Почему изоляторы ребристые

Какие бывают электрические изоляторы и для чего они предназначены?

Обязательным условием для передачи электрической энергии является проводниковый материал, необходимый для протекания тока. Но для исключения возможности попадания потенциала на несущие конструкции и другие элементы устанавливаются электрические изоляторы. В современной электротехнике невозможно представить себе работу каких-либо силовых устройств без изоляторов.

Что из себя представляют электрические изоляторы?

Электрические изоляторы представляют собой диэлектрический элемент электроустановки, конструктивно выполняемый из изоляционного материала и армирующих деталей. Диэлектрик предназначен для электрического отделения, а металлические конструкции позволяют зафиксировать как сам изолятор, так и проводники на нем. В качестве диэлектрического материала используется стекло, полимер или керамика.

Назначение

Электрические изоляторы предназначены для крепления шин, проводов, тралеи и прочих токоведущих элементов к корпусу электроустановки, консолям опор и прочим конструкциям. Помимо этого они изолируют проводники при прохождении через стены, позволяют отделить электроустановки друг от друга и прочие несущие функции.

В зависимости от места установки их подразделяют на внутренней и наружной. Также немаловажное значение играет класс напряжения, на который рассчитан тот или иной изолятор. Из-за чего будет отличаться его конструктивное исполнение и определенные технические характеристики, определяющие возможность их применения в тех или иных электроустановках [ 1 ].

Основные технические характеристики

В соответствии с требованиями нормативных документов, для электрических изоляторов регламентируются такие характеристики:

• Сухоразрядное напряжение – это такая величина, при которой произойдет электрический разряд в условиях сухого состояния поверхности. Перекрытие изолятора
• Мокроразрядное напряжение – определяет такую же величину, как и предыдущий параметр, но при условии попадания дождя на поверхность. При этом рассматривается такой вариант, когда направление струй располагается под углом 45°.

При таком потоке струй под углом 45°, которые обозначены на рисунке 2 буквой А, обеспечивается максимальное обтекание поверхности Б, и, как следствие, обеспечивается минимальное сопротивление электрическому току – от 9,5 до 10,5 кОм*см. Этот параметр всегда ниже сухоразрядного.

• Напряжение пробоя – представляет собой такую величину, при которой произойдет пробой между двумя полюсами. В зависимости от конструкции, полюса могут быть представлены стержнем и шапкой либо шиной и фланцем.
• Механическая прочность – проверяется нагрузкой на изгиб, разрыв или срез головки. При этом конструкцию жестко закрепляют и прикладывают к ней усилие, плавно повышаемое до такого уровня высочайшего напряжения в материале, которое приводит к разрушению.
• Термическая устойчивость – испытывается посредством попеременного нагревания и резкого охлаждения. Состоит из двух-трех циклов, в зависимости от материала и конструкции. После чего прикладывается электрический потенциал, создающий множественные разряды.

Проверка технических характеристик.

Следует отметить, что испытательные процедуры не являются обязательными для всех изоляторов, выпускаемых на заводе. Электрическим, термическим и механическим воздействиям подвергаются только 0,5% от партии. Обязательной для всех изоляторов является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды.

У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы.

Такие испытания обеспечивают нормальную работу электрических изоляторов при номинальных токах и номинальных напряжениях в сети. А также, достаточный уровень надежности. Кроме этого, некоторые модели подвергаются периодической проверке в ходе эксплуатации. По результатам периодических осмотров и испытаний они могут проходить очистку, выбраковку и замену.

Типовая конструкция

Для начала разберем пример типовой конструкции на эскизе штыревого изолятора.

Рис. 3. Изолятор в разрезе

Как видите на рисунке 3, в конструкции предусмотрены ребра А и Б. Которые позволяют увеличить электрическую прочность за счет удлинения пути для тока утечки по поверхности. В связи с различными углами уклона ребер обеспечивается возможность защиты от выпадающих осадков. Так ребра А имеют меньший уклон, поэтому они наиболее актуальны для твердых осадков – снега, грязи и т.д. Потому что влага может подлизываться под низ и значительно сокращать величину разрядного напряжения.

В отличии от них, юбки Б позволяют полностью исключить возможность попадания влаги при дождливой погоде. Это обеспечивает постоянный запас сопротивления, которое и гарантирует величину напряжения пробоя. Помимо этого, юбки Б не боятся намерзания гололеда и могут обеспечивать нормальную работу высоковольтных линий в случае сложной метеорологической ситуации.

Для крепления головки стержня предусмотрена резьба В, которая позволяет закрепить конструкцию на консоли или армирующих крюках. В верхней части находится желоб Г для фиксации провода. Дополнительно провод увязывается проволокой для более надежного крепления воздушных ЛЭП.

Рис. 4. Конструкция проходного изолятора

Проходной изолятор имеет немного иную конструкцию, так как его задача не только изолировать токоведущую шину от стены, но и обеспечить нормальное протекание тока внутри самого изолятора. Посмотрите, шина обжимается с обеих сторон алюминиевой крышкой для ее надежного закрепления снаружи. Внутри механическое крепление осуществляется за счет герметика, который помимо этого предотвращает попадание загрязнителей и агрессивных веществ. Также для удобства крепления проводов или шин может устанавливаться дополнительный лепесток на самой крышке, как показано на рисунке 4.

