Выбор изоляторов поддерживающих и натяжных гирлянд

Подбор изоляторов для гирлянд промежуточных опор воздушных линий электропередачи (ВЛ) является одной из важнейших задач проектировщика. Ошибка на этом этапе может привести не только к аварийным ситуациям, но и к значительным экономическим потерям. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и требованиям ГОСТ, расчет ведется исходя из механических усилий, действующих на гирлянду изоляторов, как в нормальных, так и в аварийных режимах эксплуатации. Важно учитывать не только вес проводов, но и климатические факторы — гололед, ветер, температурные колебания.

1. Выбор изоляторов для поддерживающих гирлянд

Коэффициенты запаса прочности строго нормированы. Они составляют 2,7 – при наибольшей нагрузке в нормальном режиме, 5,0 – для расчетов в средних эксплуатационных условиях, а также 1,8–2,0 – для аварийных режимов (например, при обрыве провода). Эти значения приведены в ПУЭ и ГОСТ 27334–87 и подтверждены практикой эксплуатации ВЛ. Коэффициент запаса прочности отражает, насколько электромеханическая разрушающая нагрузка конкретного типа изолятора превышает действующую расчетную нагрузку. Именно этот подход обеспечивает устойчивую работу линий даже в сложных условиях.

Расчет поддерживающих гирлянд ведется по методу разрушающих нагрузок. Формулы для расчета в нормальных режимах представлены ниже:

1. режим наибольшей механической нагрузки:
   
2. режим средних эксплуатационных условий:
   

Обозначения:
n_ф = 1 – число проводов в расщепленной фазе;
_lвес – весовой пролет, определяемый из паспортных характеристик опоры;
G_г – вес гирлянды изоляторов, зависящий от напряжения ВЛ;
R – нормативная нагрузка, действующая на гирлянду изоляторов.

Для примера рассмотрим ВЛ с проводом АС 150/19 (S_Σ = 166,5 мм²). Вертикальная нагрузка складывается из веса самого провода и дополнительных нагрузок от гололеда . Для промежуточной опоры П 110-3, имеющей l_вес = 439,35 м и ?_г = 285 Н, расчетные нагрузки составят:

При аварийном режиме (например, обрыв провода из-за гололеда или сильного ветра) гирлянда испытывает дополнительное горизонтальное усилие. В этом случае нагрузка вычисляется как геометрическая сумма вертикальных и горизонтальных сил:

где T_нб = n_ф ∙ S_Σ ∙ 122 – максимальное натяжение в проводе;
k_рд – коэффициент редукции, зависящий от конструкции опоры и марки провода.

Из трех рассчитанных значений (два нормальных режима и аварийный) выбирается наибольшее. Далее по справочникам, например, по ГОСТ 6486–73, определяется марка и количество изоляторов (в данном примере оптимальным является С20-450IУХЛ,Т1 в количестве 6 шт.).

2. Выбор изоляторов натяжных гирлянд

Натяжные гирлянды устанавливаются на анкерных опорах, воспринимая основные механические усилия от проводов. Их расчет выполняется аналогично расчету поддерживающих гирлянд, но с учетом специфики конструкции. По ПУЭ и ГОСТ выделяются два режима:

1. режим наибольшей механической нагрузки:
   
2. режим средних эксплуатационных условий:
   

Для второго режима необходимо вычислить напряжение σ_сэ, используя уравнение состояния для приведенного пролета l_прв:

Решение этого уравнения выполняется итерационным методом, так как аналитически оно не имеет простого выражения. Полученное значение σ_сэ подставляется в расчетное выражение (2), что позволяет определить нагрузку на изоляторы F_{max 2}. Сравнение результатов F_{max 1} и F_{max 2} определяет окончательное значение, по которому выбирается тип изолятора и количество элементов в гирлянде.

Сравнительная таблица коэффициентов запаса прочности

Практические рекомендации инженерам

• При проектировании необходимо учитывать климатическую зону. В районах с сильным гололедным обледенением (например, северные регионы) рекомендуется увеличивать коэффициенты запаса прочности или выбирать изоляторы с повышенной механической прочностью.
• Частая ошибка проектировщиков — игнорирование коэффициента редукции k_рд. Его неверный учет может привести к недооценке горизонтальных усилий и разрушению гирлянды в аварийной ситуации.
• При выборе изоляторов следует проверять их соответствие паспортным данным и ГОСТ. Недопустимо применять изоляторы «с запасом» без расчетов: чрезмерное увеличение числа элементов в гирлянде приводит к росту массы и дополнительным нагрузкам на опору.
• Рекомендуется использовать таблицы унификации (по ГОСТ и отраслевым нормам), которые позволяют оптимально подобрать количество изоляторов в гирлянде для различных классов напряжения.
• На стадии эксплуатации важно проводить регулярный осмотр гирлянд и выявлять дефекты: трещины, сколы фарфора, следы перекрытий. Такие повреждения снижают фактический коэффициент запаса прочности.

Пошаговый алгоритм выбора изоляторов

1. Определить класс напряжения линии и тип опоры (промежуточная, анкерная).
2. Собрать паспортные данные опоры: весовой пролет l_вес, расчетные нагрузки.
3. Рассчитать нагрузку от собственного веса провода и гирлянды, а также от климатических факторов (гололед, ветер).
4. Выполнить расчет для двух нормальных режимов (максимальная нагрузка и средние условия).
5. Выполнить расчет для аварийного режима (обрыв провода) с учетом коэффициента редукции.
6. Сравнить три полученных значения и выбрать максимальное.
7. По справочникам ГОСТ подобрать тип изолятора, удовлетворяющий расчетным требованиям.
8. Определить количество изоляторов в гирлянде и проверить соответствие унифицированным таблицам.
9. Задокументировать результаты в проекте и при необходимости согласовать с техническими условиями эксплуатации.

Заключение

Выбор изоляторов для гирлянд ВЛ должен выполняться не формально, а на основе комплексного анализа нормальных и аварийных режимов, с обязательной проверкой по ПУЭ и ГОСТ. Следует учитывать весовые, климатические и динамические нагрузки. Практика показывает, что игнорирование коэффициентов редукции или упрощенные расчеты часто приводят к разрушению гирлянд. Только детальный расчет и грамотный выбор марок изоляторов (например, по справочникам ГОСТ 6486–73 и ГОСТ 27334–87) обеспечивают надежность ВЛ на всем сроке эксплуатации.

• Об авторе
• Недавние публикации

Александр Лавриненко

Ведущий инженер-технолог и эксперт по производственной оптимизации в Современные технологии производства

Александр Лавриненко — инженер-технолог с более чем 25-летним опытом в машиностроении, энергетике, строительстве и автоматизации производства. Получил степень магистра в области металлургии в МГТУ, специализируясь на современных методах обработки металлов и аддитивных технологиях.
Регулярно публикую материалы о передовых методах обработки и сварки материалов, а также освещаю новинки в сфере производства,материаловедения, строительства и др.

Александр Лавриненко недавно публиковал (посмотреть все)

• Шпоночные соединения: допуски, посадки, размеры и обозначения на чертежах - 01.09.2025
• Шлицевые прямобочные соединения: допуски, посадки и центрирование - 01.09.2025
• Все о допусках на резьбу: классы точности, поля допусков и посадки с зазором и натягом - 01.09.2025