Ізолятори

Ізолятори є відповідальними злементом контактнои мережі і повинні задовольняти вимогам відносно електричної і механічної міцності. Електрична міцність ізоляторів характеризуетея сухорозрядним, мокророзрядним і пробивним напруженням, а механічна — навантаженням, що допускається, випробувальною і навантаження, на розтягування і вигин.

Ізолятори класифікуються:

• за призначенням — підвісні, натяжні (секційні), фіксаторні, консольні;

• за матеріалом ізоляційної деталі — керамічні (фарфорові), скляні, полімерні;

• за типом конструкції — тарілчасті, стрижньові;

• по геометрії ізоляційної деталі — гладкостержневі, ребристі;

• спеціальні — брудостойкі (у особливо забруднених районах) і антивандальні (стійкі до ударів і навантажень).

За багато років експлуатації пристроїв електропостачання на залізничному транспорті накопичилася значна кількість типів конструкцій високовольтних ізоляторів вітчизняного і зарубіжного виробництва, багато хто з яких знятий з виробництва. Є каталог ізоляторів для контактної мережі і ВЛ електрифікованих залізниць, який містить короткий опис і основні технічні характеристики що серійно випускаються заводами Росії і ізоляторів, що знаходяться в експлуатації.

Як приклад на Рисунок 2.16 показані конструкції підвісних тарілчастих високовольтних ізоляторів, що складаються з шапки 1, виготовленою з ковкого чавуну, такою, що ізолює деталі (тарілки) 2 з фарфору (стікла або стіклофарфору) і металевого стрижня 3, що закінчується товкачем (Рисунок 2.16, а) або сережкою 6 (Рисунок 2.16, б). Головка ізолюючої деталі виконана у формі зворотного конуса, що забезпечує надійне зчеплення шапки і стрижня. Ізолюючий елемент сполучений з шапкою і стрижнем за допомогою портландцемента 4. Конструкція шапки і стрижня з товкачем

Рисунок 2.16. Підвісні тарілчасті фарфорові ізолятори: а — ПФ6-а; б — ПТФ70-3,3/5

забезпечує нормальне шарнірне зчеплення ізоляторів при комплектуванні їх в гірлянду. Для запобігання розчіпленню шапки одного ізолятора з товкачем іншого служать замки 5.

Фарфор ізолятора в зламі повинен бути однорідним по структурі і не мати відкритої пористості. Поверхню фарфору ізолятора покривають рівним шаром гладенької глазурі. Металеву арматуру ізоляторів оцинковують.

Брудостійкие ізолятори призначені для використання в місцевостях, схильних до всіх видів забруднень, що містять провідні компоненти, і в умовах туманів або високої вологості. Вони мають збільшену довжину

шляху витоки і конструктивні відмінності, що полегшують умови обмивання їх поверхні.

Скляні ізолятори легше фарфорових і краще протистоять ударним навантаженням. До їх достоїнств відноситься і те, що у разі електричного пробою або руйнуючої механічної або термічної дії загартоване скло не розтріскується, а розсипається. Це полегшує знаходження не тільки місця пошкодження на лінії, але і пошкодженого ізолятора в гірлянді, тобто дозволяє відмовитися від профілактичної дефектировки ізоляторів. Для виготовлення ізоляторів, окрім фарфору і скла, використовують полімерні і інші матеріали.

Для виготовлення скляних ізоляторів з лужного скла застосовують склад, прийнятий для виробництва звичайної шибки. Висока механічна міцність і термостійкість скляних ізоляторів забезпечуються спеціальною термічною обробкою — гартом, який підвищує міцність на розрив і вигин. Це дозволяє конструювати скляні ізолятори з меншою головкою ізолюючої деталі. Тому при однакових електричних і механічних характеристиках скляні ізолятори мають меншу висоту і масу, чим фарфорові.

Електричну міцність ізоляторів прийнято характеризувати наступними величинами: довжиною шляху витоку L_у, напругою, що витримується, під дощем і в сухому стані; 50% розрядною імпульсною напругою з формою хвилі 1,2/50 мкс; пробивною напругою при частоті 50 Гц.

