Какие бывают изоляторы ВЛ и для чего они предназначены?

Характеристики изоляторов

Электрический изолятор – это изделие, предназначенное для крепления провода, кабеля или шины на несущей конструкции линии электропередач и предотвращения её пробоя на землю. Они бывают разных видов и изготавливаются из диэлектрических материалов – фарфора, стекла и полимеров.

Так как электрическое предназначение изоляторов – обеспечить изоляцию проводника от несущей конструкции, то основными характеристиками являются:

• Сухоразрядное напряжение – напряжение, при котором наступает искровой разряд по поверхности в сухом её состоянии при нормальных условиях окружающей среды.
• Мокроразрядное напряжение – то же самое, но под дождем, если его струи попадают на изолятор под углом в 45 градусов. Сила дождя при этом равна 5 мм/мин, удельное объемное сопротивление воды — 9500-10500 Ом*см (при 20°С). Так как вода проводит электрический ток – мокроразрядное напряжение всегда ниже сухоразрядного.
• Пробивное напряжение – напряжение, при котором наступает пробой тела изолятора между стержнем и шапкой (для подвесных изделий). Стержень и шапка при этом являются электродами.

Обозначения изоляторов

В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.

• Первая буква Н указывает на назначение модели, в данном случае Н — натяжной. Также может быть К – консольный, Ф – фиксаторный, П – подвесной.
• С – обозначает, что это стержневой изолятор.
• П – изоляционный материал, в данном случае П – полимер.
• К – наружное покрытие, в данном случае кремнийорганическая резина.
• р – индекс, обозначающий, что защитная оболочка ребристая цельнолитая.
• 120 – показатель нормированного разрушающего усилия в кН.
• 3 – класс напряжения проводов ВЛ, для которого применяется.
• 0,6 – обозначает длину пути тока утечки, измеряемую в метрах.
• Б — обозначает вид зацепления.

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:

Подвесные

используются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части, шапки из ковкого чугуна, металлического стержня и цементной связки. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими (на промежуточных опорах) и натяжными (на анкерных опорах). Число изоляторов в гирлянде определяется напряжением линии; 35 кВ – 3-4 изолятора, 110 кВ – 6-8. Постепенно, на смену тяжелым стеклянным гирляндам приходят изоляторы из полимерных материалов. Они представляют собой стержневой элемент из стеклопластика, на котором размещено защитное покрытие с ребрами из фторопласта или кремнийорганической резины.

Различие по материалу исполнения

Чтобы рассмотреть классификацию видов и типов изоляторов нужно сначала разобраться, как их различают. Итак, в первую очередь они классифицируются по материалу изготовления:

• Фарфоровые.
• Стеклянные.
• Полимерные.

Фарфоровые можно назвать классикой, такие применялись раньше даже при наружной проводке в домах. Обычно они белого цвета, но могут быть и других цветов. Такие можно увидеть на разных электроустановках. Достоинством является то, что они выдерживают большие нагрузки на сжатие, обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Однако они бьются и ломаются. Отсюда возникает необходимость регулярной проверки их целостности, а часто для этого приходится отключать электроустановку и вытирать с них масло, пыль и другие загрязнения. Также проблемой является их большой вес.

Стеклянные, хоть и боятся ударов, но для контроля их целостности достаточно визуального осмотра, что можно провести и без отключения напряжения. В настоящее время в воздушных линиях электропередач, в качестве подвесных изоляторах они вытесняют керамику, в том числе и потому что меньше весят, а также в производстве дешевле.

Полимерные используются в помещении, на улице редко, в качестве исключения. Можно иногда увидеть опорные изоляторы из полимеров на ВЛ 10 кВ или других напряжений средней величины, но редко, или на неответственных линиях. Это обусловлено тем, что с течением времени и под действием УФ-излучений они стареют, внутренняя структура распадается и ухудшаются их электрические и механические характеристики.

Однако для оборудования, которое доступно для регулярного обслуживания и ремонта они применяются часто. Например, это могут быть опорные изоляторы шин в трансформаторных подстанциях и распределителях.

Как устроены изоляторы ЛЭП

Изолятор ЛЭП — устройство для подвешивания и изоляции провода на опорах при прокладке воздушной линии электропередачи (ВЛ). Изолятор — ответственный элемент воздушной ЛЭП, выполняющий одновременно крепежную и защитную функцию. От правильного выбора и качества диэлектрического устройства зависит безопасность монтажа и надежность эксплуатации воздушных линий электропередачи.

В этой статье мы расскажем о видах и устройстве линейных изоляторов, их обозначении и области применения.

Классификация изоляторов по способу крепления на опоре

По способу фиксации на опоре изоляторы подразделяются на:

• Штыревые изоляторы — крепятся на траверсах опорных элементов при помощи металлических штырей. Такие изоляторы применяются на воздушных линиях напряжением до 35 кВ. В зависимости от типа и конфигурации, штыревые изоляторы могут устанавливаться на ВЛ с неизолированными и защищенными проводами.
• Подвесные изоляторы — применяются на линиях электропередач напряжением 35 кВ и более для крепления проводов среднего и большого сечения методом подвеса. Подвесные изоляторы тарельчатого типа последовательно объединяют в гирлянды, при этом количество задействованных устройств подбирается в зависимости от рабочего напряжения линии.
• Линейные опорные изоляторы — предназначены для крепления и изоляции незащищенных и изолированных проводов. Применяются на воздушных линиях напряжением до 154 кВ. Опорные изоляторы крепятся к траверсам посредством болтового соединения.

