Для чего нужны изоляторы на опорах линий электропередач?

Содержание статьи:

Устройство сети энергоснабжения является сложной и опасной технической задачей. Передача электроэнергии на большие расстояния требует больших финансовых затрат и соблюдения особых мер безопасности.  А Вы знаете, что для уменьшения потерь энергии ток передаётся под очень большим напряжением от 10 до 700 кВ. Такое напряжение требует надёжной изоляции от пробоя.

Для безопасной передачи электроэнергии по проводам применяют изоляторы. Безопасная работа ЛЭП и сохранение жизни и здоровья людей во многом зависит от качества материалов опор, проводов и особенно изоляционных материалов.

Классификация изоляторов

Изоляторы разделяются по нескольким техническим характеристикам:

• Из каких материалов они изготовлены.
• По конструкционным особенностям.

Промышленность выпускает изоляторы из стекла, фарфора и из полимерного материала. До недавнего времени изоляторы в большинстве случаев устанавливались из фарфора. Однако в последнее время их вытесняют изоляторы из закалённого стекла, которые имеют лучшие технические характеристики и дешевле в производстве.

Изоляторы из закалённого стекла

Важно то, что стеклянные изоляторы не нуждаются в плановых испытаниях под большим напряжением. Любое повреждение тела изолятора можно обнаружить визуально. При этом разрушение одного изолятора в гирлянде не приводит к пробою электроэнергии. Технология производства стеклянных изоляторов полностью автоматизирована.

Если дефект проявляется в механической части и гирлянда обрывается, то требуется немедленный ремонт подвески. Всё это относится и к изоляторам из фарфора, но гораздо трудней увидеть дефект и пробой. Как недостаток применения изоляторов из стекла, отмечается их большой вес и хрупкость.

К преимуществам относится:

• Не сложная визуальная дефектовка.
• Дешевизна автоматизированного производства изоляторов.
• Изоляторы elektropostavka.ru во время эксплуатации не меняют своих технических характеристик.
• Они не подвержены деформации.
• Стекло хорошо противостоит ультрафиолетовым лучам.
• Не воспламеняются и не гигроскопичны.
• Обладают высокими диэлектрическими характеристиками.

Фарфоровые изоляторы

Изоляторы из фарфора не меняют своих химических и физических свойств за весь период эксплуатации. Тук же, как и стеклянные они обладают отличными диэлектрическими свойствами. Они не хуже стеклянных, но дороги в производстве и обслуживании. Недостатками являются большой вес и хрупкость.

Изоляторы из полимерных материалов

Полимерные изоляторы обладают более низкими характеристиками и применяются только в электросетях с напряжением до 220 кВ. Даже при локальных повреждениях тел полимерных изоляторов значительно снижает их диэлектрические характеристики. Полимерные материалы имеют свойство старения, а при больших температурах снижается их механическая прочность.

У любых изоляторов, применяемых на ЛЭП, проявляются свои положительные и отрицательные свойства.

Совет профессионалов, — применяйте изоляторы из стекла. В рейтинге по эксплуатации изоляторов их можно поставить на первое место по эффективности, безопасности и дешевизне в производстве.

виды, назначение и область применения

Вы, наверное, замечали, что провода ЛЭП закреплены на опорах на гирляндах из фарфоровых или керамических тарелок. Эти тарелки называется изоляторами. Они несут как изолирующую, так и монтажную роль механического крепления. Изоляторы воздушных линий электропередач бывают разными, в зависимости от расположения, места применения и напряжения линии, которую они держат. В этой статье мы рассмотрим виды электрических изоляторов и их назначение.

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:

1. Фарфоровые.
2. Стеклянные.
3. Полимерные.

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!

Материалы по теме:

Для чего нужны изоляторы на опорах линий электропередач?

Устройство сети энергоснабжения является сложной и опасной технической задачей. Передача электроэнергии на большие расстояния требует больших финансовых затрат и соблюдения особых мер безопасности.

А Вы знаете, что для уменьшения потерь энергии ток передаётся под очень большим напряжением от 10 до 700 кВ. Такое напряжение требует надёжной изоляции от пробоя.

Для безопасной передачи электроэнергии по проводам применяют изоляторы. Безопасная работа ЛЭП и сохранение жизни и здоровья людей во многом зависит от качества материалов опор, проводов и особенно изоляционных материалов.

Классификация изоляторов

Изоляторы разделяются по нескольким техническим характеристикам:

• Из каких материалов они изготовлены.
• По конструкционным особенностям.

Промышленность выпускает изоляторы из стекла, фарфора и из полимерного материала. До недавнего времени изоляторы в большинстве случаев устанавливались из фарфора. Однако в последнее время их вытесняют изоляторы из закалённого стекла, которые имеют лучшие технические характеристики и дешевле в производстве.

