностью сердечника и который содержит пленку, имеющую низкую водопроницаемость, соответствующую твердой влагонепроницаемой оболочке.

Описание изобретения

Задача изобретения — создать высоковольтный проходной изолятор для наружной установки, который может быть изготовлен легким и экономичным способом и который, в то же время, отличается длительным сроком хранения и сроком службы и высокой надежностью при работе даже в суровых погодных условиях.

Высоковольтный проходной изолятор по изобретению содержит диффузионный барьер для влаги, который включен внутрь сердечника перед отливкой полимерного корпуса, защищающего от атмосферных воздействий. Такой проходной изолятор отличается превосходной стабильностью при хранении и работе в условиях высокой температуры и влажности. Это имеет место благодаря тому, что диффузионный барьер для влаги удерживает ее от проникновения глубоко внутрь сердечника. В противном случае, влага, после того как проходит через полимерный корпус, защищающий от атмосферных воздействий, посредством диффузии, может проникать глубоко в сердечник и может затем сильно влиять на электрические свойства проходного изолятора, в частности на коэффициент рассеяния.

В предпочтительном варианте воплощения проходного изолятора по изобретению диффузионный барьер для влаги содержит, по меньшей мере, часть изоляционной связующей среды, которая заполнена неорганическим наполнительным порошком. Частицы наполнительного порошка значительно уменьшают коэффициент диффузии сердечника, поскольку частицы наполнителя неорганического наполнительного порошка уменьшают эффективную длину диффузионного пробега молекул воды. Таким образом, влага надежно удерживается от проникновения в сердечник простым способом. Проходной изолятор может быть изготовлен легко, и в то же время, могут быть значительно продлены срок хранения и срок эксплуатации проходного изолятора даже во влажных и жарких условиях.

Чтобы получить эффективный барьер против проникновения воды, рекомендуется значительно заполнить полимер частицами неорганического наполнителя. Проходной изолятор со сравнительно длительными сроками хранения и эксплуатации в умеренных погодных условиях получается, когда наполнитель состоит, по меньшей мере, на 20%, а предпочтительно, на 30% по объему от связующего материала перед отверждением. Проходной изолятор с длительными сроками хранения и эксплуатации в суровых погодных условиях реализуется, когда наполнитель содержит от 40% до 50% по объему связующего материала перед отверждением.

Чтобы получить плотный и, следовательно, эффективный диффузионный барьер для влаги, наполнительный порошок имеет две фракции частиц с различными средними размерами, из которых частицы первой фракции имеют больший средний диаметр, чем частицы второй фракции, и расположены в виде плотной упаковки, а частицы второй фракции заполняют промежутки между частицами первой фракции. Плотное заполнение достигается, если средний диаметр частиц во второй фракции составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц в первой фракции и если количество второй фракции составляет от около 5 до около 30% по объему от количества первой фракции. Плотность, а следовательно, эффективность диффузионного барьера для влаги может быть дополнительно улучшена, если присутствует дополнительная фракция сферических частиц наполнителя, чей средний диаметр составляет от около 10 до около 50% от диаметра частиц второй фракции.

Водяной пар, проникший через полимерный корпус, защищающий от атмосферных воздействий, посредством диффузии в значительной степени удерживается от проникновения в сердечник, если диффузионный барьер для влаги содержит слой, который вызывает стойкую адгезию между сердечником и корпусом, защищающим от атмосферных воздействий. Рекомендуется делать такой слой в форме стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий диффузию.

Проводник обычно выполняется в виде стержня, трубы или проволоки.

Лента обычно наматывается в виде спирали, образуя, таким образом, множество соседних слоев, и изготавливается из волокон, в виде бумаги или сети. Соответствующие волокна являются органическими или неорганическими. Органические волокна обычно включают в себя натуральные волокна, такие как целлюлоза, полимерные волокна на основе термического твердения, такие как полиэстер, или на основе термопластичности, такие как арамид (NOMEX ®), полиамид, полиодефин, например РЕ, полибензимидазол (PBI), полибензобизоксазол (PBO), полипропилен сульфид (PPS), меламин и полиимид. Неорганические волокна обычно включают в себя стекло, лаву, базальт и глинозем. Бумага предпочтительно представляет собой крепированную бумагу или бумагу, содержащую отверстия. Затем связующий материал может быть очень быстро и равномерно распределен в сердечнике. Быстрое и равномерное распределение связующего материала может быть достигнуто также, когда лента содержит частицы наполнительного порошка, которым предварительно заполнена лента или изоляционная связующая среда перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером.

