Виды высоковольтных изоляторов

Классификация изоляторов

Техника высоких напряжений

Коллоквиум I

Изоляция ЛЭП и РУ высокого напряжения

1. Классификация изоляторов.

2. Материалы, используемые для изготовления изоляционных конструкций.

3. Общие требования к конструкциям изоляторов и принципы их выполнения.

4. Конструкции аппаратных изоляторов.

5. Конструкции линейных изоляторов.

6. Изоляция силовых трансформаторов.

7. Изоляция конденсаторов.

8. Изоляция вращающихся машин.

9. Характеристики линейных и станционно-аппаратных изоляторов.

10.Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов.

11.Выбор изоляторов для ЛЭП и РУ.

12.Особенности работы изоляции на деревянных опорах.

13.Изоляционные расстояния в РУ. Выбор изоляции по нормативным документам.

14.Изоляционные расстояния на ЛЭП.

15.Эксплуатационный контроль линейной и подстанционной изоляции.

Классификация изоляторов

По условиям эксплуатации изоляторы подразделяются на конструкции для работы в помещении (для внутренней установки) и для работы на открытом воздухе (для наружной установки). Изоляторы изготавливаются для районов умеренного (У), холодного (Х) и тропического (Т) климата.

Категории размещения изоляторов для работы в помещении — 2, 3, а для работы на открытом воздухе — 1. В зависимости от районов с различной степенью загрязненности последние выпускаются с нормальной (категория А), усиленной (Б) и особо усиленной (В) внешней изоляцией, различающейся длинами пути утечки при прочих равных условиях. По своему назначению изоляторы подразделяются на опорные, проходные и линейные с нормируемым соответствующим стандартом электрической и механической нагрузками. Каждый тип изолятора имеет разновидности, которые различаются по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и условиям эксплуатации. Для каждого класса напряжения однотипные изоляторы изготавливаются на различные механические нагрузки. Классификация изоляторов приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Классификация изоляторов

По назначениюПо конструктивному исполнению
Для работы в помещениидля работы на открытом воздухе
ОпорныеС гладкой поверхностью С ребристой поверхностьюШтыревые Стержневые
Проходные1. С токоведущими шинами 2. Без токопроводовДля наружно-внутренней установки с нормальной и усиленной изоляцией
Высоковольтные вводыГерметичного исполнения Негерметичного исполнения
Линейные1. Штыревые Тарелочные Стержневые

Рисунок 1.1 – Стержневой опорный изолятор типа ОФ-10 для закрытых РУ

Опорно-стержневые изоляторы применяются в ЗРУ и ОРУ для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Обозначение изоляторов, например, ОФ-35-375: опорный, фарфоровый на 35 кВ, с минимальой разрушающей силой на изгиб 375 даН. Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Обозначение, например, ОНС-35-2000: опорный изолятор, наружной установки, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Рисунок 1.2 – Опорно-стержневой изолятор СТ-110 Рисунок 1.3 – Штыревой опорный изолятор типа ОНШ-35 для открытых РУ

2. Материалы для изготовления изоляторов

Конструкция изолятора, а также его электрические и механические характеристики в значительной мере зависят от применяемых для его изготовления материалов.

Изоляторы состоят из диэлектрика, металлической арматуры, служащей для их механического крепления, и материалов, связывающих арматуру с диэлектриком.

Диэлектрические материалы, из которых изготовляются изоляторы, должны иметь высокую электрическую прочность на пробой, достаточную механическую прочность и хорошо противостоять неблагоприятным атмосферным воздействиям. Всем этим требованиям удовлетворяет электротехнический фарфор, являющийся наиболее распространённым диэлектриком, применяемым для изготовления изоляторов. Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 22 – 28 кВ/мм.

С увеличением толщины фарфора средние пробивные градиенты его уменьшаются. В изоляторах поле неоднородно, поэтому средняя электрическая прочность фарфора в них меньше. На рис. 1.3 приведена средняя электрическая прочность фарфора в неоднородном поле при переменном напряжении в зависимости от толщины образца. При импульсных напряжениях электрическая прочность фарфора на 50 – 70% выше, чем при промышленной частоте.

Механическая прочность фарфора зависит от вида деформации. Очень хорошо фарфор работает на сжатие и значительно хуже на изгиб и, особенно, на растяжение. Временное сопротивление глазурованных стандартных образцов диаметром 2-3 мм при сжатии равно 4500кГ/см а при изгибе и растяжении значительно меньше:700 и 300кГ/см соответственно. Механическая прочность фарфора в изоляторах зависит от конструкции арматуры и способа её соединения с фарфором и всегда уменьшается с увеличением площади сечения фарфора. При сжатии это уменьшение механической прочности меньше, чем при изгибе и растяжении (рис. 1.4). Толщина фарфоровых стенок в изоляторах обычно не превышает 30-40 см. Если такая толщина по электрической и механической прочности оказывается недостаточной, применяются составные конструкции. Только в стержневых изоляторах, где пробой фарфора невозможен, допускается большая толщина фарфора.

В проходных изоляторах из фарфора делаются только наружные покрышки. Для внутренней изоляции этих изоляторов применяются трансформаторное масло, бумага, изоляционные массы, которые предохраняются от атмосферных воздействий фарфоровыми покрышками.

В последнее время для изготовления тарелочных и штыревых изоляторов всё шире применяется стекло.