Изоляторы из закалённого стекла

Важно то, что стеклянные изоляторы не нуждаются в плановых испытаниях под большим напряжением. Любое повреждение тела изолятора можно обнаружить визуально. При этом разрушение одного изолятора в гирлянде не приводит к пробою электроэнергии. Технология производства стеклянных изоляторов полностью автоматизирована.

Если дефект проявляется в механической части и гирлянда обрывается, то требуется немедленный ремонт подвески. Всё это относится и к изоляторам из фарфора, но гораздо трудней увидеть дефект и пробой. Как недостаток применения изоляторов из стекла, отмечается их большой вес и хрупкость.

К преимуществам относится:

• Не сложная визуальная дефектовка.
• Дешевизна автоматизированного производства изоляторов.
• Изоляторы elektropostavka.ru во время эксплуатации не меняют своих технических характеристик.
• Они не подвержены деформации.
• Стекло хорошо противостоит ультрафиолетовым лучам.
• Не воспламеняются и не гигроскопичны.
• Обладают высокими диэлектрическими характеристиками.

Фарфоровые изоляторы

Изоляторы из фарфора не меняют своих химических и физических свойств за весь период эксплуатации. Тук же, как и стеклянные они обладают отличными диэлектрическими свойствами. Они не хуже стеклянных, но дороги в производстве и обслуживании. Недостатками являются большой вес и хрупкость.

Изоляторы из полимерных материалов

Полимерные изоляторы обладают более низкими характеристиками и применяются только в электросетях с напряжением до 220 кВ. Даже при локальных повреждениях тел полимерных изоляторов значительно снижает их диэлектрические характеристики. Полимерные материалы имеют свойство старения, а при больших температурах снижается их механическая прочность.

У любых изоляторов, применяемых на ЛЭП, проявляются свои положительные и отрицательные свойства.

Совет профессионалов, — применяйте изоляторы из стекла. В рейтинге по эксплуатации изоляторов их можно поставить на первое место по эффективности, безопасности и дешевизне в производстве.

Изоляторы электрические: назначение, применение, монтаж

Содержание:

1. Основные характеристики
2. Назначение и свойства
3. Применение аппаратных и станционных изоляторов
4. Изоляторы для наружной и внутренней установки
5. Монтажные работы
6. Видео

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.

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.

Применение дугозащитных и полевыравнивающих устройств для высоковольтных линейных изоляторов

Статистика повреждаемости линейной изоляции в сетях России

«Фирма ОРГРЭС» с 50-х годов ведет анализ причин технологических нарушений в работе энергосистем России, приведших к отключению воздушной линии (ВЛ) электропередачи¹. В табл.1 приведены обобщенные данные нарушений работоспособности отдельных элементов ВЛ, откуда можно видеть, что значительная доля отказов ВЛ обусловлена повреждением изоляторов. В свою очередь, повреждение изоляторов связывают с грозовым перенапряжением.

Характерные следы теплового воздействия силовой дуги на линейные изоляторы показаны на рис. 1.

Более детальные результаты обследования отказов изоляторов приводит институт «Энергосетьпроект». Согласно² в 1997-2007 годы на ВЛ 110-500 кВ было зарегистрировано 2808 случаев повреждения гирлянд изоляторов, что составило 29,7% от общего количества повреждений элементов ВЛ, причем 80% повреждений гирлянд изоляторов произошло на ВЛ 110 кВ.

В этой работе даны следующие соотношения между причинами и объемом повреждения гирлянд изоляторов:

• атмосферные перенапряжения — 29,3%;
• расстрел изоляторов — 17,5%;
• дефекты изготовления и монтажа изоляторов — 17,3%;
• старение изоляторов — 7,9%;
• загрязнение изоляции, в том числе птицами — 8,3%;
• посторонние воздействия и недостатки эксплуатации — 7,3%.

Таким образом, чаще всего отказы (около 38 %) высоковольтной линейной изоляции происходят вследствие электрического перекрытия при грозовых перенапряжениях и по причине загрязнения.

В табл. 2 сведены данные разрушений изоляторов на ВЛ110кВ Восточных электрических сетей, входящих в состав ОАО «Иркутская ЭСК», за январь-декабрь 2015г.³. Нужно отметить, что за этот период на линиях более высокого класса напряжения дефектные изоляторы установлены не были, что в общем согласуется с выводом² о том, что разрушение изоляторов в большинстве случаях наблюдаются на ВЛ 110 кВ.

К приведенным в табл. 2 отказам изоляторов относятся только те, которые были выявлены непосредственно после перекрытия изоляции, что, по сути, является «сегодняшним» дополнительным подтверждением значимости взаимосвязи между повреждением изоляторов и электрическими воздействиями. В сводном документе³ отмечено, что повреждение верхнего и нижнего экранов идентифицировалось как отказ полимерных изоляторов (см. рис.1).