Конденсаторные вводы устанавливаются в сердечник после определенного количества витков таким образом, что располагаются на определенном радиальном расстоянии от оси. Конденсаторные вводы могут перемежаться отверстиями, которые облегчают и ускоряют проникновение связующего материала в намотанную ленту.

Значительно облегчает и ускоряет проникновение связующего материала в намотанную ленту комбинация прокладки и конденсаторных вводов.

Полимер может представлять собой смолу на основе силикона, эпоксидной смолы, в частности гидрофобной эпоксидной смолы, ненасыщенного полиэстера, винилэстера, полиуретана или фенола. Предпочтительно, частицы наполнителя представляют собой диэлектрик или полупроводник. Частицами наполнителя могут быть частицы SiO₂, Al ₂O₃,BN, Al, BeO, TiB₂, TiO₂ , SiC, Si₃N₄, B₄C, ZnO или подобные, или их смеси. Также возможно иметь смесь различных частиц в полимере.

Дополнительные преимущества и применения изобретения представлены на чертеже и в части описания, которая следует.

Краткое описание чертежа

На фигуре показан вариант осуществления высоковольтного проходного изолятора для наружной установки в соответствии с изобретением с осевым частичным разрезом справа.

Ссылочные позиции, использованные на фигуре, и их обозначения сведены в список ссылочных позиций. В общем случае, подобным или функционально подобным деталям присвоены одинаковые позиции. Описанный вариант воплощения подразумевается в качестве примера и не ограничивает изобретение.

Осуществление изобретения

Проходной изолятор, показанный на фигуре, практически симметричен относительно оси симметрии 1. В центре проходного изолятора расположен удлиненный опорный проводник 2, который выполнен в виде монолитного металлического стержня или металлической трубы. Металлический стержень является электрическим проводником, который соединяет активную часть герметичного прибора, например трансформатора или переключателя, с наружным компонентом, например линией электропередачи. Если опорный корпус 2 выполнен в виде металлической трубы, эта труба также может быть использована в качестве электрического проводника, но может также быть связана с концом кабеля, который входит снизу в трубу, и проводник которого электрически соединен с корпусом 2. Проводник 2 частично окружен сердечником 3, который также симметричен относительно оси симметрии 1. Сердечник 3 содержит изоляционную ленту 4 (показана справа фигуры), которая намотана вокруг проводника 2 и которая пропитана отверждаемым связующим материалом на основе полимера, заполненным неорганическим наполнительным порошком. Наполнительный порошок содержит приблизительно 45% к объему связующего материала перед отверждением. Конденсаторные вводы 5 (показаны справа фигуры) расположены между соседними витками ленты 4. Снаружи сердечника 3 имеется опорный фланец 6, который позволяет крепить проходной изолятор к заземленному кожуху герметичного устройства. В рабочих условиях проводник 2 будет находиться под высоким потенциалом, а сердечник 3 обеспечивает электрическую изоляцию между проводником 2 и фланцем 6. С той стороны проходного изолятора, которая обычно расположена снаружи заземленного кожуха, сердечник 3 окружает электрически изолирующий корпус 7 для защиты от атмосферных воздействий. Электрически изолирующий корпус 7 изготовлен из полимера на основе силикона или водоотталкивающей эпоксидной смолы. Корпус 7 содержит ребра и расположен на сердечнике 3 таким образом, что он расположен от верха опорного фланца 6 вдоль прилегающей внешней поверхности сердечника 3 к верхнему концу 8 корпуса 2. Связующий слой, который нанесен на покрытые поверхности деталей 2, 3 и 6, улучшает адгезию корпуса 7. Корпус 7 защищает сердечник 3 от старения, вызванного радиацией (УФ) и атмосферными воздействиями, и обеспечивает хорошие изолирующие свойства во время всего срока службы проходного изолятора. Форма ребер выполнена таким образом, что они имеют поверхность, самоочищающуюся во время попадания дождя. Это позволяет избежать скапливания пыли или загрязнений на поверхности ребер, которое может влиять на изолирующие свойства и приводить к электрическому разряду вокруг поверхности изолятора.

