А) б)

Рисунок 1 – Штирьові лінійні ізолятори типу ШФ-6

1. –на 6 кВ;

б) –на 35 кВ.

З метою одержання необхідних електричної і механічної міцності виконуються з двох порцелянових частин, що склеюються цементним розчином. Спідниці штирьового ізолятора запобігають суцільному змочуванню поверхні при дощі, завдяки чому підвищуються вологорозрядні напруги ізоляторів. Умовна позначка даного типу ізолятора розшифровується в такий спосіб: Ш – штирьовій, Ф – порцеляновий, С – скляний.

Число показує номінальну напругу установки, на яку розрахований даний ізолятор, у кВ. Буквою А, Б і т.п. позначаються ізолятори різного конструктивного виконання.

2. Лінійні підвісні ізолятори тарілчастого типу.

На лініях 35 кВ і вище застосовуються переважно підвісні ізолятори тарілчастого типу. Шляхом послідовного з’єднання таких ізоляторів можна одержати гірлянди на будь-яку номінальну напругу. Як уже відзначалося, Через шарнірне з’єднання ізолятори в гірлянді працюють тільки на розтягання. Однак самі ізолятори сконструйовані так, що зовнішнє розтяжне зусилля викликає в ізоляторному тілі, в основному напруги стиску і розрізу, тим самим використовується дуже висока міцність порцеляни і скла на стиск.

Основу ізолятора складає порцелянове чи скляне тіло–тарілка (рис. 2), середня частина якої витягнута до верха називається голівкою. На голівці кріпиться шапка з ковкого чавуна, а в гніздо, розташоване у середині голівки, зашпаровується сталевий стрижень. Армування ізолятора, тобто механічне з’єднання ізоляційного тіло з металевою арматурою, виконується за допомогою портландцементу високою якістю марки не нижче 500-600, що має температурний коефіцієнт розширення (ТКР) близький до ТКР порцеляни. Внутрішні і зовнішні поверхні ізоляційного корпуса глазуровані. З такою поверхнею цемент не схоплюється, і можливі малі переміщення цементної маси в корпусі, що запобігають небезпечним перло механічним напругам в ізоляторі при коливаннях температури.

Механічне навантаження несе, в основному, голівка ізолятора і насамперед її бічні частини – силовий вузол. Тому конструкції тарілчастих ізоляторів розрізняються в першу чергу формою голівки. На рис. 2 показанні ізолятори з конічною голівкою. При додатку на ізолятора навантаження, що розтягує, спрямований удовж осі ізолятора, цементне тіло конічної форми, розташоване в гнізді голівки, працює як клин, що прагне розширити голівку ізолятора.

Зовнішня поверхня голівки, що має форму конуса, також утворить клин, який стискується при вдавленні в цементний прошарок між шапкою і голівкою. У результаті порцеляна в бічних стінках голівки відчуває, в основному, напругу стиску.

Недоліком ізолятора з конічною голівкою є відносно великі розміри шапки, що несприятливо позначається на розрядних характеристиках гірлянд. Крім цього, так називана зворотна конусність голівки не дозволяє виготовляти ізолятори високопродуктивним методом штампування. Тому останнім часом стали застосовувати ізолятори з циліндричною голівкою, що має невелику пряму конусність, що полегшує процес штампування ізоляційного тіла. Для міцного закріплення шапки бічні поверхні голівки прикривають порцеляновою крихтою, що при випалі міцно спікається з порцеляною. Для компенсації температурних деформацій, обумовлених розходженням коефіцієнтів температурного розширення порцеляни і цементу, поверхня голівки покривається бітумним складом. Верхня, гладка поверхня тарілки ізолятора виконується з нахилом під кутом 5-10 градусів до горизонталі для того, щоб забезпечити стикання дощової води. Край тарілки загнутий донизу, і утворює так звану крапельницю, що не допускає безупинного потоку води з верхньої поверхні ізолятора на нижню. Нижня поверхня тарілки зроблена ребристою для збільшення довжини шляху витоку струму по поверхні Ly і підвищення волого розрядної напруги. Конструкція скляних ізоляторів аналогічна розглянутим. Важлива перевага ізоляторів тарілчастого типу полягає в тому, що при ушкодженні ізоляційного тіла, наприклад, у випадку пробою під шапкою,

а) б)

Рисунок 2 – Лінійні підвісні ізолятори тарілчастого типу

в)

Рисунок 2 – Лінійні підвісні ізолятори тарілчастого типу

а) – порцеляновий – ПФ-60-В;

б) – скляний – ПС-60-А;

в) – конструкція підвісних ізоляторів тарілчастого типу:

1) –ізолююча тарілка з порцеляни;

2)– чавунна шапка;

3)– армування із цементного раствору;

4)– штир.