Защитная оболочка из кремнийорганической резины препятствует электрическому пробою по поверхности от шины до фланца. Изоляция от пробоя внутренних элементов выполняется посредством стеклопластиковой трубы, которая помещается внутрь ребристой рубашки. Более детальную информацию о параметрах можно почерпнуть из обозначения модели.

Обозначения изоляторов

В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.

• Первая буква Н указывает на назначение модели, в данном случае Н – натяжной. Также может быть К – консольный, Ф – фиксаторный, П – подвесной.
• С – обозначает, что это стержневой изолятор.
• П – изоляционный материал, в данном случае П – полимер.
• К – наружное покрытие, в данном случае кремнийорганическая резина.
• р – индекс, обозначающий, что защитная оболочка ребристая цельнолитая.
• 120 – показатель нормированного разрушающего усилия в кН.
• 3 – класс напряжения проводов ВЛ, для которого применяется.
• 0,6 – обозначает длину пути тока утечки, измеряемую в метрах.
• Б – обозначает вид зацепления.

Классификация

Для обеспечения надежного электроснабжения и соблюдения максимального уровня безопасности в каждом конкретном случае в электроустановках должны применяться изоляторы соответствующего типа и конструкции. В зависимости от критерия выделяют несколько параметров их классификации.

По назначению

В зависимости от назначения выделяют такие виды изоляторов:

• Стационарные – применяют для механического крепления токоведущих стержней или ошиновки в распределительных устройствах. В зависимости от назначения стационарные изоляторы дополнительно подразделяются на опорные и проходные. Так опорные изоляторы выступают в роли основания, на которое крепятся шины в ячейках или несущих конструкциях. Проходные изоляторы позволяют провести токоведущий элемент сквозь стену или перекрытие помещения.
• Аппаратные – имеют схожее назначение со стационарными, но применительно к каким-либо аппаратам. К примеру, аппаратные изоляторы нашли широкое применение в выпрямительных установках, силовых приборах, комплектных подстанциях, установках аппаратов высокого напряжения и прочих агрегатах. Посмотрите на рисунок 5, здесь представлен пример его использования, где он имеет обозначение АИ. Рис. 5. Пример аппаратных изоляторов
• Линейные – используются для наружной установки под высоковольтные линии или ошиновку открытых распредустройств. Отличительной чертой линейных изоляторов является наличие широких ребер или юбок, предназначенных для увеличения пути поверхностного пробоя в случае выпадения осадков.

По материалу исполнения

В зависимости от применяемого диэлектрика выделяют такие виды изоляторов:

Почему изоляторы на линиях электропередач выглядят как колокольчики?

Существует множество материалов, не проводящих электрический ток и позволяющих таким образом изолировать провода от столбов и, соответственно, земли. Почему же на линиях в основном применяются именно такие изоляторы — в форме вложенных стеклянных колокольчиков?

Вопрос правильный. Зачёт.

Дело в том, что у любого диэлектрика существуют два значения электрической прочности:

1. Пробой в толще диэлектрика.
2. Пробой по границе диэлектрика.

И электрическая прочность по границе оказывается существенно меньше, чем в толще. Поэтому для гарантированной изоляции путь возможного пробоя должен иметь одну длину по толще диэлектрика и другую, гораздо большую, по границе. А как можно представить изолятор с большой площадью поверхности? Именно что-то волнистое, типа колокольчиков.

К совершенно верному ответу Михаила Белодедова нужно еще добавить один момент.

Дело в том, что изоляторы на ЛЭП работают не в тепличных условиях, и порой их поливает дождем. А вода даже дождевая — не очень хороший изолятор. А соли, содержащиеся в осевшей на изолятор пыли, делают ее и вовсе неплохим проводником. Поэтому если сделать изолятор в виде просто палки, пусть даже волнистой и ребристой, он пробьется в первый же хороший дождь. А чтобы этого не произошло, изолятор и делают в виде колокольчика, нижняя часть которого остается сухой. А за счет колоколообразной формы этот сухой поясок сохраняется даже когда гирлянда изоляторов не свисает вертикально, а висит под заметным углом.

Основная задача изолятора исключить возможность взаимного касания и пробоя высоковольтных частей ЛЭП, имеющих разный потенциал. Пробивные свойства диэлектриков хорошо изучены и значительно превосходят пробивные свойства воздуха. Пробивные свойства воздуха меняются в зависимости от погоды. Для сухого воздуха и в вакууме они составляют около 1 кВ на миллиметр расстояния. При дожде и наличии примесей в нем это напряжение уменьшается. Для предотвращения пробоя между опорой и проводом по поверхности изолятора в условиях влажной погоды изоляторы делают такой формы, чтобы увеличить длину поверхности пробоя. Поскольку напряжение пробоя на которое рассчитан такой изолятор известно, то по количеству изоляторов можно прикинуть напряжение ЛЭП.

Изоляционные материалы, для работы с токоведущими элементами

Изоляторы необходимы для изоляции, а также крепления любых токоведущих элементов электрических аппаратов или комплектных устройств для распределения. Они подходят для всех установок, номинальное напряжение которых не превышает 1000 В, а рабочая частота 60 Гц. Изоляторы устанавливаются в районах, находящихся не выше 1 километра над уровнем моря.

