RU2391728C1

RU2391728C1 - Electric insulator

Info

Publication number: RU2391728C1
Application number: RU2009118855/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Зорин (RU); Сергей Иванович Зорин
Original assignee: Сергей Иванович Зорин
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-06-10

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: insulator comprises dielectric shell, end terminals and bearing element formed from glass fiber threads impregnated with binder. Bearing element has alternating cross section, which reduces from its middle part to end terminals. Bearing element may have multilayer structure that varies layerwise from the middle of the bearing element to its end terminals. Basalt glass tissue is used as threads of glass fibre. ^ EFFECT: increased strength characteristics of electric insulator used in contact networks of tram and trolleybus. ^ 2 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к продукту, обеспечивающему электроизоляцию соответствующих приборов от высокого электрического напряжения на городском транспорте, в частности в контактных электросетях трамваев и троллейбусов, а также может найти применение в железнодорожном транспорте в системах высоковольтных электропередач для изоляции и крепления электрических устройств контактной электросети, железных дорог.The present invention relates to a product that provides electrical isolation of the respective devices from high voltage in urban transport, in particular in contact electrical networks of trams and trolleybuses, and can also be used in railway transport in high voltage power transmission systems for insulation and fastening of electrical devices of a contact electrical network, railways .

Из авторского свидетельства №1753496, БИ №29, 1992 известен изоляционный несущий элемент. На его базе формируют электрический изолятор. Он включает несущий элемент с двумя расположенными на определенном расстоянии друг от друга оконцевателями. Между ними - прямолинейный участок, который образован в начале продольной, а затем - поперечной намоткой нитей стекловолокна, пропитанных соответствующим связующим. Таким образом, несущий элемент имеет многослойную структуру.From the copyright certificate No. 1753496, BI No. 29, 1992, an insulating supporting element is known. An electric insulator is formed on its base. It includes a supporting element with two terminators located at a certain distance from each other. Between them is a straight section, which is formed at the beginning of the longitudinal and then transverse winding of fiberglass threads impregnated with the corresponding binder. Thus, the supporting element has a multilayer structure.

Недостатком такого изобретения является низкая надежность при длительной эксплуатации как при растягивающей нагрузке, так и при поперечных ударных воздействиях. Это обусловлено тем, что прямолинейный участок несущего элемента растягивается, теряя свою форму и прочность, а при поперечном ударе - ломается, чему способствует упомянутая двухслойная его структура.The disadvantage of this invention is the low reliability during long-term operation both under tensile load and in transverse impacts. This is due to the fact that the rectilinear section of the bearing element is stretched, losing its shape and strength, and when transverse impact breaks, which contributes to the mentioned two-layer structure.

Из авторского свидетельства СССР №1479960, БИ №18, 1989 известен стеклопластиковый электрический изолятор, содержащий несущий элемент, оконцеватели и оболочку. Оконцеватели выполнены с отверстиями в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону несущего элемента. Несущий элемент представляет собой стекложгут, выполненный из соответствующих нитей стекловолокна путем их навивки и скручивания относительно продольной оси жгута с одновременной пропиткой связующим. Причем его концы закреплены в оконцевателях и стекложгут имеет у оконцевателей диаметр больше диаметра сечения участка несущего элемента, расположенного между ними. Структура несущего элемента выполнена двухслойной, причем у одного слоя нити направлены продольно, а у другого - поперечно первому слою.From the USSR author's certificate No. 1479960, BI No. 18, 1989, a fiberglass electrical insulator is known that contains a supporting element, terminators and a sheath. The terminators are made with holes in the form of a truncated cone, the smaller base of which is turned towards the supporting element. The supporting element is a fiberglass made of the corresponding fiberglass threads by winding and twisting relative to the longitudinal axis of the bundle with simultaneous impregnation of the binder. Moreover, its ends are fixed in the terminators and the fiberglass has at the terminators a diameter greater than the diameter of the cross-section of the section of the supporting element located between them. The structure of the supporting element is made two-layer, with one layer of thread directed longitudinally, and the other transversely to the first layer.

