PL244759B1 - lzolator do napowietrznych linii średnich napięć - Google Patents

Abstract

Izolator do napowietrznych linii średnich napięć przeznaczony do stosowania jako izolator wsporczy, zbudowany z okucia górnego (1), okucia dolnego (2) oraz umiejscowionego pomiędzy okuciem dolnym (2) a okuciem górnym (1) elementu izolacyjnego (3), charakteryzuje się tym, że zarówno okucie górne (1) jak i okucie dolne (2) ma postać elektrody talerzowej, a element izolacyjny (3) ma postać trzech kolumn zamocowanych pomiędzy wspólną im elektrodą górną a wspólną im elektrodą dolną.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest izolator do napowietrznych linii średnich napięć przeznaczony do stosowania jako izolator wsporczy.

Znane są izolatory przeznaczone do stosowania w łącznikach linii średniego napięcia, które wykonane są z ceramiki lub kompozytów. Izolatory tego typu mają część izolacyjną wykonaną w postaci pnia z ukształtowanymi żebrami bądź kloszami. Na końcach pnia osadzone są zewnętrznie okucia z żeliwa białego albo wewnętrznie okucia z mosiądzu o różnym kształcie, zależnie od sposobu mocowania. Okucia w przypadku izolatorów ceramicznych wiązane są z częścią izolacyjną izolatora przy pomocy kitów, a w przypadku izolatorów kompozytowych są one zaprasowywane lub wtapiane w procesie wytwarzania. Przykładowo, znany jest izolator napowietrznych linii średnich napięć z opisu wzoru użytkowego nr Ru.56697, który ma szklany lub ceramiczny klosz, zakończony od dołu metalową stopą, zaś od góry główką. Znane są izolatory kompozytowe, których część izolacyjna składa się z kilku materiałów izolacyjnych. Przykładowo rdzeń nośny wykonany jest z pręta epoksydowo-szklanego, a osłona rdzenia nośnego może być wykonana z elastomeru silikonowego. Izolatory te dzięki właściwościom tworzyw, ukształtowaniu powierzchni i usytuowaniu okuć, charakteryzują się korzystnymi właściwościami mechanicznymi, statycznymi i udarowymi, w porównaniu z izolatorami ceramicznymi i są także od nich kilkakrotnie lżejsze. Zarówno izolatory ceramiczne jak i kompozytowe mają fabrycznie założone okucia, które pasują do określonego rodzaju łącznika.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL152440 średnionapięciowy, pniowy izolator napowietrzny z tworzywa sztucznego składający się z izolacyjnego rdzenia z kloszami pokrytymi silikonową osłoną izolacyjną, która ma ukształtowane mniejsze klosze usytuowane pomiędzy kloszami rdzenia. Rdzeń wyposażony jest w osadzone osiowo w obu jego końcach wtop dolny i wtop górny, przy czym wtop górny posiada wymienne okucie.

Z polskiego wzoru użytkowego Ru.67273 znany jest także izolator kompozytowy składający się z izolacyjnego rdzenia wyposażonego na obu końcach w metalowe okucia oraz osłony izolacyjnej z kloszami o zróżnicowanych średnicach. Okucie dolne i okucie górne posiadają stopniowaną zewnętrzną powierzchnię walcową, której część o najmniejszej średnicy połączona z osłoną izolacyjną ma promieniowo zaokrągloną obwodową krawędź, a w uskoku pomiędzy stopniem o najmniejszej średnicy i stopniem sąsiednim wykonany jest na całym obwodzie promieniowy rowek. W gniazdach okucia dolnego i okucia górnego wykonany jest na wewnętrznej powierzchni walcowej obwodowy kanałek. Klosze małe i klosze duże osłony izolacyjnej, usytuowane naprzemiennie na całej długości rdzenia, są rozmieszczone tak, że klosze skrajne są kloszami małymi.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL194142 izolator wiszący linii średniego napięcia zawierający rdzeń ceramiczny z obu stron zakończony okuciami mocującymi. Na rdzeniu korzystnie w kształcie walca z tworzywa korundowego prasowanego izostatycznie o średnicy nie większej niż 35 mm osadzone są trwale klosze izolacyjne z hydrofobowego elastomeru silikonowego, w ilości od dwu do pięciu. Ponadto, powierzchnia segmentu rdzenia między kloszami izolacyjnymi pokryta jest powłoką z hydrofobowego elastomeru silikonowego o zwiększonej regeneracji hydrofobowości zajmującą nie więcej niż 50% chronionej drogi upływu.

