PL213048B1 - Ogranicznik przepięciowy i sposób wytwarzania ogranicznika przepięciowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik przepięciowy i sposób wytwarzania ogranicznika przepięciowego. Ogranicznik przeznaczony jest do zabezpieczania przed przeciążeniem napowietrznych sieci energetycznych wysokiego napięcia. Zawiera on jako czynne elementy elektryczne warystory tlenkowe w formie stosu.

W ogranicznikach przepięciowych obudowa stosu warystorowego powinna mieć nie tylko charakter izolacyjny, ale spełniać pewne wymagania mechaniczne nadające urządzeniu zwartość i sztywność konstrukcji. W starszych rozwiązaniach konstrukcyjnych jako obudowę stosowano izolator ceramiczny z wydrążonym trzonem, w którym umieszczano elementy warystorowe. Ograniczniki w obudowie ceramicznej, w przypadku sytuacji awaryjnych, stwarzały niebezpieczeństwo wybuchu groźnego dla otoczenia w promieniu co najmniej kilkunastu metrów. W nowoczesnych konstrukcjach rolę materiału izolacyjnego spełnia elastomer, zazwyczaj silikonowy, który nie ma niestety dostatecznie wysokich własności mechanicznych mogących zapewnić konstrukcji odpowiednią wytrzymałość, głównie na zginanie. Zastosowanie jego wynika z lepszego zachowania się w warunkach atmosferycznych, włącznie z bardzo uciążliwymi narażeniami klimatyczno-środowiskowymi, czy przemysłowymi.

W znanych nowoczesnych konstrukcjach wytrzymałość mechaniczną ograniczników przepięciowych z zewnętrzną osłoną elastomerową nadają różnego typu elementy łączące złącza stykowe i stabilizujące położenie stosu warystorowego, znajdującego się pomiędzy nimi. Najbardziej typowymi rozwiązaniami są ramy lub tuleje, wykonane z tworzywa izolacyjnego, połączone w mechaniczny sposób ze złączami stykowymi, przy czym nacisk na stos warystorowy wywoływany jest przez elementy sprężynujące, opierające się o te złącza stykowe.

Z polskiego patentu nr 174 368 znany jest ochronnik przepięciowy złożony ze stosu warystorowego usytuowanego pomiędzy końcówkami przyłączeniowymi utrzymywanymi przez jednoczęściową ramę wykonaną z materiału izolacyjnego. Jako korzystne wskazano możliwość sprężystości ramy w kierunku osiowym, a także możliwość zbrojenia jej włóknem, szczególnie szklanym. Rama może być wykonywana metodą wtrysku, prasowania lub odlewania z żywicy epoksydowej. Rama wraz ze zmontowanym stosem warystorowym jest zalewana płaszczem z tworzywa sztucznego, korzystnie kauczukiem silikonowym.

Z patentu USA nr 4,910,632 znany jest ogranicznik przepięciowy, w którym pomiędzy elementami warystorowymi stosu a złączami stykowymi wytworzony jest docisk za pomocą sprężyny lub gwintowanych zewnętrznych nakrętek. Ogranicznik jest wyposażony w tuleję z materiału elektroizolacyjnego o dobranych własnościach mechanicznych, stanowiącą element wzmacniający mechanicznie ogranicznik. Stos warystorowy umieszczony jest luźno we wnętrzu tulei, która nie przylega bezpośrednio do niego, natomiast na zewnątrz tuleja jest otoczona zewnętrzną kloszową osłoną. Ponadto tuleja jest połączona w integralną całość ze złączami stykowymi. Rozwiązanie to jest montażowo pracochłonne, a konstrukcja wymaga stosowania wielu części składowych, co rzutuje na wysokość kosztów materiałowych i robocizny.