Недостатком такого изолятора является низкая прочность как на разрыв, так и на поперечный удар. Это обусловлено ослаблением его средней части, имеющей меньший диаметр, чем диаметр несущего элемента у его оконцевателей.The disadvantage of this insulator is its low tensile and transverse impact strength. This is due to the weakening of its middle part, which has a smaller diameter than the diameter of the bearing element at its end.

Из патента США №4958049 известна конструкция электрического изолятора, которая включает несущий элемент, оконцеватель и оболочку. Несущий элемент имеет центральный цилиндрический прямолинейный участок и концевые участки, выполненные в виде твердых тел вращения, у которых диаметр больше диаметра центрального прямолинейного участка несущего элемента. Участки несущего элемента - центральный и концевые - выполнены из налагающихся и пересекающихся слоев стекловолоконных нитей, пропитанных затвердевшим связующим и намотанных под углом менее 90°. При этом несущий элемент покрыт диэлектрическим материалом с образованием соответствующего электрического изолятора.From US patent No. 4958049 known design of an electrical insulator, which includes a supporting element, a terminal and a sheath. The bearing element has a central cylindrical rectilinear section and end sections made in the form of solid bodies of revolution, in which the diameter is larger than the diameter of the central rectilinear section of the bearing element. The sections of the supporting element — central and end — are made of overlapping and intersecting layers of fiberglass yarn impregnated with a hardened binder and wound at an angle of less than 90 °. In this case, the supporting element is coated with a dielectric material with the formation of the corresponding electrical insulator.

Этот электрический изолятор имеет недостаточную прочность и надежность, что обусловлено его особенностями в местах перехода центральной части несущего элемента к его концевым участкам. Кроме того, он не выдерживает поперечных резких ударов, которые случаются при эксплуатации в контактной электросети трамваев и троллейбусов. Причина кроется в форме центрального участка несущего элемента и в его многослойной структуре.This electrical insulator has insufficient strength and reliability, which is due to its features in the places of transition of the Central part of the bearing element to its end sections. In addition, it does not withstand the transverse sharp blows that occur when operating trams and trolleybuses in the contact network. The reason lies in the shape of the central section of the bearing element and in its multilayer structure.

В качестве прототипа выбирается известное изобретение по патенту РФ №2118005, H01B 17/14; H01B 17/26; 1998.08.20. Это электрический изолятор и способ его изготовления. Он является наиболее известной последней разработкой по данной теме и имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения.As a prototype, the well-known invention according to the patent of the Russian Federation No. 21118005, H01B 17/14; H01B 17/26; 08/08/20. This is an electrical insulator and method of its manufacture. He is the most famous latest development on this topic and has the largest number of essential features that match the essential features of the claimed invention.

В известном электрическом изоляторе содержится несущий элемент, который выполнен из нитей стекловолокна, пропитанного связующим, два оконцевателя и оболочка. Несущий элемент представляет собой двухслойный жгут, скрученный из непрерывной пряди стекловолокна, образованной из соответствующих его нитей. Прядь уложена вокруг оконцевателей. При этом полученные в процессе укладки внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительно друг друга и имеют различную длину и толщину. Внутренний и наружный слои жгута имеют различное число скруток, которое выбирается в зависимости от соотношения длины и поперечного сечения несущего элемента изолятора. Оконцеватели имеют форму тела вращения, например катушки или втулки. Оболочка изолятора выполнена из резины или термопласта, либо иного диэлектрического материала. В сущности, структура несущего элемента упорядоченная и состоит из многих слоев, которые имеют соответствующую направленность нитей, толщину и протяженность. Причем участок несущего элемента между его оконцевателями имеет прямолинейную форму, а диаметр у его оконцевателя больше диаметра несущего элемента между ними.In the known electrical insulator contains a carrier element, which is made of fiberglass threads impregnated with a binder, two terminators and a sheath. The supporting element is a two-layer bundle twisted from a continuous strand of fiberglass formed from its corresponding threads. A strand is laid around the terminal. Moreover, the inner and outer layers obtained during laying are twisted in the opposite direction relative to each other and have different lengths and thicknesses. The inner and outer layers of the bundle have a different number of twists, which is selected depending on the ratio of the length and cross section of the supporting element of the insulator. The terminators are in the form of a body of revolution, for example coils or bushings. The insulator shell is made of rubber or thermoplastic or other dielectric material. In fact, the structure of the supporting element is ordered and consists of many layers that have the corresponding direction of the threads, thickness and length. Moreover, the portion of the bearing element between its terminators has a rectilinear shape, and the diameter of its terminal is greater than the diameter of the bearing element between them.

