Линейные изоляторы

Изоляторы, применяемые для крепления проводов воздушных линий электропередачи, делятся по своей конструкции на штыре­вые и подвесные. Подвесные в свою очередь подразделяются на изоляторы тарельчатого типа и стержневые изоляторы.

Линейные изоляторы испытывают механические нагрузки, ко­торые создаются натяжением проводов и зависят от сечения про­водов, длин пролетов между опорами, от температуры проводов, силы ветра и других условий эксплуатации. Для штыревых линей­ных изоляторов эти нагрузки являются главным образом изгибаю­щими. Подвесные изоляторы благодаря шарнирному креплению подвергаются только растягивающим усилиям.

Штыревые линейные фарфоровые изоляторы (тип ШФ на 10— 20 кВ) состоят из одного (см. рис. 3.2, а) или двух (см. рис. 3.2, б) фарфоровых элементов с сильно развитыми ребрами и металли­ческой арматуры в виде штыря. Фарфоровые элементы скрепля­ются между собой специальной цементирующей массой. Металли­ческий штырь армируется в нижнем фарфоровом элементе изоля­тора. С помощью штырей изоляторы укрепляются на траверсах опор линий электропередачи.

Штыри скрепляются с фарфором при помощи цемента или вин­товой нарезки. В первом случае к цементу прибавляют порошок фарфора для сближения коэффициентов температурного расшире­ния этих материалов. Во втором случае металлический штырь свин­чивается с телом изолятора при использовании волокнистого ве­щества, пропитанного битумным составом или суриком.

Рабочий провод крепится в канавке или на шейке головки изо­лятора при помощи вязальной проволоки или специальных креп­лений. Сам изолятор навертывается на металлический штырь или крюк, закрепленный на опоре. Чтобы крюк не проворачивался в опоре при натяжении провода, ему придается такая форма, чтобы ось провода и ось ввертываемой в опору части крюка лежали в од­ной плоскости.

При этом натяжение провода не создает вращаю­щего момента относительно оси крюка. Гнездо с резьбой для ввер­тывания штыря или крюка углублено в тело изолятора настолько, что верхние их части оказываются на уровне шейки изолятора. Этим достигается уменьшение изгибающего момента, действующего на тело изолятора. Механическая прочность штыревых изоляторов характеризуется минимальной разрушающей нагрузкой на изгиб.

В дождь внешняя часть поверхности изолятора оказывается полностью смоченной водой. Сухой остается лишь его нижняя по­верхность, поэтому почти все напряжение оказывается приложен­ным между концом внешнего ребра и штырем. Вследствие этого, несмотря на значительное увеличение диаметра изолятора (он при­мерно на 35 % больше высоты), мокроразрядное напряжение полу­чается вдвое меньше, чем сухоразрядное.

У фарфоровых изоляторов поверхность головки изолятора по­крывается полупроводящей глазурью, что создает более равномер­ное распределение потенциала по поверхности при рабочем напря­жении и устраняет коронирование в месте вязки проводов.

Штыревые линейные фарфоровые изоляторы изготавливаются на напряжения до 35 кВ. На напряжения ПО кВ и выше применя­ются изоляторы подвесного типа.

В обозначении штыревых линейных изоляторов первая буква указывает на тип изолятора: Ш — штыревой; вторая — на мате­риал, из которого изготовлен изолятор: Ф — фарфоровый, С — стеклянный; цифра показывает, на какое напряжение рассчитан изолятор. Например, ШФ6 означает штыревой, фарфоровый на напряжение 6 кВ, а ШС10 — штыревой, стеклянный на напряже­ние 10 кВ.

Подвесные линейные изоляторы бывают тарельчатого и стерж­невого типов и предназначаются для работы в гирляндах изолято­ров. У подвесных изоляторов тарельчатого типа для крепления к токоведущим частям и заземленным конструкциям предусмотрена металлическая арматура в виде колпаков (шапок) и пестиков (стер­жней).

Большое распространение получили подвесные шарнирные изоляторы тарельчатого типа, изготовленные из фарфора или стекла (рис. 3.3, а, б). В этих изоляторах сверху при помощи це­мента 5 прикрепляется металлический колпак 3 из ковкого чугу­на, а внизу изолятора заделывается пестик 2 из стали. При соеди­нении изоляторов в гирлянду (рис. 3.3, в) головка пестика входит в соответствующее гнездо колпака соседнего элемента и закреп­ляется при помощи замка. Гибкое соединение между элементами гирлянды дало повод назвать рассматриваемые изоляторы шар­нирными.

На рис. 3.3, or показан изолятор типа ПФ-6А с конической го­ловкой. Если приложить к такому изолятору растягивающую на­грузку, направленную вдоль его оси, то цементное тело конической формы, расположенное в гнезде головки, будет работать как клин, стремящийся расширить головку изолятора. Внешняя поверхность головки, имеющая форму конуса, также образует клин, который сжимается при вдавливании в цементную прослойку 4 между шап­кой и головкой. В результате фарфор в боковых стенках головки испытывает в основном напряжение сжатия.

Чтобы при изменениях температуры в головке не возникали опасные механические напряжения, предусмотрена возможность некоторого перемещения фарфора относительно цемента. С этой целью наружные и внутренние поверхности головки делают гладки­ми, глазурованными, чтобы цемент с ними не схватывался. Угол ко­нусности головки делается достаточно большим, не менее 10—13°.

