Индикатор пробоя полимерного изолятора и полимерный изолятор с индикацией пробоя
Изобретение относится к электротехнике. Предложен индикатор пробоя полимерного изолятора, содержащий диэлектрический элемент, имеющий протяженную вдоль оси центральную часть с открытой на одном из концов полостью, радиально-протяженную периферическую часть и проводящий стержень для крепления к изолятору, одним из своих концов установленный в упомянутую полость, управляющий электрод, установленный соосно упомянутому стержню впритык к внутренней поверхности упомянутой периферической части, покрытие, выполненное с возможностью электрической изоляции зоны контакта упомянутого управляющего электрода с упомянутым диэлектрическим элементом, в котором (в индикаторе) упомянутый диэлектрический элемент выполнен из хрупкого термонапряженного материала и снабжен оптическим пробоем, а относительная диэлектрическая проницаемость упомянутого покрытия меньше диэлектрической проницаемости материала упомянутого диэлектрического элемента. Изобретение позволяет безошибочно определить неисправный полимерный изолятор в сети визуальным методом по разрушению индикатора пробоя. Техническим результатом изобретения является создание надежной методики диагностики работоспособности полимерных изоляторов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к электротехнике, особенно к устройствам для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях электропередач и в распределительных устройствах электростанций и подстанций.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из описания к патенту РФ на изобретение №2408104 известен изолятор (см. чертежи к патенту), содержащий оконцеватель для крепления провода, оконцеватель для крепления к траверсе, диэлектрический элемент, имеющий радиально-протяженную периферическую часть (юбку) и протяженную вдоль оси центральную часть (головку) с внутренней полостью, внутрь которой установлен металлический стержень; упомянутый диэлектрический элемент выполнен из равномерно закаленного стекла со степенью закалки более 700 ммкм/см и неразъемно соединен с оконцевателями. Благодаря равномерной закалке головки и юбки при электрическом пробое центральной части (головки) происходит разрушение периферической части (юбки) изолятора на мелкие осколки, указывающее на внутренний пробой.
Из описания к патенту РФ на изобретение №2113741 известен изолятор (см. чертежи к патенту), содержащий выполненный из закаленного стекла диэлектрический элемент, состоящий из центральной протяженной вдоль оси части (головки) и периферической радиально-протяженной части (тарелки), металлический колпак со средствами крепления провода, установленный на упомянутой протяженной вдоль оси части (головке), и металлический стержень, жестко закрепленный в упомянутом диэлектрическом элементе; упомянутые части диэлектрического элемента выполнены из закаленного стекла с разной степенью закалки, при этом степень закалки стекла упомянутой центральной части превышает степень закалки стекла упомянутой периферической части, а последняя соответствует нижней границе степени закалки стекла. Пробой изолятора приводит к разрушению радиально-протяженной части диэлектрического элемента (тарелки).
Общий недостаток известных технических решений, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что перечисленные выше диэлектрические элементы нельзя использовать в качестве индикатора пробоя полимерного изолятора, так как они не разрушаются на воздухе переменным током промышленной частоты или импульсным пробоем при напряжениях подающей линии электропередач, а перекрываются по воздуху вдоль поверхности диэлектрического элемента.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Задача, которую решают с помощью индикатора, описанного в настоящем тексте, состоит в визуальном контроле исправности полимерных изоляторов на высоковольтной линии электропередачи.
Технический результат, проявляющийся при использовании индикатора, описанного в настоящем тексте, состоит в разрушении индикатора пробоя в случае пробоя полимерного изолятора переменным током высокого напряжения.
Вышеуказанный технический результат достигается благодаря тому, что индикатор пробоя полимерного изолятора, содержит диэлектрический элемент, имеющий протяженную вдоль оси центральную часть с открытой на одном из концов полостью, радиально-протяженную периферическую часть и проводящий стержень для крепления к изолятору, одним из своих концов установленный в упомянутую полость, управляющий электрод, установленный соосно упомянутому стержню впритык к внутренней поверхности упомянутой периферической части, покрытие, выполненное с возможностью электрической изоляции зоны контакта упомянутого управляющего электрода с упомянутым диэлектрическим элементом, в котором (в индикаторе) упомянутый диэлектрический элемент выполнен из хрупкого термонапряженного материала и снабжен оптическим пробоем, а относительная диэлектрическая проницаемость упомянутого покрытия меньше диэлектрической проницаемости материала упомянутого диэлектрического элемента.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, поставленная задача решается за счет всей совокупности признаков индикатора, в то время как вышеупомянутый технический результат достигается главным образом за счет того, что разрушаемый диэлектрический элемент дополнен управляющим электродом и слоем изолятора с диэлектрической проницаемостью меньшей, чем у диэлектрического элемента. Упомянутый управляющий электрод и изолятор концентрируют энергию электрического пробоя, увеличивают нагрузки в диэлектрическом элементе, тем самым повышая вероятность его срабатывания (разрушения).
