Ізолятори і ізолюючі вставки з полімерних матеріалів

Полімерними ізоляторами є ізолюючі елементи, які можуть бути встановлені в різних вузлах і пристроях контактної мережі. Широке застосування отримали полімерні стрижньові ізолятори. Розроблені полімерні підвісні ізолятори, а також консольні, фіксаторні і опорні ізолятори. Полімерні ізолюючі вставки, на відміну від полімерних ізоляторів, є частиною якого-небудь пристрою або вузла, наприклад секційного ізолятора, де встановлюють різні полімерні ізолюючі вставки, зокрема по яких допускається ковзання повзуна струмоприймача. Полімерні ізолятори і ізолюючі вставки мають високу механічну міцність і дугостійкість, невеликі масу і поперечні розміри, не ушкоджуються від ударів.

При роботі на відкритому повітрі забруднена і зволожена поверхня полімерної ізоляції може руйнуватися струмами витоку з утворенням струмопровідних доріжок — треків, сприяючих перекриттю ізоляції. Цей вид руйнування носить назва трекінгу. Стійкість матеріалу ізолятора або ізолюючої вставки до процесів трекінгу отримала назву трекінгостійкості. Ступінь трекінгостійкості дозволяє оцінити можливість і ефективність використання полімерів в атмосферних умовах, а також в місцях підвищеного забруднення.

Трекінгостійкіст полімерних ізоляторів і ізолюючих вставок залежить від складу і структури матеріалу, з якого вони виготовлені, питомої довжини шляху витоку, складу забруднюючої речовини, форми ізоляторів.

Досвід експлуатації полімерних ізоляторів і ізолюючих вставок в пристроях контактної мережі показує, що при напрузі 3 кВ довжина ізоляторів і їх форма визначаються напругою, що витримується, під дощем, а при напрузі 25 кВ — трекінгостійкостью.

Однією з особливостей полімерних матеріалів є те, що їх механічна міцність в процесі експлуатації знижується. Аналіз результатів випробувань стеклопластикових стрижнів на розтягування показує, що руйнування стрижнів відбувається так, коли їх деформація досягає якоїсь межі. При цьому деформація, обумовлена повзучістю матеріалу (здатністю матеріалу деформуватися під навантаженням в часі), залежить від значення механічної напруги: чим вище ця напруга, тим більше повзучість склопластика, руйнування його при цьому відбувається швидше. Розрахунки показують, що межа тривалої міцності склопластика складає приблизно 50 % межі його короткочасної міцності. Тому значення небезпечного руйнування для однонаправлених склопластиків _оп = 0,5 _у (де _у — межа короткочасної міцності матеріалу стіклопластикових стрижнів, Мпа).

При правильно вибраній площі перетину стіклопластикового стрижня міцність полімерного ізолятора або вставки залежатиме від якості закріплення металевих кінцівок на стрижні. Тому міцність закріплення кінцівок у полімерних стрижньових ізоляторів і вставок, що вмонтовуються в дроти контактної мережі, повинна бути не менше міцності цих проводів.

Електрична міцність полімерних ізоляторів і ізолюючих вставок залежить від довжини їх ізолюючої частини (питомої довжини шляху витоку) і трекінгостійкості (корозійній стійкості) матеріалу, з якого вони виготовлені.

Випробувальну напругу, що витримується, під дощем полімерній ізоляції контактної мережі змінного струму напругою 25 кВ повинно бути так само, як і іншій ізоляції, не менше 100 кВ, анкерній ізоляції — 125—130 кВ, а контактній мережі постійного струму напругою 3 кВ — не менш відповідний 40 і 50 кВ.

Як показують дослідження, напруга, що витримується, під дощем полімерних ізоляторів і вставок залежить від їх геометричних розмірів, конфігурації і трекінгостійкості матеріалу, з якого вони або їх захисні чохли (покриття) виготовлені. Напруга ізоляторів і вставок з трекінгостійких матеріалів при їх випробуваннях під дощем після декількох перекриттів дугою майже не змінюється. У ізоляторів і вставок з нетрекінгостійких матеріалів така напруга після кожного перекриття знижується; наприклад, мокроразрядна напруга пресованої ізолюючої вставки бруска з матеріалу АГ-4С після 10 перекриттів може знизитися на 20 %. Напругою, що тому витримується, під дощем для полімерних ізоляторів і вставок з нетрекінгостійких матеріалів є значення розрядної напруги після 10 випробувань.