механічна міцність ізолятора і, отже, усієї гірлянди не порушується. Завдяки цьому пробій ізолятора в гірлянді не приводить до падіння проводу на землю.

Перевірка механічної міцності тарілчастих ізоляторів виконується при плавному збільшенні механічного навантаження й одночасному прикладанні напруги, що складає 75-80% сухо розрядної.

При цьому механічне ушкодження ізоляційного тіла під шапкою виявляється по електричному пробою. Величина механічного навантаження, що ушкоджує ізолятор при такому іспиті, називається електромеханічною міцністю ізолятора. Наприклад, ПФ60 – підвісний порцеляновий електромеханічною міцністю 60 кН (6м), ПС160 – підвісний, скляний на 160 кН (16м). Зовнішній вигляд основних типів підвісних ізоляторів представлений на рис 2. Характеристики найбільш розповсюджених типів підвісних ізоляторів приведені в табл.. 1.

Таблиця 1 – Основні характеристики деяких підвісних, лінійних, опорних і прохідних ізоляторів

Тип ізолятору	Гарантова- не ел. ме- ханічне нав., кН не менш		Основні розміри, мм			Поправоч- ний коеф. ефектив- ності К	Діюча напруга корони, кВ	Діюча се- редня во- логороз-рядна нап- руженість, кВ/м
			Н	Д	Ly
1	2		3	4	5	6	7	8
Ізолятор із загартованого скла
ПС-60-А ПС-60-Б ПС-120-А ПС-160-А ПС-220-А ПС-300-А ПС-400-А ПС-160-В	60 60 120 160 220 300 400 160		130 130 140 180 200 190 190 170	255 255 280 320 320 320 320 280	255 300 325 360 390 350 445 390	1,0 1,0 1,2 -- 1,1 1,1 1,1 1,2	28 28 35 -- 40 45 50 40		260 280 230 -- 230 200 200 230
Порцелянові ізолятори
ПФ-60-Б ПФ-60-В ПФ-60-В ПФ-200-А	60 60 160 200		140 140 173 194	270 270 280 280	280 324 365 420	-- 1,1 1,2 1,1	1,0 35 -- --		250 250 240 240
Ізолятори для районів з підвищеним рівнем забруднення
ПФГ-60 ПФГ-80 ПСГ-60-А ПСГ-160-А ПСГ-160-В ПСГ-220-А	60 80 60 160 160 220		198 214 130 160 180 185	270 300 285 320 350 370	470 470 400 480 555 570	-- -- -- -- -- --	-- -- -- -- -- --		-- -- -- -- -- --
Опорно-штирьові ізолятори на різні класи напруги
ОНШ-6/0,3 ОНШ-10/0,2 ОНШ-35/1,0 ОНШ-35/2,0		0,3 0,2 1 2	-- -- -- --	-- -- -- --	190 205 710 865	-- -- -- --	-- -- -- --		28 34 80 85

Продовження табл.1

Опорно-стрижневі ізолятори на різні класи напруги
1	2		3		4	5	6	7	8
ОНС-10/0,3 ОНС-10/1,0 ОНС-10/2,0 ОНС-15/1,5 ОНС-20/1,0 ОНС-35/1,0 ОНС-35/0,5 ОНС-35/2,0 ОНС-110/0,5 ОНС-110/1,0 ОНС-110/2,0	0,3 1 2 1,5 1 1 0,5 2 0,5 1 2		-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --		-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --	215 215 530 460 1050 1050 720 1900 2010 2000 --	-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --	-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --	34 34 34 45 55 85 85 85 215 215 215
Ізолятори прохідні зовнішнього розташування на різні класи напруги
ПН10/400-0,75 ПН10/1000-0,75 ПН35/1000-0,75 ПНУ35/1000-0,75 ПН10/1000-0,75 ПН10/3000-1,25		0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,25		-- -- -- -- -- --	-- -- -- -- -- --	200 200 700 1050 255 600	-- -- -- -- -- --	-- -- -- -- -- --	34 34 85 -- -- 55

3. Лінійні підвісні ізолятори стрижневого типу.

