Какие бывают изоляторы ВЛ и для чего они предназначены?

Типы оборудования

В работе высоковольтного оборудования очень важна надёжная изоляция между токоведущими частями электроустановок и отдельных аппаратов. Они должны быть также изолированы от земли. Эту роль, а также крепёжную функцию ведущих ток частей, выполняют изоляторы различных типов.

По самой общей классификации, то есть, с точки зрения мест их применения, они делятся на аппаратные, станционные, линейные.

Два первых типа нашли применение на подстанциях, электростанциях, ведущих ток частях электроаппаратов. Они используются здесь как крепления, изолируют шины РУ (распределительные устройства). По функциям и расположению могут быть проходными или опорными.

Подробнее об изоляторах

Проходные изоляторы применяют, чтобы заизолировать идущие сквозь стены сооружений провода. Кроме того, они осуществляют вывод проводников выключателей нагрузки из баков, выключателей. Это высоковольтные фарфоровые изоляторы, имеющие внутри полость, где проходит стержень из металла или группа шин.

Так называемые вводы относят к разновидности проходных средств изоляции, рассчитанных на 110 киловольт и более высокие напряжения. У вводов проводником тока служит труба из меди. Для изготовления внутренней изоляции высоковольтных высокочастотных вводов помимо фарфора используют керамику, бакелит, другую твёрдую органику. Изоляция также может быть жидкой либо бумажно-масляной.

Может организовываться так называемый «конденсаторный ввод». Это когда на проводящий стержень наложены слои особой кабельной бумаги, а посередине проложена тонкими слоями алюминиевая фольга. Такое строение необходимо, чтобы потенциал равномерно распределялся по оси и радиально. Конденсаторный ввод, как правило, герметизируют.

Что касается опорных изоляторов, то они поддерживают шины, контактные узлы распределительных устройств, электроаппаратов. Такие приспособления бывают опорно-штыревыми, а также опорно-стержневыми. У последних конструкция дополнена стержнем из фарфора с выступающими рёбрами. Их называют ещё крыльями, они защищают от дождя.

Физика проводимости в твердых телах [ править ]

Электроизоляция — это отсутствие электропроводности . Теория электронных зон (раздел физики) диктует, что заряд течет, если доступны состояния, в которые можно возбуждать электроны. Это позволяет электронам получать энергию и тем самым перемещаться по проводнику, например по металлу . Если таких состояний нет, материал является изолятором.

Большинство изоляторов (хотя и не все, см. Изолятор Мотта ) имеют большую запрещенную зону . Это происходит потому, что «валентная» зона, содержащая электроны с наивысшей энергией, заполнена, и большая запрещенная зона отделяет эту зону от следующей зоны над ней. Всегда существует некоторое напряжение (называемое напряжением пробоя ), которое дает электронам достаточно энергии для возбуждения в этой полосе. Как только это напряжение будет превышено, материал перестает быть изолятором, и заряд начинает проходить через него. Однако обычно это сопровождается физическими или химическими изменениями, которые необратимо ухудшают изоляционные свойства материала.

Материалы, у которых отсутствует электронная проводимость, являются изоляторами, если в них также отсутствуют другие мобильные заряды. Например, если жидкость или газ содержат ионы, то ионы можно заставить течь в виде электрического тока, а материал является проводником. Электролиты и плазма содержат ионы и действуют как проводники независимо от того, участвует ли электронный поток.

Разбивка [ править ]

Под воздействием достаточно высокого напряжения изоляторы подвержены явлению электрического пробоя . Когда электрическое поле, приложенное к изолирующему веществу, превышает в любом месте пороговое значение поля пробоя для этого вещества, изолятор внезапно становится проводником, вызывая большое увеличение тока, электрическую дугу через вещество. Электрический пробой происходит, когда электрическое поле в материале достаточно велико, чтобы ускорять свободные носители заряда (электроны и ионы, которые всегда присутствуют в низких концентрациях) до достаточно высокой скорости, чтобы выбивать электроны из атомов, когда они сталкиваются с ними, ионизируяатомы. Эти освобожденные электроны и ионы, в свою очередь, ускоряются и ударяют другие атомы, создавая больше носителей заряда в цепной реакции . Изолятор быстро заполняется подвижными носителями заряда, и его сопротивление падает до низкого уровня. В твердом теле напряжение пробоя пропорционально энергии запрещенной зоны . Когда возникает коронный разряд , воздух в области вокруг высоковольтного проводника может разрушиться и ионизироваться без катастрофического увеличения тока. Однако, если область пробоя воздуха распространяется на другой проводник с другим напряжением, между ними образуется токопроводящий путь, и через воздух течет большой ток, создавая электрическую дугу.