За наблюдаемый период 1997 — 2004 гг. на ВЛ 220-500 кВ было установлено 176 расцеплений гирлянд вследствие повреждения стеклянных, фарфоровых и полимерных линейных изоляторов². Выполненные в «СибНИИЭ» лабораторные исследования⁴ показывают, что в грозовые периоды при перекрытии гирлянды, в которой находится «остаток» изолятора, существует вероятность протекания сквозь внутреннюю изоляцию этого «остатка» тока молнии и последующего сопровождающего тока короткого замыкания сети. Впоследствии, в замкнутом объеме «остатка» создается экстремальное давление, что может привести к механическому разрушению шапки изолятора, расцеплению гирлянды (рис. 2).

Дугозащитные и экранирующие устройства

Вектор скорости начального ствола дуги определяется кулоновской силой и совпадает с вектором электрического поля электрода, поэтому всегда направлен перпендикулярно к поверхности металла (см. рис. 3). Дальнейшая судьба ствола будет зависеть от соотношения термодинамических процессов расширения горячего газа и сил Лоренца, испытываемых заряженными собственным магнитным полем частицами. Очевидно, чем длиннее расстояние между электродами, тем сильнее скажется термодинамический фактор.Как известно, силовая дуга является следствием короткого замыкания сети, ток которого протекает по искровому каналу, образовавшемуся при перекрытии изоляции под действием грозовых перенапряжений или же при рабочем напряжении в условия критического загрязнения и увлажнения. Тепловой эффект дуги на изоляцию не только определяется током и длительностью горения, но и траекторией ее движения. Потоки плазмы могут иметь различное направление в зависимости от конструкции разрядного промежутка. Для наглядности на рис. 3 схематически показаны возможные движения потока заряженных частиц для случая короткой дуги^5,6 (полагается, что влияние ветра отсутствует). Когда поверхности электродов обращены одна к другой и расположены по одной линии (рис. 3а), то потоки плазмы, выходящие из электродов, направлены навстречу друг другу и при небольшом расстоянии между электродами могут сталкиваться, образуя расширение ствола дуги. Если поверхность одного из электродов повернута в сторону (рис. 3б), напряжение на дуге в этом случае заметно повышается, и условия ее гашения облегчаются. Можно так расположить поверхности электродов, чтобы потоки плазмы не сталкивались друг с другом (рис. 3в). Здесь потоки плазмы направлены в разные стороны и выбрасываются за пределы ствола дуги. Путь тока в стволе удлиняется, а сопротивление плазмы существенно повышается, что также способствует затуханию дуги.

Из опыта проведения электрических испытаний переменным напряжением известно, что, в случае изолирующей подвески с кольцевым экраном, опорная точка дуги, как правило, хаотично перемещается по поверхности экрана, обвивая изоляцию. Для того чтобы зафиксировать геометрическое место расположения опорной точки — основания разряда, окажется достаточным сделать разрез таким образом, чтобы создать на экране участок с явно выраженной повышенной напряженностью электрического поля.

Одним из простых и эффективных способов ограничения теплового воздействия силовой дуги на твердый диэлектрик является установление роговых разрядников в параллель с защищаемым объектом. Вместе с тем на ВЛ России и странах СНГ практически не встречаются участки высоковольтных линий, оснащенных повсеместно такого рода устройствами. На проблемных по грозоупорности линиях рекомендуется применять быстродействующие коммутирующие аппараты, а также линейные разрядники и ограничители напряжений, что не всегда осуществляется по различным техническим и экономическим причинам.

Как правило, согласно действующему основополагающему для энергетиков документу ПУЭ-7 (см. также стандарт⁷) преимущественно рога разрядные предусмотрены для отвода электрической дуги от изолятора в тросовых креплениях. Применяемые на ВЛ напряжением, начиная от 330 кВ, защитные кольца — экраны предназначены для выравнивания напряжения вдоль натяжных гирлянд изоляторов и подвесных гирлянд на ВЛ напряжением 500 кВ и выше. Такие экраны должны обеспечивать снижение уровней радиопомех и исключать появление видимой короны на элементах гирлянд в штатном режиме работы линии.

Вместе с тем во многих странах Европы, как и в других странах мира, использование защитных устройств, совмещающих в одном объекте две функции: защиту от воздействия силовой дуги и выравнивание электрического поля по длине гирлянд изоляторов, на сегодня является стандартной практикой⁸. Первым разработчиком современных дугозащитных устройств является всемирно известная международная кампания RIBE⁹. Первые образцы в виде вытянутых рогов были разработаны еще во времена начала строительства воздушных линий электропередач. Широкое применение дугозащитных рогов началось еще в 1920 г. Задача первых устройств заключалась, прежде всего, в предотвращении разрушающих эффектов от импульсных грозовых перенапряжений. По мере развития электроэнергетики, повышения класса ВЛ по напряжению и передаваемой мощности, с внедрением новых изоляционных конструкций и пониманием физики возникновения силовых дуг, накоплением опыта работ последовательно проводились исследования по усовершенствованию защитных устройств, увеличению их номенклатуры. Требовалось предусмотреть возникновение дуги и при отсутствии перенапряжений в сетях, она может быть инициирована перекрытием по поверхности загрязненных изоляторов. Поскольку наибольшая концентрация тепловой энергии имеет место в опорной точке дуги (в месте контакта с электродом), то очень важно было эту область как можно быстрее и дальше отдалить от металлических элементов изолятора и от самой изоляционной конструкции.

