Опорные стержневые изоляторы

Н аиболее простую форму имеют изоляторы стержневого типа для закрытых РУ (рис..).

Рис. Опорные стержневые изоляторы типа ОФ внутренней установки на напряжение 6 кВ без внутреннего экрана.

Он представляет собой полое фарфоровое тело, которое с помощью цемента армирован внизу чугунным фланцем, а наверх – чугунной шашкой. Металлическая арматура служит для механического крепления изоляторов и токоведущих частей. Она может также изготавливаться из стали. В отдельных случаях применяется немагнитный чугун, содержащий в своем составе Ni и Mn или цветной металл, во избежание чрезмерного нагревания из-за перемагничивания.

Улучшение разрядных характеристик опорного изолятора может быть достигнуто с помощью внутреннего экрана, уменьшающего электрическое поле у шапки.

Роль внутреннего экрана в опорных изоляторах выполняют металлические элементы внутренней заделки арматуры (рис..).

Изолятор такой конструкции имеет меньшие размеры и массу. Для повышения разрядного напряжения на теле изолятора делается ребро, которое заставляет разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т.е. по пути с меньшей напряженностью.

Рис. Опорно-стержневой изолятор на напряжение 6 кВ для внутренней установки

Стержневые опорные изоляторы внутренней установки выпускаются на номинальное напряжение до 35 кВ и имеют механическую прочность на изгиб от 3750 – 42500 Н. В обозначении этих изоляторов указывается их тип, номинальное напряжение и механическое напряжение в кгс. Например: ОФ-35-750 – опорный, фарфоровый изолятор на 35 кВ, механическая прочность на изгиб 7,5 кН.

Стержневые опорные изоляторы для наружной установки отличаются сильно развитой поверхностью (т.е. значительным увеличением ребер) (рис..).

Рис. Опорно-стержневой изолятор типа ОНС на напряжение 35 кВ для наружной установки

На напряжение 35 – 110 кВ такие изоляторы изготавливаются в виде сплошного фарфорового стержня с равномерно расположенными ребрами. Пример обозначения таких изоляторов: ОНС – 110 – 1000 – опорный, наружной установки, стержневой, на 110 кВ, с механической прочностью 10 кН.

Опорные штыревые изоляторы

С увеличением номинального напряжения и высоты изоляторов растут изгибающие моменты и прочность стержневых изоляторов оказывается недостаточной. Не обеспечивают они и необходимую прочность и в условиях с относительно низким напряжением, но с большими токами короткого замыкания. Лучшими механическими характеристиками обладают изоляторы штыревого типа (рис..).

Рис. Штыревой опорный изолятор типа ОНШ на напряжение 10 кВ

Их отличительной особенностью является использование тонкостенного фарфора, электрическая и механическая прочность которого растет с уменьшением толщины и применением стального штыря, воспринимающего на себя основную часть изгибающего усилия.

Механическая прочность изолятора такого типа определяется прочностью его штыря, а не изоляционного тела, т.к. изгибающий момент, действующий на фарфоровую часть, из-за малого плеча оказывает много меньшее изгибающего момента приложенного к штырю. Изоляторы такого типа на напряжение 35 кВ (рис..)имеют две и более фарфоровые части, соединенные между собой цементом.

Рис. Опорно-штыревой изолятор на напряжение 35 кВ

В установках на напряжение 110 кВ и выше используют колонки, состоящие из нескольких установленных друг на друга опорно-штыревых изоляторов на напряжение 35 кВ.

Одиночные колонки из 3 – 5 изоляторов применяются в установках с напряжением до 220 кВ. При более высоких напряжениях используются в основном опорные конструкции в виде треноги, состоящей из нескольких колонок. Изоляторы в таких конструкциях работают не только на изгиб, но и на растяжение и сжатие.

Проходные изоляторы из изоляционного фарфорового тела, токоведущего стержня, проходящего внутри фарфорового тела и фланца, с помощью которого изолятор укрепляется на стене, перекрытие или ограждение (рис..).

Р ис.. Проходной изолятор на напряжение 35 кВ для внутренней установки.

В обозначении проходных изоляторов, кроме номинального напряжения и минимального разрушающего напряжения, указывают и номинальный ток. Например: П – 10/400 – 750 – проходной изолятор внутренней установки, на 10 кВ, 400 А и 7,5 кН. Для изоляторов наружной установки после буквы П ставится буква Н (ПН). Например: ПНШ – 35/3000 – 2000 –проходной, наружной установки, шинный, на напряжение 35 кВ, номинальный ток - 3 кА, механическая прочность 20 кН.

Линейные изоляторы, применяемые для крепления проводов воздушных ЛЭП, делятся по своей конструкции на штыревые, подобные опорным штыревым и подвесным. Последние, в свою очередь, подразделяются на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Линейные изоляторы испытывают механические нагрузки, которые создаются тяжением проводов и зависят от сечения проводов и длин проемов между опорами, от температуры проводов, силы ветра и др. факторов. Для штыревых изоляторов эти нагрузки являются главным образом изгибающими. Подвесные изоляторы благодаря шарнирному креплению подвергаются только растягивающим усилиям.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6 – 10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которой ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре, провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или зажимов.