Лента 4 выполнена в виде сети на основе полиэстера. Связующий материал содержит в качестве полимера эпоксидную смолу, которая отверждена ангидридом, а в качестве наполнителя применен порошок кварцевого стекла. Размеры частиц порошка составляет до 64 мкм и три фракции со средними размерами частиц в 2, 12 и 40 мкм соответственно.

Проходной изолятор в соответствии с фигурой и эталонный проходной изолятор хранились в водопроводной воде при температуре 25±3°C. Оба проходных изолятора были полностью погружены в водопроводную воду. Эталонный проходной изолятор отличался от проходного изолятора по изобретению материалом ленты и связующей среды. Лента эталонного проходного изолятора была изготовлена из гофрированной бумаги. Связующая среда эталонного проходного изолятора имела тот же самый полимерный материал, что и связующая среда проходного изолятора по изобретению, но без наполнительного порошка. Время от времени проходные изоляторы доставали из воды, обдували сжатым воздухом и сушили на воздухе в течение 2 или 3 часов. После этого измерялся коэффициент рассеяния у обоих проходных изоляторов в соответствии с IEC 60137 на частоте 50 Гц.

Результаты измерений представлены в таблице ниже.

Таблица показывает, что проходной изолятор по изобретению даже после хранения в течение более ста дней в суровых условиях имел коэффициент рассеяния менее 1%. Кроме того, коэффициент рассеяния достигал столь малой величины уже после нескольких недель и оставался практически постоянным с этого времени. С другой стороны, коэффициент рассеяния эталонного проходного изолятора после нескольких недель достигал величины, которая в 100 раз выше, чем соответствующая величина у проходного изолятора по изобретению, и которая продолжала значительно увеличиваться с течением времени.

Таким образом, связующий материал сердечника проходного изолятора по изобретению действует как барьер для диффузии влаги, который в значительной степени ограничивает диффузию молекул воды внутрь сердечника и который обеспечивает то, что коэффициент рассеяния проходного изолятора по изобретению остается в значительной степени низким даже при жестких внешних условиях.

Список ссылочных позиций

1 ось

2 проводник

3 сердечник

4 лента

5 конденсаторный ввод

6 опорный фланец

7 корпус, защищающий от атмосферных воздействий

8 верхний конец проводника 2

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Высоковольтный проходной изолятор для наружной установки, содержащий проводник (2), расположенный вдоль оси (1), сердечник (3) и электрически изолирующий полимерный корпус (7), защищающий от атмосферных воздействий, отлитый на сердечнике (3), при этом сердечник (3) содержит электрически изолирующую ленту (4), намотанную по спирали вокруг проводника (2), конденсаторные вводы (5), расположенные между соседними витками ленты (4), и отвержденную полимерную изолирующую связующую среду, внедренную в намотанную ленту (4) и конденсаторные вводы (5), отличающийся тем, что проходной изолятор дополнительно содержит диффузионный барьер для влаги, который вмонтирован внутри сердечника (3) перед отливкой корпуса (7), защищающего от атмосферных воздействий.

2. Проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги содержит, по меньшей мере, часть изолирующей связующей среды, которая заполнена неорганическим наполнительным порошком.

3. Проходной изолятор по п.2, отличающийся тем, что наполнитель содержит, по меньшей мере, 20%, а предпочтительно, по меньшей мере, 30%, а предпочтительнее всего от 40% до 50% по объему от материала связующей среды перед отверждением.

4. Проходной изолятор по п.3, отличающийся тем, что наполнитель имеет две фракции частиц с разными средними размерами, из которых частицы в первой фракции имеют больший средний диаметр, чем частицы во второй фракции, и расположены в виде плотной упаковки, при этом частицы второй фракции заполняют промежутки между частицами первой фракции.

5. Проходной изолятор по п.4, отличающийся тем, что средний диаметр частиц второй фракции составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц первой фракции.

6. Проходной изолятор по п.5, отличающийся тем, что количество частиц второй фракции составляет от около 5 до около 30% по объему от количества частиц первой фракции.

7. Проходной изолятор по п.4, отличающийся тем, что в наполнителе присутствует, по меньшей мере, одна дополнительная фракция преимущественно сферических частиц, средний диаметр которых составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц второй фракции.

8. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%.

9. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды.

10. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

11. Проходной изолятор по п.10, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

12. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды.

13. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбирается таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

14. Проходной изолятор по п.13, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

15. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды, при этом диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

16. Проходной изолятор по п.15, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

17. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды, а диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

18. Проходной изолятор по п.17, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

Высоковольтный проходной изолятор для наружной установки

Изобретение относится к области высоковольтной технологии и касается высоковольтного проходного изолятора для наружной установки. Высоковольтный проходной изолятор наружной установки содержит проводник (2), продолжающийся вдоль оси (1), сердечник (3) и электрически изолирующий полимерный корпус (7), защищающий от атмосферных воздействий, отлитый на сердечнике (3). Сердечник (3) содержит электрически изолирующую ленту (4), которая намотана в виде спирали вокруг проводника (2), конденсаторные вводы (5), расположенные между соседними витками ленты (4), и отвержденную полимерную изолирующую связующую среду, внедренную в намотанную ленту (4) и в конденсаторные вводы (5). Внутри сердечника (3), перед отливкой корпуса (7), защищающего от атмосферных воздействий, вмонтирован диффузионный барьер для влаги. Такой проходной изолятор отличается превосходной стабильностью при хранении и эксплуатации в жарких и влажных условиях. 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области высоковольтной технологии и касается высоковольтного проходного изолятора для наружной установки, содержащего проводник, проходящий вдоль оси, сердечник и электрически изолированный полимерный корпус для защиты от атмосферных воздействий, отформованный на сердечнике. Сердечник содержит электрически изолирующую ленту, которая намотана по спирали вокруг проводника, конденсаторные вводы, расположенные между соседними витками ленты, и отверждаемое полимерное изолирующее связующее, пропитывающее намотанную ленту и конденсаторные вводы. Такой проходной изолятор применяется в высоковольтной технологии, в частности в распределительных устройствах или в высоковольтных устройствах, таких как генераторы или трансформаторы, для напряжений до нескольких сотен киловольт, обычно от 24 до 800 кВ.

Высоковольтный проходной изолятор для наружной установки — это деталь, которая обычно применяется для передачи тока высокого напряжения к высоковольтной наружной линии от герметизированного рабочего элемента высоковольтного устройства, такого как трансформатор или выключатель, через заземленную стенку, как, например, бак трансформатора или корпус выключателя. Для уменьшения электрического поля проходной изолятор для наружной установки содержит сердечник, который способствует регулированию электрического напряжения посредством незаземленных конденсаторных вводов, которые внедрены в сердечник. Сердечник уменьшает градиент поля, а также способствует однородному распределению поля по длине изолятора.

Сердечник конденсаторного проходного изолятора обычно наматывается из прочной оберточной бумаги (так называемой крафт-бумаги) или крепированной крафт-бумаги в качестве прокладки. Конденсаторные вводы изготавливаются или в виде металлических (обычно алюминиевых) листов, или из неметаллических (обычно черной, графитовой пасты) материалов. Вводы расположены коаксиально таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между внешним поверхностным разрядом и внутренней пробивной прочностью. Прокладка бумаги обеспечивает определенное положение вводов и механическую прочность сердечника. Сердечник конденсаторного проходного изолятора пропитан смолой (RIP — бумага, пропитанная смолой). Затем смола впитывается во время нагрева и вакуумной обработки сердечника. Такой RIP проходной изолятор для наружной установки имеет преимущество, состоящее в его сухости (отсутствии масла).

Проходной изолятор для наружной установки содержит наружную часть с диэлектриком, изготовленным либо из фарфора, либо из полимерного материала, устойчивого к атмосферным воздействиям, обычно на основе силикона или эпоксидной смолы, имеющую ребра, которые обеспечивают необходимое расстояние утечки по поверхности для противостояния напряжениям при всех рабочих условиях. В качестве материала диэлектрика традиционно применяется фарфор, однако имеет место постоянно возрастающая потребность в полимерной изоляции. Потребность в полимерной изоляции, главным образом, основана на том факте, что полимерные диэлектрики имеют дополнительное преимущество гидрофобности (водоотталкивания), что приводит к свойству самоочистки и что, таким образом, продлевает срок их службы и значительно снижает дополнительные расходы на техническое обслуживание. Более того, присущее силикону свойство гидрофобности помогает разрушать водные пленки и создавать отдельные капельки, которые уменьшают токи утечки, предотвращают пробой диэлектрика и повышают способность к противостоянию напряжению в условиях влажности и высокой загрязненности, которые типичны для прибрежной или сильно загрязненной среды. Кроме того, проходной изолятор с полимерной изоляцией обладает легким весом и устойчив против вандализма и землетрясений. Помимо этого проходной изолятор защищен от взрывов. Таким образом, распространение жесткого изолирующего корпуса, в частности фарфорового изолятора, и повреждение вспомогательного оборудования, по большей части, исключено.