Витримуюча напруга під дощем U_мрполімерних ізоляторів і вставок лінійно залежить від довжини ізолюющої частини

— коеффіцієнт разрядної напруги для відповідного матеріалу, кВ/см.

За даними випробувань, при виборі довжини ізолюючої частини полімерних ізоляторів і вставок по напрузі, що витримується, під дощем можна приймати наступні значення Кмр для різних полімерних матеріалів: фторопласт і циклоаліфатична епоксидна смола (товщина шаруючи покриття не менше 1,0 мм) — 1,75 кВ/см; пресований склопластик АГ-4С, покритий кремнійорганічним вазеліном, - 0,85 кВ/см.

Досвід експлуатації різних полімерних ізоляторів і ізолюючих вставок показав, що довжина ізолюючої частини у полімерних ізоляторів і вставок на напругу 3 кВ повинно бути не менше: у пресованих вставок брусків з матеріалу АГ-4С -70/0,85 = 82,3 см ( 80 см); у стрижньових ізоляторів і вставок з фторопластовими захисними трубками або покритих циклоаліфатичною епоксидною смолою — 70/1,75 = 40 см.

На відміну від полімерної ізоляції на 3 кВ, у якої основним показником є напруга, що витримується, під дощем, полімерна ізоляція на 25 кВ характеризується в основному трекінгостійкостью, а також питомою довжиною шляху витоку, причому чим більше питома довжина шляху витоку, тим нижче може бути трекінгостійкість полімерного матеріалу ізолятора або вставки.

Дослідження і наявний тривалий досвід експлуатації показують, що при номінальній напрузі в контактній мережі 25 кВ необхідна електрична міцність у полімерних ізоляторів і вставок забезпечуватиметься, якщо трекінгостійкість полімерного матеріалу буде не нижчий, ніж у фторопласту (його трекінгостійкість можна прийняти за еталон), а питома довжина шляху витоку у полімерного ізолятора або вставки буде не менше 2,6 см/кВ для місць невеликого забруднення атмосфери і 3,5—4,0 см/кВ для місць підвищеного забруднення атмосфери (промислові райони, хімічні заводи, морське побережжя, солончаки і тому подібне).

Таким чином, що ізолює частину у полімерних ізоляторів і ізолюючих вставок на номінальну напругу 25 кВ (максимальне робоче 29 кВ) при фторопластових захисних чохлах або чохлах з інших полімерних матеріалів (але з трекінгостійкостью близькою фторопласту) повинна бути не менше:

- для місць невеликого забруднення атмосфери 29 • 2,6 = 75,4 см;

- для місці підвищеним забрудненням атмосфери 29•3,5 = 101,5 см ( 100 см);

- найбільше значення 29 • 4,0 = 116 см.

Ізолююча частина у ізоляторів з фторопластовим захисним чохлом по мокророзрядній напрузі повинна бути не менше 120/1,75 = 74,3 см.

Полімерні гладкостержневі ізолятори з фторопластовим захистом трубкою приведені на Рисунок 2.22, а, а полімерні

Рисунок 2.22. Полімерні натяжні ізолятори: а — НСТФ120/1,2, з фторопластовою захисною трубкою; б— НСКР 120/0,95 з ребристим захисним чохлом з кремнійорганічної гуми; 1 —накінечник; 2 — захисна трубка; 3 — полімерний стрижень

ізолятори з ребристим захисним чохлом, зокрема з кремнійорганічної гуми, на Рисунок 2.22, б. У контактній мережі на напругу 25 і 3 кВ встановлюють комбіновані полімерні стрижньові ізолятори, що складаються із стіклопластикових стрижнів, що несуть, і захисних трекінгостійких чохлів. Захисний чохол ізолятора може бути виконаний з гладкої трубки або у вигляді пресованих полімерних втулок з ребрами (для зменшення довжини ізолятора).

Як елементи полімерних ізоляторів, що несуть, використовують стіклопластикові стрижні діаметром 20—60 мм залежно від навантажень, що сприймаються ізолятором, і його призначення (підвісний, натяжний, фиксаторний, консольний, опорний). Для з'єднання з арматурою контактної мережі на стрижні встановлюють металеві накінечники.

Конструктивне виконання і основні розміри полімерних підвісних, натяжних, фіксаторних, консольних і опорних ізоляторів показані на Рисунок 2.23.

