Содержание страницы
1. Классификация изоляторов, их характеристики и требования к ним
Электротехническое изделие для механического закрепления и вместе с тем электрического изолирования проводников с разными потенциалами называется изолятором.
Изоляторы бывают линейные и аппаратные в зависимости от их назначения.
Линейные изоляторы используют в линиях электропередачи и на электростанциях. С их помощью провода прикрепляются к опорам ЛЭП. Линейные изоляторы бывают штыревыми и подвесными.
Изоляторы, которые используются в электрических устройствах, называют аппаратными. В свою очередь аппаратные изоляторы могут быть опорными и проходными.
Опорные, проходные и подвесные изоляторы различают в зависимости от расположения токоведущей части. Тарельчатые, стержневые и штыревые типы изоляторов отличаются по своему конструктивному исполнению.
По месту установки также различают станционные изоляторы и линейные.
Изоляторы для подстанций и ВЛЭП
Электрические изоляторы различают по конструкции. Она зависит от способа крепления кабеля и крепления самого изолятора к несущей конструкции. Это электротехническое изделие предназначено для предотвращения электрических разрядов. Выполняются изоляторы в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. Примеры различных типов изоляторов приведены на рисунке:
Рисунок 1 – Различные типы изоляторов
Классификация изоляторов по назначению
Рисунок 2 – Классификация изоляторов по назначению
2. Типы изоляторов по материалам
Простые, но функциональные и надёжные диэлектрические материалы применяются для производства изоляторов. Это стекло, фарфор и полимеры. Полимеры из-за своих специфических особенностей композитного материала на ВЛ электропередачи свыше 220 кВ не используются.
Фарфоровые изоляторы применялись раньше даже при наружной проводке в домах, их можно назвать традиционными. Чаще всего они белого и коричневого цвета. Достоинством является то, что они выдерживают большие нагрузки на сжатие, обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Недостатки – фарфор бьется и ломается, поэтому их целостность приходится отслеживать обслуживающему персоналу. Для этого отключают электроустановку, производят очистку изоляторов от влаги и пыли. Дополнительная проблема таких изоляторов – большой вес.
Рисунок 3 – Фарфоровые изоляторы
Стеклянные изоляторы дороже фарфоровых, но имеют перед ними ряд преимуществ.
Рисунок 4 – Внутренние и внешние повреждения стеклянных изолирующих тарелок
Внутренние и внешние повреждения стеклянных изолирующих тарелок можно легко визуально обнаружить. Это дает возможность не проводить частых испытаний напряжением и упрощает обслуживание линий электропередачи, а также строительство подстанций. Сегодня в воздушных линиях электропередач подвесные изоляторы из стекла вытесняют керамику, в том числе и потому, что меньше весят.
Рисунок 5 – Стеклянные изоляторы, собранные в гирлянду
Полимерные изоляторы
В ЛЭП свыше 220 кВ не используют изоляторы из композитных материалов, так как они имеют все недостатки полимеров. При продольных нагрузках они гнутся, боятся ультрафиолета, обладают быстрым старением и теряют механическую прочность при высоких температурах. При этих недостатках полимерных изоляторов их скрытые дефекты трудно обнаружить.
Рисунок 6 – Полимерные стержневые изоляторы
3. Типы изоляторов по конструкции и назначению
Существует три основных разновидности изоляторов ВЛ по назначению и конструкции: — штыревые, подвесные линейные, опорные, проходные.
Штыревые – это линейные изоляторы. Их используют в ЛЭП напряжением от 0,4 кВ до 35 кВ. Исполнение таких изоляторов цельное. Они имеют канавку для закрепления провода и отверстие для установки на траверсы, крюки, штыри.
Рисунок 7 – Штыревые линейные изоляторы
Крепление штыревых изоляторов выполняется на опоре с использованием металлического крюка или штыря. Штыревые изоляторы используют на напряжения до 35 кВ, так как на такой изолятор действует изгибающее усилие.
Рисунок 8 – Стеклянные тарельчатые изоляторы
На высоковольтных воздушных линиях электропередачи напряжением 35 кВ и больше применяют подвесные изоляторы: поддерживающие (стержневые) и натяжные.
Натяжные тарельчатые изоляторы удерживают провод ЛЭП на опоре. Они испытывают большую нагрузку на растяжение и монтируются под углом к опоре. Такие изоляторы сделаны в виде фарфоровой или стеклянной тарелки. В нижней части находится стержень с расширяющейся шляпкой. Металлическая крышка с отверстием для закрепления нижнего стержня находится сверху. С помощью такого технического решения можно набрать в гирлянду такое количество изоляторов, какое необходимо для нужных величин номинальных напряжений пробоя. Гирлянда удерживает провода ЛЭП на опоре и получается достаточно гибкой.
Подвесные стержневые изоляторы применяются на промежуточных опорах линии электропередач. Они выглядят как опорный стержень, на концах которого выполнены металлические наконечники для крепления к опоре и проводам. Устанавливаются такие изоляторы вертикально. В отличие от предыдущих, провод на них подвешивается без натяжения. Еще одно отличие состоит в том, что натяжные изоляторы выдерживают больший вес. В связи с этим их используют на опорах, расположенных дальше друг от друга.