. Даже в вакууме может произойти своего рода пробой, но в этом случае пробой или вакуумная дуга связаны с зарядами, которые выбрасываются с поверхности металлических электродов, а не создаются самим вакуумом.

Кроме того, все изоляторы становятся проводниками при очень высоких температурах, поскольку тепловой энергии валентных электронов достаточно, чтобы поместить их в зону проводимости. [1] [2]

В некоторых конденсаторах короткое замыкание между электродами, образовавшееся из-за пробоя диэлектрика, может исчезнуть при уменьшении приложенного электрического поля. [3] [4] [5] [ актуально?

]

Воздушные линии ЛЭП

Теперь об линейных изоляторах. Они крепят провода воздушных линий. А также изолируют шины ОРУ (открытые распределительные устройства). Различают штыревые, а также подвесные изоляторы. Первые получили название из-за особенностей своего крепления – на штырях из металла, которые закреплены в траверсах опорных элементов. Приспособления прочно удерживают провода на опорах. Такие устройства встречаются на линиях ЛЭП до киловольта. Штыревые изоляторы большего, до 35 киловольт, напряжения выполнены, как двухэлементные.

Нежёсткая связь между проводами и опорами линий электропередач напряжением 35 киловольт и более, обеспечивается подвесными изоляторами. Некоторые из них объединяют в гирлянды (тарелочного типа). Стержневые изоляторы повышают электрическую прочность линий, так как их пробой невозможен. Изолирующая часть подвесных приспособлений выполнена из стекла либо фарфора. Её соединяет с проводящим стержнем и шапкой связка из цемента.

Для линейных изоляторов разработаны специальные конструкции. Они позволяют применять их в линиях ЛЭП в условиях загрязнённости атмосферы. У таких устройств повышенные разрядные показатели, а также увеличена длина пути утечки.

Обслуживание и эксплуатация изоляторов

Изоляторы подбирают по конструкции и характеристикам, с учетом условий эксплуатации. В процессе применения, эти элементы воздушных линий или электроустановок осматривают вместе с остальным оборудованием.

Периодичность осмотров устанавливают, в зависимости от особенностей элементов. Проверку проводят не реже одного раза в полгода, если речь идет о наружных линиях электропередач. Изолирующие элементы в установках можно проверять реже, в регламентные сроки освидетельствования агрегатов.

Если линия электропередач проходит через места сильных загрязнений или ответственные участки (промышленные районы, жилые массивы и пр.), периодичность осмотров сокращают до 1 раза в квартал.

В ходе осмотра необходимо убедиться в целостности изоляторов, надежности крепления, очистить детали от пыли и загрязнений. Дефектные элементы заменяют на целые. Ревизию проводят при отключении подачи электроэнергии.

Электрические изоляторы – незаменимые элементы линий электропередач и электрооборудования. Но для их надежной эксплуатации требуется правильный подбор и соблюдение действующих норм при проверке и обслуживании.

Требования к изоляторам

Любой изолятор обязан удовлетворять нескольким техническим требованиям. Прежде всего, определённой электрической прочности. Она определяется, как та напряжённость электрического поля, выраженная в киловольтах на метр, при которой изолирующий материал утрачивает диэлектрические свойства.

Прочность механическая тоже важна. Важно оказывать противодействие тем усилиям, что появляются при КЗ в цепи между токоведущими частями оборудования.

Изолятор должен сохранять свои показатели даже при любых погодных условиях, будь то снег, град, дождь. Теплостойкость — тоже важный фактор. Изменение температуры в широких пределах не должно влиять на электрические свойства изолятора. Кроме того, он должен обладать устойчивой к разряду поверхностью.

Полимерные подвесные

Смотрите также:

Виды видеоэкранов для рекламы .

Интересное по теме: Фланцевые каретки: что это, для чего и смазка

Советы в статье «Как выбрать систему видеонаблюдения для частного дома» здесь.

Эти изделия прочны в силу материала. К тому же, имеют небольшой вес, в силу чего просты в транспортировке. Устойчивы к различным загрязнениям, а также довольно устойчивы к влаге. Наконец, срок эксплуатации у них свыше 25 лет. И все это благодаря тому, что они полимерные.