Рисунок 2.23. Полімерні ізолятори з ребристим захисним чохлом з кремнійорганічної гуми: а, б — підвісні ПСКр120/1,5; в — натяжний НСКр 120/1,5; г — фіксаторний ФСКр70/0,9; д — консольний КСКр70/0,9; е — опорний ОСКр70/0,9

Ізолюючі вставки з полімерних матеріалів залежно від призначення можуть бути пресованими брусками (Рисунок 2.24, а, б, в, г), стрижньовими і вставками-скользунами. Секційні ізолятори на

Рисунок 2.24. Полімерні вставки і ізолятори: а — ізолююча вставка для троса, що несе, і контактного дроту; б — ізолюючий елемент вставки; в — ізолююча вставка в зборі для вузла анкеровки троса, що несе, і контактного дроту; г — ізолюючий елемент фіксатора; д — стрижньовий ізолятор типу ІСП-25 для фіксуючих тросів; е — теж для троса, що несе, і для сумісного вузла анкеровки контактного дроту і троса, що несе; 1 — ізолюючий елемент з прессматеріала АГ-4С; 2 — сполучна скоба; 3 — планка з'єднююча; 4 — стіклопластиковий стрижень, покритий фторопластовою захисною трубкою; 5 — закінчувач; 6 — скоба анкеровочна

напруга 3 кВ раніше комплектували пресованими ізолюючими вставками брусків прямокутного поперечного перетину (товщина 20 мм, висота 60 мм) з склопластика АГ-4С. Мокроразрядна напруга вставок з ізолюючою частиною завдовжки 800 мм складає 40 кВ, а при покритті їх кремнійорганічним вазеліном КВ-3 або пастою ККД — 70 кВ. Проте вставки з склопластика АГ-4С мають низьку трекінгостійкість.

Найбільш раціональні ізолюючі вставки для секційних ізоляторів на напругу 3 і 25 кВ приведені на Рисунок 2.25. Як стрижні вставок, що несуть, в цих ізоляторах використовують стіклопластикові стрижні діаметром 14—22 мм. Для з'єднання з іншими елементами секційного ізолятора на стрижні встановлюють накінечник.

Рисунок 2.25. Полімерна ізолююча вставка з фторопластовою захисною трубкою (а); ізолюючий елемент ССФт-50-25/(1,3-1,8) для секційнихізоляторів контактної мережі (б)

У секційних ізоляторах на напругу 3 кВ, експлуатованих в умовах чистої і забрудненої атмосфери, можуть бути застосовані стіклопластикові вставки з фторопластовою захисною трубкою або покриті шаром циклоаліфатичної смоли; довжина ізолюючої частини вставок не менше 600 мм. У секційних ізоляторах на напругу 25 кВ довжину ізолюючої частини вставок приймають не менше 1000 мм, а в місцях з підвищеним забрудненням атмосфери — 1200 мм. Ізолюючі сковзуни на відміну від стрижньових ізолюючих вставок дозволяють повзунам струмоприймачів проходити (ковзати) по захисному чохлу вставки; їх довжина не менше 1300 мм. Тому матеріал захисних чохлів ізолюючих скользунів повинен бути не тільки трекінгостійким і дугостійким, але і удароміцним і зносостійким.

Захисні чохли ізолюючих скользунів повинні бути суцільними, виготовленими із зносостійкого і трекінгостійкого полімерного матеріалу. Раніше застосовувалися захисні чохли з втулок (ЦНІІ-12), проте із-за їх забруднення різко знижувалася надійність в роботі. Такі ізолюючі вставки в плановому порядку замінюють.

2.9. Контрольні питання

1. Які марки контактних і багатодротяних проводів застосовують на електрифікованих залізницях змінного і постійного струму?

2. Які технічні характеристики мають контактні дроти?

3. Залежно від яких параметрів вибирають марки контактних проводів для конкретних умов експлуатації?

4. Які існують способи стиковання контактних і багатодротяних проводів?

5. Яким вимогам повинні відповідати з'єднання проводів контактній мережі?

6. Які електричні і механічні характеристики мають ізолятори контактної мережі?

7. З яких матеріалів виготовляють ізолятори контактної мережі?

8. Які особливості мають полімерні, фарфорові і скляні ізолятори?

9. Які типи ізоляторів застосовують при електрифікації, реконструкції і оновлення контактної мережі і їх основні технічні характеристики?

10. Що таке «довжина шляху струму витоку» ізолятора?

11. Які зони СЗА є на залізницях?

Дата добавления: 2015-07-11