Возможность управления дугой «естественным» путем можно проследить, наблюдая за поведением дуги, возникшей между параллельными стержневыми электродами. Предположим, дуга образовалась в среднем межэлектродном участке по причине короткого замыкания (рис. 4). При этом индуктируется магнитное поле, обусловленное протекающим током . Вектор магнитной индукции при принятой на рисунке полярности электродов направлен перпендикулярно к плоскости контура, образованного электродами и дугой. По стволу дуги движутся заряженные частицы под действием силы электрического поля в дуге, при этом они испытывают поперечную силу магнитного поля, величины и направления которых определяются законом Лоренца:

Поскольку в рассматриваемом примере принято, что заряды движутся от левого положительного электрода к правому с отрицательной полярностью, то магнитная сила, согласно векторному произведению скорости и магнитной индукции, будет направлена вверх, таким образом, отдаляя дугу от источника тока. Можно показать, что при перемене полярности электродов дуга также сместится в том же направлении. Выше рассмотренный положительный эффект был реализован при разработке так называемых «многосторонних устройств дуговой защиты» в связи с внедрением длинностержневых фарфоровых изоляторов. Еще в 1940 году были созданы роговые разрядники, пересекающиеся роговые разрядники, спиральные роговые разрядники и дугозащитные кольца. Эти устройства по-прежнему находят применение в сетях с небольшими токами короткого замыкания.

Разработан целый ряд устройств для различных по материалам и конструкции изоляторов, а также различных по напряжению ВЛ от 35 до 400 кВ^9,10. При их разработке придерживались следующих основных положений:

• защитные устройства изготавливаются целиком из стали с цинковым покрытием толщиною не менее 100 мкм, выполненным горячим способом;
• электрические характеристики изолирующей подвески в комплекте с защитными устройствами соответствуют нормированным характеристикам, в том числе по короне и уровню радиопомех;
• при грозовых перенапряжениях выше критических величин перекрытие происходит между защитными устройствами;

• в случае перекрытия изоляции вдоль ее загрязненной и увлажненной поверхности основание дуги мгновенно перемещается от крайних электродов изоляции к открытому краю защитного устройства;
• опорная точка силовой дуги, возникающей вслед за перекрытием, фиксируется на предусмотренном для этого участке защитного устройства;
• дуга в своем развитии не пересекает тело изолятора.

Особое внимание уделялось явлению эрозии металла с поверхности наконечника, на которой устанавливается основание дуги. В этой связи предусмотрена линейка изделий одной конструкции, но для разных по величине ожидаемых токов короткого замыкания ВЛ. Поэтому при выборе защитного устройства рекомендуют руководствоваться приведенной на рис. 7 зависимостью между сечением рабочего элемента устройства и током. Для относительно больших токов короткого замыкания, 40 кА и более, с целью экономии материала была разработана специальная конструкция, отличающаяся тем, что к наконечнику приварен дополнительный стальной элемент шарообразной формы, но с большим сечением (см. рис.5).

Для эффективности работы дугозащитных устройств немаловажное значение имеет пространственное их расположение в зависимости от конструкции опоры и от типа гирлянды изоляторов. Общая рекомендация сводится к тому, чтобы минимизировать термическое действие дуги на изолятор, при этом избежать возможности контакта дуги с соседними фазами и с элементами опоры. Наиболее важные из рекомендованных схем приведены на рис. 7. Очевидно, что для натяжной гирлянды опорные точки должны быть направлены вверх в открытое пространство.

Следует отметить, что, в соответствии с утвержденным в феврале 2017 г. Положением ПАО «Россети» «О единой технической политике в электросетевом комплексе», на ВЛ 220 кВ и выше гирлянды изоляторов должны быть снабжены защитной арматурой.

Оптимизация защитных экранов для линейных полимерных изоляторов

Актуальность применения защитных устройств возросла в связи с расширением применения композитных изоляторов на воздушных линиях высокого и сверхвысокого напряжений. Как отмечается в работе¹¹, надежность сегодняшнего поколения композитных изоляторов, изготовленных в соответствии с новейшими технологиями, включая жесткий контроль качества и отслеживаемость, сравнима с керамическими изоляторами. При этом подчеркивается, что для достижения надлежащего уровня надежности большое значение имеет обоснованность выбора конструкции изоляторов. Выбранные изоляторы по своим электрическим и механическим параметрам должны соответствовать реальным эксплуатационным нагрузкам, возникающим в течение всего прогнозируемого срока службы. При этом большое внимание уделяется техническим решениям по выравниванию потенциала по длине изолятора и снижению максимальной напряженности электрического поля с помощью применения защитной арматуры. Наблюдаемое на практике электрическое старение полимерных изоляторов чаще всего берет начало под защитной оболочкой на тройной границе «оконцеватель — стеклопластиковый стержень — воздух» со стороны высокого потенциала¹¹. На процессы ухудшения изоляции существенное влияние оказывает присутствие коронирующей области вблизи этого слабого участка конструкции.

