4. Линейные и аппаратные изоляторы

Токоведущие части электрических установок и отдельных аппаратов должны быть хорошо и надежно изолированы одни от других и от земли. 

Для выполнения этих функций и крепления токоведущих частей применяют различные изоляторы, которые бывают станционные, аппаратные и линейные.

 Станционные и аппаратные изоляторы используются для крепления и изоляции шин в распределительных устройствах электрических станций и подстанций или соответственно токоведущих частей аппаратов.

 Такие изоляторы делятся на опорные и проходные.

 Последние монтируются при проходе шин через стены и перекрытия внутри помещений, а также при выводе их из зданий или применяют для вывода токоведущих частей из корпусов аппаратов.

 Линейные изоляторы служат для крепления проводов воздушных электрических линий и шин открытых распределительных устройств.

 Изоляторы должны:

– обеспечивать достаточную электрическую прочность, определяемую напряженностью электрического поля (кВ/м), при которой материал изолятора теряет свойства диэлектрика;

– обладать достаточной механической прочностью, которая дает возможность противостоять динамическим усилиям, возникающим между отдельными токоведущими частями при коротком замыкании в цепи;

– обеспечивать неизменность своих свойств под влиянием окружающей среды (дождь, снег и т. п.);

– обладать достаточной теплостойкостью (не изменять своих электрических свойств при изменении температуры в определенных пределах);

– иметь поверхность, устойчивую против воздействия электрических разрядов.

 К электрическим характеристикам изоляторов можно отнести:

– номинальное и пробивное напряжения (минимальное напряжение, при котором происходит пробой изолятора);

– разрядные и выдерживаемые напряжения промышленной частоты в сухом состоянии (сухо-разрядное, при котором происходит перекрытие по поверхности изолятора без потери изоляционных качеств) и под дождем (мокро-разрядное, по смоченной поверхности изолятора), импульсные 50 %-ные разрядные напряжения обеих полярностей.

 К основным механическим характеристикам изоляторов можно отнести: минимальная (номинальная) разрушающая нагрузка (в ньютонах), приложенная к головке изолятора в направлении, перпендикулярном оси, а также размеры и масса.

Линейные изоляторы применяются для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций.

Аппаратные изоляторы служат для крепления и вывода токо-ведущих частей аппаратов, крепления шин в распределительных устройствах.

Аппаратный изолятор представляет собой конструкцию, предназначенную для электрической изоляции токоведущих частей аппаратов от земли или от токоведущих частей других полюсов или фаз, а также для поддержки и крепления частей, находящихся под напряжением.

Опорный изолятор для внутренней установки. Аппаратные изоляторы применяются для изоляции и крепления токоведущих частей аппаратов. Они могут быть как опорными, так и проходными.

5. Изоляция воздушных линий электропередачи и распределительных устройств

Издавна у энергетиков сложилась традиция называть устройства для передачи электроэнергии от источника (генератора) к потребителю термином «линия», хотя они имеют очень сложную техническую конструкцию и протяженность в отдельных случаях до нескольких сотен или тысяч километров.

Упрощенно любая линия электропередачи состоит всего из двух компонентов:

• системы тоководов, обеспечивающих протекание электрических потоков;

• диэлектрической среды, окружающей эти тоководы для исключения прохождения электроэнергии в ненужном направлении. Эту среду называют простым термином — изоляция.

По способу применяемых изоляционных материалов линии электропередач разделяют на:

• воздушные;

• кабельные.

Воздушные ЛЭП

Эти конструкции используют для изоляции тоководов диэлектрические свойства воздуха окружающей их атмосферы. При этом учитывается то, что его удельное сопротивление меняется в зависимости от погоды, температуры, влажности и других параметров. Чтобы исключить эти факторы выбирается оптимальное расстояние между проводами для каждого вида напряжения. С увеличением его значения возрастает безопасное удаление проводов друг от друга.

Поскольку потенциал каждого токовода может стекать на землю, то провода фаз также удаляются от поверхности земли. Однако, на практике их поднимают значительно выше потому, что под ними могут проходить или работать люди, передвигаться транспортные средства, размещаться хозяйственные постройки. Все это учитывается конструкцией опоры, на которой закрепляются провода.

Изоляция воздушных линий электропередачи

Кроме выбора воздушной дистанции между проводами и землей необходимо закрепить тоководы на мачтах так, чтобы не нарушить их электрическое сопротивление. Ведь материалы, используемые для опор (дерево и бетон при влажной погоде, а металлические конструкции при любых обстоятельствах), являются хорошими проводниками электрического тока.

Для закрепления открытых проводов на мачтах опор используются специальные конструкции, которые называютизоляторами. Их изготавливают из прочного диэлектрического материала. Чаще всего выбирают специальные сорта фарфора, стекла или реже — пластических масс.

По способу крепления к мачте изоляторы подразделяют на:

• штыревые конструкции, которые крепят на металлическом штыре, установленном на траверсе в вертикальном положении;

• подвесные устройства, подвешиваемые на мачте;

• натяжные модели, закрепляемые в горизонтальной плоскости для противодействия силам натяжения.

Все они изготавливаются на работу при определенном классе напряжения на линии. В тот же время они воспринимают значительные механические усилия в вертикальном и горизонтальном направлениях, создаваемые прикрепленными к ним проводами при любых погодных условиях.

Шквальные порывы ветра, даже в сочетании со снежными наростами и наледью не должны нарушить механическую прочность изоляторов и проводов, а продолжительный дождь и даже ливень — не нарушить их электрическое сопротивление. Ибо, в противном случае, возникнет аварийный режим, ликвидация которого потребует огромных затрат.

Изоляция кабельных линий электропередачи

Конструкция силового кабеля для ЛЭП зависит от величины передаваемой по нему мощности и приложенного напряжения.

Токопроводящие жилы кабеля обычно изготавливают из меди или алюминиевых сплавов, а тип применяемых диэлектрических материалов между ними зависит от величины приложенного напряжения.

В устройствах до 1000 вольт чаще всего применяются слои из полиэтиленовых составов или конструкции с бумажными наполнителями и жгутами, пропитанными кабельным маслом различной консистенции.

Для передачи по кабелю электроэнергии с более высокими напряжениями до 110 кВ и выше используют другие конструкции изоляционного слоя. Им может быть менее вязкое кабельное масло, инертные газы (чаще всего — азот). Давление масла в таких слоях может быть низким (до 1кг/см²), средним (до 3÷5 кг/см² ) или высоким (до 10÷14 кг/см²). Такие кабели работают в высоковольтных цепях до 500 кВ включительно.

Проверки изоляции линий электропередачи

Во время эксплуатации электрооборудования оценка состояния диэлектрических слоев производится:

• постоянно;

• периодически.

Постоянный анализ качества изоляции в автоматическом режиме осуществляют специальные устройства контроля. Они настроены таким образом, что замеряют очень малую в нормальном режиме величину токов утечек. Когда возникает нарушение диэлектрического слоя, то эти токи возрастают, а момент их перехода через критическое значение фиксируется релейной токовой схемой с выдачей команды на сигнализацию для оповещения оперативного персонала. 

Периодический контроль состояния изоляции электрооборудования, включая линии электропередач, возложен на специально сформированные электрические лаборатории, осуществляющие высоковольтные проверки в виде измерений и испытаний специализированными передвижными или стационарными установками.