Изоляторы и их характеристики

Изоляторы являются одним из ответственных элементов контакт­ной сети. Повреждение их может привести к снятию напряжения, а следовательно, к нарушению графика движения поездов на участке.

Из выпускаемых электротехнической промышленностью фарфоро­вых и стеклянных изоляторов в контактной сети применяют следующие типы изоляторов: фарфоровые линейные подвесные тарельчатые, стек­лянные линейные подвесные тарельчатые для районов с загрязненной атмосферой, фарфоровые опорные стержневые и штыревые для наруж­ных установок и специальные фарфоровые изоляторы для контактной сети электрифицированных железных дорог (ГОСТ 12670—88).

Грязестойкие изоляторы предназначены для использования в ме­стностях, подверженных всем видам загрязнений, содержащих про­водящие компоненты, и в условиях туманов или высокой влажности. Грязестойкие изоляторы имеют увеличенную длину пути утечки н кон­структивные отличия, облегчающие условия обмывки их поверхности.

Стеклянные изоляторы легче фарфоровых и лучше их противостоят ударным нагрузкам. К достоинствам стеклянных изоляторов относит­ся н то, что в случае электрического пробоя или разрушающего меха­нического или термического воздействия закаленное стекло не рас­трескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и поврежденного изолятора в гирлян­де, т. е. позволяет отказаться от профилактической дефектнровки изоляторов. Для изготовления изоляторов, кроме фарфора и стекла, используют полимерные и другие материалы.

По конструкции изоляторы, применяемые в контактной.сети, разделаются на тарельчатые и стержневые, по назначению — на подвес­ные, натяжные, фиксаторные и консольные.

На советских электрифицированных железных дорогах наиболь­шее распространение получили тарельчатые изоляторы (рис. 31). Они. состоят из шапки /, изготовленной из ^ковкого чугуна, изолирующей детали (тарелки) 2 из фарфора (стекла или стеклофарфора) и металли­ческого стержня 3, заканчивающегося пестиком или серьгой. Голов­ка изолирующей детали выполнена в форме обратного конуса, что обеспечивает надежное сцепление шапки и стержня. Изолирующий элемент соединен с шапкой и стержнем с помощью портландцемента 4.

Конструкция шапки и стержня с пестиком обеспечивает нормаль­ное шарнирное сцепление изоляторов при комплектовании их в гирляндy. Для предотвращения расцепления, шапки одного изолятора с пестиком другого служат замки 5.

-45-

Фарфор изолятора в изломе должен быть однородным по структуре и не иметь открытой пористости. Поверхность фарфо­ра изолятора покрывают ровным слоем гладкой и блестящей гла­зури. Металлическую арматуру изоляторов оцинковывают.

Для изготовления стеклян­ных изоляторов из щелочного стекла применяют состав, при­нятый для производства обыч­ного оконного стекла. Высокая механическая прочность и тер­мостойкость стеклянных изоля­торов обеспечиваются специаль­ной термической обработкой — закалкой, которая повышает прочность на разрыв и изгиб. Это позволяет конструировать стеклянные изо­ляторы с меньшей головкой изолирующей детали. Поэтому при оди­наковых с фарфоровыми изоляторами электрических н механических характеристиках стеклянные имеют меньшую высоту н массу.

Электрическую прочность изоляторов принято характеризовать следующими величинами: выдерживаемым напряжением частотой 50 Гц под дождем; выдерживаемым напряжением частотой 50 Гц в сухом состоянии; 50%-ным разрядным импульсным напряжением с формой волны 1,2/50 мкс; пробивным напряжением при частоте 50 Гц; длиной пути утечки L_у.

Длина пути утечки L_у, — это наикратчайшее расстояние (оги­бающая) или сумма наикратчайших расстояний по контурам наруж­ных изолирующих поверхностей между частями изолятора, находя­щимися под разными потенциалами. При этом расстояние, измеренное по поверхности цементного шва или другого токопроводящего соеди­нительного материала, не считается частью длины пути утечки.

