Изоляторы и изолирующие вставки из полимерных материалов

Полимерные изоляторы представляют собой изолирующие элемен­ты, которые могут быть установлены самостоятельно в различных уз­лах и устройствах контактной сети. Широкое применение уже полу­чили полимерные стержневые изоляторы.' Разработаны полимерные подвесные изоляторы взамен подвесных и натяжных гирлянд фарфо­ровых тарельчатых или стеклянных изоляторов, а также консольные, фнксаторные и опорные изоляторы. В отличие от полимерных изоля­торов полимерные изолирующие вставки являются частью какого-либо устройства или узла, например секционного изолятора. В секцион­ных изоляторах устанавливают также Полимерные изолирующие вставки-скользуны, по которым непосредственно скользит полоз токо­приемника. Полимерные изоляторы и изолирующие вставки по срав­нению с фарфоровыми имеют более высокую механическую прочность и дугостойкость, небольшие массу и поперечные размеры, не повреж­даются от ударов.

При работе на открытом воздухе загрязненная и увлажненная по­верхность полимерной изоляции может разрушаться токами утечки с образованием то копр сводящих дорожек — треков, способствующих перекрытию изоляции. Этот вид разрушения носит название трекинга. Стойкость материала изолятора или изолирующей вставки к процессам трекинга с образованием токопроводящих дорожек (тре­ков) получила название трекингостойкости. Степень трекингостой-костн позволяет оценить возможность и эффективность использования полимеров в атмосферных условиях, а также в местах повышенного загрязнения.

Трекингостойкость полимерных изоляторов и изолирующей встав­ки зависит от состава и структуры материала, из которого они сдела-

-57-

ны, удельной длины пути утечки, состава загрязняющего веществ» формы изоляторов.

Опыт эксплуатации полимерных изоляторов и изолирующих вста­вок в устройствах контактной сети показывает, что при напряжения 9 кВ длина изоляторов и их форма определяются выдерживаемым напряжением под дождем, а при напряжении 25 кВ — трекннгостойкостью.

Одной из особенностей полимерных материалов является то, что их механическая прочность в процессе эксплуатации снижается. Анализ результатов испытаний стеклопластнкоаых стержней на рас­тяжение показывает, «то разрушение стержней происходит тогда, когда вд деформация достигает некоторого предела. При этом деформация, обусловленная ползучестью материала (способностью материала де­формироваться под нагрузкой во времени), зависит от значения меха-.' нического напряжения: чем выше это напряжение, тем больше ползу­честь стеклопластика, и разрушение его происходит быстрее. Расчеты показывают, что предел длительной прочности стеклопластика состав­ляет примерно 50 % предела его кратковременной прочности. Поэто­му значение опасного напряжения для однонаправленных стеклопла­стиков δ_оп = 0,5 а {где δ — предел кратковременной прочности ма­териала стеклопластиковых стержней, МПа).

При правильно выбранном сечении стеклопластикового стержня прочность полимерного изолятора или вставки будет зависеть от проч­ности закрепления металлических оконцевателей на стержне. Поэтому Прочность закрепления оконцевателей у полимерных стержневых изо­ляторов и вставок, монтируемых в провода контактной сети, должна быть не менее прочности этих проводов.

Перед установкой в устройства контактной сети все полимерные изоляторы и вставки подвергают испытанию нагрузкой, равной 60 % разрушающей для проводов, в которые эти изоляторы или вставки бу­дут вмонтированы.

Электрическая прочность полимерных изоляторов и изолирующих вставок 'Зависит от длины их изолирующей части (удельной длины пути утечки) и трекингостойкости (эрозионной стойкости) материала, из которого они изготовлены.

Выдерживаемое испытательное напряжение под дождем полимерной изоляции контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ долж­но быть не менее 100 кВ, анкерной изоляции на 25—30 % выше, т. е. составлять 125—193 кВ. Выдерживаемое напряжение изоляции кон­тактной сети постоянного тока напряжением 3 кВ должно быть не ме­нее соответственно 40 и 50 кВ.

Как показывают исследования, выдерживаемое напряжение под дождем полимерных изоляторов и вставок зависит от их геометриче­ских размеров, конфигурации и трекингостойкости материала, из ко­торого они или их защитные чехлы (покрытия) изготовлены. Напряже­ние изоляторов и вставок из трекингостойких материалов при их ис­пытаниях под дождем после нескольких перекрытий дугой почти не

-58-

изменяется. У изоляторов и вставок из нетрекингостойких материалов такое напряжение после каждого перекрытия снижается; например, мокроразрядное напряжение прессованной брусковой изолирующей вставки из материала АГ-4С после 10 перекрытий может снизиться на 20 %. Поэтому выдерживаемым напряжением под дождем для полимер­ных изоляторов и вставок из нетрекингостойких материалов является значение разрядного напряжения после 10 испытаний.

Выдерживаемое напряжение под дождем U_KP полимерных изолято­ров и вставок имеет линейную зависимость от длины изолирующей ча­сти l_и ,U _мр к_мрl_и (где к_мр — коэффициент разрядного напряже­ния для соответствующего материала, кВ/см).

По данным испытаний, при выборе длины изолирующей части по­лимерных изоляторов и вставок по выдерживаемому напряжению под дождем можно принимать следующие значения к_мр, для различных по­лимерных материалов:

фторопласт и циклоалифатическая эпоксидная смола (толщина слоя покрытия не менее 1,0 мм) — 1,75 кВ/см;

прессованный стеклопластик АГ-4С, покрытый креми нйорганическим вазелином, — 0,85 кВ/см.