Армированный изолятор 2820, его преимущества

Высококачественный изолятор 2820 армированный http://www.plastdetal-electro.ru/ourproductions/izolyator-2820p-do-1000-v/ обладает целым рядом преимуществ:

• небольшой вес, который составляет до 200 грамм;
• высокая надежность, подтверждаемая испытаниями;
• отсутствие потерь во время транспортировки, монтажных работ, а также эксплуатации благодаря устойчивости к ударам;
• невысокие транспортные расходы;
• доступная цена благодаря дешевизне материала.

Любая компания, производящая изолятор 2820 армированный, предоставляет на него целый ряд гарантийных обязательств. Установленный срок службы элемента составляет до 30 лет, гарантия на изоляторы составляет 3-4 года. Во время гарантийного срока производитель производит замену разрушенных элементов.

Изоляторы подходят, как для внутренней, так и для наружной установки. С их помощью можно выполнять комплектные соединения устройств различного напряжения. В состав изоляторов могут входить чугунные фланцы и крепления из портландцемента. Токопроводящие детали производятся из алюминия. Изоляторы имеют следующую специализацию:

• МГ — предназначены для маломасляных выключателей;
• Г — используются в гасильных камерах;
• О — изоляторы, служащие в качестве опоры в выключателях.

Опорно-ребристые изоляторы для токоведущих сетей

Опорно-ребристый изолятор http://www.plastdetal-electro.ru/ourproductions/izolyatory-iorp-1-25u3-do-1000-v/ разработан специально для наружных конструкций. Он применяется в сетях с различным напряжением. В обозначении каждого из элементов цифрами указано номинальное напряжение, а также уровень разрушающей нагрузки. Ребристые изоляторы включают 2 элемента из фарфора, один из которых входит в другой. Нижняя часть надежно прикреплена к штырю из чугуна, имеющему фланец. Фланец оснащен отверстием для присоединения к заземлителю. На верхнюю часть изолятора надевают специальный колпачок.

Опорно-ребристый изолятор может быть проходным и используется также при монтаже шин через всевозможные перекрытия или стены. Вводы в изоляторы часто наполняют маслом из-за наличия высокой напряженности внутри изоляционного промежутка. Токоведущий стержень обкладывают листами кабельной бумаги, имеющей проводящие прокладки. Толщина бумажных слоев должны обеспечивать наилучшее распределение потенциалов. Благодаря фарфоровым втулкам обеспечивается внутренняя изоляция элементов от неблагоприятного влияния атмосферных осадков.

Маслонаполненные выводы делают герметичными, чтобы компенсировать возможное увеличение объема масла. Легкость арматуры позволяет снизить вес изолятора в несколько раз. Торцевые части корпуса снабжены углублениями для крепления ниппелей.

Для чего нужны изоляторы на опорах линий электропередач?

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.

Классификация

Многошейковый изолятор РФО на крюке Линейный штыревой изолятор ШФ-10Г Фарфоровый роликовый изолятор
Линейные изоляторы классифицируются по способу крепления на опоре, конструктивному исполнению, материалу изготовления и классу напряжения.

• Опорный. Для работы в помещениях — с гладкой поверхностью и ребристые.
• Для работы на открытом воздухе — штыревые, стержневые.

Для работы в помещениях — с токоведущими шинами (токопроводами), без токоведущих шин.

Электрические изоляторы могут изготавливаться из стекла, фарфора и полимерных материалов. Фарфоровые изоляторы покрываются глазурью для улучшения изолирующих свойств.

По способу крепления на опоре

По способу крепления на опоре изоляторы подразделяются на штыревые, подвесные и опорные линейные:

• Штыревые изоляторы
  (крепятся на крюках или штырях) применяются на воздушных линиях до 35 кВ
• Подвесные изоляторы
  (собираются в гирлянду и крепятся специальной арматурой) применяются на ВЛ 35 кВ и выше.
• Линейные
  опорные изоляторы
  (крепятся к траверсам или стойкам опор ЛЭП с помощью болтов) применяются на ВЛ до 154 кВ (в отечественной практике — на ВЛ 6-10 кВ).

По материалу изготовления

По материалу изготовления изоляторы подразделяются на фарфоровые, стеклянные и полимерные:

• Фарфоровые изоляторы
  изготавливают из электротехнического фарфора, покрывают слоем глазури и обжигают в печах.
• Стеклянные изоляторы
  изготавливают из специального закалённого стекла. Они имеют бо́льшую механическую прочность, меньшие размеры и массу, медленнее подвергаются старению по сравнению с фарфоровыми, но имеют меньшее электрическое сопротивление.
• Полимерные изоляторы изготавливают из специальных пластических масс. предназначен для изоляции и механического крепления токоведущих частей в электрических аппаратах и для монтажа токоведущих шин распределительных устройств электрических станций и подстанций.

По классу напряжения

По напряжению изоляторы разделяются на классы 1, 3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150, что соответствует номинальным электрическим напряжениям ВЛ или распределительных устройств в кВ

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.