Предыдущий уровень техники

Высоковольтный проходной изолятор с проводником, продолжающимся вдоль оси, сердечником, коаксиально окружающим проводник, и с электрически изолирующим полимерным корпусом, защищающим от атмосферных воздействий, описан в EP 1284483 A1. Корпус, защищающий от атмосферных воздействий, изготовлен из силикона и отлит непосредственно на внешней поверхности сердечника и продолжается к части поверхности проводника, которая не закрыта от сердечника. Колпачок проходного изолятора, который защищает высоковольтную сторону от атмосферы, становится больше не нужен, и проходной изолятор, таким образом, может быть изготовлен с меньшими затратами. Однако оказалось, что непосредственно отлитые проходные изоляторы для наружной установки создают значительные проблемы во время хранения и работы. В частности, во время длительных периодов хранения и работы коэффициент рассеяния тангенс δ значительно увеличился.

Дальнейшие высоковольтные проходные изоляторы, которые соответственно содержат проводник, продолжающийся вдоль оси, и сердечник, коаксиально окружающий проводник, раскрыты в EP 1622173 A1, EP 1798740 A1 и WO 2006/131011 A1. Эти проходные изоляторы соответственно содержат композитный диэлектрик в качестве предварительно изготовленного жесткого корпуса, защищающего от атмосферных воздействий. Сердечник расположен в жестком корпусе, и проводник закрыт при помощи колпачка и установочного фланца.

Производство сердечника содержит этапы намотки изоляционной ленты на проводник, установку конденсаторных вводов между последующими слоями ленты во время намотки, помещения намотанной ленты в пресс-форму, создание вакуума в пресс-форме и пропитки намотанной ленты с изоляционным материалом, состоящим из полимера, который заполнен неорганическим наполнительным порошком. После этого производится отверждение пропитанной ленты. Полученный в результате сердечник охлаждается и при необходимости подвергается механической обработке. Для ускорения этапа пропитки, по меньшей мере, один из слоев ленты (EP 1622173 A1) и/или один из конденсаторных вводов (EP 1798740 A1) содержит отверстия, и/или лента содержит частицы неорганического наполнителя, которыми предварительно наполняют ленту перед выполнением процесса пропитки ненаполненным полимером (WO 2006/131011 A19).

Такие высоковольтные проходные изоляторы для наружной установки дороги, поскольку композитные диэлектрики должны быть изготовлены отдельно и требуют наличия колпачка проходного изолятора. Кроме того, для заполнения зазоров и пор внутри корпусов проходных изоляторов и для предотвращения электрических разрядов и отказов в проходных изоляторах необходим электрически изолирующий материал.

Из WO 2005/006355 A and GB 537268 A известны высоковольтные проходные изоляторы наружной установки с сердечником из гигроскопичного материала, соответственно поглощающего влагу. В этих проходных изоляторах поглощение влаги в сердечнике предотвращается при помощи диффузионного барьера, который контактирует с поверхностью сердечника и который содержит пленку, имеющую низкую водопроницаемость, соответствующую твердой влагонепроницаемой оболочке.

Описание изобретения

Задача изобретения — создать высоковольтный проходной изолятор для наружной установки, который может быть изготовлен легким и экономичным способом и который, в то же время, отличается длительным сроком хранения и сроком службы и высокой надежностью при работе даже в суровых погодных условиях.

Высоковольтный проходной изолятор по изобретению содержит диффузионный барьер для влаги, который включен внутрь сердечника перед отливкой полимерного корпуса, защищающего от атмосферных воздействий. Такой проходной изолятор отличается превосходной стабильностью при хранении и работе в условиях высокой температуры и влажности. Это имеет место благодаря тому, что диффузионный барьер для влаги удерживает ее от проникновения глубоко внутрь сердечника. В противном случае, влага, после того как проходит через полимерный корпус, защищающий от атмосферных воздействий, посредством диффузии, может проникать глубоко в сердечник и может затем сильно влиять на электрические свойства проходного изолятора, в частности на коэффициент рассеяния.