Значение выдерживаемого испытательного напряжения под дож­дем зависит от формы изолятора, наличия капельниц (выступов в ниж­ней части ребра изолятора, предохраняющих ее поверхность от сма­чивания водой), угла наклона оси изолятора к горизонтали.

Загрязнение изоляторов практически не влияет на значение вы­держиваемого испытательного напряжения в сухом состоянии, если относительная влажность воздуха не превышай 70 %. Увлажнение поверхности загрязненных изоляторов (при росе, моросящем дожде, тумане, мокром снеге) приводит к резкому снижению разрядного на­пряжения. Наиболее опасными являются загрязнения, в которых содержится много растворимых в воде солей.

Загрязнение изоляторов опасно не только из-за перекрытий, при­водящих к снятию напряжения, а в отдельных случаях — и к изло­му стержневых изоляторов, но и тем, что оно способствует электро-

-46-

литическому разъеданию стержня подвесных изоляторов на участ­ках постоянного тока.

В эксплуатационных условиях поверхности изоляторов загрязня­ются и увлажняются неравномерно. Кроме того, при сложной форме изолятора разряд на отдельных участках может отрываться от поверх­ности и развиваться по наикратчайшему пути в воздухе. В результате эффективно используется не вся геометрическая длина пути утечки L_у, а только ее часть. Поэтому Напряжение перекрытия изоляторов, загрязненных в реальных условиях эксплуатации, пропорционально не геометрической, а эффективной длине пути утечки L_эф= Ly/к, где к = 1/1,3 — поправочный коэффициент, иногда называемый коэффициентом формы изолятора. Коэффициент к зависит не только от формы изолятора, но и от условий его загрязнения, т. е. от скорости ветра и интенсивности мокрых осадков, от адгезионных и других свойств загрязняющих веществ.

Для конкретной местности с определенными метеорологическими условиями, свойствами и интенсивностью загрязнения атмосферы ве­роятность перекрытия изолятора зависит от λ_э = L_эф /U_max (здесь U_max — максимальное рабочее напряжение).

Величина λ_э, получила название удельной длины пути утечки (см/кВ), т. е. длины пути утечки (см) по поверхности изоляции на I кВ максимального рабочего напряжения.

В зависимости от характеристики местности и опасности источников загрязнения для работы изоляций установлены шесть сте­пеней загрязненности атмосферы и нормированы наименьшие до­пустимые значения λ_э, при которых обеспечивается малое число отключений под действием рабочего напряжения.

Для воздушных линий с номинальным напряжением 3 —35 кВ ре­комендуются следующие удельные длины пути утечки λ_э, см/кВ, не менее: при степени загрязненности атмосферы I, II, III, IV, V и VI соответственно 1,70; 1,90; 2,25; 2,60; 3,50 и 4,00 см/кВ.

Методика определения степени загрязненности атмосферы, учиты­вающая все возможные источники загрязнения: промышленные пред­приятия, засоленные почвы и засоленные водоемы, подробно изложена в Руководящих указаниях по выбору и эксплуатации изоляции (РУ) в районах с загрязненной атмосферой, в которых приведена характе­ристика местности по степени загрязненности атмосферы:

I — особо чистые районы, не подверженные естественным и про­мышленным загрязнениям, в почве содержится незначительное коли­чество растворимых ионообразующих примесей (например, лесные или почвы, имеющие травянистый покров, затрудняющий перенос пыле­вых частиц в воздухе);

II —земледельческие районы, для которых характерно примене­ние в широком масштабе химических веществ (удобрений, гербицидов), и промышленные районы, расположенные за пределами наименьшего защитного интервала и не подверженные загрязнению соляной пылью (количество растворимых солей не более 0,5 %);

-47-

III—IV — определяются по степени опасности загрязнения промышленных предприятий, засоленности и характеру покрова солонча­ковых почв, солености близко расположенных водоемов и расстоянию линий электропередачи от источника загрязнения.