Стрижневий підвісний ізолятор (рис. 3) являє собою порцеляновий циліндричний стрижень з ребрами, армований металевими шапками, для міцного з’єднання шапок з порцеляною кінці стрижня, а також внутрішньої опорної поверхні шапок мають конічну форму. Діаметр порцелянового стрижня вибирається в залежності від необхідної механічної міцності з обліком того, що порцеляна при такій товщині має міцність на розтягання 1300-1400 Н/см.

Застосування стрижневих ізоляторів дає значну економію металу за рахунок зменшення числа шапок, зменшення маси і, головне, дожени ізоляційної конструкції, на якій кріпиться провід. Недоліками ізоляторів цього типу є можливість їхнього повного руйнування і падіння проводу на землю. Обмежує їхнє застосування також порівняно невисока механічна міцність порцелянового стрижня, що працює в даному випадку нам розтягання.

Через велику довженну шляху витоку, а також відносно простої форми, що забезпечує гарне очищення поверхні дощем і вітром, стрижневі ізолятори дуже перспективні для районів із забрудненою атмосферою.

Оскільки порцеляна має невелику міцність на розрив, то стрижневі ізолятори випускаються тільки 6-ти тонного ряду, тому механічне руйнівне навантаження в маркіруванні ізолятора не вказується. Тому що ці ізолятори виконуються на визначений клас напруги, то в його маркіруванні вказується номінальна напруга, на яке він виконаний, наприклад СТ-110 (ізолятор стрижневий на 110кВ).

Рисунок 3 – Стрижневий ізолятор СП-110

4.4 Скляні ізолятори для повітряних ЛЕП, особливості їхньої конструкції й експлуатації.

Скло, як діелектрик при виготовленні лінійних ізоляторів знайшло в ХХ столітті таке ж поширення, як порцеляна. Однак у силу фізичних особливостей скла: високої крихкості, відносно низької термотривкості і відсутності технологічного устаткування, необхідного для виробництва великогабаритних скло деталей, скляні ізолятори на першому етапі розвитку робіт з електрифікації були витиснені ізоляторами з електротехнічної порцеляни. Цій обставині сприяв той факт, що спочатку для виробництва скляних ізоляторів застосовувались звичайні марки стекол, використовувані для випуску склотари і виробів господарського призначення, що мали недостатньо високі діелектричні властивості. До середини 30-их років електротехнічна порцеляна, що застосовувалася в якості єдиного ізоляційного матеріалу для виготовлення високовольтних ізоляторів, став лімітувати подальший прогрес в області розвитку електричних мереж.

Труднощі, зв’язані з одержанням конвенційної вихідної сировини постійного складу, складність технологічного процесу при виробництві порцеляни, відсутність відпрацьованих рішень по механізації й автоматизації основних операцій надзвичайно ускладнювали одержання стабільним по своїм електромеханічним характеристикам порцелянових лінійних ізоляторів, особливо коли мова йде про конструкції, розрахованих на навантаження 160-300 кн (16-30 т). Тому, коли в середині 30-х років був розроблений метод зміцнення скляних деталей складної форми шляхом їхнього загартування, склом, як діелектричним матеріалом для виготовлення високовольтних ізоляторів, знову зацікавилися. Уперше підвісні ізолятори з загартованого скла були створені в Англії. Пізніше, після другої світової війни, виробництво скляних ізоляторів було освоєно у ряді інших країн.

У нашій країні розробкою скляних ізоляторів почали займатися з 1956 року. За 15 років на основі робіт ряду інститутів була організована нова галузь промисловості, що нараховує ряд цехів підприємств по випуску скляних ізоляторів, лабораторій і КБ, що займаються подальшим удосконаленням конструкцій різних типів ізоляторів і технологічних процесів їхнього виробництва, розробкою нових склоподібних ізоляційних матеріалів.