Однако и прототип имеет существенные недостатки, которые присущи всем ранее рассмотренным электрическим изоляторам, а именно: недостаточную прочность и надежность, что обусловлено особенностями в местах перехода центральной части несущего элемента к его концевым участкам. Кроме того, он не выдерживает поперечных резких ударов, которые случаются при эксплуатации такого электрического изолятора в контактных электросетях трамваев и троллейбусов.However, the prototype also has significant drawbacks that are inherent in all previously considered electrical insulators, namely: insufficient strength and reliability, which is due to the peculiarities in the places of transition of the central part of the bearing element to its end sections. In addition, it does not withstand the transverse sharp shocks that occur when operating such an electrical insulator in the contact networks of trams and trolleybuses.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового электрического изолятора, обеспечивающего достижение следующего технического результата: повышение прочности, особенно к поперечным резким ударам.The technical task of the invention is the creation of a new electrical insulator, ensuring the achievement of the following technical result: increased strength, especially to transverse sharp impacts.

Для решения поставленной задачи предлагается в известном электрическом изоляторе, состоящем из диэлектрической оболочки, оконцевателей и несущего элемента, образованного из пропитанных связующим нитей стекловолокна, согласно настоящему изобретению, несущий элемент, который имеет переменное поперечное сечение, уменьшающееся от средней части несущего элемента к его оконцевателям.To solve this problem, it is proposed in the known electrical insulator, consisting of a dielectric sheath, terminators and a carrier element formed from glass fiber impregnated with binder filaments, according to the present invention, a carrier element that has a variable cross section, decreasing from the middle part of the carrier element to its terminators.

Есть вариант, по которому несущий элемент имеет многослойную структуру, изменяющуюся от середины несущего элемента к его оконцевателям, и в которой каждый слой имеет направленность нитей, толщину и протяженность, отличные от направленности нитей, толщины и протяженности соседнего слоя, а в качестве нитей стекловолокна использована базальтовая стеклонить.There is an option according to which the supporting element has a multilayer structure, varying from the middle of the supporting element to its terminators, and in which each layer has a thread orientation, thickness and length different from the direction of the threads, thickness and length of the adjacent layer, and used as fiberglass threads basalt fiberglass.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующих технических результатов:Such a new technical solution with all its essential features allows you to achieve the following technical results:

- повысить прочность на ударные поперечные нагрузки, воздействующие на изоляторы во время их эксплуатации в городском электрическом транспорте;- increase the strength on transverse shock loads acting on insulators during their operation in urban electric transport;

- сохранить, а в ряде случаев повысить их диэлектрическую прочность.- save, and in some cases increase their dielectric strength.

Эти результаты достигаются за счет иной формы центральной части несущего элемента и иного выполнения многослойной структуры. В результате происходит иное перераспределение внешних силовых воздействий на структуру изолятора без нарушения его диэлектрических свойств и с сохранением его технологичности, в частности, методом намоточного изготовления несущего элемента. Причем это перераспределение достигается тем, что изменяется не только направленность каждого слоя, но их толщина и протяженность.These results are achieved due to a different form of the central part of the bearing element and other performance of the multilayer structure. As a result, there is a different redistribution of external force effects on the structure of the insulator without violating its dielectric properties and maintaining its manufacturability, in particular, by the method of winding the manufacture of a bearing element. Moreover, this redistribution is achieved by the fact that not only the direction of each layer changes, but their thickness and extent.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются в форме исполнения несущего элемента и в его структуре.Compared with the prototype of the present invention has significant differences, which are in the form of execution of the bearing element and in its structure.