В контактной сети переменного тока рабочее напряжение может достигать 29 кВ. Следовательно, длина пути утечки у изоляции кон­тактной сети переменного тока для участков с различной степенью загрязненности атмосферы должна быть не менее L_y=U_maxλ_э:

Для контактной сети электрифицированных железных дорог вы­пускают специальные фарфоровые изоляторы ССФ70, ФСФ70, КСФ70, ФТФ40 и ПТФ70 (табл. 13). В их обозначениях первая буква указы­вает на назначение изолятора (С— секционный, Ф — фиксаторный, К — консольный, П — подвесной), вторая — на конструктивное вы­полнение изолятора (С — стержневой, Т — тарельчатый), третья -на материал изолирующей детали (Ф — фарфоровый); цифры озна­чают нормированную разрушающую нагрузку при растяжении в кило-ныотонах (кН).

Пример условного обозначения секционного стержневого фарфо­рового изолятора с нормированной разрушающей нагрузкой при рас­тяжении 70 кН: ССФ70.

Механические и электрические параметры фарфоровых изолято­ров для контактной сети электрифицированных железных дорог долж­ны соответствовать указанным в табл. 13.

Тарельчатые изоляторы ФТФ40 (старое обозначение ФТФ-3,3/3) и ПТФ70 (ПТФ-3,3/5) представляют собой унифицированную изоли-

-48-

рующую фарфоровую деталь подвесного изолятора ПФ6-В, армиро­ванную различной арматурой в зависимости от назначения.

Фиксаторный изолятор ФТФ40 (рис. 32, а) армирован шапкой, имеющей патрубок с резьбой 1” для соединения с фиксатором контакт­ной сети, и стержнем, оканчивающимся серьгой.

Изолятор ПТФ70 (рис. 32, б), широко применяемый в качестве подвесного, армирован обычной шапкой и стержнем с серьгой для удоб­ного соединения с арматурой контактной сети.

На участках переменного тока широко применяют стержневые фар­форовые изоляторы (рис. 33), представляющие собой сплошной фар­форовый цилиндрический стержень с кольцевыми или винтообразными ребрами, армированный по концам двумя шапками из ковкого чу­гуна. Ребра предназначены главным образом для увеличения длины пути утечки.

Стержневые изоляторы имеют следующие преимущества по срав­нению с тарельчатыми. Они электрически непробиваемы, вследствие чего сокращаются расходы на контроль в эксплуатации; изготовление их механизировано; расход металла и фарфора меньше, чем на тарель­чатые на то же напряжение. Однако стержневые изоляторы менее на-

-49-

дежны в механическом отношении: при перекрытии изолятора и ударах может произойти их разрушение. Механическая раз­рушающая нагрузка при растя­жении изолятора ССФ70 (ССФ-27,5/5) (рис. 33, а) не ме­нее 70 кН.

Фиксаторный стержневой изо­лятор ФСФ70 (ФСФ-27,5/3,5) (рис. 33, б) для соединения с фиксатором в одной из шапок

имеет патрубок с резьбой Г. Механическая разрушающая нагрузка изолятора при растяжении не менее 70 кН.

Консольный стержневой изолятор КСФ70 (ИКСУ-27,5) (рис. 34) устанавливают в подкос изолированной консоли около пяты, чем до­стигается изоляция консоли от опоры. Изолятор работает на изгиб и сжатие к поэтому выполнен более массивным.

Для проверки изоляторы подвергаются приемосдаточным, ти­повым и периодическим испытаниям. Приемо-сдаточные испытания проводят на изоляторах, отобранных методом систематического от­бора единиц в выборку. Типовые испытания изоляторов проводят при изменении конструкции, технологии изготовления и применяемого сырья. Типовые испытания проводят на изоляторах, отобранных от партии, прошедшей приемо-сдаточные испытания. Периодические ис­пытания предприятие-изготовитель проводит не реже одного раза в 2 года на изоляторах, прошедших приемо-сдаточные испытания.