Довжина шляху витоку L_у — це найкоротша відстань (що огинає) або сума найкоротших відстаней по контурах зовнішніх ізолюючих поверхонь між частинами ізолятора, що знаходяться під різними потенціалами. При цьому відстань, зміряна по поверхні цементного шва або іншого струмопровідного сполучного матеріалу, не вважається частиною довжини шляху витоку.

Значення випробувальної напруги, що витримується, під дощем залежить від форми ізолятора, наявності крапельниць (виступів в нижній частині ребра ізолятора, що оберігають її поверхню від змочування водою), кута нахилу осі ізолятора до горизонталі.

Забруднення ізоляторів практично не впливає на значення випробувальної напруги, що витримується, в сухому стані, тобто якщо відносна вологість повітря не перевищує 70 %. Зволоження поверхні забруднених ізоляторів (при росі, дощі, що мжичить, тумані, мокрому снігу) призводить до різкого зниження разів рядної напруги. Найбільш небезпечними є забруднення, в яких міститься багато розчинних у воді солей.

Забруднення ізоляторів небезпечне не тільки із-за перекриттів, що приводять до зняття напруги, а в окремих випадках і до зламу стрижньових ізоляторів, але і тим, що воно сприяє електролітичному роз'їданню (корозії) стрижня підвісних ізоляторів на ділянках постійного струму.

У експлуатаційних умовах поверхні ізоляторів забруднюються і зволожуються нерівномірно. Крім того, при складній формі ізолятора розряд на окремих ділянках може відриватися від поверхні і розвиватися по найкоротшому шляху в повітрі. В результаті ефективного використовується не вся геометрична довжина шляху витоку Ly, а тільки її частина. Тому напруга перекриття ізоляторів, забруднених в реальних умовах експлуатації, пропорційно не геометричній, а ефективній довжині шляху витоку L_еф = Lу/к, де к = 1... 1,3 — поправочний коефіцієнт, іноді званий коефіцієнтом форми ізолятора. Коефіцієнт к залежить не тільки від форми ізолятора, але і від умов його забруднення, тобто від швидкості вітру і інтенсивності мокрих опадів, від адгезійних і інших властивостей забруднюючих речовин.

Для конкретної місцевості з певними метеорологічними умовами, властивостями і інтенсивністю забруднення атмосфери вірогідність перекриття ізолятора залежить від le=L_еф /U_max (тут U_max — максимальна робоча напруга).

Величина le отримала назву питомої довжини шляху витоку (см/кВ), тобто довжини шляху витоку (см) по поверхні ізоляції на 1 кВ максимальної робочої напруги.

Залежно від характеристики місцевості і небезпеки джерел забруднення для роботи ізоляції встановлено сім ступенів забрудненості атмосфери (СЗА) і нормовані найменші допустимі значення le при яких забезпечується мінімальне число відключень під дією робочої напруги.

Для повітряних ліній з номінальною напругою 3—35 кВ рекомендуються наступні питомі довжини шляху витоку le, см/кВ, не менше: 1,70; 1,90; 2,25; 2,60; 3,50, 4,00 і 4,7 при ступені забрудненості атмосфери I, II, III, IV, V, VI і VII відповідно.

Ступені забрудненості атмосфери, що враховують всі можливі джерела забруднення: промислові підприємства, засолені грунти і засолені водоймища, детально викладені в Керівних вказівках по вибору і експлуатації ізоляції (РУ) в районах із забрудненою атмосферою, в яких приведена характеристика місцевості по ступеню забрудненості атмосфери:

I — особливо чисті райони, не схильні до природних і промислових забруднень, в грунті міститься незначна кількість розчинних іонообразних домішок (наприклад, лісові або грунти, що мають трав'янистий покрив, що утрудняє перенесення пилових частинок в повітрі);

II — землеробські райони, для яких характерне застосування в широкому масштабі хімічних речовин (добрив, гербіцидів);

III—IV — визначаються по ступеню небезпеки забруднення промислових підприємств, засоленності і характеру покриву солончакових грунтів, солоності близько розташованих водоймищ і відстані ліній електропередачі від джерела забруднення.