Заявителем проведен патентно-информационный поиск по данной теме, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому данное изобретение можно признать новым.The applicant conducted a patent information search on this topic, which showed that the claimed combination of essential features is not known. Therefore, this invention can be recognized as new.

Заявляемое изобретение обладает изобретательским уровнем, так как оно для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники. Однако отдельные существенные признаки известны в совокупности с иными существенными признаками. Например, из прототипа известен электрический изолятор. Он состоит из несущего элемента, выполненного из стекловолокна, пропитанного связующим, двух оконцевателей и оболочки. Несущий элемент выполнен в виде двухслойного жгута, скрученного из непрерывной пряди стекловолокна, уложенной вокруг оконцевателей. При этом внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительно друг друга, имеют различную длину и толщину, разное число скруток. А вся структура несущего элемента равнопрочная. Причем участок несущего элемента между его оконцевателями имеет прямолинейную форму, а диаметр у его оконцевателя больше диаметра несущего элемента между ними.The claimed invention has an inventive step, as it is for a specialist of average skill does not logically follow from the prior art. However, certain essential features are known in conjunction with other essential features. For example, an electrical insulator is known from the prior art. It consists of a supporting element made of fiberglass impregnated with a binder, two terminators and a shell. The supporting element is made in the form of a two-layer bundle twisted from a continuous strand of fiberglass, laid around the terminal. In this case, the inner and outer layers are twisted in the opposite direction relative to each other, have a different length and thickness, a different number of twists. And the whole structure of the bearing element is equally strong. Moreover, the portion of the bearing element between its terminators has a rectilinear shape, and the diameter of its terminal is greater than the diameter of the bearing element between them.

В предлагаемом изобретении центральный участок несущего элемента имеет повышенную прочность на ударное резкое поперечное воздействие, что обеспечено его соответствующей формой и соответствующим расположением слоев структуры.In the present invention, the central portion of the supporting element has an increased impact resistance by a sharp transverse impact, which is ensured by its corresponding shape and corresponding arrangement of the structure layers.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, а практическая применимость нижеследующим описанием.The technical nature of the claimed invention is illustrated by the drawing, and the practical applicability of the following description.

Предлагаемый электрический изолятор содержит оболочку 1. Она выполняется из диэлектрического материала, например из резины или термопласта, после того, как будет изготовлен несущий элемент 2. Несущий элемент 2 имеет оконцеватели 3 и 4 и выполнен в виде жгута, имеющего многослойную структуру, образованную из нитей стекловолокна, например из базальтовой стеклонити. Оконцеватели 3 и 4 имеют форму втулки или катушки.The proposed electrical insulator contains a sheath 1. It is made of a dielectric material, for example rubber or thermoplastic, after the carrier element 2 is made. The carrier element 2 has terminators 3 and 4 and is made in the form of a bundle having a multilayer structure formed of threads fiberglass, for example from basalt fiberglass. Terminators 3 and 4 are in the form of a sleeve or coil.

