RU2118005C1 - Electric insulator and its manufacturing process - Google Patents

Abstract

FIELD: glass-plastic insulators for overhead power transmission lines. SUBSTANCE: insulator has binder- impregnated fiberglass bearing member, two terminating members, and shell; bearing member is made in the form of double-layer harness stranded of continuous fiberglass thread placed around terminating members. Its manufacturing process is characterized in that continuous thread of impregnated fiberglass is placed around terminating member thereby sequentially forming internal and external layers of harness of desired length and thickness whereupon internal layer is stranded and then both layers are stranded together. EFFECT: improved reliability, tracking resistance, and strength of insulator throughout entire length of bearing member; facilitated manufacture. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству и способу изготовления электрических стеклопластиковых изоляторов, использующихся в воздушных линиях электропередач. The invention relates to electrical engineering, in particular to a device and method for manufacturing electrical fiberglass insulators used in overhead power lines.

Известен электрический изолятор, включающий два расположенных на определенном расстоянии оконцевателя, несущий элемент, содержащий прямолинейный участок и два концевых участка, и обмотку. Known electrical insulator, including two located at a certain distance of the terminal, a supporting element containing a straight section and two end sections, and a winding.

Способ изготовления известного изолятора включает намотку стекловолокон на оконцеватели вдоль прямолинейного стержневого участка, опрессовку, намотку поперечных стекложгутов на прямолинейный стержневой участок и отверждение связующего (авторское свидетельство N 1753496, Б.И. N 29, 1992). Недостатком данного изобретения является трудоемкость изготовления изолятора, необходимость использования специального оборудования и недостаточная надежность при длительной эксплуатации под нагрузкой, так как при растягивающей нагрузке, прямолинейный участок несущего элемента будет стремиться принять первоначальное положение, раздваиваясь на две параллельные части с расстоянием, равным диаметру втулок-оконцевателей, на которые он наматывается. При этом на границе окончания охватывающих слоев - на концах прямолинейных участков - происходит перенапряжение с последующим постепенным разрушением всего охватывающего слоя. A method of manufacturing a known insulator includes winding fiberglass on the terminators along a straight rod section, crimping, winding transverse glass wires on a straight rod section and curing the binder (copyright certificate N 1753496, B. I. N 29, 1992). The disadvantage of this invention is the complexity of manufacturing the insulator, the need for special equipment and insufficient reliability during long-term operation under load, since under tensile load, the straight section of the bearing element will tend to take its original position, bifurcating into two parallel parts with a distance equal to the diameter of the sleeve-terminators that he wraps around. Moreover, at the boundary of the end of the covering layers - at the ends of the straight sections - overvoltage occurs, followed by the gradual destruction of the entire covering layer.

Известен также стеклопластиковый изолятор, содержащий несущий элемент, оконцеватели и оболочку, причем оконцеватели выполнены с отверстиями в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено в сторону несущего элемента. Несущий элемент представляет собой стекложгут, выполненный из волокон, пропитанных связующим. Изолятор изготавливается пропиткой пучка стекловолокна связующим, закреплением его в оконцевателях путем размещения в отверстия, скручиванием пучка стекловолокон относительно продольной оси в жгут и отверждением связующего (авторское свидетельство СССР N 1479960, Б.И. N 18, 1989). Изготовленный таким образом изолятор не позволяет в большой степени реализовать прочность стеклопластика при растяжении, так как в этом случае надежность стеклопластика в зоне оконцевателя будет определяться прочностью при сжатии, которая ниже прочности при растяжении. Also known is a fiberglass insulator containing a supporting element, terminators and a sheath, and the terminators are made with holes in the form of a truncated cone, the smaller base of which is facing the supporting element. The supporting element is a fiberglass made of fibers impregnated with a binder. The insulator is made by impregnating the fiberglass bundle with a binder, fixing it in the terminators by placing it in the holes, twisting the bundle of fiberglass relative to the longitudinal axis into a bundle and curing the binder (USSR copyright certificate N 1479960, B.I. N 18, 1989). An insulator made in this way does not allow to a large extent to realize the tensile strength of fiberglass, since in this case the reliability of fiberglass in the end zone will be determined by the compressive strength, which is lower than the tensile strength.

Наиболее близким из известных решений по технической сущности и назначению является электрический изолятор и способ его получения по патенту США N 4958049. Конструкция изолятора включает несущий элемент, оконцевателя и оболочку. The closest known solutions to the technical nature and purpose is an electrical insulator and the method of its production according to US patent N 4958049. The design of the insulator includes a supporting element, a terminal and a sheath.

Несущий элемент имеет центральный цилиндрический прямолинейный участок и концевые участки, выполненные в виде твердых тел, имеющих поверхность тела вращения, с аксиальной симметрией диаметр которых больше диаметра центрального прямолинейного участка. Центральный и концевые участки выполнены из налагающихся и пересекающихся слоев стекловолокон, пропитанных связующим и намотанных под углом менее 90^o.The bearing element has a central cylindrical rectilinear section and end sections made in the form of solids having a surface of a body of revolution with axial symmetry whose diameter is larger than the diameter of the central rectilinear section. The Central and end sections are made of overlapping and intersecting layers of fiberglass impregnated with a binder and wound at an angle of less than 90 ^o .