Для виробництва скляних ізоляторів у нашій країні і за рубежем застосовуються різні марки стекол, що по своєму складу можуть бути розбиті на дві групи: лужні і мало лужні. Для виготовлення скляних ізоляторів з лужного скло застосовується склад, прийнятий для виробництва звичайної шибки.

Мало лужне скло по своїм термічним, хімічним і електроізоляційним властивостям перевершує всі лужні стекла. Його можна вважати універсальним матеріалом для виробництва підвісних тарілчастих ізоляторів. З нього можна виробити також, крім загартованих підвісних, відсадженні лінійні, телеграфні й апаратні ізолятори, що повинні мати високу механічну і термічну міцність без загартування. Ізолятори з мало лужного скла можуть працювати як на лініях перемінного струму, так і на лініях постійного струму, ізолятори ж з лужних стекол під впливом напруг постійного струму піддаються електролізу, а, отже, більш швидкому старінню під час експлуатації.

Висока механічна міцність і термостійкість скляних ізоляторів забезпечується, як уже вказувалося у розділі 2, спеціальною термічною обробкою – загартуванням. Рівномірно нагріти до температури розм’якшення скляні ізолятори потім інтенсивно прохолоджуються повітряним дуттям. У першу чергу остигають зовнішні шари ізолятора, коли охолодження і зменшення обсягу зовнішніх шарів уже закінчено, внутрішні шари ще залишаються розм’якшеними. Зменшенню обсягу внутрішніх шарів перешкоджає тверда кірка зовнішнього шару. У зв’язку з цим внутрішні шари виявляються в стані розтягання, а зовнішні – стиску. Завдяки цьому міцність ізоляторів на розрив різко підвищується.

За останні роки скляні і скло керамічні ізолятори набули широкого застосування в енергетичному будівництві, на лініях електропередач, електрифікованому залізничному транспорті й у високовольтній апаратурі. Їхні конструкції дуже різноманітні, принципово не відрізняються від конструкцій відповідних типів порцелянових ізоляторів. Разом з тим слід зазначити відмінні риси конструкцій скляних підвісних ізоляторів, що складаються в наступному:

1. електромеханічні характеристики загартованого скла набагато

вище, ніж у порцеляни, що дозволяє створювати ізолятори з необхідною механічною міцністю і з більш тонкими стінками, ніж порцелянові;

б) ребра на тарілках підвісних ізоляторів тонкіші, ніж у порцелянових, у зв’язку з можливостями склоробного виробництва;

в) основні габаритні розміри і маса скляних підвісних ізоляторів менше, ніж ідентичних порцелянових, особливо це помітно при порівнянні ізоляторів на середині і великі механічні навантаження.

Ще більша відмінність у розмірах і має місце при повітряних скляних і порцелянових ізоляторів для районів із забрудненою атмосферою. Крім економії маси, значну ефективність дає застосування скляних малогабаритних ізоляторів у зв’язку із скороченням довжини гірлянди.

г) за рахунок автоматизації технологічних процесів вартість скляних ізоляторів менше ніж вартість аналогічних ізоляторів з порцеляни;

д) контроль ізоляторів із загартованого скла у виробництві і, особливо, в експлуатації значно простіше, тому що при електричному чи пробої сильного ударі скляного підвісного ізолятора в умовах експлуатації весь ізоляційний скляний корпус цілком руйнується, перетворюючи в дрібні осколки. При цьому осколки тарілки ізолятора падають на землю, а залишок (голівка) скляного елемента залишається затиснутої в просторі між шапкою і стрижнем, утримуючи тим самим гірлянду і провід від падіння на землю. Мінімальна припустима міцність залишку скла підвісних ізоляторів нормується ДСТ і складає 50% руйнівного навантаження кожного типу ізолятора, що забезпечує надійність роботи ЛЕП. Знайти ж такий, що вийшов з ладу зруйнований ізолятор дуже легко прямим візуальним спостереженням (навіть при профілактичному обльоті ЛЕП на вертольоті). Порцелянові ізолятори при подібних ушкодженнях не руйнуються цілком, що сильно утрудняє пошук елемента, що вийшов з ладу.

5. Гірлянди підвісних ізоляторів. Захисна арматура гірлянд ізоляторів.