Электрофизические и механические показатели

К таковым имеет отношение номинал, напряжение пробоя. Последнее определяет минимальное напряжение, вызывающее пробой изолятора. Характеризует свойства изолятора такие показатели, как разрядное и выдерживаемое напряжения. Эти параметры имеют разные значения, если поверхность сухая и если влажная (изолятор под дождём).

Таким образом, бывают сухоразрядное и мокроразрядное значения этого напряжения, когда идёт перекрытие по поверхности с сохранением всех изолирующих качеств.

Немаловажные электрофизическими характеристики — это величины 50-процентных напряжений импульсного разряда обеих полярностей.

Механические показатели – это, прежде всего, наименьшая сила (нагрузка) разрушения, выраженная в ньютонах. Предполагается, что она приложена к шапке изолятора и направлена в перпендикулярном его оси направлении. Имеют значение также габариты и масса.

Конструкция

Конструктивно все электрические изоляторы различаются способами крепления к несущей конструкции и крепления кабеля. Главной задачей этого изделия является предотвращение электрических разрядов, для этого они выполняются в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. На рисунке ниже вы видите примеры типовых изделий разных форм и конструкций:

Из чего изготовлены составные элементы разных изоляторов?

Основным материалом для станционных, а также аппаратных изоляторов стал полностью отвечающий предъявленным выше требованиям фарфор. Для расположенных внутри кожухов, а также залитых изолирующим маслом составных частей изоляторов некоторых типов чаще применяется бакелит, текстолит или гетинакс.

Так называемая «металлическая арматура» представляет собой части из металла, которые закрепляются на фарфоре. Её применяют, чтобы крепить изолятор к основанию, ну и для присоединения ведущих ток частей электроаппаратов и шин к изолятору. Она закрепляется особыми цементирующими смазками, обладающими коэффициентом теплового расширения, схожим с тем, который присущ фарфору. Корпус изолятора покрывает глазурь, что улучшает его электрофизические качества.

Теплоизолятор

Класс термостойкости

Класс термостойкости

(класс термостойкости) — это классификация изоляторов по температуре термостойкости в Японских промышленных стандартах (JIS). Его называют «термостойкий класс Y», «термостойкий класс 200», «термостойкий класс F класс» и т. д.

В прошлом все изоляторы, способные выдерживать нагрев выше 180°С, относились к классу «С». Текущий JIS C 4003 подразделяется, и те, которые превышают 250 ° C в приведенной выше таблице, снабжены классами термостойкости с интервалом 25 ° C. Метод запоминания каждого типа следует запомнить как «красивые кости Яэ-тян онемели» (Y, A, E, B, F, H, NR).

Классификация по размещению

Наружная установка придаёт соответствующим изолирующим устройствам большую развитость поверхности. Ей соответствует большее напряжение микроразряда, что позволяет изоляторам такого типа установки работать при дожде, в загрязнённом состоянии, столь же надёжно. В этом основное их отличие от изоляторов внутренней установки.

По высоте фарфоровой части можно отличать друг от друга рассчитанные на разные напряжения номинала изоляторы. Градация по величине механических усилий на разрушение выражается в изменениях диаметров.

Бывает, что одна часть изолятора находится на открытом пространстве, в то время как другая расположена в помещении или в масле. Это как раз случай уже описанных ранее проходных изоляторов. Часто такие устройства (например, изоляторы трансформаторов, масляных выключателей) асимметричны. Интересно, что тот участок корпуса из фарфора, который находится на воздухе, обладает более развитыми рёбрами.

Преимущества модели ШФ

Штыревые фарфоровые изоляторы пользуются повышенным спросом. Такое положение вещей определяется тем, что они характеризуются небольшим весом и доступной стоимостью. Изоляторы рассчитаны на эксплуатацию при температуре от минус 60 до плюс 50 градусов, то есть подходят для всех климатических поясов Российской Федерации. Изоляторы выдерживают импульсное напряжение, доходящее до 135 кВ. Длина пути утечки не превышает 400 мм. Модель ШФ может применяться в загрязненном промышленном воздухе и в тех районах, где в воздушных массах содержится песок (например, в пустынях). Точные технические характеристики приведены в документации, прилагаемой к арматуре. Штыревые изоляторы характеризуются устойчивостью к механическим и температурным воздействиям. Они не изменяют свои характеристики в течение всего срока эксплуатации. Изоляторы ШФ обладают стойкостью к негативным факторам окружающей среды. Применение такой арматуры дает возможность обеспечить безопасность персонала и оборудования.