Способ изготовления данного изолятора включает пропитку прядей стекловолокна термореактивной смолой, спиральную намотку пропитанных слоев стекловолокна под углом менее 90^o на центральный прямолинейный участок несущего элемента, чередование и наложение на несущий элемент, включая концевые участки слоев стекловолокна под углом большим, чем угол предыдущей намотки, закрепление несущего элемента в оконцевателях, отверждение связующего и нанесение оболочки.A method of manufacturing this insulator includes impregnation of fiberglass strands with a thermosetting resin, spiral winding of the impregnated fiberglass layers at an angle of less than 90 ^° to the central rectilinear section of the bearing element, alternating and applying to the bearing element, including the end sections of the fiberglass layers at an angle greater than the angle of the previous winding, fixing carrier element in the terminators; curing of the binder and coating.

Данный изолятор имеет недостаточную прочность и надежность несущего элемента, особенно в местах перехода центральной части к концевым участкам. Кроме того, процесс изготовления изолятора является многостадийным и трудоемким, требует большого расхода исходного материала за счет многократного чередования налогающихся и перекрещивающихся слоев стекловолокон. This insulator has insufficient strength and reliability of the supporting element, especially in the places of transition of the central part to the end sections. In addition, the manufacturing process of the insulator is multi-stage and time-consuming, requires a large consumption of source material due to the repeated alternation of taxable and intersecting layers of fiberglass.

Технической задачей предлагаемого изобретении является создание высоковольтного электрического изолятора с повышенной надежностью, трэкингостойкостью и прочностью его по всей длине несущего элемента, особенно в местах крепления его к оконцевателям, а также повышение технологичности его изготовления. Для решения поставленной задачи предлагается устройство электрического изолятора и способ его изготовления. The technical task of the invention is the creation of a high-voltage electrical insulator with increased reliability, tracking resistance and its strength along the entire length of the supporting element, especially in places where it is attached to the terminators, as well as to increase the manufacturability of its manufacture. To solve this problem, an electrical insulator device and a method for its manufacture are proposed.

Изолятор, согласно изобретению, состоит из несущего элемента, выполненного из стекловолокна, пропитанного связующим, двух оконцевателей и оболочки. Несущий элемент представляет собой двухслойный жгут, скрученный из непрерывной пряди стекловолокна, которая 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. The insulator according to the invention consists of a supporting element made of fiberglass impregnated with a binder, two terminators and a shell. The supporting element is a two-layer bundle twisted from a continuous strand of fiberglass, which is laid around the terminators, while the inner and outer layers obtained during installation 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.

Предложенный изолятор изготавливают следующим способом: прядь однонаправленного стекловолокна пропитывают связующим, укладывают вокруг оконцевателей, последовательно формируя внутренний и наружный слои жгута требуемой длины и толщины. Далее, внутренний слой скручивают в одном направлении, накладывают на него наружный слой и производят совместное скручивание слоев в противоположном направлении. Полученный таким образом двухслойный жгут растягивают в осевом направлении до длины, обеспечивающей внешнее уплотнение слоев и равнопрочность всего несущего элемента. Затем проводят отверждение связующего и нанесение защитной оболочки. The proposed insulator is made in the following way: a strand of unidirectional fiberglass is impregnated with a binder, laid around the terminators, sequentially forming the inner and outer layers of the bundle of the required length and thickness. Further, the inner layer is twisted in one direction, an outer layer is laid on it and the layers are twisted together in the opposite direction. Thus obtained two-layer harness is stretched in the axial direction to a length that provides external compaction of the layers and equal strength of the entire bearing element. Then curing the binder and applying a protective coating.

Существенным отличием предлагаемого изолятора является то, что несущий элемент выполнен в виде двухслойного жгута, скрученного из одной непрерывной пряди стекловолокна, уложенной вокруг оконцевателей. Каждый слой скручен в противоположном направлении на определенное количество скруток. Такая конструкция изолятора создает равнопрочную структуру всего несущего элемента, в том числе и на концевых его участках, исключает создание перенапряжений с последующим разрушением конструкций, в местах перехода прямолинейного участка в концевой участок несущего элемента. A significant difference of the proposed insulator is that the supporting element is made in the form of a two-layer bundle twisted from one continuous strand of fiberglass, laid around the terminal. Each layer is twisted in the opposite direction by a certain number of twists. This design of the insulator creates an equal strength structure of the entire load-bearing element, including at its end sections, eliminates the creation of overvoltages with subsequent destruction of structures, in the places where the straight section passes into the end section of the load-bearing element.