Стеклянные изоляторы значительно дешевле фарфоровых, вместе с тем по своим электрическим и механическим характеристикам они не уступают последним. Характеристики в значительной мере зависят от химического состава стекла, особенно от содержания в стекле щелочей. Наличие в составе стекла растворимых щелочей повышает гигроскопичность поверхности изоляторов, а следовательно, увеличивает поверхностную проводимость. В результате электрические свойства изоляторов из щелочного (обычного) стекла хуже, чем из мало щелочного стекла или фарфора. Электрическая пробивная прочность щелочного стекла составляет 17,9 кВ/мм, а мало щелочное стекло имеет прочность 48 кВ/мм, т.е. в 2 раза больше, чем фарфор.

Ионный характер электрической проводимости стекла с большим содержанием щелочей приводит к электролизу при работе стекла под напряжением. Вследствие этого изоляторы из щелочного стекла не могут применяться в установках постоянного напряжения. При переменном напряжении электролиз практически отсутствует и старение изоляторов происходит много медленнее.

Механическая прочность отожженных образцов из стекла больше, чем фарфоровых. Внутренние механические напряжения в стекле относительно легко снимаются при отжиге. В фарфоре внутренние напряжения практически всегда остаются, и это снижает его прочность.

Щелочное стекло обладает высоким температурным коэффициентом расширения, поэтому изоляторы из такого стекла под влиянием резких перепадов температуры во время эксплуатации разрушаются. Это ограничивает область применения их внутренними установками, не подверженными резким изменениям температуры.

Изоляторы для наружных установок изготовляются из малощелочного стекла с последующим отжигом. Щелочное стекло может быть использовано только в том случае, если изоляторы подвергаются закалке, которая сообщает им высокую механическую прочность.

При закалке стекло нагревают до высокой температуры (650°С – для щелочного стекла, 780°С – для малощелочного), затем обдувают холодным воздухом. При этом внешние слои изолятора затвердевают, а внутренние при последующем охлаждении продолжают уменьшаться в объёме. Внешние слои стекла получают при этом напряжение сжатия, внутренние – напряжение растяжения. При приложении к такому изолятору растягивающей нагрузки разрушение наступает лишь тогда, когда будут преодолены или скомпенсированы сжимающие усилия во внешних слоях. В результате прочность закалённого изолятора оказывается значительно больше, чем отожженного изолятора.

Закаленные изоляторы из мало щелочного стекла хорошо противостоят динамическим нагрузкам, способны выдерживать удары и падения с большой высоты. Однако такие изоляторы дороже и их применяют в тех случаях, когда требуются весьма высокая механическая прочность и термическая устойчивость.

В таблице 1.2 приведены сравнительные электрические и механические характеристики электротехнического фарфора, отожженного стекла и труб из бакелизированной бумаги.

Таблица 1.2 – Электрические и механические характеристики диэлектрических материалов, применяемых для изготовления изоляторов

Диэлектрик
ХарактеристикиЭлектротехнический фарфорСтеклоТрубы из бакелизированной бумаги
малощелочноещелочное
Пробивная прочность образцов,квдейст/мм22-2817,910-15
Диэлектрическая проницаемость,e5,5-75,5-104-5
tgd при температуре 20 С2-4%2-3%6-7%6%
Удельное поверхностное сопротивление, при влажности 65%,Ом3*10 4*10 1,5*10 1210 10
Удельное объемное сопротивление при 20 0 С,Ом см10 134,5*10 144*10 1210 12
Коэффициент линейного термического расширения4*10 – 65*10 – 69,4*10 – 6_
Временное сопротивление, кГ/см 2
на сжатие
на изгиб650(закаленныедо 2500)
на растяжение

Опорные и проходные изоляторы могут выполняться из бакелизированной бумаги. При высокой температуре бумага покрывается бакелитовым лаком и наматывается в трубы. После намотки изоляторы подвергаются термической обработке, в результате которой бакелит переходит в нерастворимое и не размягчаемое под влиянием тепла состояние. Поверхность изолятора лакируется. Изготовленная таким образом бумажно-бакелитовая изоляция имеет довольно высокие электрические и механические характеристики (таблица 4.2.1).

Арматура изоляторов изготовляется из чугуна (простого или ковкого) или стали, а при больших токах, чтобы избежать чрезмерного ее нагревания из-за перемагничивания, применяется немагнитный чугун или цветные металлы. Конструкция арматуры и способ ее соединения с диэлектриком существенно влияют на механическую прочность изоляторов, так как арматура, передавая внешние усилия на диэлектрик, обусловливает распределение в нем механических напряжений. Соединение арматуры с диэлектриком осуществляется в большинстве случаев с помощью портланд­цемента. Применяется также механическое крепление без цементирующих связок.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Этапы развития высоковольтных изоляторов

Высоковольтные изоляторы имеют свою историю развития. Полимерные изоляторы «ИНСТА» – новейший этап современных решений в области конструкции и технологии производства полимерной изоляции. На высоковольтных линиях электропередачи в настоящий момент применяются три вида изделий: фарфоровые, стеклянные и полимерные. Каждое направление развивалось непросто, в ходе долгих поисков новых решений, направленных на совершенствование в сфере конструкций и методов изготовления. Постоянное расширение применения на энергетических объектах современных полимерных подвесных изоляторов подтверждает наличие важных преимуществ по сравнению с фарфоровыми и стеклянными высоковольтными изоляторами. Основными из них являются:

  1. улучшенные влагоразрядные характеристики в условиях загрязнения за счет гидрофобности оболочки;
  2. значительно меньшая цена относительно гирлянд стеклянных изоляторов, что становится нагляднее с увеличением класса напряжения ВЛ. Так например уже на ВЛ 110 кВ разница в цене достигает 2-х раз ;
  3. масса в 7-10 раз, а трудоемкость монтажа на линиях электропередачи в три раза меньше (отсутствует необходимость сборки тяжелых гирлянд);
  4. из-за снижения массы при доставке на любые расстояния транспортные расходы уменьшаются в 7 раз .
  5. живучесть при механических (вандальных) воздействиях на много порядков выше;
  6. отсутствует бой при транспортировке;
  7. низкий уровень радиопомех.