Обозначения изоляторов

Изолятор ШФ 20Г
В обозначение изоляторов входят:

• буквы, которые указывают на их конструкцию: Ш — штыревой, П — подвесной, ОЛ — опорный линейный материал: Ф — фарфор, С — стекло, П — полимер
• назначение: Т — телеграфный, Н — низковольтный, Г — грязестойкий (для подвесных), Д — двухъюбочный (для подвесных), или Дельта (для штыревых), О — ответвительный, Р — для радиотрансляционной сети (проводного радио)
• типоразмер: А, Б, В, Г (для штыревых)

В старых обозначениях у низковольтных изоляторов указывался типоразмер, ТФ-1 — самый большой, ТФ-4 — самый маленький.

П и ПЦ — фарфоровый изолятор обычного исполнения (П-2, П-3, П-4.5, ПЦ-4.5, П-7, П-8.5)

Стекло

В электротехнике применяется не обычный, а закаленный по специальной технологии материал. Собранные из такого стекла гирлянды подвесных конструкций довольно прочны, имеют отличные диэлектрические показатели и относительно недороги.

Сравнение с фарфором показывает превосходство при работе на сжатие и аналогичные параметры механической прочности. Важный нюанс – возможность визуального обнаружения дефектов внутри изолятора. Обслуживающий персонал без труда обнаруживает повреждение, способное привести к утрате диэлектрических показателей.

Технологичность стекла также превышает фарфор. Значительно большие возможности придания изолятору рациональной формы позволяют получить компактные образцы при гарантированном сохранении всех эксплуатационных характеристик.

Основные достоинства электротехнического стекла:

• в отличии от обычного оно не мутнеет и не растрескивается;
• отсутствие сложностей при обнаружении повреждений;
• наличие стабильной сырьевой базы и простая технология изготовления.

К недостаткам относится довольно высокая энергоемкость производственного процесса из-за длительного времени, необходимого для сваривания исходного материала.

Применение стеклянных образцов будет залогом значительного уменьшения ресурсов, которые требуются на контроль воздушных линий, диагностику и замену вышедшего из строя оборудования. Нивелируется опасность появления микротрещин и утечке тока в грунт. Все это в совокупности значительно снижает потери в распределительных сетях.

Конструкция подвесных изоляторов

Изолятор ПФГ-6А
Подвесные изоляторы существуют следующих типов:

• цепочечные,
• тарельчатые (с шапкой и стержнем),
• паучковые,
• «моторные»,
• длинностержневые.

Первыми подвесными изоляторами, пригодными для промышленной эксплуатации, были цепочечные фарфоровые изоляторы Хьюлетта (E. Hewlett). Они были разработаны одновременно с тарельчатыми изоляторами, но имели важное практическое преимущество: в их конструкции не использовалась цементная связка (посредством которой соединялись детали тарельчатых изоляторов), что повышало их механическую надёжность. Однако, они обладали более сложной системой соединения в гирлянды (петлями крест-накрест, наподобие изоляторов-«орехов») и худшими электрическими характеристиками по сравнению с тарельчатыми изоляторами. Позднее в качестве альтернативы обычным тарельчатым изоляторам с цементной связкой были созданы паучковые, «моторные» и бесцементные изоляторы различных конструкций. Эти типы подвесных изоляторов, как и цепочечные, в настоящее время более не применяются, так как проблема с надёжностью цементной связки была решена, что уничтожило их преимущества. Наиболее распространённым типом подвесных изоляторов в настоящее время являются тарельчатые изоляторы с шапкой и стержнем и цементной связкой.[1]

Тарельчатые подвесные изоляторы состоят из:

• фарфоровой или стеклянной изолирующей детали — «тарелки»,
• шапки из ковкого чугуна,
• стержня в форме пестика.

Шапка и стержень скрепляются с изолирующей деталью портландцементом марки не ниже 500. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при формировании гирлянд. Число изоляторов в гирлянде обусловлено напряжением ЛЭП, степенью загрязнения атмосферы, типом изоляторов и материалом опор. Для крепления проводов могут применяться изолирующие конструкции из нескольких параллельно подвешенных гирлянд изоляторов.

Подвесные полимерные(композитные) изоляторы состоят из стеклопластикового стержня, полимерной оболочки и оконцевателей.

Полимеры или фарфор? Выбираем изолятор

Стержневые фарфоровые изоляторы являются одним из основных элементов коммутационных аппаратов и другого электрооборудования распределительных устройств, от надежной работы которых зависит качество и бесперебойность поставок электроэнергии, а нередко жизнь и здоровье обслуживающего персонала.

Использование силикатного фарфора для изготовления опорно-стержневых изоляторов (ОСИ) подорвало веру производителей электрической энергии России в отечественные фарфоровые изоляторы. В РФ эксплуатируется более 2 млн. шт. изоляторов серии ИОС старых типов в составе разъединителей и шинных опор 110-500 кВ.

В соответствии с «Техническими требованиями на изоляторы керамические опорные на напряжение свыше 1000 В повышенной надежности для поставок в электро — и атомную энергетику», разработанными РАО «ЕЭС России», было начато создание нового поколения модернизированных ОСИ с повышенной надежностью работы в эксплуатации.

