Контактные сети и ЛЭП

Рис. 5.1. Классификация изолирующих элементов контактных сетей и линий электропередачи по материалам, конструкциям и области применения

Рис. 5.2. Конструкции изолирующих элементов: для консолей и кронштейнов — втулки (а); хомутов — прокладки (б); оснований опоры — шайбы (в), полиэтиленовые колпачки (г); прессованные бруски (д); полимерные стержни (е); скользуны (ж)

Рис. 5.3. Конструкции серийных изоляторов: стеклянные подвесныетарельчатые под пестик (а), грязестойкие (б), с увеличенными ребрами (в)- фарфоровые стержневые - подвесные на 3 кВ (г), натяжные на 3 (д) и 25 кВ (е); фиксаторные тарельчатые (и,) и стержневые на 3 (ж) и 25 кВ (з); консольные стержневые на 3 (к) и 25 кВ (л); штыревые 10 (м) и 0,4 кВ (н); орешковые 0,4 кВ (о)

К основным характеристикам для всех изолирующих элементов контактной се-

ти и ЛЭП (в том числе изоляторов) относятся: геометрические параметры, сухораз-

рядное, мокроразрядное и импульсное разрядное напряжения, механическая проч-

ность при различных условиях приложения нагрузки. Характеризующими парамет-

рами изоляторов являются: строительная высота h, наибольший диаметр d, длина пути утечки тока по поверхности lи, кратчайшее расстояние между электродами lс

(от которого в основном зависит сухоразрядное напряжение) и мокроразрядное рас-

стояние lм.

Сухоразрядным называют напряжение промышленной частоты, приложенное к электродам изолятора, при котором по его сухой и чистой поверхности происходит искровой разряд, а мокроразрядным — такое же напряжение при воздействии рав-

номерных водяных струй, падающих под углом 45° на поверхность изолятора.

Мокроразрядное напряжение всегда меньше сухоразрядного. Пробивным называют наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит электри-

ческий пробой через материал изолятора; его путь представляет сквозной канал,

способный пропускать электрический ток.

Основную механическую характеристику изолятора— гарантированную меха-

ническую прочность на изгиб или растяжение— определяют при плавном увеличе-

нии нагрузки до величины, при которой происходит его видимое разрушение. Для подвесного изолятора дополнительно указывают электромеханическую прочность,

определяемую при одновременном приложении к нему механической нагрузки и напряжения, равного 75—80 % сухоразрядного. Подвесные изоляторы должны вы-

держивать в течение 1 ч нагрузку, равную 0,75 электромеханической прочности при одновременном приложении указанного напряжения. Для подвесных изоляторов контактной сети, испытывающих значительные динамические воздействия от ЭПС,

максимально допустимые эксплуатационные усилия ограничиваются половиной ча-

совой испытательной нагрузки.

Коэффициент запаса механической прочности изоляторов по отношению к их нормированной разрушающей силе должен быть не менее 5,0 при средней эксплуа-

тационной нагрузке и 2,7 при наибольшей. При суммарных нагрузках, превышаю-

щих 14 кН (1400 кгс), в натяжных изоляционных узлах устанавливают изоляторы класса 120 либо две параллельно соединенные гирлянды изоляторов класса 70. От-

клонение гирлянды подвесных изоляторов от вертикали вдоль пути не должно пре-

вышать 15°.

Благодаря более рациональной форме тарельчатые подвесные стеклянные изо-

ляторы при меньших габаритах, чем аналогичные фарфоровые, имеют одинаковые с ними сухоразрядное и мокроразрядное напряжения. Выдерживая гораздо большую электромеханическую нагрузку, они оказываются экономичнее фарфоровых, осо-

бенно в сетях переменного тока. Кроме того, преимуществом стеклянных изолято-

ров перед фарфоровыми является их способность к самодефектировке, так как при пробое стекло осыпается, и повреждение изолятора может быть выявлено визуаль-

но. Полимерные изоляторы прочнее, надежнее и легче фарфоровых и стеклянных,

но значительно дороже и требуют специальных мер защиты. Кремнийорганические изоляторы защищены от вандализма за счет гибкости материала.