V—VII — визначаються по ступеню небезпеки від підприємств промисловості, від сильнодіючих забруднень, смогу, хімічних підприємств і інших умов.

У контактній мережі змінного струму робоча напруга може досягати 29 кВ. Отже, довжина шляху витоку у ізоляції контактної мережі змінного струму для ділянок з різним ступенем забрудненості атмосфери повинна бути не менше Ly = U_max le.

Ступінь забрудненості атмосфери

I II III IV V VI VII

le,см/кВ 1,7 1,9 2,25 2,6 3,5 4,0 4,7

L_y, см 49,3 55,1 65,2 75,4 101,5 116,0 136,3

Мінімальна довжина шляху витоку для районів з СЗА складає для ізоляторів на контактній мережі змінного струму 800 — 1500 мм (для гладкостержньових ізоляторів 750—1200, на ділянках постійно го струму не менше 500 мм, на швидкісних ділянках руху поїздів (161—200 км/год) не менше 600 мм).

На контактній мережі і ВЛ експлуатуються тарілчасті, стрижньові і полімерні ізолятори. Умовні позначення тарілчастих ізоляторів наступні. Перша буква указує призначення ізолятора: П — підвісний, Ф — фиксаторний; друга позначає матеріал ізоляційної деталі: Ф — фарфор, С — стікло; третя указує конфігурацію ізоляційної деталі: У — з витягнутим ребром; Д — двокрила, З — сферична, А — антивандальна; цифра указує клас ізолятора в кН; буква після цифри позначає модифікацію ізолятора. Наприклад, ПС70-Е — підвісний, скляний, 70 кН, модифікація Е (Рисунок 2.17, а).

Умовні позначення стрижньових фарфорових ізоляторів: перша буква указує призначення: П — підвісний, Н — натяжний, Ф — фіксаторний, К — консольний; друга позначає конструктивне виконання: З — стрижньовий; третя позначає матеріал ізоляційної частини: Ф — фарфор; перша цифра позначає клас ізолятора в кН; друга указує номінальну напругу в кН; третя показує довжину шляху витоку в м. На приклад, НСФ70-25/0,95 — натяжний, стрижньовий, фарфоровий, 70 кН, 25 кВ, 0,95 м (Рисунок 2.17, б).

Умовні позначення полімерних стрижньових ізоляторів: перша буква позначає призначення ізолятора: Н— натяжний, Ф — фіксаторний, К — консольний; друга указує конструктивного виконання: З — стрижньовий; третя указує матеріал і конфігурацію захисної оболонки: К— гладка з кремнійорганічної гуми, Кр — ребриста з кремнійорганічної гуми, Фт — гладка з фторопласту; перша цифра — клас ізоляції в кН; друга — номінальна напруга в контактній мережі в кВ; третя - довжина шляху витоку в м. Наприклад, НСКр120-3/0,6 — натяжний, стрижньовий, ребристий з кремнійорганічної гуми, 120 кН, 3 кВ, 0.6 м (Рисунок 2.17, в).

На контактній мережі електрифікованих залізницях експлуатуються спеціальні фиксаторні тарілчасті ізолятори

Рисунок 2.17. Підвісний скляний тарілчастий ізолятор ПС70-е (а); натяжні стрижньові фарфоровий НСФ70-25/0,95 (б) і полімерний НСКр120-3/0,6 (в) ізолятори

типу ФТФЗ,3/3 (Рисунок 2.18, а), ФТФ-40, ФФ40-а (Рисунок 2.18, б), армовані шапкою, що має патрубок з різьбленням 1" для з'єднання з фіксатором контактної мережі, і стрижнем, сережка, а також підвісні ізолятори СФ-70А і ПТФ70, армовані звичайною шапкою і стрижнем з сережкою для зручного з'єднання з арматурою контактної мережі.