В предпочтительном варианте воплощения проходного изолятора по изобретению диффузионный барьер для влаги содержит, по меньшей мере, часть изоляционной связующей среды, которая заполнена неорганическим наполнительным порошком. Частицы наполнительного порошка значительно уменьшают коэффициент диффузии сердечника, поскольку частицы наполнителя неорганического наполнительного порошка уменьшают эффективную длину диффузионного пробега молекул воды. Таким образом, влага надежно удерживается от проникновения в сердечник простым способом. Проходной изолятор может быть изготовлен легко, и в то же время, могут быть значительно продлены срок хранения и срок эксплуатации проходного изолятора даже во влажных и жарких условиях.

Чтобы получить эффективный барьер против проникновения воды, рекомендуется значительно заполнить полимер частицами неорганического наполнителя. Проходной изолятор со сравнительно длительными сроками хранения и эксплуатации в умеренных погодных условиях получается, когда наполнитель состоит, по меньшей мере, на 20%, а предпочтительно, на 30% по объему от связующего материала перед отверждением. Проходной изолятор с длительными сроками хранения и эксплуатации в суровых погодных условиях реализуется, когда наполнитель содержит от 40% до 50% по объему связующего материала перед отверждением.

Чтобы получить плотный и, следовательно, эффективный диффузионный барьер для влаги, наполнительный порошок имеет две фракции частиц с различными средними размерами, из которых частицы первой фракции имеют больший средний диаметр, чем частицы второй фракции, и расположены в виде плотной упаковки, а частицы второй фракции заполняют промежутки между частицами первой фракции. Плотное заполнение достигается, если средний диаметр частиц во второй фракции составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц в первой фракции и если количество второй фракции составляет от около 5 до около 30% по объему от количества первой фракции. Плотность, а следовательно, эффективность диффузионного барьера для влаги может быть дополнительно улучшена, если присутствует дополнительная фракция сферических частиц наполнителя, чей средний диаметр составляет от около 10 до около 50% от диаметра частиц второй фракции.

Водяной пар, проникший через полимерный корпус, защищающий от атмосферных воздействий, посредством диффузии в значительной степени удерживается от проникновения в сердечник, если диффузионный барьер для влаги содержит слой, который вызывает стойкую адгезию между сердечником и корпусом, защищающим от атмосферных воздействий. Рекомендуется делать такой слой в форме стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий диффузию.

Проводник обычно выполняется в виде стержня, трубы или проволоки.

Лента обычно наматывается в виде спирали, образуя, таким образом, множество соседних слоев, и изготавливается из волокон, в виде бумаги или сети. Соответствующие волокна являются органическими или неорганическими. Органические волокна обычно включают в себя натуральные волокна, такие как целлюлоза, полимерные волокна на основе термического твердения, такие как полиэстер, или на основе термопластичности, такие как арамид (NOMEX ®), полиамид, полиодефин, например РЕ, полибензимидазол (PBI), полибензобизоксазол (PBO), полипропилен сульфид (PPS), меламин и полиимид. Неорганические волокна обычно включают в себя стекло, лаву, базальт и глинозем. Бумага предпочтительно представляет собой крепированную бумагу или бумагу, содержащую отверстия. Затем связующий материал может быть очень быстро и равномерно распределен в сердечнике. Быстрое и равномерное распределение связующего материала может быть достигнуто также, когда лента содержит частицы наполнительного порошка, которым предварительно заполнена лента или изоляционная связующая среда перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером.

Конденсаторные вводы устанавливаются в сердечник после определенного количества витков таким образом, что располагаются на определенном радиальном расстоянии от оси. Конденсаторные вводы могут перемежаться отверстиями, которые облегчают и ускоряют проникновение связующего материала в намотанную ленту.

Значительно облегчает и ускоряет проникновение связующего материала в намотанную ленту комбинация прокладки и конденсаторных вводов.

Полимер может представлять собой смолу на основе силикона, эпоксидной смолы, в частности гидрофобной эпоксидной смолы, ненасыщенного полиэстера, винилэстера, полиуретана или фенола. Предпочтительно, частицы наполнителя представляют собой диэлектрик или полупроводник. Частицами наполнителя могут быть частицы SiO₂, Al₂O₃,BN, Al, BeO, TiB₂, TiO₂, SiC, Si₃N₄, B₄C, ZnO или подобные, или их смеси. Также возможно иметь смесь различных частиц в полимере.