Новые «Технические требования» устанавливали:

• на вновь разрабатываемую или модернизированную продукцию выпуск технических условий и согласование их с потребителями;
• применение материала керамического электротехнического подгруппы 120 (высокоглинозёмистого материала) ГОСТ 20419-83 взамен подгруппы 110 (кварцевого фарфора);
• исключение применения серого чугуна для изготовления арматуры изоляторов;
• обязательное проведение испытаний изоляторов на надёжность.

Весомым аргументом в пользу безотказного применения модернизированных ОСИ является многолетний опыт эксплуатации изолятора ИОС-110-1250 М УХЛ1, в конструкции которого с момента его «рождения» был применен высокопрочный чугун при изготовлении фланцев и высокоглинозёмистый материал для изоляционной части изолятора. На протяжении всего времени изготовления ИОС-110-1250 М УХЛ претензий от потребителей по качеству изоляторов не было.

ОАО «ЭЛИЗ» первыми в России в 2001 году освоил выпуск модернизированных изоляторов ИОС-110-600 М УХЛ1, ИОС-110-400 М УХЛ1 и провёл испытания в известных испытательных центрах России: НИИПТ, ФГУП ВЭИ им. Ленина и ВНИИЭ.

В последующие годы в 2003 году ОАО «ЭЛИЗ» освоило изоляторы ИОС-110-1250 М УХЛ1, в 2005 году — ИОС-110-2000 М УХЛ1 и ИОС-110-2000 М-01 УХЛ1 и усовершенствовал конструкцию изоляторов ИОС-110-600 М УХЛ1, ИОС-110-400 М УХЛ1 с целью снижения весовых характеристик изоляторов. Снижение весовых характеристик в сравнении с освоенными ранее изоляторами составило в среднем 23 %. Результаты механических испытаний изоляторов облегчённых конструкций, проведенных в процессе проведения испытаний на надежность, не уступали достигнутым ранее результатам.

Перевод изоляторов на надёжные материалы, как для изготовления изоляционной части изолятора, так и для изготовления арматуры изолятора, вернул веру у производителей электроэнергии, как в России, так и в странах ближнего зарубежья, в качество новой продукции.

Все выпускаемые опорно-стержневые изоляторы сертифицированы в системе ГОСТ Р, в органе сертификации «Энергосерт» и по желанию потребителей — в «ЭнСЕРТИКО».

В настоящее время в России стремительно расширяется выпуск и применение полимерных изоляторов. Число предприятий, выпускающих полимерные изоляторы, в несколько раз превышает производителей фарфоровых изоляторов. Ни для кого не секрет, что производство полимерных изоляторов не требует огромных вложений и помещений, как при производстве фарфоровых изоляторов. Производство полимерных изоляторов можно освоить в небольшой мастерской, тогда как для производства фарфоровых изоляторов нужен завод.

Кажущаяся простота изготовления полимерных изоляторов привлекает многих предпринимателей. Однако не всегда в процессе производства соблюдаются технологические требования, что и приводит к отказам изоляторов в эксплуатации.

Достаточно широкий опыт эксплуатации некерамических изоляторов первого поколения (1970-1985 г.) в целом был не очень благоприятным: наблюдались трек и эрозия защитной оболочки, хрупкий излом стеклопластикового стержня и другие повреждения. Это приводило во многих случаях, как к перекрытиям изоляторов, так и к тяжёлым авариям, в том числе с падением проводов на землю.

В результате произошедших повреждений и аварий многие производители перестали выпускать некерамические изоляторы, а другие фирмы пошли по пути улучшения, как конструкции изолятора, так и технологии их изготовления. Учитывая недостатки конструкции изоляторов и изготовления изоляторов по технологии «шашлычного» оформления рёбер защитной оболочки, многие производители освоили новую технологию изготовления защитной оболочки изолятора — цельнолитое формование за один цикл.

Опыт эксплуатации линейных полимерных изоляторов второго поколения ещё весьма ограничен и не позволяет сделать заключение о показателе надёжности таких изоляторов.

У различных производителей технология изготовления и рецептура кремнийорганических композиций не являются полностью одинаковыми, что делает выбор изоляторов для эксплуатации крайне сложным. Изоляторы различных изготовителей с одинаковыми начальными электрическими и механическими характеристиками могут стать неодинаковыми по надёжности работы через несколько лет старения в условиях эксплуатации.

Под термин «кремнийорганическая резина» попадает широкий набор различных по свойствам материалов вследствие применения различных наполнителей и добавок, используемых при изготовлении материала для защитной оболочки изоляторов. В связи с этим причисление полимерного изолятора к классу «кремнийорганический» ещё недостаточно для гарантии его надёжной работы в эксплуатации, что подтверждается международным опытом эксплуатации таких изоляторов. Действующие нормативные документы на полимерные изоляторы не содержат технических требований к материалам для изготовления составных частей изоляторов, за исключением арматуры, в отличие от нормативных документов на керамические изоляторы.

Несмотря на сравнительно небольшое количество отказов, каждый из них сопряжен с необходимостью замены изолятора.

Наибольшее число отказов связано с «хрупким разрушением» стержня и пробоем изоляторов под оболочкой, а также разрушением стержня от частичных разрядов. Главными причинами, вызвавшими эти отказы, является проникновение влаги через соединение металлического оконцевателя с изоляционной деталью, проникновение влаги через оболочку и перегрев стержня при литье оболочки, вызвавший растрескивание стеклопластика. На отыскание места повреждения линии и проведение восстановительных работ требуется большое количество времени.