W powyższym stanie techniki znane są również rozwiązania izolatorów wsporczych kolumnowych wysokich napięć. Jednak są to konstrukcje kilkumetrowe, stosowane do napięć 400 kV i wyższych aby zapewnić stabilność i odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Znane są również dwu i trójkolumnowe ograniczniki przepięć firmy Bowthrope EMP. Aparaty lego typu zwiększają możliwości absorpcji wielkich prądów impulsowych. Znane izolatory średnich napięć są zawsze jednokolumnowe.

Unie napowietrzne średnich napięć w Polsce nie są wyposażone w przewody odgromowe. Dlatego każde bezpośrednie uderzenie pioruna w przewody fazowe linii oraz tak zwane bliskie uderzenie pioruna w ziemię wywołuje przeskoki na izolatorach. Przepięcia indukowane w przewodach linii wywołane przez bliskie uderzenia piorunów mogą sięgać wartości rzędu 300-500 kV. Wymiary będących w użyciu izolatorów średnich napięć są zbyt małe i dlatego ich napięcie przeskoku jest niższe niż możliwe wartości napięć indukowanych. Z uwagi na powyższe liczba wyłączeń na 100 km linii w ciągu roku jest w Polsce wysoka. Aby radykalnie zmniejszyć liczbę wyłączeń należałoby zwiększyć wymiary izolatorów do około 100 cm, czyli aż trzykrotnie w stosunku do izolatorów obecnie używanych. Takie rozwiązanie nie jest stosowane ze względów ekonomicznych.

Napięcie przeskoku izolatora jest w przybliżeniu proporcjonalne do odległości okuć. W polu idealnie równomiernym wytrzymałość powietrza wynosi 30 kV/cm natomiast w polu nierównomiernym zmniejsza się do wartości zaledwie 4,5-5 kV/cm. Uzyskując pole słabo nierównomierne o wytrzymałości około 10-12 kV/cm można przy obecnie stosowanych odstępach okuć izolatorów SN zwiększyć ich napięcie przeskoku do rzędu 300 kV. Zastosowanie izolatorów o takich własnościach spowodowałoby znaczne zmniejszenie liczby wyłączeń linii będących rezultatem przepięć indukowanych i podwyższenie niezawodności zasilania w energię elektryczną.

Zmniejszenie nierównomierności pola elektrycznego, w stosowanych obecnie izolatorach można by osiągnąć poprzez zwiększenie wymiarów okuć. Jednak okucia izolatorów porcelanowych lub kompozytowych obejmują pień izolatorów, który wynosi około 6 cm dla izolatorów porcelanowych i około 2,5 cm dla izolatorów kompozytowych. Zwiększenie średnicy tych izolatorów oznacza zwłaszcza znaczne zwiększenie masy, a także niepotrzebne zwiększenie wytrzymałości mechanicznej oraz ceny izolatora.

Tak więc, problemem jaki stoi do rozwiązania przed przedmiotowym wynalazkiem jest zwiększenie wytrzymałości elektrycznej izolatora SN poprzez zwiększenie równomierności pola elektrycznego, a nie w wyniku zwiększenie jego długości.

Izolator do napowietrznych linii średnich napięć zbudowany z okucia górnego, okucia dolnego oraz umiejscowionego pomiędzy okuciem dolnym a okuciem górnym elementu izolacyjnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż zarówno okucie górne jak i okucie dolne ma postać elektrody talerzowej, a element izolacyjny ma postać trzech kolumn zamocowanych pomiędzy wspólną im elektrodą górną a wspólną im elektrodą dolną.