Рисунок 9 – Подвесные стержневые изоляторы
Опорные и проходные изоляторы используются внутри электростанций и трансформаторных подстанций и поэтому не являются линейными. Их относят к станционным. Бывают полимерными или фарфоровыми. Опорные изоляторы применяют для изоляции и закрепления токопроводящих шин электрооборудования к заземленным конструкциям. Это может быть корпус трансформаторов или внутренние крепления вводных и распределительных электрощитов.
Рисунок 10 – Изоляторы опорные (ИО, ИОР, СА, ОНШП)
При необходимости прокладки кабеля или шины через стену применяют проходные изоляторы.
Рисунок 11 – Проходные изоляторы
Эти изоляторы изготавливают с телом, полым внутри, где и расположена токоведущая часть. Дополнительный масляный барьер или маслобумажная прокладка в таких изоляторах применяется для повышения их изоляционных свойств. Применяются проходные изоляторы при прокладке линий до 110 кВ. Проходные изоляторы бывают и без токопровода внутри, более простой конструкции – диэлектрический цилиндр с отверстием, внутри которого располагается сам кабель.
Абсолютно все линейные изоляторы относятся к 1 категории, так как находятся под действием влаги и загрязнений, что снижает напряжение перекрытия. В зависимости от места расположения аппаратные изоляторы делают пяти категорий.
4. Основные характеристики изоляторов
Для изоляторов существуют основные характеристики. Это разрядные напряжения, геометрические и габаритные размеры и механические характеристики. Также к основным характеристикам относят номинальное напряжение электроустановки.
Рисунок 12 – Разрядные напряжения изоляторов
Подвесные тарельчатые изоляторы имеют мокроразрядное напряжение, которое в 1,8–2 раза меньше сухоразрядного напряжения. Стержневые изоляторы имеют не такое большое различие, напряжение не зависит от влажности и загрязнения изолятора и приблизительно на 20% больше сухоразрядного напряжения. Если поверхность изолятора загрязнена, мокроразрядное напряжение заметно понижается.
Изоляторы обладают несколькими геометрическими параметрами.
Рисунок 13 – Геометрические параметры изоляторов
Для разных видов изоляторов и в зависимости от степени загрязненности атмосферы на основании ГОСТ 9920-75 нормируется длина пути утечки. Длину пути развития разряда по грязной поверхности изолятора называют эффективной длиной пути утечки изолятора.
Следующие характеристики являются основными механическими характеристиками изоляторов:
- минимальная разрушающая сила на растяжение для подвесных изоляторов;
- минимальная разрушающая сила на изгиб для опорных и проходных изоляторов;
- минимальная разрушающая сила на сжатие, которая не имеет важного значения для большинства изоляторов.
Минимальная разрушающая сила измеряется в деканьютонах (даН) или в килоньютонах (кН).
5. Изготовление изоляторов. Особенности технологии
Электротехнический фарфор – часто используемый материал для изготовления изоляторов. В его основной массе 42–50% глинистых веществ, 20–25% кварца, 22–30% калиевого полевого шпата, 5–8% измельченных бракованных фарфоровых изделий и воды. Материалы для отощения (добавки к пластичным материалам для снижения пластичности и усадки массы после сушке и обжига) – это полевой шпат, кварц, и пегматит.
Бракованные фарфоровые изделия измельчают, пропускают через сито, очищают магнитной сепарацией, размешивают в воде. Получается шликер – масса с содержанием 45-50% воды. После этого шликер пропускают через фильтр-пресс с давлением 6–8 атмосфер и делают «коржи» с содержанием влаги 25 %, далее их перерабатывают в массу, из которой прессуют заготовки изоляторов.
Прессуют изоляторы в гипсовых и стальных формах, затем заготовки обрабатывают на токарных станках. Изоляторы сушат в специальных печах, где снижают их влажность до 0,5–2%. После сушки фарфор покрывают жидкой глазурью. Обжигают изоляторы в специальных туннельных печах, которые работают без перерыва.
Также изоляторы делают из закаленного электротехнического стекла. Это еще один вид изоляторов из полимерных материалов. Это кремнийорганическая резина, стеклопластик и фторопласт. Электротехническое закаленное стекло – дешевый материал. Сырье для стекла — кварцевый песок, мел, сода, доломит, и др. После смешивания этих компонентов в нужных пропорциях получают шихту. Ее плавят в стекловаренной печи при 1600оС до жидкой стекломассы, из которой делают стеклянные детали. Листовое стекло делают вытягиванием стекломассы, а изоляторы получают прессованием.
Полимерный изолятор имеет следующую структуру. Стержень изготовлен из эпоксидного волокнита или электроизоляционного стеклопластика, так называемого ровинга из стеклянных волокон, связующеего из эпоксидноциклоалифатической, полиэфиримидной или эпоксиднодиановой смолы. Для защитного корпуса используется кремнийорганическая или силиконовая резина.
Оконцеватель сделан из углеродистой стали или ковкого железа, и запрессован на концы стержня с полимером на специальных прессах. Защитный корпус формируется монолитно на поверхности стержня на прессах или набирается на стержень, нанизывая готовые изоляционные кожухи.
Преимущества полимерных изоляторов:
- выдерживаемое напряжение в зоне сильного загрязнения;
- стойкость к вандализму;
- легкий вес;
- простота в транспортировке и монтаже. Недостатки:
- старение органического материала;
- излом при сильном изгибе;
- порча поверхности птицами; излом при грубом обращении и неправильном монтаже.