2. Назначение и типы изоляторов

Изоляторами высокого напряжения называются электроизоляционные конструкции, осуществляющие электрическую изоляцию и механическое крепление (поддержание) токоведущих частей установок ВН.

Диэлектрики, из которых изготавливаются изоляторы, должны обладать следующими свойствами:

• иметь высокую механическую прочность;

• иметь высокую электрическую прочность на пробой и при разряде на поверхности;

• они должны быть негигроскопичны и не должны изменять своих свойств под действием различных метеорологических факторов.

Изоляторы ЛЭП несут нагрузку от тяжения проводов, исчисляемую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоляторы, на которые крепятся шины распределительных устройств, выдерживают большие нагрузки от электодинамических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.

Пробой твердого диэлектрика означает выход изолятора из строя, так как разряд по поверхности при условиях быстрого отключения не причиняет изолятору никаких повреждений. Поэтому пробивное напряжения твердого диэлектрика в изоляторе всегда делается в 1,5 выше, чем напряжение перекрытия по поверхности, которое и определяет электрическую прочность изолятора.

При неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, увлажненные загрязнения) на поверхности изоляторов наружной установки (т.е. установленных на открытом воздухе) могут возникать частичные дуги, под действием которых поверхность изоляторов может обугливаться и на ней могут появляться проводящие следы – треки, снижающие электрическую прочность изолятора. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингстойкостью.

Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурированный электрический фарфор, стекло и а также некоторые пластмассы.

Механическая прочность изолятора зависит от вида нагрузки.

Механическая прочность фарфоровых образцов диаметром 2 –3 см при сжатии оставляет 450 МПа, при изгибе - 70 МПа, при растяжении - 30 МПа. Стекло имеет примерно такие же показатели. Поэтому наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, которые работают на сжатие.

Электрическая прочность фарфора составляет 3040 кВ/мм.

Электрическая прочность стекла несколько выше и составляет 45 кВ/мм.

Изоляторы из этих материалов обладают также высокой трекингстойкостью.

В зависимости от условий работы изоляторы для наружных и внутренних установок. В наиболее сложных условиях находится внешняя изоляция изоляторов наружной установки, поверхности которых могут загрязняться и увлажняться дождем и другими мокрыми осадками. Чтобы обеспечить внешние значения разрядных напряжений при относительно небольших габаритах, изоляторы наружной установки, выполняемой с сильно развитыми поверхностями, т.е. с ребрами или юбками. Число, форма и размеры ребер или юбок – основные конструктивные параметры изоляторов, от которых зависит их эксплуатационные характеристики.

Ребра и юбки увеличивают длину утечки по поверхности, от которой наиболее сильно зависит разрядное напряжение при дожде и загрязнениях.

U_P ≈ K₁ ( ρ_п / Δ• D_Э)^0.4 • L_Y

где K₁ – постоянный коэффициент, определяется эксперементально.

ρ_п – удельное объемное сопротивление этого слоя.

D_Э – эквивалентный диаметр цилиндра из твердых диэлектриков.

Δ – толщина слоя, который образовали увлажненное загрязнение или дождевая вода на поверхности диэлектрика

L_Y – полная длина утечки по поверхности твердого диэлектрика.

Кроме того, при некоторых видах мокрых осадков нижние поверхности ребер или юбок смачиваются в меньшей степени, и это значительно увеличивает полное сопротивление утечки при правильно выбранных размерах и форме ребер разряд, развивающийся вдоль изолятора, отрывается от его поверхности. В том случае участки вдоль поверхности изолятора с чисто воздушными промежутками и разрядное напряжение оказывается более высоким. Однако с увеличением числа и размера ребер растет не только полная длина утечки по его поверхности, но и эквивалентный диаметр D_Э, что отрицательно влияет на разрядное напряжение.

От формы изолятора зависит интенсивность его загрязнения и эффективность очистки поверхности при дожде и ветре. Все это учитывают при выборе формы изоляторов.

По напряжению изоляторы ВН делятся на линейные и аппаратные (станционно – аппаратные )

Линейные изоляторы используются для крепления проводов воздушных ЛЭП к опорам и конструкциям открытых распределительных устройств открытых подстанций.

Аппаратные изоляторы служат для крепления токоведущих шин и деталей электрических аппаратов ВН и РУ электростанций и подстанций (выключатели, разъединители и др.)

Аппаратные изоляторы по своему назначению и конструкции делятся на опорные и проходные изоляторы.

Опорные и подвесные изоляторы служат для крепления токоведущих шин; проходные изоляторы испытывают в основном изгибающие мех нагрузки, обусловленными электродинамическими силами от токов к.з., давлением ветра, воздействием при работе контактов и т.д. Поэтому, основной механической характеристикой этих изоляторов является гарантированная механическая прочность на изгиб.

Опорные изоляторы в свою очередь делятся на стержневые и штыревые.