Основными приемо-сдаточными испытаниями изоляторов являют­ся: испытание на отсутствие внутренних дефектов, испытание меха­нической нагрузкой в течение I мин и испытание непрерывным током искр. Качество поверхности изолирующей детали, арматуры и изоля­тора в целом проверяют визуально.

Вероятность безотказной работы изоляторов должна быть не менее 0,997, в конце гарантийного срока эксплуатации (через 2 года со дня ввода в эксплуа­тацию) — не менее 0,994, а в пределах срока службы — не менее значения, оп­ределяемого по формуле

В контактной сети электрифицированных железных дорог широко применяют и изготовляемые для высоковольтных линий электропере­дачи фарфоровые И на линиях переменного тока стеклянные тарельча-

-50-

тые подвесные изоляторы; В обозначениях этих изоляторов в табл. 14, например, ПФ6-А (см. рис. 31) буквы означают: П — подвесной, Ф — фарфоровый, С—стеклянный, Г —грязестойкий; число—значение га­рантированной электромеханической нагрузки, на которую рассчи­тан изолятор, в килоньютонах. Буквы А, Б, В и т. д. — различное конструктивное исполнение.

В отличие от изолятора ПФ6-А, у которого конструктивная (стро­ительная) высота 167 мм, изоляторы ПФ6-Б (рис. 35, а) и ПФ6-В (рис. 35, б) являются малогабаритными, их конструктивная высота 140 мм. Изолятор ПФ6-В имеет увеличенную длину пути тока утечки (324 мм) по сравнению с изоляторами Пф6-А (285 мм) и І1Ф6-Б (280 мм).

Поддерживающие и натяжные (в анкеровках проводов) гирлянды изоляторов-комплектуют из изоляторов ПФ6 и ПТФ70.

Коэффициент запаса прочности изоляторов, т. е. отношение раз­рушающей нагрузки (гарантированной электромеханической) к нормативной, действующей на изоляторы в соответствующем режиме, должен быть не менее: в нормальном режиме при наибольшей нагруз­ке — 2,7; в аварийном — 1,8. Следовательно, изоляторы ПФ6 в нор­мальном режиме могут быть нагружены до 22 кН, а изоляторы ПТФ70 — до 18,5 кН.

В совмещенных анкеров­ках контактного провода и -несущего троса применяют изоляторы ПФ16-А., На участках переменного тока- допущены в качестве подвесных стеклянные тарель­чатые изоляторы ПС6-А (рис. 36) и ПС12-А. Конструктив­ная высота изолятора ГЇС6-А всего 130 мм.

Для районов с повышен­ным уровнен загрязнения вы-

-51-

пускают фарфоровые изоляторы ПФГ-5А (рис. 37, а) для поддер­живающих гирлянд, ПФГ-6А (рис. 37, б) и ПФГ-8А — для натяж­ных. Осваивается производство стеклянного изолятора ПСГ-16А, предназначенного как для поддерживающих, так и для натяжных гирлянд. Эти изоляторы отличаются формой изолирующего элемента (тарелки), обеспечивающей увеличение пути тока утечки по поверх­ности изолятора. Для секционных разъединителей, линий электро­передачи 6; 10 кВ и других элементов и узлов Контактной сети ис­пользуют различные опорные и штыревые изоляторы.

В секционных разъединителях постоянного тока изоляторы ОНШ-10-2000 устанавливают последовательно по два в колонке. Сек­ционные разъединители переменного тока выполняют на опорных изо­ляторах ОНС-35-500. Провода линий электропередачи закрепляют на штыревых изоляторах ШФ10-А и ШФ20-А. В обозначениях опорных и штыревых изоляторов первые цифры после букв — напряжение ли­нии. Низковольтные провода дистанционного управления, телеуправ­ления, полноводные и осветительные подвешивают на изоляторах ТФ-20.