Стоит также отметить тот факт, что при усовершенствование полимерных высоковольтных изоляторов можно отметить три поколения:

  • изоляторы, имеющие клееную кремнийорганическую оболочку;
  • изоляторы, обладающие цельнолитой кремнийорганической оболочкой;
  • изоляторы, обладающие цельнолитой кремнийорганической оболочкой и имеющие надежную защиту от попадания влаги узла «вход стержня в оконцеватель».

Этапы развития изоляторов

Применяемые сегодня высоковольтные изоляторы имеют свою историю и солидный опыт эксплуатации, который выявил их существенные недостатки.

Фарфоровые изоляторы типа ПФ (фото 1)

  • достаточно большой вес. Например, масса для ВЛ 10–35 кВ в районах 1-4 СЗ составляет 9-27 кг;
  • плохая устойчивость к загрязнениям;
  • низкий уровень надежности;
  • большая вероятность того, что «пробитый» изолятор во время перекрытия разрушится с расцеплением гирлянды;
  • значительная трудоемкость сборки гирлянд;
  • довольно большие потери при перевозке и монтаже (низкая ударопрочность).
Читайте также:  Какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома?

Стеклянные изоляторы типа ПС (фото 2)

На смену фарфоровым изоляторам пришли стеклянные изоляторы типа ПС. Они уже имели чуть меньший вес (масса для ВЛ 10–35 кВ в районах 1-4 СЗ составляла 7-23 кг), более высокую надежность. Кроме того, снизилась вероятность того, что «пробитый» изолятор во время перекрытия может разрушиться с расцеплением гирлянды. Появилась возможность визуального контроля в эксплуатации. Но вместе с этим остались и недостатки:

  • достаточно большой вес. Например, масса ВЛ 10–35 кВ в районах 1-4 СЗ составляла 7-27 кг;
  • плохая устойчивость к загрязнениям;
  • значительные затраты на сборку гирлянд;
  • довольно большой «бой» при перевозке и монтаже.

Полимерные изоляторы с клееной(«шашлычной») кремнийорганической оболочкой (фото 3)

Так как стеклянные высоковольтные изоляторы по своим характеристикам были далеко не совершенны, специалисты продолжали работать над созданием новых видов изоляторов. Так были созданы полимерные изоляторы, выпускавшиеся с клееной или «шашлычной» кремнийорганической оболочкой. В отличии от предшественников, они имели меньший вес (масса для ВЛ 10–35 кВ в районах 1-4 СЗ составляла лишь 1-2,5 кг) и стали более надежными. Такие изоляторы не требовали сборки гирлянд и обеспечивали высокую электрическую прочность в случае загрязнения благодаря наличию гидрофобной оболочки. Также они были более устойчивыми к ударам, не выходили из строя во время перевозки, монтажа и эксплуатации. Но все же такие полимерные изоляторы имели свои минусы:

  • в случае ручной сборки клееной оболочки было множество потенциально «слабых» мест;
  • значительная строительная высота в отличие от гирлянд стеклянных изоляторов;
  • нарушение герметичности стыков между ребрами, оконцевателями и стержнем неизбежно приводило к попаданию влаги в изделие и его разрушению ( нарушение целостности клеевого шва).

Полимерные изоляторы с цельнолитой кремнийорганической оболочкой (фото 4)

Немного позже появились полимерные изоляторы, которые имели уже цельнолитую кремнийорганическую оболочку. В отличие от изделий с клееной оболочкой, они обладали лучшей надежностью, так как их конструкция не имела большого числа клеевых швов. Но, как и в предыдущих случаях, не обошлось без недостатков. Это:

  • значительная строительная высота в отличие от гирлянд;
  • отсутствие надежной герметизации узла сопряжения «оболочка–стержень–оконцеватель».

Полимерные изоляторы «ИНСТА»с цельнолитой кремнийорганической оболочкой и защитой от проникновения влаги самого слабого узла –входа стержня в оконцеватель (фото 5)

Специалистами «СКТБ по изоляторам и арматуре» все же были разработаны и освоены в серийном производстве на ООО «ИНСТА» идеальные полимерные изоляторы – это изделия, отличающиеся цельнолитой кремнийорганической оболочкой и наличием специальной защиты от проникновения влаги наиболее слабого узла – входа стержня в оконцеватель. Данные изоляторы отличаются:

  • высокой надежностью. Срок эксплуатации – 40 лет, гарантия – 5 лет;
  • небольшой габаритной и строительной высотой (уменьшение на 10-20 процентов). При этом электрические характеристики изоляторов не ухудшились.

Какие бывают изоляторы ВЛ и для чего они предназначены?

Характеристики изоляторов

Электрический изолятор – это изделие, предназначенное для крепления провода, кабеля или шины на несущей конструкции линии электропередач и предотвращения её пробоя на землю. Они бывают разных видов и изготавливаются из диэлектрических материалов – фарфора, стекла и полимеров.