Utworzenie izolatora, w ten sposób, iż jego główny element izolacyjny - pień składa się z trzech cienkich, równoległych do siebie, kolumn o wspólnej talerzowej elektrodzie dolnej i wspólnej talerzowej elektrodzie górnej pozwala na stosowanie, bez potrzeby zwiększania średnicy pnia, dużych wymiarów elektrod, a przez to na uzyskanie pola elektrycznego o słabej nierównomierności. Takie rozwiązanie pozwala także na zwiększenie wytrzymałości na zginanie izolatora w stosunku do izolatorów znanych.

Zastosowanie trzech oddzielnych elementów nośnych pozwala zminimalizować oddziaływanie siły naporów wiatru. Rozwiązanie według wynalazku pozwala zredukować całkowitą powierzchnię boczną pnia o 42% względem obecnie stosowanego izolatora LWP, natomiast powierzchnię przyjmowaną jako czynną przy naporze wiatru zredukować o 45%, jednocześnie redukując masę całkowitą izolatora przy zachowaniu identycznej wytrzymałości mechanicznej.

Dodatkową zaletą zastosowania oddzielnych niezależnych kolumn spełniających rolę konstrukcji nośnej jest w przypadku uszkodzenia jednej z nich dalsze podtrzymywanie sieci trakcyjnej, aż do koniecznej wymiany elementu w przypadku uszkodzeń mechanicznych. Izolator według wynalazku projektuje się tak, iż dopuszcza się uszkodzenie jednej z trzech kolumn nośnych ingerujących w nieciągłość struktury kolumny. Taka budowa pozwala także na możliwość regeneracji całego izolatora poprzez wymianę poszczególnych uszkodzonych elementów. Modułowość powyższego rozwiązania pozwala na modyfikację poszczególnych składowych bez potrzeby ingerencji w proces technologiczny pozostałych elementów czy całego izolatora.

Przedmiot, wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia izolator w widoku aksonometrycznym, a fig. 2 kolumnę izolatora w przekroju.

Izolator do napowietrznych linii średnich napięć w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowany jest z okucia górnego 1, okucia dolnego 2 oraz umiejscowionego pomiędzy okuciem dolnym 2 a okuciem górnym 1 elementu izolacyjnego 3, przy czym zarówno okucie górne 1 jak i okucie dolne 2 ma postać elektrody talerzowej, a element izolacyjny 3 ma postać trzech kolumn zamocowanych pomiędzy wspólną im elektrodą górną a wspólną im elektrodą dolną. Element izolacyjny 3 składa się z trzech rozmieszczonych na planie trójkąta równobocznego, w jego wierzchołkach, jednakowych kolumn. Każdą z kolumn stanowi wyposażony w klosze 3a pręt szkło-epoksydowy 3b z powłoką z kauczuku silikonowego 3c. Stanowiące okucie górne 1 i okucie dolne 2 talerzowe elektrody zamiast uchwytów wyposażone są w trzy otwory montażowe 4 rozmieszczone symetrycznie wkoło ich środka. Elektroda górna i elektroda dolna do każdej z kolumn przykręcona jest śrubami 5, jedną wkręcaną w czołową dolną i drugą w czołową górną powierzchnię każdej z kolumn. Możliwy do uzyskania w rozwiązaniu według wynalazku większy, aniżeli w rozwiązaniach znanych, stosunek średnicy elektrod do ich odległości zapewnia zmniejszenie nierównomierność pola elektrycznego.

Claims (1)

1. Izolator do napowietrznych linii średnich napięć zbudowany z okucia górnego, okucia dolnego oraz umiejscowionego pomiędzy okuciem dolnym a okuciem górnym elementu izolacyjnego, znamienny tym, że zarówno okucie górne (1) jak i okucie dolne (2) ma postać elektrody talerzowej, a element izolacyjny (3) ma postać trzech kolumn zamocowanych pomiędzy wspólną im elektrodą górną a wspólną im elektrodą dolną.