На ділянках постійного струму застосовують також ізолятори ПФ70-ж, ПФ70а (Рисунок 2.18, в), що мають потовщену частину стрижня (діаметр стрижня 24 мм в зоні ізолюючої деталі).

На ділянках змінного струму, а останнім часом і на ділянках постійного струму, широко застосовують стрижньові фарфорові ізолятори (Рисунок 2.18, г, д), що є суцільний фарфоровий

Рисунок 2.18. Фіксаторні тарілчасті фарфорові ізолятори з сережкою ФТФ-3,3/3 (а); Фф40-а (б); підвісний тарілчастий фарфоровий ізолятор ПФ70 (в); фіксаторний стрижньовий фарфоровий ізолятор ФСФ70-25/0,95 (в); фіксаторний стрижньовий фарфоровий ізолятор ФСФ70-3,0/0,5 (г); 1 — стрижень-сережка; 2 — ковпак; 3 — стрижень змінного перетину

циліндровий стрижень з кільцевими гвинтоподібними ребрами, армований по кінцях двома шапками з ковкого чавуну. Ребра призначені головним чином для збільшення довжини шляху витоку.

Стрижньові ізолятори мають ряд переваг в порівнянні з тарілчастими. Вони електрично непробивні, унаслідок чого скорочуються витрати на контроль в експлуатації; виготовлення їх механізовано; витрата металу і фарфору менша, ніж на тарілчастих на ту же напругу. Проте стрижневі ізолятори менш надійні в механічному відношенні: при перекритті ізолятора і ударах може відбутися їх руйнування. Механічне руйнуюче навантаження при розтягуванні цих ізоляторів не менше 70—100 кН.

Фіксаторний стрижньовий ізолятор ФСФ70-25/0,95 (ФСФ-27,5/3,5) для з'єднання з фіксатором в одній з шапок має патрубок з різьбленням 1". Механічне руйнуюче навантаження ізолятора при розтягуванні не менше 70 кН.

Консольний стрижньовий ізолятор КСФ70-27,5/0,95 (ІКСУ-27,5) (Рисунок 2.19, а) встановлюють у п'яти консолі, в тягу консолі і в підкошування ізольованої консолі, чим досягається ізоляція консолі від опори. Ізолятор працює на вигин і стиснення і тому виповнений масивнішим.

Коефіцієнт запасу механічної міцності ізоляторів, тобто відношення руйнуючого навантаження (гарантованою електромеханічною) до нормативної, такої, що діє на ізолятори у відповідному режимі, повинен бути не менше: у нормальному режимі

Рисунок 2.19. Консольний стрижньовий фарфоровий ізолятор для ділянок контактній мережі змінного струму КСФ70-25/0,95 (а) і постійного струму КСФ70-3,0/0,45 (б)

Рисунок 2.20. Підвісний скляний тарілчастий ізолятор ПС 120-Б

при середній експлуатаційній навантаженні — 5,0; при найбільшому робочому навантаженні — 2,7. Слідчий але ізолятори ПФ6 в нормальному режимі можуть бути навантажені до 12 кН, ізолятори ПТФ70 — до 14, ізолятори ПС 120Б до 24, а при найбільшому робочому навантаженні відповідно 22, 26, 44 кН.

У суміщених анкеровках контактного дроту і троса, що несе, застосовують ізолятори ПС120-б (Рисунок 2.20).

Для районів з підвищеним рівнем забруднення випускають скляні тарілкові брудостійкі ізолятори ПСД70-е (Рисунок 2.21, а) і ПСВ120-б (Рисунок 2.21, б). Знаходяться в експлуатації фарфорові ізолятори ПФГ-5А (Рисунок 2.21, в), ПФГ-6А (Рисунок 2.21, г). Ці ізолятори відрізняються формою ізолюючого елементу (тарілки), що забезпечує збільшення шляху струму витоку по поверхні ізолятора.