Innymi znanymi rozwiązaniami mającymi na celu podniesienie własności mechanicznych ograniczników jest nałożenie na pobocze zestawu złącz stykowych ze stosem warystorowym warstwy utworzonej z taśmy szklanej lub pasm rowingu nasyconych izolacyjną kompozycją żywiczną, epoksydową lub poliestrową i następnie utwardzaniu wykonanej warstwy, przy jednoczesnym ściskaniu zestawu, aż do momentu utwardzenia się nałożonej warstwy. Kompozyt jest aplikowany bezpośrednio na elementy warystorowe. Operacja taka jest uciążliwa, czasochłonna i wymaga specjalistycznych urządzeń przetwórczych. Tak wykonywane ograniczniki przepięciowe znane są z patentia USA nr 5,050,032.

Wynalazek dotyczy ogranicznika przepięciowego złożonego z dwóch złączy stykowych, między którymi usytuowany jest współosiowo stos warystorowy, wyposażonego w zewnętrzną kloszową osłonę izolacyjną.

Istota wynalazku polega na tym, że pomiędzy zewnętrzną kloszową osłoną a stosem warystorowym i złączami stykowymi znajduje się wewnętrzna osłona elektroizolacyjna bezpośrednio do nich przylegająca, przy czym na poboczu każdego złącza stykowego, w obszarze przylegania do wewnętrznej osłony, powierzchnia złącza jest szorstka wskutek naprzemienne usytuowanie względem siebie wypukłości i wgłębień. Zewnętrzna kloszowa osłona przylega do zewnętrznej powierzchni wewnętrznej osłony na całej jej długości oraz do fragmentów złączy stykowych, obejmując fragment ich pobocza i przylegając do podcięcia wykonanego w górnej części złącza.

PL 213 048 B1

Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania ogranicznika przepięciowego, wyposażonego w stos warystorowy umieszczony pomiędzy dwoma złączami stykowymi, mającego zewnętrzną osłonę kloszową.

Istota wynalazku polega na tym, że metodą wtrysku wytwarza się wewnętrzną osłonę z tworzywa elektroizolacyjnego o technologicznym skurczu nie mniejszym niż 0,3%, przy czym najpierw ustawia się względem siebie centrycznie złącza stykowe i elementy stosu warystorowego, poddając całość wstępnemu dociskowi osiowemu, po czym nanosi się tworzywo o temperaturze co najmniej 150°C na pobocze stosu i przylegające do stosu fragmenty poboczy złącz stykowych, których fragmenty uprzednio nacina się obwodowo, tworząc wypukłości i wgłębienia, korzystnie przez radełkowanie, a po ochłodzeniu otrzymanego zestawu do temperatury formy zdejmuje się wstępny zewnętrzny docisk osiowy i na tak uformowaną wewnętrzną osłonę nanosi się zewnętrzną osłonę kloszową metodą wtrysku lub prasowania.

Ogranicznik przepięciowy według wynalazku zapewnia możliwość spełnienia wysokich wymagań wytrzymałości na zginanie i rozciąganie, przy równoczesnym spełnieniu odpowiednich własności mechanicznych. Uzyskane to zostało dzięki konstrukcji złączy stykowych i dobraniu tworzywa elektroizolacyjnego o odpowiednim współczynniku skurczu technologicznego. Dobranie wartości skurczu technologicznego tworzywa elektroizolacyjnego, z którego odlewana jest wtryskowo wewnętrzna osłona, zapewnia że wywierany nacisk osiowy, powstający podczas chłodzenia nałożonego gorącego tworzywa, jest wystarczający do uzyskania wysokiej wytrzymałości mechanicznej, przy zapewnieniu, że nie następuje mechaniczne uszkodzenie warystorów. Trwałe połączenie złączy stykowych z wykonaną osłoną wewnętrzną, nieściśliwość stosu warystorowego i odpowiedni skurcz technologiczny tworzywa izolacyjnego gwarantuje wytworzenie naprężenia osiowego w zestawie rdzenia ogranicznika przepięciowego składającego się ze złącz stykowych i stosu warystorowego. Fragmenty poboczy gniazd stykowych dzięki szorstkości powierzchni, uzyskiwanej przez np. radełkowanie zapewniają dobrą przyczepność tworzywa do złączy stykowych, a co za tym idzie pewne i szczelne połączenie w całość, co jest niezwykle istotne przy wtrysku tworzywa. Ogranicznik według wynalazku jest konstrukcją prostą, a tym samym bardziej niezawodną od znanych rozwiązań, bo nie wymaga stosowania sprężyn czy nakrętek w celu zapewnienia prawidłowego styku elektrycznego i zapewnienia prawidłowego styku pomiędzy elementami stosu warystorowego.