Р ис. Штыревой линейный изолятор на напряжение 10 кВ.

На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых изоляторов: первая буква Ш, вторая Ф (фарфоровый) или С (стеклянный), затем ставится цифра, которая показывает рабочее напряжение. Например: ШФ6, ШС10.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа широко применяются на воздушных ЛЭП 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (стеклянной или фарфоровой), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура – шапка и стержень.

Рис. Подвесной изолятор тарельчатого типа.

Путем последовательного соединения таких изоляторов можно получить гирлянды на любое номинальное напряжение.

Из-за параллельного соединения изоляторы в гирлянде работают только на растяжение. Однако сами изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие вызывает в изоляционном теле напряжения сжатия и среза, тем самым используются весьма высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

Соединение изоляторов в гирлянду осуществляется путем введения из утолщения головки стержня в специальное ушко на шапке др. изолятора и закрепления его замком. Длина стержня делается минимальной, но достаточной для уютной сборки гирлянды.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхность головки, покрывают фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которые покрывают все элементы изолятора, соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхность головки имеет опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе. Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5 – 10^° к горизонтали, что обеспечивает стекания воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполнена ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой диэлектрика (фарфора или стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность при этом не нарушается и падение провода на землю не происходит.

Проверка механической прочности тарельчатых изоляторов проводится при плавном увеличении механической нагрузки и одновременном воздействии напряжения, равного 75 – 80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

При этом механические повреждения изоляционного тела под шапкой обнаруживается по электрическому пробою. Величина механической нагрузки, повреждающей изолятор при этом испытании, называется электромеханической прочностью изолятора. Эта характеристика указывается в обозначении изолятора.

Например: ПФ6 – подвесной, фарфоровый, с электромеханической

прочностью 60 кН.

ПС16 – подвесной, стеклянный, с электромеханической

прочностью 160 кН.

ПСГ–22 – подвесной, стеклянный, для районов с

загрязненной атмосферой на 220 кН.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа выпускается с электромеханической прочностью от 60 до 400 кН.

Подвесные стержневые изоляторы, представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками (рис..).

Применение стержневых изоляторов дает значительную экономию металла за счет уменьшения числа шапок, уменьшения массы, а главное длины изоляционных конструкций, на которых крепится провод. Эти изоляторы как правило выполняются из фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов.

Рис. Стрежневой подвесной изолятор на напряжение 110 кВ

Стержневые изоляторы из фарфора не нашли в России применения, вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением провода на землю.

3. Виды и условия испытаний внешней изоляции

Испытания внешней изоляции проводятся при переменном напряжении частотой 50 Гц, при коммутационных и грозовых импульсах.

Испытания переменным напряжением дают возможность судить о надежности изоляции при воздействии внутренних перенапряжений.

Испытания изоляторов проводятся как в сухих условиях, так и под дождем (для наружной изоляции).

Испытания переменным напряжением загрязнённой и увлажнённой изоляции показывают её работоспособность при рабочем напряжении.

При испытаниях напряжением промышленной частоты приложенное напряжение плавно повышается до установленного стандартного значение, а затем без выдержки по времени плавно снижается.

Параметры искусственного дождя должны быть следующие: сила дождя 3 0,3 мм /мин,  воды 100 5 Ом м при температуре 20 ^оС, угол падения капель около 45^о к горизонтали.

Испытания коммутационными импульсами напряжения проводятся при положительной и отрицательной полярности импульсов. Форма апериодического импульса: время подъема напряжения до максимума 25050 мкс, длительность импульса от начала до момента, когда напряжение понижается до половины максимального значения 2500500 мкс.

Кратко такой импульс обозначается как 250/2500. Испытания изоляторов проводятся в сухом состоянии и под дождем. Допускается замена испытаний коммутационными импульсами испытанием переменным напряжением.

Испытания грозовыми импульсами напряжения позволяют проверить способность изоляции противостоять грозовым перенапряжениям.

Испытания проводятся при положительной и отрицательной полярности импульсов. Форма полного импульса: длительность фронта 1,20,36 мкс, длительность импульса 5010 мкс. Кратко импульс обозначается как 1,2/50 мкс.

Определение параметров грозового импульса показано на рис.

Рис.

Импульсные испытания изоляторов проводятся по так называемому пятиударному методу: изолятор должен выдерживать при каждой полярности 5 раз полный импульс 1,2/50 мкс и 5 раз импульс, срезанный по времени до 2 – 3 мкс.

Испытания проводятся только в сухих условиях, поскольку дождь и загрязнения при таких кратковременных воздействиях, как грозовые импульсы, практически не влияют на значения разрядных напряжений.

Лекция 4