Так как электрическое предназначение изоляторов – обеспечить изоляцию проводника от несущей конструкции, то основными характеристиками являются:

  • Сухоразрядное напряжение – напряжение, при котором наступает искровой разряд по поверхности в сухом её состоянии при нормальных условиях окружающей среды.
  • Мокроразрядное напряжение – то же самое, но под дождем, если его струи попадают на изолятор под углом в 45 градусов. Сила дождя при этом равна 5 мм/мин, удельное объемное сопротивление воды — 9500-10500 Ом*см (при 20°С). Так как вода проводит электрический ток – мокроразрядное напряжение всегда ниже сухоразрядного.
  • Пробивное напряжение – напряжение, при котором наступает пробой тела изолятора между стержнем и шапкой (для подвесных изделий). Стержень и шапка при этом являются электродами.

Конструкция

Конструктивно все электрические изоляторы различаются способами крепления к несущей конструкции и крепления кабеля. Главной задачей этого изделия является предотвращение электрических разрядов, для этого они выполняются в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. На рисунке ниже вы видите примеры типовых изделий разных форм и конструкций:

Различие по материалу исполнения

Чтобы рассмотреть классификацию видов и типов изоляторов нужно сначала разобраться, как их различают. Итак, в первую очередь они классифицируются по материалу изготовления:

Фарфоровые можно назвать классикой, такие применялись раньше даже при наружной проводке в домах. Обычно они белого цвета, но могут быть и других цветов. Такие можно увидеть на разных электроустановках. Достоинством является то, что они выдерживают большие нагрузки на сжатие, обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Однако они бьются и ломаются. Отсюда возникает необходимость регулярной проверки их целостности, а часто для этого приходится отключать электроустановку и вытирать с них масло, пыль и другие загрязнения. Также проблемой является их большой вес.

Стеклянные, хоть и боятся ударов, но для контроля их целостности достаточно визуального осмотра, что можно провести и без отключения напряжения. В настоящее время в воздушных линиях электропередач, в качестве подвесных изоляторах они вытесняют керамику, в том числе и потому что меньше весят, а также в производстве дешевле.

Полимерные используются в помещении, на улице редко, в качестве исключения. Можно иногда увидеть опорные изоляторы из полимеров на ВЛ 10 кВ или других напряжений средней величины, но редко, или на неответственных линиях. Это обусловлено тем, что с течением времени и под действием УФ-излучений они стареют, внутренняя структура распадается и ухудшаются их электрические и механические характеристики.

Однако для оборудования, которое доступно для регулярного обслуживания и ремонта они применяются часто. Например, это могут быть опорные изоляторы шин в трансформаторных подстанциях и распределителях.

Типы по конструкции и назначению

По конструкции выделяют три основных разновидности изоляторов ВЛ:

  • штыревые;
  • подвесные линейные;
  • опорные и проходные.

Штыревые относятся к линейным изоляторам. Используются в ЛЭП до 35 кВ. В том числе на линиях 0,4 кВ. Этот тип исполнения цельный, на нем есть канавка для закрепления провода и отверстия для установки на траверсы, крюки, штыри.

Интересно: на ВЛ от 6 до 10 кВ используют одноэлементные изоляторы, а на 20-35 – из двух элементов.

Подвесные используются на высоковольтных воздушных линиях напряжением 35 кВ и больше. Они бывают двух типов поддерживающими (стержневыми) и натяжными.

Натяжные тарельчатые изоляторы работают на растяжение и удерживают линию на опоре, монтируются под углом. Конструктивно они выполнены в виде фарфоровой или стеклянной тарелки. В нижней части обычно выступает стержень с расширяющейся шляпкой. Сверху расположена металлическая крышка с отверстием специальной формы, такой чтобы в ней можно было закрепить нижний стержень. Таким образом происходит унификация и вы можете набрать в гирлянду столько изоляторов, сколько нужно для достижения нужных номинальных напряжений пробоя. Такая гирлянда получается гибкой, она удерживает линии электропередач на опоре.

На промежуточных опорах устанавливают подвесные стержневые изоляторы. Они выполнены в виде опорного стержня, на его концах металлические части для крепления к опоре и проводам. Они устанавливаются вертикально и провод ложится на них – это и есть основное отличие от предыдущих. Также они отличаются тем, что натяжные изоляторы выдерживают больший вес, поэтому могут использоваться на опорах, расположенных дальше друг от друга.

Интересно: на ответственных участках и для повышения надежности монтажа ЛЭП могут использоваться сдвоенные гирлянды натяжных изоляторов.

Опорные и проходные изоляторы уже являются станционными, а не линейными. Этот вид так называется потому что используется внутри электростанций и трансформаторных подстанций. Изготовляются из полимеров или фарфора. Опорные используют для крепления токопроводящих шин к заземленным конструкциям, например, корпусу трансформаторов или внутри вводных и распределительных электрощитов.

Маркировка изоляторов всех разновидностей подобная, обычно она содержит сведения о типе изделия и номинального напряжения линии, например:

Для того чтобы провести кабель или шину через стену используются проходные изоляторы. Эта разновидность изделий с полым телом, в котором расположена токоведущая часть. Для повышения изолирующих свойств может иметь дополнительно масляный барьер или маслобумажную прокладку. Такой тип изоляторов позволяет прокладывать линию до 110 кВ. Бывают и другого типа – без токопровода внутри, просто диэлектрический полый цилиндр с отверстием, который надевается на кабель.