Sposób wytwarzania ogranicznika zgodnego z wynalazkiem może być realizowany z wykorzystaniem typowych urządzeń do przetwórstwa tworzyw sztucznych, np. z zastosowaniem formy wtryskowej, zawierającej gniazda do osadzenia złączy stykowych i ustawienia stosu warystorowego w osi oraz z urządzenia do wytworzenia w momencie formowania wewnętrznej osłony odpowiedniego wstępnego nacisku osiowego na zestaw złączy i warystorów. Po zakończeniu cyklu prasowniczego i usunięciu nacisku wstępnego na stos warystorowy jego działanie przejmuje warstwa nałożonego tworzywa, zakotwiczona na złączach stykowych. Nacisk gwarantujący prawidłowy styk elektryczny pomiędzy elementami stosu wywoływany jest przez brak możliwości zrealizowania skurczu technologicznego nałożonego tworzywa w obszarze pomiędzy złączami stykowymi, gdzie znajdują się elementy warystorowy wykonane z materiału nieściśliwego, powodujący stałe naprężenie poosiowe. Warunkiem podstawowym do wywołania takiego zjawiska jest trwałe i odpowiednio silne połączenie warstwy tworzywa ze złączami stykowymi na ich poboczach, dzięki odpowiednio ukształtowanej ich powierzchni.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje ogranicznik w pół widoku i pół przekroju osiowym, a fig. 2 pokazuje złącze stykowe również w pół widoku i pół przekroju osiowym.

P r z y k ł a d 1. Ogranicznik przepięciowy według przykładu składa się z dwóch stykowych złączy 1 i 2, między którymi usytuowany jest współosiowo stos warystorowy złożony z czterech warystorowych elementów 3. Każde stykowe złącze 1 i 2 ma centralnie wykonane gniazdo 4, mające znaczenie technologiczne przy współosiowym ustawianiu stosu warystorowego. Każde złącze 1 i 2 ma podcięcie h, dzięki czemu w górnej części powstaje oporowy kołnierz 5. Na części podcięcia h pobocze każdego złącza stykowego 1 lub 2, na wysokości około 0,6 h, licząc od miejsca styku złącza 1 lub 2 z warystorowym elementem 3, ma szorstką radełkowaną powierzchnię 6, manifestującą się poprzez naprzemiennie występujące wypukłości i wgłębienia. Złącza 1 i 2 na swej radełkowanej powierzchni 6 oraz stos warystorowy złożony z warystorowych elementów 3 otoczony jest wewnętrzną elektroizolacyjną osłoną 7, bezpośrednio do nich przylegającą. Do wewnętrznej osłony 7 na całej jej długości oraz do fragmentów stykowych złączy 1 i 2, pomiędzy podcięciem h a radełkowaną powierzchnią 6, przylega szczelnie zewnętrzna elektroizolacyjna kloszowa osłona 8.

PL 213 048 B1

P r z y k ł a d 2. Przykładowy sposób wytwarzania ogranicznika przepięciowego według wynalazku przedstawia się następująco.