Изолятор изготавливают следующим образом. Ровинг из стеклянных нитей, например, типа Н (ГОСТ 17139-79) в виде пряди пропитывают эпоксидным связующим и наматывают вокруг оконцевателей 3 и 4, формируя сначала внутренний слой 5, а затем последующие, например, 6, 7, 8 слои структуры несущего элемента 2. При этом слои образованы в виде замкнутых поясов требуемой длины и поперечного сечения. При этом у оконцевателей 3 и 4, имеющих вид втулки, бортовые части охватывают нити стекловолокна. Это исключает их вырывание из тела несущего элемента как при продольных воздействиях, так и при поперечных ударах. У несущего элемента 2 между его оконцевателями 3 и 4 диаметр «Д» больше диаметра «д» несущего элемента у его оконцевателей. В сущности, несущий элемент 2 имеет переменное поперечное сечение, которое увеличивается от краев к его середине. Такое изменение послойной структуры достигается путем формирования слоев от середины несущего элемента к его краям, и в которой каждый слой имеет направленность нитей, толщину и протяженность, отличные от направленности нитей, толщины и протяженности соседнего слоя.The insulator is made as follows. Roving from glass filaments, for example, type H (GOST 17139-79), is impregnated in the form of a strand with an epoxy binder and wound around the terminators 3 and 4, forming first the inner layer 5, and then the subsequent, for example, 6, 7, 8 layers of the structure of the supporting element 2. In this case, the layers are formed in the form of closed belts of the required length and cross section. In this case, at the terminal 3 and 4, having the form of a sleeve, the side parts cover the fiberglass yarns. This eliminates their pulling out from the body of the supporting element both during longitudinal impacts and during transverse impacts. The bearing element 2 between its terminal 3 and 4, the diameter "D" is greater than the diameter "d" of the bearing element at its terminal. In fact, the supporting element 2 has a variable cross-section, which increases from the edges to its middle. Such a change in the layered structure is achieved by forming layers from the middle of the bearing element to its edges, and in which each layer has a directivity of the threads, thickness and length different from the directivity of the threads, the thickness and length of the adjacent layer.

Изготовленный таким образом изолятор может иметь различные размеры и соответствующие поперечные сечения. Например, он может иметь размер 250 мм и поперечное сечение 10 мм, обладать электрической прочностью 45 кВ/см и прочностью на растяжение 40 кН, что в несколько раз превышает аналогичные характеристики известных изоляторов.An insulator made in this way can have various sizes and corresponding cross sections. For example, it can have a size of 250 mm and a cross section of 10 mm, have an electric strength of 45 kV / cm and a tensile strength of 40 kN, which is several times higher than the similar characteristics of known insulators.

Таким образом, предлагаемый изолятор обладает высокими прочностными и электроизоляционными свойствами, высокой технологичностью изготовления и увеличенным сроком эксплуатации. Это позволяет использовать их для работы на подстанциях, на воздушных линиях электропередач и в работе контактных сетей электротранспорта.Thus, the proposed insulator has high strength and electrical insulation properties, high manufacturability and extended life. This allows you to use them for work in substations, overhead power lines and in the work of contact electric transport networks.

В сущности, создан новый электрический изолятор, который состоит из изоляционного элемента, концы которого армированы нержавеющими металлическими втулками. Тип армирования позволяет получить модификацию исполнения изолятора по типу оконцевателей, которые обеспечивают совместимость изолятора с используемой в работе арматурой контактной сети.In essence, a new electrical insulator has been created, which consists of an insulating element, the ends of which are reinforced with stainless metal bushings. The type of reinforcement makes it possible to obtain a modification of the design of the insulator by the type of terminators, which ensure the compatibility of the insulator with the contact network fittings used in the work.

Изоляционный элемент представляет стеклопластиковый стержень, обладающий высокой механической прочностью, на который методом горячей вулканизации нанесена защитная ребристая оболочка из трекингостойкой кремнийорганической резины, предохраняющей стержень от воздействия факторов окружающей среды и обеспечивающей необходимую длину пути утечки.The insulating element is a fiberglass rod with high mechanical strength, on which a protective ribbed sheath of tracking silicone rubber is applied by hot vulcanization, which protects the rod from environmental factors and provides the necessary creepage distance.

Claims

1. An electrical insulator consisting of a dielectric sheath, terminators and a carrier element formed of fiberglass impregnated with binder filaments, characterized in that the carrier element has a variable cross section, decreasing from the middle part of the carrier element to the terminators.

2. The electrical insulator according to claim 1, characterized in that the carrier element has a multilayer structure, varying in layers from the middle of the carrier element to its terminators, and in which each layer has an orientation of the threads, thickness and length different from the direction of the threads, thickness and length the previous layer, and basalt fiberglass was used as fiberglass filaments.