В частной форме выполнения индикатора упомянутый конец проводящего стержня замоноличен в упомянутую полость посредством гидравлического вяжущего, предпочтительно на основе цемента.
В частной форме выполнения индикатора наружная поверхность упомянутой центральной части укрыта шапкой, снабженной отверстием для крепления концов упомянутых проводящих стержней.
В частной форме выполнения индикатора упомянутый разрушаемый элемент выполнен из закаленного стекла, предпочтительно, из боросиликатного стекла или из алюмосиликатного стекла.
В частной форме выполнения индикатора упомянутый разрушаемый элемент выполнен из армированного закаленного стеклянного изолятора.
В частной форме выполнения индикатора упомянутый разрушаемый элемент выполнен из закаленного плоского (закаленного термическим методом) или полусферического напряженного стекла (закаленного методом жидкостной закалки или методом ионного упрочнения), в котором предварительно до создания в стекле напряжения осуществляется оптический пробой лазером по толщине стекла по радиусу.
В частной форме выполнения индикатора относительную диэлектрическую проницаемость упомянутого покрытия подбирают с учетом выполнения условия разрушения упомянутого диэлектрического элемента при пробое изолятора переменным током высокого напряжения.
В частной форме выполнения индикатора относительная диэлектрическая проницаемость упомянутого покрытия составляет от 2 до 5.
В частной форме выполнения индикатора упомянутый электрод выполнен из алюминия, дюралюминия или меди.
В частной форме выполнения индикатора поверхность металлических элементов, подверженных коррозии, снабжена антикоррозийным покрытием, предпочтительно, на основе цинка.
В частной форме выполнения индикатора поверхность упомянутого диэлектрического элемента гидрофобизирована.
Вышеуказанный технический результат достигается благодаря тому, что индикатор пробоя может быть присоединен к полимерному изолятору или выполнен с ним как одно целое.
Необходимо понимать, что в настоящем тексте изобретения охарактеризованы только такие признаки, которые достаточны для решения поставленной задачи, реализации назначения и достижения технического результата. Специального упоминания всех без исключения признаков и утилитарных характеристик изобретений не требуется, если специалистам и без того очевидно, что в отсутствие оных, изобретения, а равно и их прототипы или аналоги, не могут решить поставленные задачи или реализовать свое назначение в полной мере. Тем более не требуется ограничивать обобщенные признаки какими-то конкретными вариантами, если таковые должны быть известны специалистам и могут быть подобраны ими по известным правилам.
При этом каждое из вышеупомянутых изобретений может обладать особенностями любой одной или нескольких из описанных в настоящем тексте частных и предпочтительных форм выполнения или осуществления, при условии логической и технической совместимости этих особенностей с особенностями самого изобретения и друг с другом.
Вышеописанное изобретение может применяться для индикации пробоя в полимерном изоляторе, а также для индикации пробоя в различных устройствах высоковольтной импульсной техники.
Конструкция индикатора наглядно иллюстрируется фигурами 1-4 на примере частных и конкретных вариантов воплощения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 схематично показан частичный разрез одного из вышеописанных индикаторов пробоя.
На фиг.2 схематично показан внешний вид полимерного изолятора для высоковольтной линии электропередачи с установленным индикатором пробоя.
На фиг.3 показана одна из частных форм выполнения вышеописанного индикатора пробоя.
На фиг.4 показана одна из частных форм выполнения вышеописанного индикатора пробоя с укрупненным центральным узлом.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации преимуществ, принципов конструирования, работы и использования индикатора пробоя; ничто в настоящем разделе не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.
Как показано на фиг.1 индикатор пробоя состоит из диэлектрического элемента 2, шапки 1 и стержня 3. Шапка 1 и стержень 3 соединены с элементом 2 посредством цементно-песчаной связки 4. Управляющий электрод 5 установлен вплотную к внутренней поверхности элемента 2, а зона его контакта с элементом 2 изолирована твердым диэлектриком 6, расположенным в главном разрядном промежутке между основными электродами: шапкой 1 и стержнем 3.