До сих пор нет единого мнения о ресурсе полимерных изоляторов и долгосрочной надёжности материалов, используемых при их производстве. Эти вопросы требуют дополнительного изучения, как в лабораторных условиях, так и в реальных условиях эксплуатации.

Бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в значительной мере зависит, как от качества применяемых изоляторов, так и от правильности их выбора (типа и количества). В случае применения недостаточно качественных изоляторов (например, из-за экономических соображений) заботы по поддержанию требуемой надёжности ВЛ перекладываются на эксплуатирующие организации (МЭС, АО-энерго и др.).

При выборе изоляторов для ВЛ лучше ориентироваться на наиболее надёжные типы изоляторов, которые отвечают принципу «повесил и забыл», то есть требуют минимального объёма профилактических мероприятий и диагностики.

Пока что энергетики с опаской смотрят на массовое применение полимерных изоляторов на линиях напряжением 220 кВ и выше. И для их опасений есть основания. Например, случаи обрыва оконцевателей, имевшие место на линиях напряжением свыше 110 кВ, на линиях 35-110 кВ оконцеватели не отрываются, а только горят.

Объём полимерных изоляторов, установленных на объектах электроэнергетики, составляют около 10 % от общего числа применяемых в России изоляторов.

Вместе с тем в мире наблюдается примечательная тенденция, когда потенциальные потребители на линиях напряжения отказываются от применения полимерных изоляторов как недостаточно надёжных, основываясь либо на собственном опыте, либо на опыте своих коллег.

Полимерные изоляторы так же, как и фарфоровые, обладают рядом недостатков. При этом положительных признаков присутствует все-таки больше у керамических изоляторов. Ниже приводятся основные отличительные признаки фарфоровых и полимерных изоляторов.
Сравнительная таблица свойств фарфоровых и полимерных изоляторов

Фарфор	Полимеры
Характеристика материала
Продукт неорганической химии, химические реакции закончились при t 1300º С, поэтому с течением времени неизменными остаются физические и химические свойства материала	Продукт органической химии, химический процесс не прекращается до полного распада полимеров на мономеры, физические и химические свойства непрерывно изменяются
Механическая прочность остаётся неизменной весь срок эксплуатации	Механическая прочность уменьшается при повышенных температурах и из-за старения полимера
Солнечная радиация и ультрафиолетовое излучение не оказывает влияние на материал изолятора	Солнечная радиация и ультрафиолетовое излучение увеличивает скорость старения полимера
Полная устойчивость ко всем химически агрессивным выбросам промышленных предприятий (за исключением плавиковой кислоты)	Не устойчив к выбросам практически всех металлургических и химических производств
Водопроницаемость нулевая (по ГОСТ 26093 фуксиновая проба под давлением — нулевая прокраска)	Материал водопроницаем при разгерметизации (по ГОСТ Р 52082 стойкость к проникновению воды без давления не более 15 мин на 10 мм материала, т.е. изолятор высотой 1000 мм должен прокраситься не быстрее, чем за 25 часов)
Негорючий материал	Пожароопасный материал
Механические свойства
Не имеет деформации в момент приложения изгибающего усилия	Величина прогиба в момент приложения изгибающего усилия нормируется ТУ на изоляторы и у разных изоляторов может быть разной Это обстоятельство серьёзно осложняет возможность их применения в разъединителях класса напряжения 220 кВ и выше. Опытом эксплуатации уже отмечено, что даже при появлении незначительных повреждений полимерных изоляторов нарушаются электрические характеристики изоляторов, после чего начинается ускоренная стадия старения полимерных изоляторов.
Термина «остаточная деформация» не существует	Остаточная деформация, возникшая в момент испытания по предыдущему пункту, должна исчезнуть не более, чем за 5 мин. (ГОСТ Р 52082)
Механическая прочность практически не зависит от температуры эксплуатации изолятора	Механическая прочность уменьшается при повышенных температурах и из-за старения полимерных материалов
Электрические свойства
Поверхностные электрические разряды не оказывают влияния на материал изолятора	Разряды приводят к появлению треков на поверхности изолятора и, как следствие, к эрозии
Электрические свойства изолятора остаются неизменными	Электрическая прочность неизменно уменьшается из-за старения полимерных материалов
Пробой изолятора невозможен из-за высоких диэлектрических свойств фарфора	При разгерметизации изолятора возможен пробой, как по внутренней поверхности трубы изолятора, так и по воздушному промежутку полости трубы
Эксплуатационные свойства
Большая масса	Низкий вес
Хрупкость, возможность боя изоляторов посторонними предметами, в том числе и при транспортировании изоляторов	Относительно более высокая стойкость к актам вандализма, но возможно повреждение защитной оболочки острыми предметами при эксплуатации, при упаковке и транспортировании. Необходимость соблюдения осторожности с целью предотвращения повреждения защитной оболочки при монтаже.
Высокая надёжность изолятора обеспечивается стабильностью технологического процесса. Изготовление изолятора кустарными методами невозможно. Имеется наличие надёжных и достоверных методик контроля изоляторов в процессе изготовления и эксплуатации	Несложный технологический процесс и доступность материалов способствуют возникновению мелких фирм-производителей, не всегда обеспечивающих требуемое соблюдение технологии изготовления изолятора. Дорогостоящая диагностика, не всегда выявляющая скрытые дефекты изоляторов.
Применение технологии горячего оцинкования и термодиффузионного покрытия обеспечивает срок службы оконцевателей и арматуры в течение срока службы изоляторов. Налажен выходной и входной контроль качества цинкового покрытия	На оконцевателях некоторых изоляторов, несмотря на наличие цинкового покрытия, через 5-10 лет появляются следы ржавчины. Причина — низкое качество защитных покрытий. Сегодня многие изготовители полимерных изоляторов наносят цинковое покрытие не горячим способом, а гальваническим. Проверка цинковых покрытий на оконцевателях изоляторов, демонтируемых с высоковольтных линий, показала, что во многих случаях толщина и равномерность покрытия очень часто не соответствует необходимым требованиям

