Способ изготовления составного изолятора высокого напряжения, составной изолятор высокого напряжения, а также пластик для применения в таком изоляторе и способ изготовления нецилиндрического конструктивного элемента
Изобретение описывает способ изготовления изолятора высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом, пластиковым кожухом и одной или несколькими пластиковыми юбками, состоящий из следующих этапов: кожух из пластика получают путем литья или экструзией на цельный или полый корпус; формуются юбки из пластика; причем пластик кожуха и/или пластик юбок частично сшивается, а при необходимости не полностью сшитый пластик кожуха или юбки сшивается полностью, юбка крепится на предусмотренное место на кожухе и полученная заготовка изолятора высокого напряжения сшивается полностью. Кремнийорганический каучук содержит, по меньшей мере, два катализатора сшивки, реагирующих при различных температурах, или, по меньшей мере, два ингибитора, гасящих реакцию присоединения при различных температурах. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относятся к способу изготовления составного изолятора высокого напряжения, к составному изолятору высокого напряжения, который может быть изготовлен данным способом, и синтетический материал, который применяется в данном изоляторе. Далее, изобретение относится к соответствующему способу изготовления нецилиндрического конструктивного элемента.
Применительно к настоящему изобретению понятие высокого напряжения употребляется в широком смысле и относится к напряжениям выше 1000 вольт, вследствие чего оно в некотором смысле наряду с областью высокого напряжения охватывает также и область средних напряжений.
Изоляторы высокого напряжения - это многофункциональные конструктивные элементы, которые служат главным образом для электрической изоляции в смысле обеспечения улавливания тока утечки, устойчивости к пробою и дугостойкости. С точки зрения механики, они подвергаются растяжению, сжатию, изгибу, а также несут опорные функции, например, в случае полых изоляторов для коммутаторов.
В настоящее время известны изоляторы высокого напряжения из керамики, литьевой смолы и составных изоляторов, причем последние становятся все более и более распространенными. Обычно они представляют собой узел, в центре которого находится цилиндрический стержень (цельный корпус) или труба (полый корпус), армированные стеклотканью, с обшивкой из синтетического материала, преимущественно кремнийорганического каучука. В свою очередь, обшивка, как правило, обтянута цельным или полым кожухом с отходящими от нее слоями юбок, которые служат для отталкивания дождевой воды, а также для удлинения пути тока утечки между концами стержня или трубы. На цельном или полом корпусе крепится концевая арматура, определяемая условиями эксплуатации. Комбинация цельного или полого корпуса и пластикового кожуха будет в дальнейшем для краткости называться "Ядро".
Составные изоляторы с обшивками из пластика, чаще всего из кремнийорганической смолы, предпочтительны прежде всего по двум причинам: во-первых, пластиковая и особенно кремнийорганическая оболочка очень гидрофобна, т.е. водоотталкивающая способность изоляторов, использующихся на открытом воздухе, высока, что благоприятствует грязеотталкиванию, и уменьшению потерь тока утечки. Во-вторых, простота конструкции облегчает их монтаж.
На практике в основном применяются два способа изготовления составных изоляторов:
а) Так называемая цельнолитая технология (см. фиг.1). В этом способе кожух и юбка (обшивка) 2 отливаются на цельном или полом корпусе с помощью литьевой формы, имеющий продольный разъем. Однако при этом недостатком является относительно низкая гибкость при получении изоляторов различной формы. Кроме того, этим способом не могут быть отлиты сложные профили, например, желобки на юбке, если только не используются многосоставные литьевые формы, которые, однако, существенно повышают затраты на производство,
b) многоступенчатый процесс-изготовления (см. фиг.2). В этом случае кожух 6 отливается или экструдируется на цельный или полый корпус, отдельно от него готовятся юбки 3, как правило, путем литья под давлением или прессованием, которые затем надеваются на ядро и крепятся на нем с помощью какого-либо адгезива.
Способ b) является существенно более гибким, чем способ а), однако он не может считаться оптимальным. Клеевой шов 4 между юбкой и ядром, бесспорно, создает проблему электрической коррозии, возможна также остаточная пленка адгезива 4а на ядре между юбками. Кроме того, он, во всяком случае, неэкономичен, так как адгезив должен наноситься в отдельном процессе, а избыточный остаток после установки юбки должен в силу упомянутых электротехнических причин удаляться вручную до полного исчезновения.
Вследствие этого цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать гибкий способ изготовления составных изоляторов высокого напряжения, который не требует склеивания кожуха и юбки. Сюда относится и разработка сопутствующих продуктов, необходимых пластиков, а также способа в целом.