На это мы и заканчиваем нашу статью. Теперь вы знаете, какие бывают изоляторы для воздушных линий электропередач и где применяется каждый вариант исполнения!

Виды высоковольтных изоляторов

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Изоляторы линий электропередачи и открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций подвергаются воздействию атмосферных осадков, которые особенно опасны при сильном загрязнении окружающего воздуха. В таких изоляторах для увеличения напряжения перекрытия (электрического разряда по поверхности) наружная поверхность делается сложной формы, которая удлиняет путь перекрытия. На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, на линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии. В открытых распределительных устройствах для крепления ошиновок или установки аппаратов, находящихся под напряжением, обычно используют опорные изоляторы штыревого типа, которые при очень высоких напряжениях (до 220 кВ) собирают в колонки, устанавливая один на другой. Для вывода высокого потенциала через заземленную поверхность (например, крышку бака трансформатора) служат проходные изоляторы.

Опорные изоляторы

Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями. Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна. Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора. Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение, например, ОФ-10-6 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 10 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 6 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35-110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами. Обозначение, например, ИОС-35-2000 расшифровывается как изолятор опорный, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Читайте также:  Как отрегулировать зажигание на мотоблоке?

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы применены быть не могут. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6–10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ — двух или трехэлементной.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6–10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ.

Подвесные изоляторы

Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень.

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5–10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-160 Б, означает: подвесной стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора — это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75–80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа можно разделить на:

  • Изоляторы для районов с интенсивным загрязнением атмосферы. Грязестойкие изоляторы применяются в районах морских побережий, около горнодобывающих и промышленных предприятий и прочих районах интенсивного загрязнения атмосферы.
  • Изоляторы обычной конструкции. Подвесные изоляторы нормальной конструкции применяются повсеместно и имеют множество конструкций. Изоляторы обычного исполнения так же могут быть применены в районах интенсивного загрязнения при условии увеличения числа единиц в гирлянде.
  • Изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью. Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Изоляторы такого типа имеют меньшую, по сравнению с аналогичными изоляторами обычного исполнения, строительную высоту и больший диаметр изоляционной детали.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не имеют широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением на землю.

Проходные изоляторы

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных, устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ИП-35/1000-7,5 означает: изолятор проходной, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 1 кА с механической прочностью 7,5 кН.

Изоляторы электрические

В процессе монтажа линий электропередачи, различных электроустановок и прочей аппаратуры серьезное внимание уделяется надежной изоляции токоведущих частей между собой и от земли. Эту функцию выполняют электрические изоляторы, разделяющиеся на несколько основных типов, в зависимости от условий эксплуатации. Кроме того, эти изделия служат креплениями для проводов и других токоведущих частей, использующихся в электроустановках. В соответствии со своим назначением изоляторы могут быть станционными, аппаратными и линейными.

Основные характеристики

Ко всем изоляторам, независимо от их назначения, предъявляются общие требования. Они должны обеспечивать достаточный уровень электрической прочности. Этот показатель зависит от значения напряженности электрического поля, при котором изоляционный материал начинает терять свои диэлектрические свойства.

Каждый изолятор должен иметь достаточную механическую прочность, обеспечивающую устойчивость к динамическим воздействиям, возникающим при коротких замыканиях между токоведущими частями. Свойства изоляторов сохраняются неизменными, несмотря на дождь, снегопад и прочие агрессивные воздействия окружающей среды. Теплостойкость изолирующих устройств обеспечивает сохранение их свойств при перепадах температур в определенных пределах. Поверхность изоляторов должна быть устойчивой к действию электрических разрядов.

Основными электрическими характеристиками являются следующие:

  • Номинальное и пробивное напряжения. Пробивным считается минимальное значение напряжения, вызывающее пробой изолятора.
  • Значения разрядных и выдерживаемых напряжений, при которых изолятор сохраняет работоспособность в сухом и мокром состоянии.
  • Импульсные разрядные напряжения с различными полярностями.

Механическими характеристиками изоляторов считаются их вес и размеры, а также минимальное значение номинальной разрушающей нагрузки, измеряемой в ньютонах. Данная нагрузка воздействует на головку изолятора перпендикулярно оси.

Назначение и свойства

Основной функцией линейных изоляторов является крепление проводов воздушных ЛЭП и шин, устанавливаемых в открытые распределительные устройства электростанций и подстанций. Материалом для этих изделий служит закаленное стекло или фарфор. Конструкции таких изоляторов бывают штыревыми и подвесными.

Штыревые виды изоляторов применяются для воздушных линий электропередачи, напряжение которых составляет до 1 кВ, а также на воздушных ЛЭП, напряжением от 6 до 35 кВ. При напряжении 6-10 кВ используются одноэлементные изоляторы, а при 20-35 кВ – двухэлементные.

Крепление штыревых изоляторов на опорах осуществляется с помощью штырей или крюков. Для повышения надежности изоляции и крепления на одну анкерную опору может устанавливаться сразу 2-3 изолятора.

Среди подвесных изоляторов наибольшее распространение получили изделия тарельчатого типа. Как правило, они применяются на воздушных ЛЭП напряжением более 35 кВ. В их конструкцию входит стеклянная или фарфоровая изолирующая часть, а также стержень и головки, изготовленные из металла. Для соединения всех элементов между собой применяется цементная связка.