Дополнительные преимущества и применения изобретения представлены на чертеже и в части описания, которая следует.

Краткое описание чертежа

На фигуре показан вариант осуществления высоковольтного проходного изолятора для наружной установки в соответствии с изобретением с осевым частичным разрезом справа.

Ссылочные позиции, использованные на фигуре, и их обозначения сведены в список ссылочных позиций. В общем случае, подобным или функционально подобным деталям присвоены одинаковые позиции. Описанный вариант воплощения подразумевается в качестве примера и не ограничивает изобретение.

Осуществление изобретения

Проходной изолятор, показанный на фигуре, практически симметричен относительно оси симметрии 1. В центре проходного изолятора расположен удлиненный опорный проводник 2, который выполнен в виде монолитного металлического стержня или металлической трубы. Металлический стержень является электрическим проводником, который соединяет активную часть герметичного прибора, например трансформатора или переключателя, с наружным компонентом, например линией электропередачи. Если опорный корпус 2 выполнен в виде металлической трубы, эта труба также может быть использована в качестве электрического проводника, но может также быть связана с концом кабеля, который входит снизу в трубу, и проводник которого электрически соединен с корпусом 2. Проводник 2 частично окружен сердечником 3, который также симметричен относительно оси симметрии 1. Сердечник 3 содержит изоляционную ленту 4 (показана справа фигуры), которая намотана вокруг проводника 2 и которая пропитана отверждаемым связующим материалом на основе полимера, заполненным неорганическим наполнительным порошком. Наполнительный порошок содержит приблизительно 45% к объему связующего материала перед отверждением. Конденсаторные вводы 5 (показаны справа фигуры) расположены между соседними витками ленты 4. Снаружи сердечника 3 имеется опорный фланец 6, который позволяет крепить проходной изолятор к заземленному кожуху герметичного устройства. В рабочих условиях проводник 2 будет находиться под высоким потенциалом, а сердечник 3 обеспечивает электрическую изоляцию между проводником 2 и фланцем 6. С той стороны проходного изолятора, которая обычно расположена снаружи заземленного кожуха, сердечник 3 окружает электрически изолирующий корпус 7 для защиты от атмосферных воздействий. Электрически изолирующий корпус 7 изготовлен из полимера на основе силикона или водоотталкивающей эпоксидной смолы. Корпус 7 содержит ребра и расположен на сердечнике 3 таким образом, что он расположен от верха опорного фланца 6 вдоль прилегающей внешней поверхности сердечника 3 к верхнему концу 8 корпуса 2. Связующий слой, который нанесен на покрытые поверхности деталей 2, 3 и 6, улучшает адгезию корпуса 7. Корпус 7 защищает сердечник 3 от старения, вызванного радиацией (УФ) и атмосферными воздействиями, и обеспечивает хорошие изолирующие свойства во время всего срока службы проходного изолятора. Форма ребер выполнена таким образом, что они имеют поверхность, самоочищающуюся во время попадания дождя. Это позволяет избежать скапливания пыли или загрязнений на поверхности ребер, которое может влиять на изолирующие свойства и приводить к электрическому разряду вокруг поверхности изолятора.

Лента 4 выполнена в виде сети на основе полиэстера. Связующий материал содержит в качестве полимера эпоксидную смолу, которая отверждена ангидридом, а в качестве наполнителя применен порошок кварцевого стекла. Размеры частиц порошка составляет до 64 мкм и три фракции со средними размерами частиц в 2, 12 и 40 мкм соответственно.

Проходной изолятор в соответствии с фигурой и эталонный проходной изолятор хранились в водопроводной воде при температуре 25±3°C. Оба проходных изолятора были полностью погружены в водопроводную воду. Эталонный проходной изолятор отличался от проходного изолятора по изобретению материалом ленты и связующей среды. Лента эталонного проходного изолятора была изготовлена из гофрированной бумаги. Связующая среда эталонного проходного изолятора имела тот же самый полимерный материал, что и связующая среда проходного изолятора по изобретению, но без наполнительного порошка. Время от времени проходные изоляторы доставали из воды, обдували сжатым воздухом и сушили на воздухе в течение 2 или 3 часов. После этого измерялся коэффициент рассеяния у обоих проходных изоляторов в соответствии с IEC 60137 на частоте 50 Гц.