Изобретение включает способ изготовления изолятора высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом, кожухом из пластика и одной или несколькими юбками из пластика, со следующими этапами: кожух из пластика наносят на цельный или полый корпус путем литья или экструзии; формуют юбки из пластика; при этом материал кожуха и/или юбок частично сшивают, а при необходимости сшитый неполностью пластик кожуха или юбки сшивают до конца. Дальнейшими шагами являются установка юбки на предназначенное место на кожухе; и сделанная таким образом заготовка изолятора сшивается окончательно.
Кроме того, настоящее изобретение включает разработку изолятора высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом, кожухом из пластика и одним или несколькими юбками, при этом изолятор высокого напряжения изготавливают способом, указанным выше.
Кроме того, изобретение включает синтетический материал для использования в вышеуказанном способе. Материал содержит, по меньшей мере, два катализатора сшивки, реагирующих при разных температурах, или, по меньшей мере, два различных ингибитора, тормозящих реакцию присоединения до различных температур.
Наконец, изобретение включает способ изготовления нецилиндрического конструктивного элемента с удлиненным центральным цельным или полым корпусом, пластиковым кожухом и одним или несколькими пластиковыми элементами, армированными ребрами жесткости. Способ предусматривает следующие шаги: кожух из пластика путем литья или экструзии наносят на цельный или полый корпус; формуют армированные ребрами жесткости звенья; при этом пластик кожуха и/или пластик армированных ребрами жесткости звеньев частично сшивается, а при необходимости неполностью сшитый пластик кожуха или армированных ребрами жесткости звеньев сшивают почти до конца. Способ предусматривает следующие дальнейшие шаги: армированные ребрами жесткости звенья крепятся на предусмотренное место на кожухе; и полученная таким образом конструкция сшивается окончательно.
В зависмых пунктах описываются конкретные предпочтительные примеры исполнения.
Фиг.1 представляет собой поперечное сечение части составного изолятора высокого напряжения, обшивка которого получена одноступенчатым процессом, согласно уровню техники.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение части составного изолятора высокого напряжения, полученного согласно уровню техники, с юбкой, приклеенной к кожуху, и клеевым швом.
Фиг.3 иллюстрирует пример исполнения данного изобретения и представляет собой схематическое изображение сечения составного изолятора высокого напряжения, состоящего из двух элементов с обшивкой без клеевого шва.
Примеры исполнения, показанные на фиг.3, подробнее описываются ниже.
Составной изолятор имеет электрически изолированный удлиненный центральный корпус 1, который может подвергаться воздействию, по меньшей мере, растяжения и имеет например, форму стержня или трубы. Например, он сделан из армированного стеклотканью пластика. На корпус 1 экструдируется тонкий кожух 2, сделанный, например, из кремнийорганического каучука. На кожух 2 надеваются юбки 3, которые отходят в радиальном направлении или под острым углом. Они изготавливаются заранее путем, например, литья под давлением или прессованием. Кожух 2 и юбки 3 химически соединяются друг с другом вдоль периметра плоскости соприкосновения 5, что будет разъяснено подробнее ниже. Для увеличения пути утечки юбки 3 могут иметь на одной или обеих сторонах оребрение или желобки.
За счет соединения заподлицо, т.е. прилегающих друг к другу без промежутков, пластиковых кожуха и юбок изолятора, из которых, по меньшей мере, один компонент сшит только частично (подвулканизован), а другой при необходимости сшит почти полностью, в результате полной сшивки (вулканизации), как описано в кратком содержании изобретения, возникает очень стабильная ковалентная химическая связь. Для случая, когда оба компонента обшивки сшиты частично, это совершенно очевидно. Однако и при почти полной сшивке одного из компонентов обшивки возможно образование химических ковалентных связей между подвулканизованным и полностью вулканизованным компонентами обшивки, так как и в полностью вулканизованном пластике, как правило, вблизи поверхности имеется еще достаточно реакционноспособных групп, чтобы под действием оставшегося катализатора сшивки образовать с подвулканизованной смолой стабильные химические связи, что, например, прекрасно известно специалисту в области адгезионных веществ для синтетических материалов. В обоих случаях образуется гомогенная с физической точки зрения оболочка без электрического шва.
Предпочтительным синтетическим материалом для применения в способе согласно изобретению является кремнийорганический каучук. Поэтому в дальнейшем описание способа будет проводиться на примере кремнийорганического каучука. Однако следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается кремнийорганическим каучуком, оно охватывает все изолирующие синтетические материалы например, полиэтилен, сополимер этилена и этиленакрилата, сополимер этилена и винилацетата, сополимер этилена и пропилена (ЕРМ), тройной сополимер этилена, пропилена и диена, (EPDM), хлорсульфированный полиэтилен, полипропилен, сополимер бутилакрилата и глицидилметакрилата, полибутен, бутилкаучук и полимеры с ионогенными группами.