Опыт эксплуатации различных полимерных изоляторов и изоли­рующих вставок показал, что на напряжение 3 кВ длина изолирую­щей части у полимерных изоляторов и вставок на напряжение 3 кВ должно быть не менее:

у прессованных брусковых вставок из материала АГ-4С — 70/0,85 = 82,3 см (=80 см);

у стержневых изоляторов и вставок с фторопластовыми защитны­ми трубками или покрытых циклоалифатической эпоксидной смолой — 70/1,75 = 40 см.

В отличие от полимерной изоляции на 3 кВ, у которой основным показателем является выдерживаемое напряжение под дождем, поли­мерная изоляция на 25 кВ характеризуется в основном трекингостойкостью, а также удельной длиной пути утечкн. Целесообразно соиз­мерять трекингостойкость полимерных материалов с удельной длиной пути утечки: чем больше удельная длина пути утечкн, тем ниже может быть трекингостойкость полимерного материала изолятора или вставки. Исследования и имеющийся длительный опыт эксплуатации пока­зывают, что при номинальном напряжении в контактной сети 25 кВ необходимая электрическая прочность у полимерных изоляторов и вставок будет обеспечиваться, если трекингостойкость полимерного материала будет не ниже, чем у фторопласта (его трекингостойкость можно принять за эталон), а удельная длина пути утечки у полимерно­го изолятора или вставки будет не менее 2,6 см/кВ для мест небольшо­го загрязнения атмосферы и 3,5—4,0 см/кВ для мест повышенно­го загрязнения атмосферы (промышленные районы, химические заводы, морское побережье, солончаки н т. п.).

Таким образом, изолирующая часть у полимерных изоляторов • н изолирующих вставок на номинальное напряжение 25 кВ (максималь-

-59-

ное рабочее 29 кВ) при фторопластовых защитных чехлах или чехлах из других полимерных материалов (но с трекингостойкостью близкой фторопласту) должна быть не менее:

для мест небольшого загрязнения атмосферы 29-2,6 = 75,4 см;

для мест с повышенным загрязнением атмосферы 29-3,5 — 101,5 см (= 100 см); наибольшее значение 29-4,0 = 116 см.

Изолирующая часть у изоляторов с фторопластовым защитным чех­лом по мокроразрядному напряжению должна быть не менее 120/1,75 = 74,3 см.

Перспективными являются гладкостержневые изоляторы с фторо­пластовой защитной трубкой (рис. 38) и полимерные изоляторы с реб­ристым защитным чехлом из кремннеорганической резины (рис. 39). В контактной сети на напряжение 25 и 3 кВ устанавливают комби­нированные полимерные стержневые изоляторы, состоящие из не­сущих стеклопластиковых стержней и защитных трекингостойких чехлов. Защитный чехол изолятора может быть выполнен из гладкой трубки или с целью уменьшения строительной длины изолятора в виде прессованных полимерных втулок с ребрами.

В качестве несущих стержней полимерных изоляторов используют стеклопластиковые стержни диаметром 20—60 мм в зависимости от на­грузок, воспринимаемых изолятором, и его назначения (подвесной, на­тяжной, фиксаторный, консольный, опорный). Для соединения с арма-

-60-

-61-

турой койтактной сети на стержни устанавливают клееобжимные металлические оконцевателн.

К инструктивное выполнение и основные размеры полимерных под­весных, натяжных, фиксаторных, консольных и опорных изоляторов показаны на рис. 40, 41, 42, 43.

Изолирующие вставки из полимерных материалов в зависимости от назначения могут быть прессованными брусковыми, стержневыми и вставками-скользунами. Секционные изоляторы (см. гл. XIV) на на­пряжение 3 кВ раньше комплектовали прессованными брусковыми изолирующими вставками пря­моугольного поперечного сечения (толщина 20 мм, высота 60 мм) из стеклопластика АГ-4С. Мокроразрядное напряжение вставок с изоли­рующей частью 800 мм составляет 40 кВ, а при покрытии их Кремний-органическим вазелином КВ-3 или пастой КПД — 70 кВ. Вставки из АГ-4С имеют низкую трекингостойкость.

Наиболее рациональными изолирующими вставками как для сек­ционных изоляторов на напряжение 15—50 кВ, так и для секционных изоляторов на напряжение 3 кВ являются стержневые изолирующие (рис. 44). В качестве несущих стержней в этих изоляторах используют стеклопластиковые стержни диа­метром 14—22 мм. Для соединения с другими элементами секционного изолятора на стержни устанавливают клееобжимные оконцеватели.

В секционных изоляторах на напряжение 3—6 кВ, эксплуатируе­мых в условиях чистой и загрязненной атмосферы, могут быть примене­ны стеклопластиковые вставки с фторопластовой защитной трубкой или покрытые слоем циклоалифатической смолы; длина изолирующей части вставок не менее 400 мм. В секционных изоляторах на напря­жение 25 кВ длину изолирующей части вставок принимают не менее 750 Мм, а в местах с повышенным загрязнением атмосферы — 1000 мм.

Изолирующие скользуны в отличие от стержневых изолирующих вставок позволяют полозам токоприемников проходить (скользить) по защитному чехлу вставки. Поэтому материал защит­ных чехлов изолирующих скользунов должен быть не только тре-кингостойким и дугостойким, но и ударопрочным и износостойким.

Защитные чехлы изолирующих скользунов могут быть сплошными либо наборными: из втулок и шайб или только из втулок. Сплошные защитные чехлы изготовляют из износостойкого и трекингостойкого по­лимерного материала либо комбинированными: из полимерного и ке­рамического материалов. Втулки чехлов могут быть керамическими либо прессованными полимерными.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Дата добавления: 2015-09-03