Основные характеристики линейных изоляторов, устанавливаемых на контактной сети, приведены в табл. 14.

Недостатком тарельчатых изоляторов является подверженность электрической коррозии их стержней- которая уменьшает норматив­ный срок службы изоляторов в 2—4 раза. Электрокоррозия стержней изоляторов происходит под действием токов утечки по загрязненной и увлажненной их поверхности. Интенсивность электрокоррозии на­ходится в прямой зависимости от количества электричества, сошед­шего с поверхности электрода—анода (в данном случае—стержня изолятора), и времени его действия.

Для предотвращения электрокоррозии стержней изоляторов ре­комендуются более частая очистка поверхности от загрязнений, при-

-52-

-53-

менение грязестойких изоляторов {ПФГ-5А, ПФГ-6А, ПФГ-8А) с боль­шей длиной пути утечки. Эффективным способом защиты является уста­новка на изоляторы дренажных втулок, состоящих из двух полувту­лок (чугунное литье), прикрепляемых к стержню электропроводным полимерным клеем. Ток утечки в этом случае будет стекать на поверх­ность фарфора не со стержня, а со втулки.

В районах с повышенным уровнем загрязнения дренажные втулки устанавливают на вновь монтируемых подвесных изоляторах, а также на изоляторах, снятых с контактной сети из-за коррозии, но у которых диаметр шейки корродированного стержня больше наименьшего до­пустимого.

Предельно допустимыми являются следующие диаметры шеек по­врежденных коррозией стержней изоляторов:

в анкеровках контактного провода, несущего троса, в поперечных несущих тросах'гибких поперечин, в фиксаторах на кривых радиусом менее 600 м — 14 мм;

в подвесных гирляндах на главных путях — 12 мм;

в подвесных гирляндах на станциях, в фиксаторах на кривых ради­усом более 600 мм и других узлах — 10 мм.

Для решения вопроса продления срока службы изоляторов по кор­розии их стержней в районах с повышенным уровнем загрязнения пре­дусматривается установка изоляторов со стержнями, имеющими утол­щения с 16 до 28 мм на выходе из цементной заделки на длине 20 мм.

Кроме того, на изоляторы наносят гидрофобные (влагоотталки-вающие) вязкие изолирующие покрытия (смазки, пасты). Жирооб­разная масса, во-первых, обволакивает частицы загрязнений, изоли­рует их друг от друга и препятствует образованию плотных, проводящих электрический ток во влажных условиях пленок. Во-вторых, на по­крытой смазкой поверхности вода не образует сплошной водяной плен­ки, а собирается в капли, в результате чего утечка тока ограничена и никаких частичных разрядов не возникает.

Наиболее эффективными гидрофобными покрытиями являются кремнийорганические вазелин КВ-3/10 или паста КПД. Они пред­ставляют собой высоковязкую однородную массу от светло-серого до серо-голубого цвета, химически инертны, взрывобезопасны, неток­сичны и могут быть использованы при температурах от—60 до +200 °С. На поверхность изолятора их наносят слоем 0,7—1 мм непосредствен­но перед сезоном с наиболее неблагоприятными метеорологическими условиями. В большинстве случаев вазелин и паста сохраняют свои защитные свойства не менее одного года, т. е. в течение этого периода не требуется очистки изолятора и возобновления покрытия.

Потеря вазелином и пастой защитных свойств определяется как по поведению изоляции в увлажненном состоянии (наличие сильного ко-ронирования и частичных разрядов), так и при осмотре покрытия (превращение вазелина или пасты в пылевидный осадок, лишенный вязкости). Удаляют остатки покрытия с поверхности изоляторов без применения каких-либо растворителей обтиркой тряпками.

-54-

Дата добавления: 2015-09-03