В принципе, сшивка пластика может проводиться любым известным способом, в том числе под действием радиации. Однако предпочтительным способом является сшивка с использованием катализатора.
Частичная сшивка пластика в способе согласно изобретению может проводиться также и путем дозированного облучения или с помощью единственного катализатора сшивки или для кремнийорганического каучука, сшиваемого с помощью реакции присоединения, с помощью единственного ингибитора, при этом подбираются подходящие длительность реакции и температура. Однако предпочтительно применяют все же, по меньшей мере, два катализатора сшивки с различными температурами реакции. В этом случае катализатор с более низкой температурой реакции преимущественно вводится в количестве, которое недостаточно для полной сшивки пластика; и, соответственно, катализатор или катализаторы с более высокой температурой реакции загружается предпочтительно в таком количестве, которого в точности достаточно, чтобы в комбинации с катализатором с более низкой температурой реакции обеспечить полную сшивку пластика. Конкретные количества этих катализаторов сшивки зависят от вида катализатора и пластика и могут быть определены из стандартных опытов. Частично сшитые или подвулканизованные компоненты обшивки должны быть удобны в обращении и иметь стабильную форму. Количество катализатора(ов), реагирующего(щих) при более высокой температуре, может быть рассчитано из данных по катализатору, реагирующему при более низкой температуре, или определено простым опытным путем. В случае кремнийорганического каучука, сшиваемого с помощью реакции присоединения, используются, по меньшей мере, два различных ингибитора сшивки, гасящих реакцию сшивки до различных температур.
Говоря о кремнийорганическом каучуке, сшиваемом радикальным способом, имеется в виду преимущественно поли(диметилметилвинилсилоксан), прежде всего продающийся Wacker Chemie под торговой маркой "Powersil 310", который представляет собой поли(диметилметилвинилсилоксан) с добавками высокодисперсной кремниевой кислоты в качестве усиливающего наполнителя и тригидрата алюминия для повышения стойкости к токам утечки.
Для частичной сшивки (подвулканизации) вышеописанного кремнийорганического каучука предпочтительно добавляются, по меньшей мере, два радикальных катализатора, разлагающихся при различных температурах. Предпочтительны пероксидные катализаторы, особенно бис(2,4-дихлорбензоилпероксид) (50%ный в раствор в силиконовом масле), "Сшиватель Е" производства Wacker Chemie, который начинает реагировать при 90°С, и 2,5-бис(третбутилперокси)-2,5-диметилгексан (45%-ный раствор в кремнийорганическом каучуке); "Сшиватель С6" производства Wacker Chemie, который реагирует при 170-190°С.
Конкретные количества радикальных катализаторов, реагирующих при разных температурах, зависят от их природы и от применяемого каучука и могут быть легко определены специалистом из простых опытов с учетом данного выше общего описания. Например, для подвулканизации. Сшиватель Е загружается в кремнийорганический каучук в количестве не более 1,5 вес.%, а для окончательной вулканизации Сшиватель С6 загружается в кремнийорганический каучук в количество менее чем 0,6 вес.%.
В случае кремнийорганического каучука, сшиваемого путем реакции присоединения, предпочтителен поли(диметилвинилметилсилоксан), предпочтительно в смеси с гидросилоксаном, например, поли(диметилметилгидросилоксаном). Предпочтительными катализаторами являются платиновые катализаторы. Чтобы провести частичную сшивку, для реакции присоедиения в кремнийорганический каучук добавляют, по меньшей мере, один ингибитор, предпочтительно, по меньшей мере, два ингибитора.
Количество ингибитора увеличивает так называемую точку начала температурного скачка - температуру, при которой начинается реакция в присутствии данного ингибитора. Ингибитор, который предусмотрен для низшей критической температуры, применяется предпочтительно в таком количестве, чтобы достигалась точка начала температурного скачка, которая достаточно низка, и чтобы кремнийорганический каучук не сшивался полностью; а ингибитор или ингибиторы, которые должны обеспечивать более высокую точку скачка, добавляются в таких количествах, чтобы полная сшивка проходила при температуре из желательного температурного интервала. Конкретные количества таких катализаторов зависят от типа ингибитора и кремнийорганического каучука и могут, аналогично описанному выше для катализаторов сшивки, быть определены специалистом из стандартного опыта.