Недостатком таких изоляторов являются относительно большие размеры шапки, что неблагоприятно сказывается на разрядных характеристиках гирлянд. Кроме этого, обратная конусность го­ловки не позволяет изготавливать их методом штамповки.

Несколько меньшие размеры шапки у изоляторов с цилиндри­ческой головкой (см. рис 3.3, б). Для прочного закрепления шапки боковые поверхности головки покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором, а для компенсации тем­пературных деформаций и устранения механических напряжений поверхность головки покрывают битумным составом.

Размеры и форма тарелки у изоляторов с конической и цилинд­рической формами головок одинаковы. Верхняя гладкая поверх­ность тарелки наклонена под углом 5—10° к горизонтали для того, чтобы обеспечить стекание дождевой воды. Край тарелки изогнут вниз и образует капельницу, не допускающую возникновения не­прерывного потока воды с верхней поверхности изолятора на ниж­нюю. Нижняя поверхность тарелки сделана ребристой для увели­чения длины пути утечки тока по поверхности и повышения мок­роразрядного напряжения. Изоляторы, предназначенные для ра­боты в загрязненных районах, имеют существенно более сложную форму (рис. 3.3, д).

Конструкция стеклянных изоляторов аналогична рассмотрен­ным выше. В связи с тем, что коэффициенты температурного рас­ширения стекла, цемента и арматуры приблизительно одинаковы, в стеклянных изоляторах отсутствует битумная промазка.

Существенное достоинство изоляторов тарельчатого типа со­стоит в том, что при повреждении изоляционного тела (в случае пробоя под шапкой) механическая прочность изолятора не нару­шается и, следовательно, пробой изолятора в гирлянде не приво­дит к падению провода на землю.

Антивандальные изоляторы устойчивы к ударам и нагрузкам (рис. 3.3, г). Изолирующий элемент изготовлен из силикона.

Подвесные изоляторы выпускаются рассчитанными на электро­механическую прочность от 45 до 400 кН.

На сети электрифицированных железных дорог используются тарельчатые подвесные стеклянные изоляторы нормального испол­нения — 9ПС70-Е, ПСВ120-Б0 и грязестойкие — 9ПСД70-Е, ПСВ120-Б0, а также изоляторы марок ПСС70-А, ПСС70-Б, ПС70-Д, ПФ70-Ф, ПФ70-Ж, ПТФ70, СФ70-А, ПФС70-А, ПСА120-А, ССА120-А.

В маркировке изоляторов буквы обозначают: П — подвесной, Ф — фарфоровый, С — стеклянный, Г — для районов с загрязнен­ной атмосферой, А — антивандальный (устойчивый к ударам и на­грузкам). Буквы после цифрового обозначения показывают вари­ант исполнения изолятора (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж).

Первая буква условного обозначения тарельчатого изолятора определяет его назначение; вторая — материал изоляционной де­тали («тарелки»); третья — конфигурацию «тарелки»: В — с втяну­тым ребром, Д — двукрылая, С — сферическая; цифры указывают класс изолятора (механическую разрушающую силу при растяже­нии, кН). Например, ПФГ-50А означает: изолятор подвесной, фар­форовый, предназначенный для работы в условиях сильного за­грязнения атмосферы, с электромеханической прочностью 50 кН, тип исполнения А — нормальный.

Подвесные фарфоровые стержневые изоляторы представляют собой сплошной стержень с ребрами на поверхности, армирован­ный на концах двумя металлическими шапками при помощи це­ментного раствора (рис. 3.4). Диаметр фарфорового стержня вы­бирается в зависимости от требуемой механической прочности.

Применение стержневых изоляторов дает значительную эконо­мию металла за счет уменьшения числа шапок, уменьшения массы и, главное, длины изоляционной конструкции, на которой крепит­ся провод. Недостатком изоляторов этого типа является возмож­ность их полного разрушения и, следовательно, падения провода на землю или заземленные конструкции. Ограничивает их приме­нение также сравнительно невысокая механическая прочность.

Из-за большой длины пути утечки тока, а также относительно простой формы, обеспечивающей хорошую очистку поверхности в дождь и ветер, стержневые изоляторы

весьма перспективны для применения в районах сильного загрязнения. Изолятор с винтооб­разными ребрами (см. рис. 3.4, 6) хорошо очищается струей дож­дя, стекающей по желобу, который образует ребро. Такие изолято­ры имеют более высокие мокроразрядные характеристики, повы­шенные импульсные разрядные напряжения и обеспечивают более надежную работу в тяжелых климатических условиях.

В последнее время все более широкое применение в качестве стер­жневых подвесных изоляторов находят изоляторы из полимерных материалов (см. рис. 3.4, в) с длиной каждого изолирующего эле­мента 2,5—3 м (330 кВ), последовательное соединение таких изоля­торов образует гирлянды изоляторов для линий напряжением 750— 1150 кВ и перспективных более высоких.

В маркировке подвесных стержневых изоляторов буквы означа­ют следующее: П — подвесной, С — стержневой, Ф — фарфоровый, а цифры указывают на величину электромеханической нагрузки.

В маркировке полимерных изоляторов буквы означают следу­ющее: Н — натяжной, П — подвесной, Кр — кремнийорганическая резина, ребристый; индекс т — трубка; цифра в числителе — класс изолятора; цифра в знаменателе — длина пути утечки тока в метрах.