Для секційних роз’єднювачів ВЛ 6, 10 кВ і інших елементів і вузлів контактної мережі використовують різні опорні і штирьові ізолятори. У секційних роз’єднювачів постійного струму ізолятори КО-400, ОНШ-10-2000 встановлюють послідовно по два в колонці, застосовують також ізолятори СТ-35, ІОССФ 3,3, ОНВП-35/1000 і ін. Секційні роз’єднювачів змінного струму виконують з опорними ізоляторами ОНС-35-500. Дроти ліній електропередачі закріплюють на штирьових ізоляторах ШС10-А, ШФ10-А, ШФ20-Г, ШФ10-Г і ШФ20-А. У позначеннях опорних і штирьових ізоляторів перші цифри після букв позначають напругу лінії. Низьковольтні дроти дистанційного керування, телекерування, хвилеводні і освічуючі підвішують на ізоляторах ТФ-20. Відстані від заземлених частин до першого ізолюючого елементу або ребра ізолятора, напруги, що знаходиться з боку, повинно бути не менше 150 мм на постійному струмі і 300 мм на змінному струмі.

Рисунок 2.21. Ізолятори для районів з підвищеним рівнем забруднення: а — ПСД70-е; б — ПСВ120-б; в — ПФГ-5А; г — ПФГ-6А

До недоліків тарілчастих ізоляторів відноситься схильність електричної корозії їх стрижнів на ділянках постійного струму, яка зменшує їх нормативний термін служби (20— 50 років) в 2—4 рази. Електрокорозія стрижнів ізоляторів відбувається під дією струмів витоку з їх забрудненої і зволоженої поверхні. Інтенсивність електрокорозії знаходиться в прямій залежності від кількості електрики, що пройшла по поверхні електроду-анода (в даному випадку — стрижня ізолятора), і часу його дії.

Для запобігання електрокорозії стрижнів ізоляторів рекомендується частіше очищення поверхні від забруднень, застосування брудостійкі ізолятори з більшою довжиною шляху витоку. Ефективним способом захисту є установка на ізолятори дренажних втулок, що складаються з двох напіввтулок (чавунне литво), що прикріплюються до стрижня електропровідним полімерним клеєм. Струм витоку в цьому випадку стікатиме на поверхню фарфору не із стрижня, а з втулки.

У районах з підвищеним рівнем забруднення дренажні втулки встановлюють на вмонтовуваних підвісних ізоляторах, а також на ізоляторах, знятих з контактної мережі із-за корозії, але у яких діаметр шийки корродированного стрижня більше найменшого допустимого (12 мм).

Для продовження терміну служби ізоляторів по корозії їх стержень в районах з підвищеним рівнем забруднення встановлюють ізолятори із стрижнями, що мають потовщення до 28 мм на виході з цементного закладення (на довжині 20 мм). Крім того, на ізолятори наносять гідрофобні (вологовідштовхуючі) в'язкі ізолюючі покриття (мастила, пасти). Жірообразна маса, по-перше, обволікає частинки забруднень, ізолює їх один від одного і перешкоджає утворенню щільних плівок, провідних електричний струм у вологих умовах. По-друге, на покритим мастилом поверхні вода не утворює суцільної водяної плівки, а збирається в краплі, внаслідок чого витік струму обмежений і ніяких часткових розрядів не виникає.

Найбільш ефективними гідрофобними покриттями є кремнійорганічний вазелін КВ-3/10 і паста ККД. Вони є високов'язкою однорідною масою від світло-сірого го до сіро-блакитного кольору, хімічно інертні, вибухобезпечні, нетоксичні і можуть бути використані при температурах від -60 до +200 °С. На поверхню ізолятора їх наносять шаром 0,7—1 мм безпосередньо перед сезоном з найбільш несприятливими метеорологічними умовами. В більшості випадків вазелін і паста зберігають свої захисні властивості не менше одного року. При необхідності видалення залишків покриття з поверхні ізоляторів виконують без застосування яких-небудь розчинників обтиранням серветками.

Покриття ізоляторів гідрофобними пастами (КВ-3, ККД, КПІ і ГПІ-1) і змащувальними матеріалами (турбінне або трансформаторне масло) особливо рекомендується в зонах цементних і хімічних забруднень.

Дата добавления: 2015-07-11