Примерами ингибиторов являются винилметилсилоксан (1:3) (поставляющийся Wacker Chemie под обозначением РТ 67) (обычное используемое количество при однократном применении: 0,5 0,75 мас.%, добавляется в кремнийорганический каучук) и 5%-ный раствор этинилциклогексанола в силиконовом масле (поставляющийся Wacker Chemie под обозначением РТ88) (обычное используемое количество при однократном применении: 0,25 -0,5 мас.%, добавляется в кремнийорганический каучук).
В случае, если один из компонентов обшивки в способе согласно изобретению уже полностью вулканизован, может применяться любой катализатор, пригодный для конкретного способа получения (напр., литье, экструзия, литье под давлением или прессование). Эти катализаторы хорошо известны специалисту, в том числе и вышеназванные катализаторы Е, С6 и платиновые катализаторы.
Предлагаемый способ применим не только для названного составного изолятора высокого напряжения, но и может найти успешное применение для всех корпусов, формуемых сходным образом. Соответственно, краткое содержание изобретения включает также и способ получения нецилиндрического конструктивного элемента, который имеет удлиненный цельный или полый корпус, пластиковый кожух (предпочтительно цилиндрический) и несколько пластиковых звеньев, армированных ребрами жесткости. Говоря о конструктивном элементе, речь может идти, например, о рукавах или трубах, на внешних сторонах которых могут находиться например, элементы усиления, крепления или зажимы. Последовательность действий в этом случае соответствует последовательности описанного выше способа изготовления составных изоляторов высокого напряжения, также может успешно использоваться соответствующее оформление.
В конкретном примере изготовления составного изолятора высокого напряжения кожух из вышеописанного кремнийорганического каучука "Powersil 310" с одним пероксидным сшивателем экструдируется на стержень, и сшивается до высокой степени. Юбки формируются при 140°С путем литья под давлением в присутствии описанного выше сшивателя Е, взятом в количестве, недостаточном для полной вулканизации, и описанного выше сшивателя С6 в количестве, необходимом для полной вулканизации, и при этом подвулканизуются. Ядро снабжается плотно прилегающими юбками, и при 170°С проводится полная вулканизация. В результате между кожухом и юбками образуется стабильная связь.
Таким образом, общей целью предлагаемой формы исполнения является разработка улучшенного способа изготовления изолятора высокого напряжения или, в более широком смысле, нецилиндрического, конструктивного элемента, изолятора высокого напряжения, получаемого соответствующим способом, а также синтетического материала для этих целей.
Все приведенные в данном описании публикации и существующие темы были включены в описании путем ссылок.
Область действия данного патента не ограничивается приведенными в описании способами, устройствами и продуктами (изоляторы и пластический материал для их получения). Напротив, настоящий патент охватывает все формы исполнения изобретения в рамках приведенной формулы изобретения как в буквальном смысле, так и при эквивалентной доктрине.
1. Способ изготовления изолятора высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом (1), пластиковым кожухом (6) и одной или несколькими юбками (3) из пластика, состоящий из следующих этапов: пластиковый кожух (6) наносят на цельный или полый корпус путем литья или экструзией; формируют пластиковые юбки (3); при этом пластик кожуха (6), и/или пластик юбок (3) частично сшивается, и при необходимости частично не сшитый пластик кожуха (6) или пластик юбки (3) соответственно сшивается, по существу, полностью; юбки (3) устанавливают на предусмотренное место на кожух (6), и таким образом созданная заготовка изолятора высокого напряжения сшивается окончательно, причем сшивка осуществляется, в частности, под действием радиации с использованием одного или нескольких катализаторов сшивки или путем реакции присоединения с использованием, по меньшей мере, одного катализатора присоединения вместе с, по меньшей мере, одним ингибитором для реакции присоединения.
2. Способ по п.1, в котором как пластик кожуха, так и пластик юбки является кремнийорганическим каучуком.
3. Способ по п.1 или 2, в котором пластик кожуха и пластик юбок идентичны.
4. Способ по одному из пп.1-3, в котором как пластик кожуха, так и пластик юбок содержит, по меньшей мере, один катализатор сшивки.
5. Способ по одному из пп.1-4, где пластик, который подлежит частичной сшивке, содержит, по меньшей мере, два катализатора сшивки, реагирующих при различных температурах.
6. Способ по п.5, в котором катализатор сшивки, реагирующий при низшей температуре, используют в количестве, недостаточном для обеспечения полной сшивки.
7. Способ по п.6, где один или несколько катализаторов сшивки, реагирующих при более высокой температуре, используют в количестве, точно необходимом, чтобы частичная сшивка в дальнейшем прошла полностью.