Электрическим испытаниям, измерениям сопротивления изоляции и маркиров-

ке не подвергаются стеклянные, полимерные и стержневые фарфоровые изоляторы.

5.2. Конструкция простых изоляторов

Штыревые изоляторы предназначены для ВЛ напряжением 0,4; 10 и 20 кВ,

расположенных как на опорах контактной сети, так и на самостоятельных опорах.

Для их крепления на кронштейны или траверсы опор устанавливают специальные штыри (в деревянные опоры ввинчиваются крючья), на которые надевают изолято-

ры с помощью напрессованных полиэтиленовых колпачков (см. рис. 5.2, г). Фарфо-

ровые штыревые изоляторы выпускают серийно на напряжения 1, 10 и 20 кВ, в том числе марок ШФ10-Г, ШФ20-Г, что означает: Ш — штыревой (способ крепления);

Ф — фарфоровый (материал); 1, 10 или 20 — класс изолятора (номинальное напря-

жение, кВ); Г — конструктивное исполнение. Применяют также стеклянные штыре-

вые изоляторы на напряжение 10 кВ марок ШС10-В, ШС10-Г, ШС10-А (см. рис. 5.3,

м) и др.

Фарфоровые изоляторы марки ТФ на напряжение 1 кВ выполнены в виде ци-

линдра, имеющего снизу так называемые «юбки», а наверху шейку и углубление для укладки провода и закрепления вязальной проволоки (см. рис. 5.3, н). Они воспри-

нимают боковую и вертикальную нагрузки.

Орешковые изоляторы (см. рис. 5.3, о) предназначены для установки в струн-

ках контактной подвески, волноводах, оттяжках мачт, антенн и рассчитаны на не-

значительные электрические напряжения. Конструктивно изолятор представляет объемный эллипс с двумя перпендикулярно расположенными сквозными отверсти-

ями для прохода изолируемых проводов. Таким образом, фарфор орешковых изоля-

торов работает на сжатие.

Седлообразные изоляторы предназначены для работы на растяжение при напряжениях более высоких, чем у орешковых, например, в двухпроводных и трех-

проводных секционных изоляторах. Конструктивно седлообразные изоляторы ана-

логичны орешковым, но дополнены фарфоровыми «юбками», обеспечивающими увеличение диэлектрической прочности.

Изолирующие втулки (см. рис. 5.2, а, в) устанавливают на опорах контактной сети в качестве изолирующих элементов между опорой и закладными деталями с за-

крепленными на них консолями, металлическими кронштейнами и другими устрой-

ствами контактной сети, а также между анкерными болтами фундаментов и флан-

цами стоек опор. Изолирующие втулки изготавливают из прессматериала АГ-4С, а

также из полиэтилена 271.

Изолирующие прокладки и пластины (см. рис. 5.2. б) предназначены для изоля-

ции хомутов крепления металлических консолей и кронштейнов от поверхности же-

лезобетонной стойки опоры. Они изготавливаются из фибры или полиэтилена 271

(273).

Изолирующие колпачки применяются в узлах изоляции фундаментов от опор в системе контактной сети КС-200.

Изолирующие шайбы предназначены для тех же целей, что и изолирующие колпачки. Изготавливают их из стеклотекстолита толщиной 3 мм или полиэтилена

271 (273).

К простым изоляторам относят также изоляторы для крепления контактного

рельса.

5.3. Конструкция сложных и комбинированных изоляторов

Тарельчатые изоляторы (см. рис. 5.3, а, б, в) имеют изолирующий элемент в виде «тарелки» с несколькими нижними «юбками». Передача механической нагруз-

ки обеспечивается закрепленной на «тарелке» сверху чугунной «шапкой» с узлом крепления под пестик или под трубную резьбу (у фиксаторных изоляторов) и

стержнем, заделанным в «тарелку» специальным цементом. При этом нижний конец стержня оканчивается в виде серьги или пестика для крепления арматуры Тарельча-

тые подвесные изоляторы — фарфоровые и стеклянные – соединяют в поддержива-

ющие или натяжные гирлянды: по 2 на линиях контактной сети постоянного тока и по 3—5 ( в зависимости от условий загрязнения воздуха) — переменного. Количе-

ство изоляторов в гирляндах ВЛ зависит от напряжения линии.