В отличие от керамического или стеклянного изолятора нежесткий полимерный корпус композитного изолятора способен выдерживать механический удар, создаваемый тепловым воздействием дуги. Кроме того, любой ущерб, вызванный высокой температурой, является не столь значительным, если своевременно сработала коммутирующая система защиты. Поэтому основная проблема связана не столько с возможным термическим повреждением силового узла, сколько с возможным нарушением адгезионного слоя, что может положить начало разгерметизации конструкции. Кроме того, места оплавления металлических деталей изоляционной подвески, включая экранную арматуру (см. рис.1), могут служить источниками короны и радиопомех. Еще в 1992 году, CIGRE WG B2.03, основываясь на накопленных в то время опытах, рекомендовал, начиная с ВЛ 220 кВ, применение подходящего коронного кольца со стороны высокого напряжения, главным образом из-за потенциальной возможности нарушения требования по уровню высокочастотных электромагнитных помех¹². Таким образом, к защитным устройствам для полимерных изоляторов должны быть предъявлены более жесткие требования, касающиеся выравнивания электрического поля по сравнению с теми, что приняты для изоляторов из стекла или фарфора.

Современные вычислительные технологии предоставляют возможность моделировать трехмерное электрическое поле высоковольтных изоляционных конструкций с учетом влияния металлических элементов опоры и влияния соседних фаз. Многими авторами были разработаны целевые программные средства, выполнены комплексные численные исследования различных высоковольтных объектов, что позволило откорректировать ранее принятые технические решения на более качественном уровне^13,15.

Результаты поиска оптимальных решений непосредственно зависят от обоснованности критериев оптимальности. В настоящее время на основе многолетних совместных работ, выполненных исследовательскими институтами STRI (Swedish Test Research Institute) и EPRI (Electric Power Research Institute, USA), приняты следующие предельно допустимые значения напряженности электрического поля¹⁶:

• 1,8 кВ/мм на поверхности защитной арматуры;
• 0,42 кВ/мм вдоль поверхности оболочки длиною 10 мм от края оконцевателя;
• 0,35 кВ/мм на границе оконцеватель — оболочка — воздух.

Следует отметить, что для обоснования критических параметров были использованы результаты анализа обширных данных опыта эксплуатации полимерных изоляторов. Был проведен комплекс экспериментальных исследований, выполненных на образцах и на полномасштабных моделях изоляторов различных по классу напряжения и по конструктивному исполнению. Устанавливались напряжения начала видимой короны с одновременным измерением уровней радиопомех согласно IEC 61284. Опыты проводились как в сухом состоянии, так и после обрызгивания поверхности изолятора водой с заданной проводимостью по новой методике «Water Drop Corona Induced». Экспериментальные данные сопоставлялись с результатами численных исследований.

В работе¹⁶ были выполнены расчеты поля изоляторов в комплекте с используемыми на сегодня стандартными защитными устройствами RIBE. Пример расчета поля изолятора класса 400 кВ в цветном отображении иллюстрирует рис. 8. По рисунку визуально можно провести качественный анализ распределения поля по поверхности исследуемого объекта, в данном случае, на поверхностях защитной арматуры. Там же приведена фотография начальной короны, по которой можно прогнозировать места опорной точки дуги и вектор ствола дуги в начальный момент развития, что согласуется с результатами расчета. По результатам исследований были сформулированы рекомендации по разработке новых и оптимизации существующих конструкций с учетом приведенных критериев. Отмечается необходимость во взвешенном подходе при выборе защитных устройств для полимерных изоляторов и целесообразность проведения испытаний на корону в соответствии с IEC 61284.

Выводы, рекомендации

Представляется оправданным введение в практику организации линейной изоляции обязательного применения дугозащитных устройств на участках линий ВЛ 35-110 кВ.

Экранная арматура для полимерных изоляторов должна быть изготовлена из стали и обеспечивать дугоотводящую функцию.

Целесообразно разработать нормативные документы, регламентирующие технические условия по разработке, выбору и эксплуатации устройств защиты изоляторов от теплового воздействия силовой дуги, одновременно обеспечивающих выравнивание электрического поля.