При сильном загрязнении атмосферы для воздушных ЛЭП разработаны специальные изоляторы, устойчивые к грязи, имеющие более высокие разрядные характеристики и увеличенную длину пути утечки.

Сборка подвесных устройств производится в гирлянды поддерживающего и натяжного типа. Для первого варианта используются промежуточные опоры, для второго – анкерные. Количество изоляторов в отдельной гирлянде устанавливается в зависимости от напряжения на данной линии. К примеру, воздушные ЛЭП напряжением 35 кВ в каждой гирлянде содержат 3 изолятора, при 110 кВ их будет уже 6-8 штук, а при 220 кВ – 10-14 и далее в такой же пропорции.

Применение аппаратных и станционных изоляторов

С помощью этих изолирующих устройств осуществляется изоляция и крепление шин распределительных устройств, находящихся в электростанциях и подстанциях. С их помощью изолируются токоведущие части различной электрической аппаратуры.

Большинство аппаратных и станционных изоляторов изготавливается из фарфора, максимально отвечающего всем требованиям, предъявляемым к этим изделиям. Для некоторых деталей аппаратуры, выполняющих изолирующие функции, применяется бакелит, гетинакс или текстолит. Данные элементы устанавливаются внутри приборов под защитными кожухами и при необходимости заливаются изоляционным маслом.

Различные виды креплений выполняются с помощью специальной металлической арматуры, закрепленной на фарфоровом основании. Для крепления используются специальные цементирующие замазки, у которых коэффициент объемного расширения приближен к фарфору. Качество изоляторов можно улучшить за счет покрытия глазурью наружной фарфоровой поверхности.

Сама арматура рассчитана на повышенные механические нагрузки. Конструкция этих элементов включает в себя квадратные или овальные фланцы. В нижней части расположены отверстия для болтов, а сверху предусмотрены металлические головки, к которым крепятся проводники. У изоляторов, рассчитанных на низкие механические нагрузки, фланцы и головки отсутствуют. Вместо них изделия оборудованы металлическими фасонными вкладышами, в которых предусмотрены резьбовые отверстия, закрепленные в глубине фарфорового основания. Такие конструкции обладают меньшими размерами и весом.

Изоляторы для наружной и внутренней установки

Каждое устройство определенного типа имеет специфические отличия. Изоляторы, предназначенные для наружной установки, обладают более развитой поверхностью с большей площадью, за счет которой микроразрядное напряжение увеличивается. Это позволяет устройству нормально работать не только в загрязненном состоянии, но и во влажных условиях, под дождем и другими осадками.

Изоляторы, рассчитанные на различные номинальные напряжения, можно отличить по активной высоте фарфора. Изделия с разными разрушающими механическими усилиями отличаются диаметром.

Типичными представителями наружных устройств являются опорно-штыревые изоляторы. Их фарфоровое тело отличают далеко выступающие ребра или крылья, защищающие от дождя. Крепление к основанию осуществляется чугунным штырем с фланцем. Верхняя часть закрыта чугунным колпаком, в котором нарезаны отверстия под крепление токоведущих частей.

У изоляторов, предназначенных для внутренней установки, фарфоровое тело имеет коническую форму. На корпусе установлено 1-2 ребра небольших размеров.

Следует отдельно остановиться на проходных изоляторах, устанавливаемых в стенах и перекрытиях внутри помещений для прохода шин. Также они применяются для выводов токоведущих частей из зданий и корпусов аппаратуры. Проходные изоляторы состоят из полого фарфорового корпуса с небольшими ребрами. Крепление в стене осуществляется с помощью фланца, установленного в средней части корпуса.

У проходных изоляторов номиналом в 2000 А стержни имеют прямоугольное сечение. При номинале свыше 2000 А изоляторы, называемые шинными, изготавливаются без стержней. На торцах у них установлены специальные колпаки для фиксации стальных планок с прямоугольными отверстиями, предназначенными для крепления токоведущих шин.

Читайте также:  Виды промышленного конвейерного оборудования

Конфигурация наружных и внутренних проходных изоляторов имеет существенные отличия. Например, фарфоровый корпус, находящийся на воздухе, оборудован более развитыми ребрами, делающими всю конструкцию несимметричной.

У проходных изолирующих устройств, рассчитанных 110 кВ и более, вводная часть, помимо фарфоровой, оборудуется маслобарьерной или бумажно-масляной изоляцией. В последнем варианте на токоведущий стержень накладывается кабельная бумага в несколько слоев. Между ними устанавливаются алюминиевая фольга, выполняющая функции проводящих прокладок. Образуется своеобразный герметичный конденсаторный ввод, равномерно распределяющий потенциал во всех направлениях.

Монтажные работы

Перед началом монтажа все изоляторы тщательно осматриваются и отбраковываются. Необходимо заранее проверить сопротивление фарфоровых конструкций с помощью мегаомметра на значение напряжения 2500 В. Стеклянные изделия не проверяются.

При наличии штыревых изделий, установка кронштейнов, траверс и других элементов выполняется заранее, до подъема опоры воздушной линии. Штыревая часть находится в строго вертикальном положении. Для деревянных опор используются стандартные крюки, без траверс. На все металлические детали заранее наносится защитное покрытие.

Закрепление изоляторов на штырях или крюках проводится разными способами. Чаще всего используются полиэтиленовые уплотнительные колпачки, насаживаемые на места креплений.