Як уже вказувалося вище, на лініях 35 кВ і вище, підвісні ізолятори з’єднуються в гірлянди (рис. 4), з’єднання здійснюється шляхом закладки маточки верхнього елемента в замковий отвір шапки нижнього. Завдяки шарнірному з’єднанню ізоляторів уся гірлянда здобуває гнучкість, що сприяє зниженню навантажень на ізолятори при значних вітрових відхилень і обривах проводів. Гірлянди виконуються підтримуючими на проміжних опорах і навантаженням на анкерних, кутових і кінцевих опорах, у натяжних опорах гірлянди розташовані горизонтально. При підвісі особливо важких проводів застосовуються здвоєні чи навіть строєні гірлянди (у натяжних гірляндах до чотирьох і шести рівнобіжних ланцюгів).

Високі напруженості поля на ізоляторах поблизу поводів можуть призводити до коронування, що небезпечно, насамперед, інтенсивними радіоперешкодами. Напруга на окремо узятому підвісному ізоляторі тарілчастого типу, при якому на ньому виникає корона, залежить від типу ізоляторів і лежить у межах 28-50 кВ, тобто досить велике. Однак, напруга Uк.м.. на гірлянді зnізоляторів може бути значно меншеnUк.и. і при деяких умовах виявляється нижче робочої напруги. Пояснюється це тим, що напруга, прикладена до гірлянди, розподіляється по ізоляторах не рівномірно. Для з’ясування причини нерівномірного розподілу напруги звернемося до схеми зміщення гірлянди, показаної на рис. 5а. на цій схемі С – власна ємність ізолятора, що складає для тарілчастих ізоляторів 50-70 пФ, С1 – ємність ізолятора стосовно землі, С2 – ємність ізолятора стосовно проводу.

Рисунок 4 – Гірлянда підвісних ізоляторів:

1)підтримуючий затиск;

2)захисна арматура.

Значення ємностей С1,С2 (рис.5) залежить від положення ізолятора в гірлянді, у середньому С1=4-5 пФ, С2=0,5-1,0 пФ. Наявність ємностей С1 і С2 і обумовлює нерівномірний розподіл напруги по елементах гірлянди. У наслідок відгалуження струму в ємності С1 і С2 струми, що проходять крізь власні ємності ізоляторів, а, отже, і спадання напруги на ізоляторах будуть не рівні. Тому що С1>С2, то превалює вплив ємностей на землю, унаслідок чого найбільша напруга прикладається до ізолятора, розташованого біля проводу, найменша напруга – до ізоляторів, що знаходяться в середині гірлянди, і трохи підвищене – до ізоляторів у заземленого кінця гірлянди (рис. 5б). Як показують виміри, при одиночних проводах і числі ізоляторів n>6-100 на перший від проводу ізолятор приходиться 25-30% напруги, прикладеного до всієї гірлянди. У таких умовах на лініях 330 кВ і вище на найближчих до проводів ізоляторах гірлянди робоча напруга буде достатньою для появи корони. Тому на таких лініях застосовують розщеплення проводу (рис. 4), ємність ізоляторів С2 щодо яких значно більше. Тому розподіл напруги уздовж гірлянди виходить більш рівномірним і корона при гарній погоді на проводах відсутня.

а) б)

Рисунок 5 – Схема заміщення гірлянди 110 кВ (сім ізоляторів типу ПФ-6) ланцюжком ємностей (а) і розподіл напруги по цій гірлянді (б);

1)нормальний розподіл напруги;

2)розподіл при дефектному п’ятому ізоляторі.

У разі потреби додатковим заходом регулювання розподілу по ізоляторах гірлянди може служити спеціальна арматура у виді кілець, вісімок, чи овалів, що зміцнюється на кінці гірлянди з боку проводу. Така арматура збільшує ємність ізоляторів стосовно проводу С2, завдяки чому спадання напруги на найближчих до проводу ізоляторах зменшується.

Приведені вище міркування відносяться до гірлянд, ізолятори яких мають сухі і чисті поверхні. При змочуванні ізоляторів дощем, а також при забрудненні їхньої поверхні провідними опадами розподіл напруги визначається головним чином провідностями по поверхнях ізоляторів і найчастіше має більш рівномірний характер.