Результаты измерений представлены в таблице ниже.

Таблица показывает, что проходной изолятор по изобретению даже после хранения в течение более ста дней в суровых условиях имел коэффициент рассеяния менее 1%. Кроме того, коэффициент рассеяния достигал столь малой величины уже после нескольких недель и оставался практически постоянным с этого времени. С другой стороны, коэффициент рассеяния эталонного проходного изолятора после нескольких недель достигал величины, которая в 100 раз выше, чем соответствующая величина у проходного изолятора по изобретению, и которая продолжала значительно увеличиваться с течением времени.

Таким образом, связующий материал сердечника проходного изолятора по изобретению действует как барьер для диффузии влаги, который в значительной степени ограничивает диффузию молекул воды внутрь сердечника и который обеспечивает то, что коэффициент рассеяния проходного изолятора по изобретению остается в значительной степени низким даже при жестких внешних условиях.

Список ссылочных позиций

1 ось

2 проводник

3 сердечник

4 лента

5 конденсаторный ввод

6 опорный фланец

7 корпус, защищающий от атмосферных воздействий

8 верхний конец проводника 2

1. Высоковольтный проходной изолятор для наружной установки, содержащий проводник (2), расположенный вдоль оси (1), сердечник (3) и электрически изолирующий полимерный корпус (7), защищающий от атмосферных воздействий, отлитый на сердечнике (3), при этом сердечник (3) содержит электрически изолирующую ленту (4), намотанную по спирали вокруг проводника (2), конденсаторные вводы (5), расположенные между соседними витками ленты (4), и отвержденную полимерную изолирующую связующую среду, внедренную в намотанную ленту (4) и конденсаторные вводы (5), отличающийся тем, что проходной изолятор дополнительно содержит диффузионный барьер для влаги, который вмонтирован внутри сердечника (3) перед отливкой корпуса (7), защищающего от атмосферных воздействий.

2. Проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги содержит, по меньшей мере, часть изолирующей связующей среды, которая заполнена неорганическим наполнительным порошком.

3. Проходной изолятор по п.2, отличающийся тем, что наполнитель содержит, по меньшей мере, 20%, а предпочтительно, по меньшей мере, 30%, а предпочтительнее всего от 40% до 50% по объему от материала связующей среды перед отверждением.

4. Проходной изолятор по п.3, отличающийся тем, что наполнитель имеет две фракции частиц с разными средними размерами, из которых частицы в первой фракции имеют больший средний диаметр, чем частицы во второй фракции, и расположены в виде плотной упаковки, при этом частицы второй фракции заполняют промежутки между частицами первой фракции.

5. Проходной изолятор по п.4, отличающийся тем, что средний диаметр частиц второй фракции составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц первой фракции.

6. Проходной изолятор по п.5, отличающийся тем, что количество частиц второй фракции составляет от около 5 до около 30% по объему от количества частиц первой фракции.

7. Проходной изолятор по п.4, отличающийся тем, что в наполнителе присутствует, по меньшей мере, одна дополнительная фракция преимущественно сферических частиц, средний диаметр которых составляет от около 10 до около 50% от среднего диаметра частиц второй фракции.

8. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%.

9. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды.

10. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

11. Проходной изолятор по п.10, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

12. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды.

13. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбирается таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

14. Проходной изолятор по п.13, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

15. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды, при этом диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

16. Проходной изолятор по п.15, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.

17. Проходной изолятор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что количество и размер наполнителя выбираются таким образом, что после погружения проходного изолятора в воду при температуре 25°С более чем на 1000 ч коэффициент рассеяния проходного изолятора при частоте 50 Гц остается менее 1%, при этом лента (4) и/или, по меньшей мере, один из конденсаторных вводов (5) содержит отверстия, образующие ячеечную структуру, которые заполнены изолирующей связующей средой, и/или лента содержит частицы наполнительного порошка, которые предварительно внедрены в ленту (4) перед пропиткой намотанной ленты неотвержденным полимером изолирующей связующей среды, а диффузионный барьер для влаги содержит слой, обеспечивающий стойкую адгезию между сердечником (3) и корпусом (7), защищающим от атмосферных воздействий.

18. Проходной изолятор по п.17, отличающийся тем, что диффузионный барьер для влаги представлен в виде стимулятора адгезии на основе адгезионного полимера, содержащего материал, ограничивающий адгезию.