Скручивание внутреннего слоя в одном направлении и последующие скручивания обоих слоев в противоположном направлении уплотняет структуру, создавая опрессующие силы, которые препятствуют расслаиванию несущего элемента и противодействуют раскручивающему моменту, возникающему при осевой растягивающей нагрузке. Кроме того, скручивание слоев в противоположном направлении позволяет избежать образования продольных микротрещин и получить беспористую монолитную структуру несущего элемента изолятора. Таким образом, повышаются прочностные и электроизоляционные характеристики, а следовательно и надежность изолятора. Twisting the inner layer in one direction and subsequent twisting of both layers in the opposite direction densifies the structure, creating pressure forces that prevent the carrier from delaminating and counteract the torsional moment arising from the axial tensile load. In addition, twisting the layers in the opposite direction avoids the formation of longitudinal microcracks and obtain a non-porous monolithic structure of the supporting element of the insulator. Thus, the strength and electrical insulation characteristics, and hence the reliability of the insulator, are increased.

Способ изготовления изолятора прост и технологичен. На фиг. 1 изображен электрический изолятор. Изолятор включает несущий элемент (1), оконцеватели (2) и оболочку (3). Несущий элемент выполнен в виде жгута, имеющего внутренний (4) и наружный (5) слои, выполненные из пряди стекловолокна. Оконцеватели имеют форму втулки или катушки. Оболочка выполнена из резины или термопласта. A method of manufacturing an insulator is simple and technological. In FIG. 1 shows an electrical insulator. The insulator includes a supporting element (1), terminators (2) and a sheath (3). The supporting element is made in the form of a bundle having an inner (4) and outer (5) layers made of a strand of fiberglass. The terminators are in the form of a sleeve or coil. The shell is made of rubber or thermoplastic.

Изолятор изготавливают следующим образом. The insulator is made as follows.

Ровинг из стеклянных нитей типа H (ГОСТ 17139 - 79) в виде пряди пропитывают эпоксидным связующим и наматывают вокруг оконцевателей (2), формируя сначала внутренний слой (4), а затем наружный слой (5) жгута в виде замкнутых поясов требуемой длины и поперечного сечения. Производят скручивание внутреннего слоя (4) в одну сторону, затем наложение на него наружного слоя (5) и совместное скручивание в противоположном направлении, путем поворота оконцевателей друг относительно друга. Далее, проводят растяжение в осевом направлении полученного несущего элемента, отверждение связующего в печи и нанесение оболочки. Roving from glass filaments of type H (GOST 17139 - 79) in the form of a strand is impregnated with an epoxy binder and wound around the terminators (2), forming first the inner layer (4) and then the outer layer (5) of the tow in the form of closed belts of the required length and transverse sections. The inner layer (4) is twisted in one direction, then the outer layer (5) is superimposed on it and the twisted together in the opposite direction, by turning the end pieces relative to each other. Next, tensile in the axial direction of the received bearing element, curing the binder in the furnace and coating.

Изготовленный таким образом изолятор, имеющий размер 250 мм и поперечное сечение 10 мм, обладает 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, having a size of 250 mm and a cross section of 10 mm, has 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 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, on overhead power lines and contact electric transport networks.

Claims (5)

1. Электрический изолятор, состоящий из несущего элемента, выполненного из стекловолокна, пропитанного связующим, двух оконцевателей и оболочки, отличающийся тем, что несущий элемент выполнен в виде двуслойного жгута, скрученного из непрерывной пряди стекловолокна, уложенной вокруг оконцевателей, при этом внутренний и наружный слои скручены в противоположном направлении относительно друг друга. 1. An electrical insulator consisting of a carrier element made of fiberglass impregnated with a binder, two terminators and a shell, characterized in that the carrier element is made in the form of a two-layer bundle twisted from a continuous strand of fiberglass laid around the terminators, while the inner and outer layers twisted in the opposite direction relative to each other. 2. Изолятор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний и наружный слои жгута имеют различную длину и толщину. 2. The insulator according to claim 1, characterized in that the inner and outer layers of the bundle have different lengths and thicknesses. 3. Изолятор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний и наружный слои жгута имеют разное число скруток. 3. The insulator according to claim 1, characterized in that the inner and outer layers of the bundle have a different number of twists. 4. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что оконцеватель выполнен в виде тела вращения, например катушки или втулки. 4. The insulator according to claim 1, characterized in that the terminal is made in the form of a body of revolution, for example a coil or sleeve. 5. Способ изготовления электрического изолятора, включающий пропитку пряди однонаправленного стекловолокна связующим, формирование несущего элемента, отверждение связующего, нанесение оболочки, отличающийся тем, что формирование несущего элемента осуществляют следующим образом: непрерывную прядь пропитанного стекловолокна укладывают вокруг оконцевателя, последовательно формируя внутренний и наружный слои жгута требуемой длины и толщины, далее производят скручивание внутреннего слоя, наложение на него наружного слоя и совместное скручивание слоев в противоположном направлении с последующим осевым растяжением несущего элемента, обеспечивающим его равнопрочность. 5. A method of manufacturing an electrical insulator, including impregnating a strand of unidirectional fiberglass with a binder, forming a supporting element, curing the binder, applying a shell, characterized in that the forming of the supporting element is as follows: a continuous strand of impregnated fiberglass is laid around the tip, sequentially forming the inner and outer layers of the bundle the required length and thickness, then twist the inner layer, apply the outer layer to it and joint Torsional layers in the opposite axial direction, followed by stretching the bearing element providing its uniform strength.