8. Способ по одному из пп.2-7, в котором пластик кожуха и/или пластик юбки является пластиком, сшиваемым с помощью радикалобразующих катализаторов, прежде всего поли(диметилметилвинилсилоксан)а, и который содержит, по меньшей мере, один, а предпочтительно два радикалобразующих катализатора, прежде всего пероксидных катализатора.
9. Способ по одному из пп.5-8, в котором радикалобразующий катализатор с более низкой температурой разложения является бис(2,4-дихлорбензоил)пероксидом, а радикалобразующий катализатор с более высокой температурой разложения является 2,5-бис(третбутилперокси)-2,5-диметилгексаном.
10. Способ по одному из пп.1-4, в котором один или оба синтетических материала являются пластиками, сшиваемыми путем реакции присоединения, и которые содержат, по меньшей мере, один катализатор присоединения, предпочтительно платиновый катализатор, и, по меньшей мере, один ингибитор реакции присоединения.
11. Способ по п.10, в котором пластик, сшиваемый путем реакции присоединения, является поли(диметилметилвинилсилоксаном).
12. Способ по п.11, в котором пластик, сшиваемый путем реакции присоединения, содержит еще один гидросилоксан, преимущественно является поли(диметилметилгидросилоксаном).
13. Способ по одному из пп.10-12, в котором пластик содержит, по меньшей мере, два различных ингибитора, тормозящих реакцию присоединения при различных точках начала температурного скачка.
14. Способ по п.13, в котором используются, по меньшей мере, два ингибитора: винилметилсилоксан (1:3) и этинилциклогексанол.
15. Способ по п.13 или 14, в котором один ингибитор с более низкой точкой температурного скачка используют в количестве, недостаточном для полной сшивки пластика.
16. Способ по одному из пп.1-15, в котором пластиковое уплотнение используют для арматуры, установленной на конце центрального цельного или полого корпуса, таким же образом, как были установлены юбки.
17. Изолятор высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом (1), пластиковым кожухом (6) и одной или несколькими юбками (3), изготавливаемый согласно способу по одному из пп.5-7, 9 или 13-15, причем как пластик кожуха, так и пластик юбки содержит силиконовый каучук.
18. Изолятор высокого напряжения с удлиненным центральным цельным или полым корпусом (1), пластиковым кожухом (6) и одной или несколькими юбками (3), изготавливаемый согласно способу по п.8, в котором пластиком является поли(диметилметилсилоксан) и который содержит два радикалобразующих катализатора.
19. Кремнийорганический каучук, содержащий, по меньшей мере, два катализатора сшивки, реагирующих при различных температурах, или, по меньшей мере, два ингибитора, гасящих реакцию присоединения при различных температурах.
20. Кремнийорганический каучук по п.19, который сшивается с помощью радикалобразующих катализаторов и который содержит, по меньшей мере, два радикалобразующих катализатора сшивки, предпочтительно пероксидные катализаторы.
21. Кремнийорганический каучук по п.19 или 20, содержащий поли(диметилметилвинилсилоксан).
22. Кремнийорганический каучук по одному из пп.19-21, у которого радикалобразующий катализатор с более низкой температурой реакции является бис(2,4-дихлорбензоил)пероксидом, а радикалобразующий катализатор с более высокой температурой реакции -2,5-бис(третбутилперокси)-2,5 - диметилгексан.
23. Кремнийорганический каучук по п.19, который сшивается путем реакции присоединения и который содержит, по меньшей мере, один катализатор присоединения, предпочтительно платиновый катализатор.
24. Кремнийорганический каучук по п.23, являющийся поли(диметилметилвинилсилоксаном).
25. Кремнийорганический каучук по п.24, который является метилгидросилоксаном, предпочтительно поли(диметилметилгидросилоксаном).
26. Кремнийорганический каучук по одному из пп.23-25, содержащий, по меньшей мере, два ингибитора реакции присоединения, которые являются винилметилсилоксаном (1:3) и этинилциклогексанолом.
27. Кремнийорганический каучук по одному из пп.19-26, в котором катализатор сшивки с низшей температурой реакции или ингибитор с низшей точкой начала температурного скачка добавлен в количестве, недостаточном для полной сшивки пластика.
28. Кремнийорганический каучук по одному из пп.19-27, в котором один или несколько катализаторов сшивки с более высокой температурой реакции содержится в количестве, в точности необходимом, чтобы вместе с катализатором с более низкой температурой реакции обеспечить полную сшивку пластика.
Приоритет по пунктам:
по пп.5, 8, 10, 15 от 01.03.2000;
по пп.1-4, 6, 7, 9, 11-14, 16-28 от 27.06.2000.