Отсутствие опыта эксплуатации полимерных изоляторов при достаточно длительном времени их производства (более 40 лет) говорит не в их пользу: результаты эксплуатации полимерных изоляторов не имеют широкой огласки.

Чепкасов М. В. Вышегородцева Г. Д. www.eliz.ru

Опорный изолятор

Изоляторы на выставке
Опорный изолятор предназначен для крепления токоведущих частей в электрических аппаратах, распределительных устройствах электрических станций и подстанций, комплектных распределительных устройствах. По конструкции представляет собой деталь из изоляционного материала цилиндрической или конической формы, внутрь которой заделана металлическая арматура с резьбовыми отверстиями для крепления шин и монтажа изолятора. Для повышения рабочего (разрядного) напряжения изолятора на его боковой поверхности предусматриваются рёбра, увеличивающие длину пути утечки.

Полимерные модификации

Все большую популярность приобретают изоляторы подобного вида, изготовленные по инновационным технологиям.

Обладая прекрасными диэлектрическими характеристиками, эти изделия не требуют больших затрат в ходе рабочего цикла. Они применяются при номинальной нагрузке, измеряемой в десятках киловольт.

За последние годы происходило постоянное усовершенствование полимерных изоляторов. Ручная пореберная сборка, характерная для моделей первого поколения, приводила к попаданию влаги внутрь изделия даже при отслоении одного клеевого шва. Устранить эту проблему удалось способом использования цельнолитой защитной оболочки. Но для входов стержня в окольцеватель продолжали применять проклейку. И только образцы третьего поколения избавились от подобного недостатка методом применения надежной защиты всех элементов изолятора.

Из основных преимуществ необходимо отметить:

• более низкий в сравнении с аналогами уровень радиопомех;
• пропадает потребность в длительном процессе комплектации гирлянд;
• вес таких конструкций значительно ниже, чем у фарфоровых и стеклянных;
• гидрофобность оболочки – гарантия отличной электрической прочности;
• относительно невысокая цена.

Важный нюанс – удобная транспортировка и простой монтаж.

Примечания

1. Сухов Е. А.
   Первые высоковольтные линии электропередачи в России и за рубежом
   (неопр.)
   . Музей истории Мосэнерго (2014).

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Кремнийорганическая резина

В последнее время наиболее прогрессивным по праву считается изготовление изоляторов на этой основе. Эластичность каучука, являющегося основным компонентом, широко используется при необходимости выполнить изоляцию гибких проводов и кабелей. В чистом виде применение не рекомендуется из-за недостаточно высоких электротехнических характеристик и уязвимости перед светом и озоном. Двуокиси кремния и титана, добавляемые в основу, придают показателям надежности достаточный уровень. Главные достоинства изоляторов из этого материала:

• способность кремнийорганики передавать гидрофобность на поверхностные загрязнения, что обеспечивает даже в самых неблагоприятных условиях отличные разрядные характеристики и низкую утечку тока;
• наибольшая практичность в наиболее труднодоступных зонах, включая горные районы и болота;
• изоляторы такого вида не подвержены бою при транспортировке;
• прекрасное противодействие электро- и механическим нагрузкам, проявлениям вандализма;
• оптимальные параметры надежности и длительные сроки службы;
• высокий уровень разрядности и относительно малый вес.

Все изделия имеют гарантию на значительное время эксплуатации, экономичны в плане перевозки и монтажного обслуживания.

Диэлектричность всех материалов позволяет выполнить основную функцию – надежную изоляцию линий от опор токопроводящего исполнения. Разнообразие выбора способствует решению всех вариантов конструктивного исполнения.

Практически всегда основными требованиями являются оптимальная долговечность в каждом отдельном случае. Правильно подобранный материал будет успешно выполнять подобное условие при грамотно выполненном монтаже и постоянном контроле и диагностике оборудования.