Литература

1. Л.В. Яковлев, Р.С. Каверина, Л.А. Дубинич. Комплекс работ н предложений по повышению надежности ВЛ на стадии проектирования и эксплуатации КОМПЛЕКС РАБОТ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ВЛ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ/ Третья Российская с международным участием. Н-П конференция «ЛЭП 2008: Проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно — технический прогресс». Новосибирск. 2008.,С.28-51
2. Е.Н. Ефимов, Л.В. Тимашова, Н.В. Ясинская, С.Ю. Батяев. Оценка повреждаемости компонентов воздушных линий электропередачи напряжением 110-750 кВ в 1997-2007 гг. в России / Четвертая Российская научно-практическая конференция с международным участием: ЛЭП-2100: Проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно — технический прогресс. Сборник докладов. 15-17 сентября 2010 г. С159-1662.
3. Сводные данные об аварийных отключениях ОАО «ИЭСК» за январь-декабрь 2015 г.
4. Э.В. Яншин, А.Г. Тарасов, М.Ч. Игтисамов. Оценка опасности механического разрушения «остатков» / Четвертая Российская научно-практическая конференция с международным участием: ЛЭП-2100: Проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно — технический прогресс. Сборник докладов. 15-17 сентября 2010 г. С167-177
5. Д.А. Брега, С.И. Планковский, Е.В. Цегельник. Моделирование процесса перемещения опорного пятна дуги по стенке канала плазмотрона / Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 57, 2012. С.110-116
6. Электрическая дуга переменного тока и ее гашение
7. Потоки плазмы в дуге — Электрическая дуга переменного тока и ее гашение
8. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». СТО 56947007-29.120.20.066-2010. Защитная арматура для ВЛ. Технические требования
9. Arcing Horns & Corona Rings / INMR : Independent T&D Information. September 22, 2014
10. RIBE. Power ars protection and corona control fittings. Online-Catalogue. Pfad: Arcing rings and grading rings/Introduction/General/Gedruckt am: 16. Januar 2012
11. PFISTERER (LAPP). OVERHEAD LINES. Innovative Solutions for Distribution and Transmission Lines
12. http://www.pfisterer.com/fileadmin/pfisterer/downloads_en/Overhead_Lines_AI_en.pdf
13. F. Schmuck, J. Seifert, I. Gutman, A. Pigini: «Assessment of the condition of overhead line composite insulators», Paris, CIGRE-2012, B2-214
14. Protecting Composite Insulators from Corona / INMR. November 4, 2013
15. Nihal Mohan. Optimum Corona Ring Design for High Voltage Compact Transmission Lines Using Gaussian Process Model / A Thesis Presented in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Master of Science. ARIZONA STATE UNIVERSITY August 2012. P127
16. Doshi, T.; Gorur, R.S.; Hunt, J.; , » Electric Field Computation of Composite Line Insulators up to 1200 kV AC«, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 18, no. 3, pp. 861-867, June 2011
17. S. Ilhan, A. Ozdemir. 380 kV Corona Ring Optimization for ac Voltages, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 18, No. 2; April 2011P408-417
18. A.J. Philips, A.J. Maxwell, C.S. Engelbrecht, I. Gutman: «Electric Field Limits for the Design of Grading Rings for Composite Line Insulators», IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 30, No. 3, June 2015, p.p. 1110-1118

Источник: Ким Е. Д., д.т.н, член экспертного совета НП «ЭЛЕКТРОСЕТЬИЗОЛЯЦИЯ»

Изоляторы из стекла, фарфора, полимера: преимущества и недостатки

Изоляторы – это один из значимых элементов оборудования электрических сетей, в том числе и на высоковольтных линиях ВЛ. Бесперебойность работы сетей и качество поставок электроэнергии, не говоря уже о здоровье и жизни обслуживающего персонала, напрямую зависят от качества применяемых изоляторов, их надежности, правильного выбора типа и количества. На рынке представлен широчайший выбор изоляторов, и зачастую даже специалисту сложно разобраться во всех нюансах их использования, преимуществах и недостатках. Мы структурировали и проанализировали основную информацию, чтобы представить ее вам в максимально понятном виде.

Изоляторы можно классифицировать по следующим параметрам: по материалу, из которого они изготавливаются и по конструкции. По материалу изоляторы, которые в настоящее время применяются на ВЛ, делятся на три типа: стеклянные, фарфоровые и полимерные. Чем они различаются?

Стеклянные изоляторы

Хотя наибольшая доля изоляторов, находящихся в эксплуатации, приходится на фарфор, изоляторы из закаленного стекла постепенно их вытесняют, это связано с тем, что они обладают определенными преимуществами.

Они не требуют периодических испытаний под напряжением, потому что любое повреждение закаленного стекла приводит к разрушению изолирующей тарелки, которое легко обнаружить при обходе линии электропередачи эксплуатационным персоналом. Процесс изготовления этих изоляторов может быть полностью автоматизирован.

