Высоковольтный проходной изолятор

Изобретение относится к области электротехники, а именно к основным элементам электротехнического оборудования, в частности к электрическим проходным изоляторам для метрологических газовых и вакуумных высоковольтных конденсаторов. Техническим результатом является обеспечение исключение возможности непредсказуемого перемещения токоведущего стержня относительно опорной поверхности фланца под действием тепловых деформаций при термическом изменении их длины. Токоведущий стержень выполнен со сферическим утолщением диаметром от 1.5 до 3 диаметров токоведущего стержня, центр которого расположен на расстоянии от плоскости опорной поверхности фланца ±1.5 диаметра этого стержня. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к основным элементам электротехнического оборудования, в частности к электрическим проходным изоляторам для метрологических газовых и вакуумных высоковольтных конденсаторов.

Известен стержневой полимерный изолятор, содержащий стержень, защитную ребристую оболочку из последовательно установленных ребер разных диаметров, периодически расположенных вдоль стержня, и металлические оконцеватели, защитная ребристая оболочка которых выполнена монолитной, соединена со стержнем адгезивом на полимерной основе при вулканизации, период ребер составляет не менее двух, при этом углы наклона ребер 2°-60°, отношение вылета наибольшего ребра к расстоянию между основаниями ребер 0,4-1,5, а расстояние от первого ребра до оконцевателя не менее 0,4 вылета ребра (патент РФ №2172994, Н 01 B 17/00, H 01 B 3/00, опубликованный 27.08.2001).

Недостатком этого стержневого изолятора является возможность неконтролируемого осевого смещения токоведущего стержня относительно корпуса при нагревании и охлаждении изолятора (из-за разности коэффициентов теплового расширения материалов полимерной оболочки и токоведущего стержня).

Результатом этого будет разъюстировка прибора, в котором он используется.

Этот недостаток усугубляется при использовании современных полимерных изоляторов с оболочками из полиэтилена, фторопласта, поливинилхлорида, и т.п., которые обладают высокими электроизоляционными свойствами, но при этом имеют высокую температурную и временную текучесть (ползучесть). В результате, через определенное время, происходит необратимое и непредсказуемое по величине взаимное перемещение опорной (на корпус) поверхности изолятора и токоведущего стержня.

Известен высоковольтный проходной изолятор, все элементы которого скреплены между собой клеящим компаундом. Он содержит диэлектрический корпус с фланцем, имеющим опорную поверхность, и токоведущим стержнем, расположенным внутри диэлектрического тела. Внутренняя часть диэлектрического тела выполнена с упором по торцам, препятствующим осевому перемещению токопроводящего стержня. Сам стержень имеет упорный выступ и специальную зажимную гайку для крепления в теле изолятора (заявка РФ №2001116789, Н 01 B 17/26, опубликована 20.07.2003).

Недостатком этого изолятора является то, что даже наличие упорного выступа на токопроводящем стержне при изменении температуры окружающей среды (из-за разности коэффициентов теплового расширения материалов диэлектрического корпуса и токопроводящего стержня), не обеспечивает устранения микроперемещений стержня относительно плоскости упорного фланца корпуса, что приводит к разъюстировке прибора.

Разделительный слой между корпусом и токоведущим стержнем в данном патенте назван клеящим компаундом (иногда его еще называют адгезивом на полимерной основе) и представляет собой резиноподобный диэлектрический материал. В конструкции прототипа, из-за своей пластичности, такой разделительный слой не может исключить микроперемещения стержня относительно корпуса.

Кроме того, из-за разности коэффициентов теплового расширения материалов диэлектрического корпуса изолятора (обычно он изготавливается из эпоксидного или дианового компаунда) и металлического токоведущего стержня, в диэлектрическом корпусе, зажатом между упорным выступом стержня и зажимной гайкой, образуются значительные термические напряжения. Эти напряжения, со временем, обеспечивают появление в изоляторе микротрещин, что приводит к непредсказуемым отказам и связанным с этим авариям прибора, а именно: к утечке газа из внутреннего объема газового конденсатора, либо к нарушению вакуума в вакуумном конденсаторе. Такие аварии всегда кончаются высоковольтным пробоем конденсатора и необратимым его разрушением.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания высоковольтного проходного изолятора, в котором обеспечивается исключение возможности непредсказуемого перемещения токоведущего стержня относительно опорной поверхности фланца под действием тепловых деформаций при термическом изменении их длины.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что токоведущий стержень выполнен со сферическим утолщением диаметром от 1.5 до 3 диаметров токоведущего стержня, центр которого расположен на расстоянии от плоскости опорной поверхности фланца ±1.5 диаметра этого стержня.

В случаях, когда предъявляются повышенные требования к точности размещения устройств, ток к которым подводится через указанный проходной изолятор (например, обкладка метрологического конденсатора), на поверхность сферического утолщения не наносится слой разделительного резиноподобного материала.

Наличие сферического утолщения в зоне фланца формирует упор токоведущего стержня относительно корпуса изолятора в целом, так как даже при сильном нагревании сфера не смещается относительно места крепления изолятора на приборе назначения. Выбранные размеры обеспечивают техническое выполнение поставленной задачи и минимизацию термических напряжений.

Сферическая форма утолщения и ее рекомендуемые размеры, кроме решения поставленной задачи, обеспечивают и решение высоковольтной электротехнической проблемы, а именно исключение превышения допустимого уровня напряженности электрического поля в районе опорного фланца. Это исключает возникновение в этой зоне частичных разрядов, снижающих метрологические возможности прибора в целом.

Изобретение поясняется Фиг.1-3.

На Фиг.1 показана конструкция высоковольтного проходного изолятора, содержащего токоведущий стержень 1 со сферическим утолщением 2, слой разделительного резиноподобного материала 3 (например, кремнийорганическая резина), диэлектрический корпус 4, фланец 5 корпуса 4 с опорной поверхностью 6. Центр сферического утолщения 2 расположен на расстоянии ±1.5 диаметра токоведущего стержня 1 от опорной поверхности 6 фланца 5.

На Фиг.2 показан вариант исполнения высоковольтного проходного изолятора, у которого на поверхности сферического утолщения 2 не нанесен слой разделительного резиноподобного материала 3.

На Фиг.3 показан разрез токоведущего стержня 1 (имеющего диаметр Д), со сферическим утолщением 2 (имеющим диаметр от 1,5 до 3 Д). На торцах токоведущего стержня 1 выполнены крепежные резьбы 7 и 8.

Предложенная конструкция высоковольтного проходного изолятора позволяет обеспечить подвод высокого напряжения без заметного смещения закрепленного на токоведущем стержне элемента прибора, к которому подводится это напряжение, при температуре окружающей среды от -10 до +40°С. Это существенно расширяет метрологические возможности приборов, использующих предлагаемый изолятор.

Высоковольтный проходной изолятор, содержащий диэлектрический корпус с опорным фланцем, в котором коаксиально корпусу расположен токоведущий стержень, причем между корпусом и стержнем выполнен разделительный слой из резиноподобного материала, отличающийся тем, что токоведущий стержень выполнен со сферическим утолщением диаметром от 1,5 до 3 диаметров токоведущего стержня, центр которого расположен на расстоянии от плоскости опорной поверхности фланца ±1,5 диаметра этого стержня.