Изолирующие вставки из полимерных материалов
Полимерные изоляторы представляют собой изолирующие элементы, которые могут быть установлены в различных узлах и устройствах контактной сети. Широкое применение получили полимерные стержневые изоляторы. Разработаны полимерные подвесные изоляторы, а также консольные, фиксаторные 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, по которым допускается скольжение полоза токоприемника. Полимерные изоляторы и изолирующие вставки имеют 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 токопроводящих 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 трекингостойкости позволяет оценить возможность и эффективность использования полимеров в атмосферных условиях, а также в местах повышенного загрязнения.
Трекингостойкость полимерных изоляторов и изолирующих вставок зависит от состава и структуры материала, из которого они изготовлены, удельной длины пути утечки, состава загрязняющего вещества, формы изоляторов.
Опыт эксплуатации полимерных изоляторов и изолирующих вставок в устройствах контактной сети показывает, что при напряжении 3 кВ длина изоляторов и их форма определяются выдерживаемым напряжением под дождем, а при напряжении 25 кВ — трекингостойкостью.
Одной из особенностей полимерных материалов является то, что их механическая прочность в процессе эксплуатации снижается. Анализ результатов испытаний стеклопластиковых стержней на растяжение показывает, что разрушение стержней происходит тогда, когда их деформация достигает некоторого предела. При этом деформация, обусловленная ползучестью материала (способностью материала деформироваться под нагрузкой во времени), зависит от значения механического 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.
При правильно выбранной площади сечения 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. 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—130 кВ. Выдерживаемое напряжение изоляции контактной сети постоянного тока напряжением 3 кВ должно быть не менее соответственно 40 и 50 кВ.
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.
Опыт эксплуатации различных полимерных изоляторов и изолирующих вставок показал, что 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.
Перспективными являются полимерные гладкостержневые изоляторы с фторопластовой защитой трубкой (рис. 2.7). В контактной сети на напряжение 25 и 3 кВ устанавливают комбинированные полимерные стержневые изоляторы, состоящие из несущих стеклопластиковых стержней и защитных 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 арматурой контактной сети на стержни устанавливают клееобжимные металлические оконцеватели.
Конструктивное выполнение и основные размеры полимерных подвесных, натяжных, фиксаторных, консольных и опорных изоляторов показаны на рис. 2.8 и 2.9.
Изолирующие вставки из полимерных материалов в зависимости от назначения могут быть прессованными брусковыми, стержневыми и вставками-скользунами. Секционные изоляторы на напряжение 3 кВ 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 кремнийорганическим вазелином КВ-3 или пастой КПД — 70 кВ. Вставки из АГ-4С имеют низкую трекин- гостой кость.
Для секционных изоляторов переменного тока на напряжение 25 кВ и для секционных изоляторов постоянного тока на напряжение 3 кВ в качестве несущих стержней используют стеклопластиковые стержни диаметром 14—22 мм. Для соединения с другими элементами секционного изолятора на стержни устанавливают оконцеватели.
В секционных изоляторах на напряжение 3 кВ, эксплуатируемых в условиях чистой и загрязненной атмосферы, могут быть
Рис. 2.7. Полимерная изолирующая вставка с фторопластовой защитной трубкой (а); изолирующий элемент ССФт-50-25/(1,3-1,8) для секционных изоляторов контактной сети (б)
Рис. 2.8. Полимерные изоляторы с ребристым защитным чехлом из кремнийор-