По эксплуатации можно сказать, что разрушение стеклянной части изолятора не является критическим фактором, поскольку сама гирлянда при этом остается целой и какое-то время еще может эксплуатироваться. Но если разрушение идет по механической части, с расцеплением гирлянды, что приводит к обрыву провода – это экстренный случай, и необходим оперативный выезд бригады для замены поврежденного участка. По фарфору ситуация аналогичная, с той лишь разницей, что на стеклодетали пробой визуально определить проще.

Критические факторы состояния линейных стеклянных изоляторов:

• электрический пробой изолятора;
• механическое разрушение изолятора или его стеклянного элемента;
• изменение степени загрязненности окружающей среды в месте расположения объекта и несоответствие изолятора существующей степени загрязненности окружающей среды.

НЕДОСТАТКИ СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• Значительный вес
• Высокая хрупкость

ПРЕИМУЩЕСТВА СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• Любое повреждение легко определяется визуально, как следствие, не требуются периодические проверки под напряжением
• Технологический процесс изготовления может быть полностью автоматизирован и механизирован
• Химические и физические свойства материала остаются неизменными с течением времени
• Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
• Не деформируются
• Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий
• Обладают нулевой водопроницаемостью
• Не горючи
• Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора

Фарфоровые изоляторы

Фарфор является продуктом неорганической химии. Химические и физические свойства материала остаются с течением времени неизменными. В течение всего срока эксплуатации механическая прочность не изменяется. Материал изолятора устойчив к ультрафиолетовому излучению и солнечной радиации, а также ко всем, кроме плавиковой кислоты, агрессивным химическим выбросам промышленных предприятий. Обладает нулевой водопроницаемостью и негорючестью.

Механические свойства. Отсутствует деформация в момент приложения усилия изгиба. Для фарфора не существует термина «остаточная деформация».

Электрические свойства. На материал изолятора не оказывают влияния поверхностные электрические разряды. Со временем электрические свойства изолятора не изменяются. Высокие диэлектрические свойства фарфора практически исключают пробой изолятора.

Эксплуатационные свойства. Значительная масса. Транспортировка изоляторов требует особого внимания, т.к. из-за хрупкости изоляторов высока вероятность боя их посторонними предметами. Стабильность технологического процесса обеспечивает высокую надежность изолятора. Фарфоровые изоляторы практически невозможно изготовить в кустарных условиях. Для контроля состояния изоляторов при процессах изготовления и эксплуатации достаточно достоверных и эффективных методик.

НЕДОСТАТКИ ФАРФОРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• Значительный вес
• Высокая хрупкость

ПРЕИМУЩЕСТВА ФАРФОРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• Химические и физические свойства материала остаются неизменными с течением времени
• Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
• Не деформируется
• Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий
• Нулевая водопроницаемость
• Негорючесть
• Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора

Полимерные изоляторы

Полимеры – продукт органической химии. Химические и физические свойства материалов непрерывно изменяются, что вызвано непрекращающимся химическим процессом, продолжающимся до полного распада полимеров на мономеры. Из-за старения полимера и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность. Ультрафиолетовое излучение и солнечная радиация ускоряет старение полимера. Материал подвержен влиянию практически всех выбросов металлургических и химических производств, является водопроницаемым и пожароопасным.

Механические свойства. У разных изоляторов значение прогиба в момент приложения усилия изгиба может быть разным. Поэтому полимерные изоляторы крайне нежелательно применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более. Как показал опыт эксплуатации, даже незначительные повреждения полимерных изоляторов нарушают их электрические характеристики, что вызывает ускоренное старение изоляторов. Из-за старения полимерных материалов и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность.

Электрические свойства. На поверхности изолятора из-за электрических разрядов возможно появление треков и, как следствие, эрозия. Из-за старения полимерных материалов неизменно уменьшается электрическая прочность. Разгерметизация изолятора может привести к его пробою как по воздушному промежутку полости трубы, так и по внутренней поверхности трубы изолятора.

Эксплуатационные свойства. Более стойки к актам вандализма, однако существует возможность повреждения защитной оболочки при эксплуатации острыми предметами, как и при упаковке и транспортировании. Для предотвращения повреждения защитной оболочки при монтаже необходимо соблюдать осторожность. Диагностика изоляторов довольно дорогостоящая и не всегда позволяет выявить имеющиеся скрытые дефекты. При низком качестве нанесенного цинкового покрытия не сохраняются оконцеватели некоторых изоляторов от возникновения ржавчины, после пятидесятилетнего периода эксплуатации.

НЕДОСТАТКИ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность
• Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации
• Водопроницаемы
• Пожароопасны
• Подвержены воздействию выбросов металлургических и химических производств
• Не рекомендуется применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более
• Высокий риск пробоев при разгерметизации

ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

• Более устойчивы к актам вандализма
• Высокая механическая прочность
• Высокая стойкость к перенапряжению
• Устойчивость к атмосферным загрязнениям
• Простота и удобство монтажа
• Низкий вес

У всех типов изоляторов, применяемых на ВЛ, имеются свои достоинства и недостатки. В настоящее время и без учета конкретных условий эксплуатации рейтинг можно распределить следующим образом: 1) стеклянные; 2) фарфоровые; 3) полимерные.