Здесь под управляющим электродом 5 понимается электрод, на который подается напряжение. Управляющий электрод 5 выполнен в виде тонкого металлического кольца, изготовленного из металла, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление, например из алюминия, дюралюминия или меди.
Диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика 6 меньше, чем у материала элемента 2 и может составлять примерно от 2 до 5, если элемент 2 выполнен из стекла. Покрытие 6 может быть изготовлено, например, посредством заливки в элемент 2 двухкомпонентной компаундной смеси виксинт и ее последующего отверждения.
Вышеупомянутый стержень 3 и управляющий электрод 5, окруженный твердым диэлектриком 6 в зоне соприкосновения с элементом 2, образуют концентратор энергии.
Индикатор пробоя работает следующим образом. При потере полимерным изолятором части своей диэлектрической прочности происходит его пробой через оболочку или через стеклопластиковый стержень. При этом переменное напряжение приходит на стержень 3, а между элементами 3 и 5 через пробой воздушного промежутка образуется электрическая дуга. Так как управляющий электрод 5 расположен на границе раздела двух диэлектриков: материала элемента 2 и материала покрытия 6, имеющих разные диэлектрические проницаемости, в результате пробоя в переменном электрическом поле на границе раздела этих диэлектриков, возникает напряженность электрического поля, обратно пропорциональная диэлектрической проницаемости этих диэлектриков. Это способствует созданию на границе раздела элемента 2 и покрытия 6 такого напряжения электрического поля в поджигающем зазоре между шапкой 1 и управляющим электродом 5, которое превышает электрическую прочность материала элемента 2.
При подаче напряжения на управляющий электрод 5 образуется поджигающая искра, формирующаяся непосредственно в толще покрытия 6. В результате этого происходит пробой диэлектрического элемента 2 и его полное разрушение.
В качестве диэлектрического элемента 2 может быть использована штатная закаленная армированная стеклодеталь.
В качестве диэлектрического элемента 2 может быть использована штатная закаленная армированная стеклодеталь с предварительно нанесенным по радиусу первой юбки оптическим пробоем в толще элемента 2. Оптический пробой лучше делать на отожженной штатной стеклодетали с последующей жидкостной закалкой диэлектрического элемента 2 и его последующим армированием шапкой 1, стержнем 3 и управляющим электродом 5.
В качестве диэлектрического элемента 2 может использоваться плоское 15 или полусферическое закаленное стекло разного диаметра и толщиной с отверстием посередине (фиг.3 и 4). В этом случае всю весовую нагрузку принимает на себя стеклопластиковый стержень 13, на который надевается данное стекло и затем запрессовывается с двух сторон на штатные оконцеватели полимерного изолятора 12 с применением уплотнителей из кремнийорганической резины 14, из которых изготавливаются ребра оболочки полимерного изолятора 10. В качестве стекла можно использовать стекло марки СВВ, а также специальное стекло, обладающее пониженным значением электрической прочности. В толщине стекла возможно наличие оптического пробоя 16. Герметизация соединения обеспечивается применением силиконового герметика. Поверхность стекла 15 покрывается слоем твердого диэлектрика, имеющего диэлектрическую проницаемость от 2 до 5.
Индикатор пробоя можно изготавливать в нескольких вариантах исполнения.
Первый вариант исполнения.
Как независимый индикаторный элемент (фиг.1) в виде штатного стеклянного изолятора, в первую юбку которого помещается управляющий электрод 5 в виде тонкого алюминиевого кольца. Вместо кольца можно применять также дюралюминиевый рассеивающий экран Э-95, показанный на фиг.3 под позицией 9. Далее внутренняя часть стеклодетали заливается виксинтом 6 с таким образом, чтобы верхняя часть экрана 5 не была покрыта слоем диэлектрика. Это вариант, когда стержень 3 и управляющий электрод 5 не соединены между собой проводящим контактом.
Управляющий электрод 5 может быть соединен проводом со стержнем 3, как частный случай выполнения концентратора энергии. В этом случае управляющий электрод 5 в виде тонкого алюминиевого кольца можно целиком покрыть слоем виксинта. Данный индикаторный элемент крепится к штатному линейному подвесному полимерному изолятору 10, нулевому и несущему проводу посредством штатных креплений 7 и 11, используя для этих целей шапку 1 и стержень 3 стеклодетали 2.
Второй вариант исполнения.