Похожие материалы:

Литература

• Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 8. Ч. 1. Воздушные линии электропередачи: Учеб. пособие для ПТУ. / Магидин Ф. А.; Под ред. А. Н. Трифонова. — М.: Высшая школа, 1991. — 208 с. ISBN 5-06-001074-0
• Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. профессоров МЭИ (Гл. ред. И. Н. Орлов) и др.. — 7-е изд., испр. и доп. — М: Энергоатомиздат, 1986. — Т. 2. — 712 с. — 90 000 экз.
• ГОСТ 27744-88 Изоляторы. Термины и определения.
• ГОСТ 27661-2017 Изоляторы линейные подвесные тарельчатые. Типы, параметры и размеры

Фарфор

Среди традиционных образцов особой прочностью выделяются именно такие образцы. Даже прямое попадание молнии выдерживается ими абсолютно безболезненно. Высокая пластичность сырой массы позволяет придать фарфоровым изоляторам самую практичную форму для противодействия могучему влиянию природы.

Электротехнические изделия такого вида изготавливаются методом термообработки сырья, в которое входят органические компоненты, и обладают замечательными свойствами:

• низкие показатели себестоимости;
• достаточная прочность к воздействию химических веществ и механической нагрузке;
• хорошие параметры термостойкости;
• невосприимчивость к атмосферному влиянию.

Если говорить о недостатках, то следует упомянуть его тяжесть, хрупкость при ударной нагрузке и высокое значение тангенса угла потерь диэлектрического типа.

Электроника как хобби

Проводники, полупроводники и изоляторы — это вещества с различным количеством свободных зарядов.

Проводники отлично проводят электрический ток благодаря большому количеству свободных зарядов в меж атомном пространстве (Рис 16.1) К ним относятся все металлы, так же проводниками могут быть некоторые жидкости и газы.

Полупроводники имеют уже более меньшее количество свободных зарядов чем проводник (рис.16.2) и за счет этого обладают меньшей проводимостью электричества.

В диэлектриках свободные заряды почти отсутствуют (Рис.16.3) и поэтому они не проводят электричество.

Проводимость зависит от свободных зарядов в веществе

Так в чем же «фишка» этих свободных зарядов как они влияют на проводимость?

Разберем это на примере с металлическим проводником. В металлах почти все атомы являются положительными ионами из за слабой связи крайних электронов с ядром атома, они практически не закреплены на его орбите и за счет этого легко покидают его. Свободные заряды (электроны) мечутся от одного атома к другому напоминая беспорядочно движущийся рой пчёл и за счет такого беспорядочного движения свободных зарядов в металлическом проводнике к нему применяют такое вырождение как «Электронный газ».

Если проводник не подключен к источнику питания то в нем будет равное количество электронов и протонов. Это означает что проводник является сам по себе электрически нейтральным хоть в нем и происходит такое бурное беспорядочное движение зарядов в меж атомном пространстве.

Подключив проводник к источнику питания в нем начинается уже упорядочное движение зарядов, а происходит это движение благодаря тому что заряды(электроны) начинают упорядочено перемещаться (тянуться) к противоположенному источнику питания перепрыгивая от одного атома к другому. И отсюда можно сделать вывод, что чем больше в веществе атомов способных легко терять и принимать электроны (отсюда и много свободных зарядов в веществе) тем выше его проводимость ведь чем больше таких атомов будет трудиться помогая перемещать заряды от минуса к плюсу тем больше будет проводимость такого вещества.

Так как полупроводник имеет меньшее количество свободных зарядов следовательно и меньшее количество атомов способных помочи в перемещении зарядов, то он обладает меньшей проводимостью зарядов (электричества).

А вот в диэлектрике атомы способные помочь в перемещении электронов практически отсутствуют так как электроны этого вещества крепко связаны с ядром атома .

Увеличить проводимость вещества можно с помощью примесей при добавлении которых увеличивается количество свободных зарядов (атомов способных передавать заряды друг другу).

Например если добавить в дистиллированную воду (она является диэлектриком и практически не имеет свободных зарядов) соль, то дистиллированная вода изменит свою внутреннею структуры так, что она станет проводником и она соответственно будет иметь много свободных зарядов.

Вывод: Чем больше в веществе свободных зарядов тем больше в этом веществе атомов (положительных ионов) помогающих перемещению зарядов, ну и чем больше таких атомов тем лучше проводимость вещества.

Эксперимент: Увеличение проводимости с помощью примеси.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит проводимость вещества?
   Ответ

От свободных зарядов в веществе.
[свернуть]

С помощью примесей.
[свернуть]

Это вещество в котором отсутствуют свободные заряды.
[свернуть]

Конструкция ИП

Проходные изоляторы ИП должны обладать максимальной механической и электрической прочностью, поэтому материал, из которого они изготавливаются, может быть следующим:

• полимер;
• фарфор;
• закаленное стекло.

Изолятор сконструирован для того, чтобы пробивное напряжение было выше напряжения перекрытия. Наружные изоляторы постоянно находятся под влиянием внешних факторов окружающей среды, поэтому их поверхность ребристая. Это сделано специально для улучшения работы изделия.

Изоляторы по назначению подразделяют на проходные, опорные и подвесные, также существует виды установки для размещения в постройках и сооружениях или для наружной установки.

Проходной ИП-10 чаще всего изготавливают из фарфора. Конструктивное выполнение такого изолятора определяют исходя из номинального напряжения тока и промышленной частоты сети. Само изделие состоит из фарфорового корпуса цилиндрической формы, на осях которого установлены ребра, плотно скрепленные с помощью цементно-песчаного раствора.