Расключение электрического щитка

Электрические теплые полы своими руками

Электрический щиток: устройство и монтаж

Применение электрического тока в металлах

Электрическая дуга (вольтова дуга, дуговой разряд)

Изоляторы

Различают изоляторы следующих видов: опорные, проходные и подвесные. Изоляторы должны отвечать ряду требований, определяющих их электрические и механические характеристики, в соответствии с назначением и номинальным напряжением, а также загрязненностью воздуха в районе установки.

К электрическим характеристикам относятся: номинальное напряжение, пробивное напряжение, разрядные и выдерживаемые напряжения промышленной частоты в сухом состоянии и под дождем, импульсные 50%-ные разрядные напряжения обеих полярностей. Основной механической характеристикой является минимальная разрушающая нагрузка, Н, приложенная к головке изолятора в направлении, перпендикулярном оси, а также жесткость или отношение силы, приложенной к головке изолятора в направлении. перпендикулярном оси, к отклонению головки от вертикали, Н/мм.

Жесткость опорных изоляторов зависит от их конструкции и номинального напряжения. Изоляторы для напряжения до 35 кВ включительно обладают очень большой жесткостью, поскольку высота их относительно мала. Изоляторы для более высоких напряжений имеют большую высоту и меньшую жесткость. Она составляет в зависимости от конструкции от 300 до 2000 Н/мм для изоляторов 110 кВ и 150-200 Н/мм для изоляторов 220 кВ. Это означает, что при КЗ головки изоляторов заметно отклоняются от своего нормального положения под действием электродинамических сил на проводники. Однако изоляторы не разрушаются при условии, что нагрузка на головку не превышает минимальной разрушающей нагрузки.

Опорные изоляторы предназначены для изоляции и крепления шин или токоведущих частей аппаратов на заземленных металлических или бетонных конструкциях, а также для крепления проводов воздушных линий на опорах. Их можно разделить на стержневые и штыревые.

Опорные стержневые изоляторы для внутренней установки

Рис.1. Опорный стержневой изолятор для внутренней установки
серии ИО 10 кВ с квадратным фланцем и колпаком

Опорные стержневые изоляторы для внутренней установки серии ИО изготовляют для номинальных напряжений от 6 до 35 кВ. Они имеют фарфоровое коническое тело с одним небольшим ребром (рис.1). Снизу и сверху предусмотрены металлические детали (армировка) для крепления изолятора на основании и крепления проводника на изоляторе.

Высота фарфорового тела определяется номинальным напряжением. Диаметр тела и вид армировки определяются минимальной разрушающей нагрузкой: чем больше последняя, тем прочнее должен быть укреплен изолятор на основании. Изоляторы, рассчитанные на значительную механическую нагрузку, имеют снизу квадратные фланцы с отверстиями для болтов, а сверху – металлические колпаки с нарезными отверстиями для крепления шинодержателя и проводника. Элементы арматуры охватывают тело изолятора и соединены с фарфором цементным составом.

Изоляторы серии ИО изготовляют с минимальной разрушающей нагрузкой от 3,75 до 30 кН.

Опорные стержневые изоляторы для наружной установки

Рис.2. Опорный стержневой изолятор для наружной установки серии ИОС 110 кВ

Опорные стержневые изоляторы для наружной установки серии ИОС (рис.2) отличаются от изоляторов описанной выше конструкции более развитыми ребрами, благодаря которым увеличивается разрядное напряжение под дождем. Их изготовляют для номинальных напряжений от 10 до 110 кВ. Минимальная разрушающая нагрузка находится в пределах от 3 до 20 кН.

Опорные штыревые изоляторы

Рис.3. Опорный многоэлементный изолятор (мультикон) 245 кВ

Опорные штыревые изоляторы серии ОНШ также предназначены для наружной установки. Они имеют фарфоровое тело с далеко выступающими ребрами (крыльями) для защиты от дождя. Длина пути тока утечки по поверхности диэлектрика значительно больше соответствующего пути тока утечки по изолятору, предназначенному для внутренней установки. Изолятор укрепляется на основании с помощью чугунного штыря с фланцем.

Для крепления токоведущих частей предусмотрен чугунный колпак с нарезными отверстиями. Штыревые изоляторы изготовляют для номинальных напряжений от 10 до 35 кВ и минимальной разрушающей нагрузки от 5 до 20 кН. Изолятор, показанный на рис.3, рассчитан на номинальное напряжение 35 кВ. Штыревые изоляторы 110-220 кВ представляют собой колонки из нескольких изоляторов 35 кВ.

Рис.4. Опорный штыревой изолятор для наружной установки серии ОНШ 35 кВ

В Англии, Франции и других странах строят опорно-штыревые изоляторы (рис.4), составленные из большого числа фарфоровых элементов 2, соединенных между собой цементной связкой 3, получившие название «мультикон». Вверху изолятора крепится колпак 1, а внизу – металлический фланец. Высота изолятора для напряжения 245 кВ составляет 2300 мм. Такие изоляторы, собранные в одиночные колонки, используются в РУ до 765 кВ. Они обладают малой жесткостью и в то же время высокой прочностью на изгиб.

Проходные изоляторы

Проходные изоляторы предназначены для проведения проводника сквозь заземленные кожухи трансформаторов и аппаратов, стены и перекрытия зданий.

Проходные изоляторы для внутренней установки до 35 кВ включительно имеют полый фарфоровый корпус без наполнителя с небольшими ребрами. Для крепления изолятора в стене, перекрытии предусмотрен фланец, а для крепления проводника – металлические колпаки. Длина фарфорового корпуса определяется номинальным напряжением, а диаметр внутренней полости – сечением токоведущих стержней, следовательно, номинальным током.