Пока количество полимерных изоляторов, применяемых на объектах электроэнергетики России, составляет примерно 10% от общего числа установленных изоляторов. Энергетики опасаются массового применения полимерных изоляторов на линиях напряжением >220 кВ, хотя максимальный срок эксплуатации изоляторов на линиях 110 кВ уже превышает 8 лет при отсутствии явных нареканий со стороны эксплуатирующих организаций.

Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая прочность стекла при тех же условиях — 45 кВ/мм.

Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, прочность фарфоровых образцов диаметром 2–3 см составляет при сжатии 450 МПа, при изгибе — 70 МПа, а при растяжении — всего 30 МПа. Поэтому наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие.

Стекло по механической прочности не уступает фарфору и тоже лучше всего работает на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергаются закалке: нагреваются до температуры примерно 700 °C и затем обдуваются холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла твердеют значительно раньше внутренних, поэтому при последующей усадке внутренних слоев в толще стекла образуются растягивающие усилия. Такая предварительно напряженная конструкция имеет высокую прочность на сжатие.

Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми:

• технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован;
• прозрачность стекла позволяет легко обнаружить при внешнем осмотре мелкие трещины и другие внутренние дефекты;
• повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части изолятора, которое легко обнаружить при осмотре линии электропередачи эксплуатационным персоналом.

Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоалифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекинг-стойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов. В закрытых помещениях изоляторы не подвержены влиянию атмосферных осадков, поэтому для их изготовления в некоторых случаях используется бакелизированная бумага. Для уменьшения гигроскопичности такие изоляторы покрываются снаружи водостойкими лаками. Однако наибольшее распространение для внутренней установки получили изоляторы из фарфора и стекла, отличающиеся от изоляторов наружной установки более простой формой.

Поделиться:

Опорные изоляторы для воздушных ЛЭП

Производство электричества является сложным технологическим процессом. Суть этой технологии заключается в том, чтобы преобразовать один вид энергии в другой. Так, на тепловых станциях нагретые до определенной температуры вода или пар вращают турбину генератора, в результате чего производится электрический ток. Но произвести энергию еще мало. Надо доставить ее конечному потребителю. Для этой цели используются линии электропередач – ЛЭП. Важную роль в конструкции элементов играют опорные изоляторы. Если говорить упрощенно, то их задача заключается в том, чтобы разделить токоведущий провод и опору.

Для того чтобы изолировать их друг от друга используются подвесные и опорные изоляторы. Конструкция изделия выбирается в зависимости от мощности линии. На воздушных ЛЭП мощностью 110 кВ и выше используются только подвесные варианты. Во всяком случае до недавнего времени действовал соответствующий стандарт. Дело в том, что традиционные материалы для изготовления изоляторов – это закаленное стекло и фарфор. В соответствии со своими физическими характеристиками, они выдерживают большие нагрузки на растяжение и сжатие. Однако при изгибе их прочности бывает не достаточно.На воздушных линиях электропередач с мощностью 35 кВ и ниже могут применяться опорные изоляторы. Их всегда можно увидеть на деревянных и железобетонных столбах. По действующим нормам и правилам, распределение электроэнергии по конкретным потребителям производится с помощью линий электропередач мощностью 0,4 кВ. В России, в Советском Союзе и сегодня в Российской Федерации этот стандарт действует неизменно. В привычной розетке, которая есть в каждой квартире, напряжение сети равняется 220 В. Под данный показатель рассчитаны все бытовые приборы и значительная часть промышленного оборудования.По своей конструкции опорные изоляторы более удобны в применении, чем подвесные. Однако при высоких напряжениях их технические характеристики не обеспечивают необходимых параметров. Об этом уже говорилось выше. Для того чтобы добиться соответствующих качеств, ведется систематическая работа по созданию новых материалов и более совершенной конфигурации изолятора. В этом контексте важно отметить, что он должен надежно выполнять свои функции при всех заданных условиях эксплуатации. Имеется в виду то, чтобы при повышенной влажности не происходило короткого замыкания линии на «землю».В настоящее время для изготовления изоляторов стали использовать полимерные материалы. По сравнению с традиционными – стеклом и фарфором – они обладают более высокими технологическими и конструкционными параметрами. Благодаря этому, снизилась стоимость изделий и повысились их технические характеристики. В настоящее время при проектировании ЛЭП 110 кВ можно делать сравнительный анализ, чтобы определить, какие изоляторы выгоднее применить. Следует отметить и тот факт, что разработка конструкции требует больших затрат времени и ресурсов. Каждый новый образец необходимо испытать в реальных условиях эксплуатации.