Комбинированный индикаторный элемент (фиг.2), состоящий из индикатора пробоя 8 и полимерного изолятора 10, как единое целое. В данном случае индикатор пробоя 8 запрессовывается на стеклопластиковый стержень 13 полимерного изолятора 10 с использованием специальных рассеивающих напряжение экранов 9. При этом используется специально подготовленный стержень 3, который, впоследствии, армируется на стеклодеталь 2 индикатора пробоя 8. В этом исполнении индикатор пробоя представляет собой единое устройство с полимерным изолятором. Затем он крепится к проводам воздушной линии, используя штатные крепления несущей арматуры шапки 1 и металлического оконцевателя полимерного изолятора 12. На фиг.2, в качестве примера, показано штатное крепление индикатора пробоя посредством узла крепления 7 и зажима поддерживающего 11.
Третий вариант исполнения.
С использованием плоского 15 или полусферического закаленного стекла разного диаметра и толщиной с отверстием посередине (фиг.3 и 4). Характер подвеса индикатора пробоя в этом случае может быть такой же, как в первом или втором исполнениях.
Вышеприведенное описание следует толковать лишь как примерное, не претендующее на описание всех и каждого из возможных вариантов выполнения или осуществления изобретений, ибо такое описание было бы невыполнимым.
Вышеописанные изобретения можно реализовать на практике самыми различными способами, в том числе посредством замены его (изобретения) существенных признаков какими-либо известными эквивалентами, или эквивалентами, которые только станут известны в будущем. Все такие модификации настоящего изобретения будут подпадать под охрану, гарантированную нижеприведенной формулой изобретения.
1. Индикатор пробоя полимерного изолятора, содержащий диэлектрический элемент, имеющий протяженную вдоль оси центральную часть с открытой на одном из концов полостью, радиально протяженную периферическую часть и проводящий стержень для крепления к изолятору, одним из своих концов установленный в упомянутую полость, управляющий электрод, установленный соосно с упомянутым стержнем впритык к внутренней поверхности упомянутой периферической части, покрытие, выполненное с возможностью электрической изоляции зоны контакта упомянутого управляющего электрода с упомянутым диэлектрическим элементом, в котором (в индикаторе) упомянутый диэлектрический элемент выполнен из хрупкого термонапряженного материала и снабжен оптическим пробоем в толще диэлектрического элемента, а относительная диэлектрическая проницаемость упомянутого покрытия меньше диэлектрической проницаемости материала упомянутого диэлектрического элемента.
2. Индикатор по п.1, в котором упомянутый конец проводящего стержня замоноличен в упомянутую полость посредством гидравлического вяжущего предпочтительно на основе цемента.
3. Индикатор по п.1, в котором наружная поверхность упомянутой центральной части укрыта шапкой, снабженной отверстием для крепления концов упомянутых проводящих стержней.
4. Индикатор по п.1, в котором упомянутый разрушаемый элемент выполнен из закаленного стекла, предпочтительно из боросиликатного стекла или из алюмосиликатного стекла.
5. Индикатор по п.1, в котором выполнен оптический пробой по толщине упомянутого диэлектрического элемента.
6. Индикатор по п.1, в котором упомянутый разрушаемый элемент выполнен из армированного закаленного стеклянного изолятора.
7. Индикатор по п.1, в котором упомянутый разрушаемый элемент выполнен из закаленного плоского или полусферического напряженного стекла, в котором выполнен оптический пробой по толщине стекла по радиусу.
8. Индикатор по п.1, в котором относительную диэлектрическую проницаемость упомянутого покрытия подбирают с учетом выполнения условия разрушения упомянутого диэлектрического элемента при пробое изолятора переменным током высокого напряжения.
9. Индикатор по п.8, в котором относительная диэлектрическая проницаемость упомянутого покрытия составляет от 2 до 5.
10. Индикатор по п.1, в котором упомянутый электрод выполнен в виде тонкого металлического кольца.
11. Индикатор по п.1, в котором упомянутый электрод выполнен в виде дюралюминиевого рассеивающего экрана.
12. Индикатор по п.1, в котором упомянутый электрод выполнен из алюминия, дюралюминия или меди.
13. Индикатор по п.1, в котором поверхность металлических элементов, подверженных коррозии, снабжена антикоррозийным покрытием предпочтительно на основе цинка.
14. Индикатор по п.1, в котором поверхность упомянутого диэлектрического элемента гидрофобизирована.
15. Полимерный изолятор для высоковольтных линий электропередачи переменного тока с индикацией пробоя, содержащий индикатор пробоя по любому из пп.1-14.