Рис.5. Проходной изолятор для внутренней установки 10 кВ, 250-630 А

Рис.6. Проходной изолятор для внутренней установки 20 кВ, 8000-12500 А

Изоляторы с номинальным током до 2000 А (рис.5) снабжены алюминиевыми стержнями прямоугольного сечения. Изоляторы с номинальным током свыше 2000 А (рис.6) поставляются без токоведущих стержней. Размеры внутренней полости выбраны здесь достаточными, чтобы пропустить через изолятор шину или пакет шин прямоугольного сечения, а при очень большом токе – трубу круглого сечения.

Фланцы и колпаки, в особенности у изоляторов с большим номинальным током, изготовляют из немагнитных материалов (специальных марок чугуна, а также силумина – сплава на основе алюминия и кремния) во избежание дополнительных потерь мощности от индуктированных токов. У изоляторов, предназначенных для ввода жестких и гибких шин в здания РУ или шкафы КРУ наружной установки, часть фарфорового корпуса, обращенная наружу, имеет развитые ребра (рис.7) для увеличения разрядного напряжения под дождем.

Рис.7. Проходной изолятор наружно-внутренней установки 35 кВ, 400-630 А

Проходные изоляторы 110 кВ и выше в зависимости от назначения получили названия линейных или аппаратных вводов. Кроме фарфоровой они имеют бумажно-масляную изоляцию. На токоведущий стержень наложены слои кабельной бумаги с проводящими прокладками между ними. Размеры слоев бумаги и прокладок выбраны так, чтобы обеспечить равномерное распределение потенциала как вдоль оси, так и в радиальном направлении.

Рис.8. Герметизированный бумажно-масляный ввод 500 кВ с выносным бачком давления

Ввод (рис.8) состоит из следующих частей: металлической соединительной втулки 1, предназначенной для закрепления ввода в кожухе аппарата или в проеме стены, верхней 2 и нижней 3 фарфоровых покрышек, защищающих внутреннюю изоляцию от атмосферной влаги и служащих одновременно резервуаром для масла, заполняющего ввод. Вводы, предназначенные для аппаратов с маслом, имеют укороченную нижнюю часть; это объясняется более высоким разрядным напряжением по поверхности фарфора в масле сравнительно с разрядным напряжением в воздухе.

Вводы обычно герметизированы. Для компенсации температурных изменений в объеме масла предусмотрены компенсаторы давления, встроенные в верхнюю часть ввода или помещенные в особый бачок давления 4, соединенный с вводом гибким трубопроводом. Вводы имеют измерительное устройство, которое служит для контроля давления в системе ввод-бак.

Подвесные изоляторы

Подвесные изоляторы предназначены для крепления многопроволочных проводов к опорам воздушных линий и РУ. Их конструируют так, чтобы они могли противостоять растяжению.

Рис.9. Подвесной тарельчатый изолятор

Тарельчатый изолятор (рис.9) имеет фарфоровый или стеклянный корпус в виде диска с шарообразной головкой. Нижняя поверхность диска выполнена ребристой для увеличения разрядного напряжения под дождем, а верхняя поверхность диска – гладкой, с небольшим уклоном для стекания дождя. Внутри фарфоровой (стеклянной) головки цементом закреплен стальной оцинкованный стержень. Сверху фарфоровую головку охватывает колпак из чугуна с гнездом для введения в него стержня другого изолятора или ушка для крепления гирлянды к опоре. Число изоляторов в гирлянде выбирают в соответствии с номинальным напряжением.

Внутренней и наружной поверхностям фарфоровой головки придана такая форма, чтобы при тяжении провода фарфор испытывал только сжатие (как известно, прочность фарфора при сжатии значительно больше, чем при растяжении). Так обеспечивают высокую механическую прочность тарельчатых изоляторов. Они способны выдерживать тяжения порядка 10 4 -10 5 Н. Механическую прочность подвесных изоляторов характеризуют испытательной нагрузкой, которую изоляторы должны выдерживать в течение 1 ч без повреждений.

Расчетную нагрузку на тарельчатые изоляторы принимают равной половине часовой испытательной.

В местностях, прилегающих к химическим, металлургическим, цементным заводам, воздух содержит значительное количество пыли, серы и других веществ, которые образуют на поверхности изоляторов вредный осадок, снижающий их электрическую прочность. Вблизи моря и соленых озер воздух имеет большую влажность и содержит значительное количество соли, которая также образует вредный осадок.

Нормальные изоляторы, используемые в районах, удаленных от источников загрязнения, имеют отношение длины пути утечки к наибольшему рабочему напряжению около 1,5 см/кВ. Для РУ, подверженных загрязнению, применяют изоляторы особой конструкции или увеличивают число изоляторов в гирляндах. Прибегают также к периодической обмывке или обтирке изоляторов.

Рис.10. Подвесной изолятор для местностей с загрязненным воздухом

Тарельчатые изоляторы, предназначенные для местностей с загрязненным воздухом (рис.10), имеют увеличенную длину пути тока утечки и выполнены так, чтобы поверхность их была в наибольшей мере доступна очищающему действию дождя и ветра.

При одинаковой степени загрязнения и увлажнения разрядные напряжения у изоляторов особой конструкции приблизительно в 1,5 раза выше, чем у изоляторов обычного исполнения.

Ссылка на основную публикацию