Основные материалы изоляторов

Для изготовления изоляторов используют фарфор, стекло и полимерные материалы.

Фарфоровые (керамические) изоляторы изготавливают из особого электротехнического силикатного фарфора, в состав которого входит глина (каолин), кварц и полевой шпат. Изделия покрывают толстым слоем стекловидной глазури, после чего обжигают в печах. Электротехнический фарфор обладает высокой диэлектрической прочностью и имеет отличную теплостойкость. Более 100 лет фарфор применяется для изготовления изоляторов для ВЛ.

Электротехническое (электроизоляционное) стекло — материал, для которого характерны высокие показатели удельного электросопротивления, большая диэлектрическая и механическая прочность, малые значения диэлектрических потерь.

Полимерные (композитные) изоляторы отливают из специальных композитов. Этот материал в несколько раз легче стекла и фарфора, что делает его более удобным в транспортировке и монтаже. При этом полимерные изоляторы менее долговечны, поскольку материал разрушается под действием ультрафиолета и солнечной радиации.

Устройство штыревых изоляторов

Штыревые изоляторы были и остаются ключевым изоляционным элементом на воздушных линиях электропередачи. Конструкция такого устройства крайне проста. В классическом исполнении штыревые изоляторы представляют собой монолитное изоляционное тело из стекла, фарфора или полимерного материала.

Для установки изолятора на металлическом штыре в его теле предусмотрено глухое отверстие с резьбой. Установка изолятора на штырь осуществляется с применением специальных пластиковых колпачков. Для крепления проводов на головке изолятора имеются специальные канавки.

Существуют и более современные модификации штыревых изоляторов, которые монтируются на штыре затяжкой гайки стягивающего хомута. До сих пор используются классические стеклянные и керамические изоляторы, для фиксации которых применяют паклю и свинцовый сурик.

Современные варианты штыревых изоляторов для изолированных проводов снабжены разрезной поворотной пластиковой втулкой в верхней части, что позволяет проводить монтаж провода без раскаточных роликов.

Устройство подвесных изоляторов

Диэлектрическая часть подвесных изоляторов состоит из фарфора или специального закаленного стекла. Внутри изолирующей части расположены металлические детали (головка) — шапка из ковкого чугуна и стальной стержень. Для соединения изоляционного тела с металлической арматурой используется специальный цемент.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа объединяются в гирлянды путем последовательного соединения, что позволяет получить гирлянды на необходимое номинальное напряжение.

Применение изоляторов тарельчатого типа исключает падение провода на землю в случае повреждения изоляционного тела, поскольку механическая прочность всей гирлянды не нарушается. Для эксплуатации в условиях повышенной загрязненности окружающей среды разработаны тарельчатые изоляторы, которые имеют более сложную форму изоляционного тела. Такие устройства отличаются повышенными разрядными показателями и увеличенной длиной пути утечки.

Устройство опорных изоляторов

Классический опорный изолятор стержневого типа состоит из фарфорового корпуса цилиндрической формы, внутри которого находится фасонная гайка для крепления к траверсе. Гайка закреплена внутри изоляционного тела (в нижней его части) на цемент. В верхней части фарфор армирован металлической шапкой.

Улучшить разрядные характеристики изолирующего устройства можно путем внедрения внутреннего экрана, который снижает напряженность электрического поля. Роль такого экрана выполняют металлические элементы внутренней заделки арматуры.

Опорные изоляторы различают по номинальному напряжению и механической прочности, поскольку устройства в процессе эксплуатации подвержены изгибающим механическим нагрузкам.

Преимущества стеклянных изоляторов

Одним из ключевых преимуществ стеклянных изоляторов является прозрачность материала. Благодаря этому можно визуально установить наличие/отсутствие скрытых дефектов внутри изоляционного тела.

Отдел технического контроля на предприятии-изготовителе проверяет каждое изделие на отсутствие пузырьков в силовой головке изолятора (оптический контроль).

Стеклянные изоляторы не подвержены старению, они не разрушаются под действием ультрафиолета. Стекло обладает нулевой водопроницаемостью.

При выходе из строя стеклянные изоляторы можно идентифицировать визуально при обходе линии электропередачи эксплуатационным персоналом.

Преимущества фарфоровых изоляторов

К преимуществам изоляторов из электротехнического фарфора можно отнести высокую термостойкость. Фарфоровые изделия выдерживают несколько циклов резких изменений температуры с перепадом в 700℃. Материал устойчив к воздействию ультрафиолета и солнечной радиации. Высокие диэлектрические свойства электротехнического фарфора практически исключают пробой изолятора.