Najpierw w formie wyposażonej w gniazda ustawcze lokuje się stykowe złącza 1 i 2, których powierzchnię obwodową na wysokości około 0,6 h, licząc od strony warystorowego elementu 3, uprzednio obrabia się technologicznie metodą radełkowania w celu zwiększenia przyczepności do tworzywa sztucznego. Następnie za pomocą gniazd 4 w złączach 1 i 2 i odpowiedniego oprzyrządowania w formie wtryskowej ustawia się centrycznie pomiędzy złączami 1 i 2 warystorowe elementy 3, tworząc stos warystorowy. Otrzymany zestaw poddaje się wstępnemu dociskowi osiowemu o wartości 4000 N wykorzystując do tego celu urządzenie śrubowe o kontrolowanym momencie dokręcania lub urządzenie hydrauliczne z nastawialnym ciśnieniem maksymalnym. Następnie nanosi się wewnętrzną elektroizolacyjną osłonę 7 z poliamidu typu 6, zawierającego 15% włókna szklanego, charakteryzującego się wysokimi walorami wytrzymałości na zginanie i rozciąganie, o module elastyczności około 6000 MPa i skurczu technologicznym 0,7 - 0,8% i o temperaturze przetwórstwa 240 - 250°C. Operację prowadzi się na prasie wtryskowej, pokrywając poliamidem pobocze warystorowego stosu i przylegające do stosu radełkowane fragmenty poboczy złączy 1 i 2. Po ochłodzeniu do temperatury formy prasy wtryskowej otrzymanego zestawu złożonego ze złączy 1 i 2, warystorowych elementów 3, tworzących stos i wewnętrznej osłony 7, zdejmuje się wstępny zewnętrzny docisk osiowy. W odrębnej operacji technologicznej, realizowanej w osobnej formie, nanosi się zewnętrzną elektroizolacyjną kloszową osłonę 8 z kauczuku silikonowego typu LSR, również metodą wtrysku. Osłona 8 nanoszona jest na zewnętrzną powierzchnię wewnętrznej osłony 7 na całej jej długości oraz na fragmenty stykowych złączy 1 i 2 i przylega do podcięcia 4 wykonanego w górnej części złączy.

Wytworzony tym sposobem ogranicznik przepięciowy o napięciu znamionowym 12 kV, mający osłonę wewnętrzną o grubości 5 mm, ma następujące własności wytrzymałościowe:

Wytrzymałość na zginanie - 1000 Nm

Wytrzymałość na rozciąganie - 2500 N

Wytrzymałość na skręcanie - 100 Nm.

Claims (2)

1. Ogranicznik przepięciowy złożony z dwóch złączy stykowych, między którymi usytuowany jest współosiowo stos warystorowy, wyposażony w zewnętrzną kloszową osłonę izolacyjną, znamienny tym, że pomiędzy zewnętrzną kloszową osłoną (8) a stosem złożonym z warystorowych elementów (3) i stykowymi złączami (1 i 2) znajduje się wewnętrzna elektroizolacyjna osłona (7) bezpośrednio do nich przylegająca, przy czym na poboczu każdego stykowego złącza (1 i 2), w obszarze przylegania do wewnętrznej osłony (7), powierzchnia złącza (1 i 2) jest szorstka wskutek naprzemiennie usytuowanych względem siebie wypukłości i wgłębień, natomiast zewnętrzna kloszowa elektroizolacyjna osłona (8) przylega do powierzchni wewnętrznej osłony (7) na całej jej długości oraz do fragmentów stykowych złączy (1 i 2), obejmując fragmenty ich pobocza.

2. Sposób wytwarzania ogranicznika przepięciowego, wyposażonego w stos warystorowy umieszczony pomiędzy dwoma złączami stykowymi, mającego zewnętrzną osłonę kloszową, znamienny tym, że metodą wtrysku wytwarza się wewnętrzną osłonę (7) z tworzywa elektroizolacyjnego o technologicznym skurczu nie mniejszym niż 0,3%, przy czym najpierw ustawia się względem siebie centrycznie stykowe złącza (1 i 2) oraz elementy (3) stosu warystorowego, poddając całość wstępnemu dociskowi osiowemu, po czym nanosi się tworzywo o temperaturze co najmniej 150°C na pobocze stosu i przylegające do stosu fragmenty poboczy stykowych złączy (1 i 2), których fragmenty uprzednio nacina się obwodowo, tworząc wypukłości i wgłębienia, korzystnie przez radełkowanie, a po ochłodzeniu otrzymanego zestawu do temperatury formy zdejmuje się wstępny zewnętrzny docisk osiowy i na tak uformowaną wewnętrzną osłonę (7) nanosi się zewnętrzną kloszową osłonę (8) metodą wtrysku lub prasowania.