Натяжные гирлянды изоляторов устанавливают в узлах анкеровки контактных проводов, проводов ВЛ, в несущих тросах контактной сети над секционными изоля-

торами, в фиксирующих тросах гибких и жестких поперечин (секционирующие).

Фиксаторные тарельчатые изоляторы (см. рис. 5.3, и) отличаются, как уже ука-

зывалось, от других внутренней резьбой для ввертывания конца трубы в чугунную

«шапку».

На сети электрифицированных железных дорог эксплуатируются тарельчатые подвесные стеклянные изоляторы нормального исполнения (ПС70-Е, ПСВ120-Б) и

грязестойкие (ПСД70-Е, ПСВ120-Б), а также изоляторы марок ПСС70-А, ПСС70-Б,

ПС70-Д, ПФ70-А, ПФ70-Д, ПФ70-Ж, ПТФ70, ПТФ70-3,3/5, СФ70-А, ПФС70-А,

ПСС120-Б, ПСА120-А, ССА120-А.

Первая буква условного обозначения тарельчатого изолятора определяет его назначение: П — подвесной; вторая буква — материал изоляционной детали («та-

релки»), С — стекло, Ф — фарфор; третья буква — конфигурацию «тарелки»: В — с

вытянутым ребром, Д — двукрылая, С — сферическая, А — антивандальная; цифры

показывают класс изолятора (механическую разрушающую силу при растяжении,

кН); буква после цифры — модификация изолятора. Часть подвесных тарельчатых изоляторов имеет обозначение с первой буквой С, означающей вид соединения типа

«серьга» (СФ70-А, ССА120-А). Пример условного обозначения изолятора подвесно-

го тарельчатого стеклянного с вытянутым ребром класса 120 кН, модификации Б:

ПСВ120-Б.

Стержневые изоляторы представляют собой протяженные конструкции, окон-

цованные с обеих сторон металлическими шапками; средняя часть (изолирующая деталь) изолятора выполнена в виде ребристого цилиндра из диэлектрика (фарфор,

стеклопластик). Они применяются в качестве: натяжных (секционирующих) с двумя серьгами (см. рис. 5.3, д), фиксаторных — с серьгой и внутренней трубной резьбой

1" (см. рис. 5.3, з); консольных — с серьгой с одной стороны и втулкой с отверстием под трубу диаметром 2" (см. рис. 5.3, к).

В контактной подвеске переменного тока консольные фарфоровые полимерные стержневые изоляторы устанавливают в подкосах изолированных консолей (см. рис. 5.3, л). Они имеют повышенную механическую прочность, так как они работают на изгиб. В тягах изолированных консолей используются фарфоровые стержневые изо-

ляторы. Их также применяют в устройствах изоляции роговых разрядников.

В эксплуатации на контактной сети находятся стержневые фарфоровые изоля-

торы подвесного (ПСФ) (см. рис. 5.3, г), натяжного (НСФ) (см. рис. 5.3, д, е), кон-

сольного (КСФ) (см. рис. 5.3, к, л) и фиксаторного (ФСФ) (см. рис.5.3, ж, з) испол-

нения. Первая буква их условных обозначений показывает назначение изолятора: П

—подвесной, Н — натяжной, Ф — фиксаторный, К — консольный; вторая буква —

конструктивное исполнение: С — стержневой; третья буква — материал изоляцион-

ной детали: Ф — фарфор; первое число — класс изолятора (нормированная разру-

шающая сила при растяжении, кН); второе — номинальное напряжение, кВ; третье

— длину пути тока утечки, м.

Условное обозначение фиксаторного стержневого фарфорового изолятора класса 70 кН на номинальное напряжение 25 кВ с длиной пути тока утечки 0,95 м:

ФСФ70-25/0,95.

Полимерные изоляторы эксплуатируются в контактных сетях переменного тока

25 кВ и постоянного тока 3 кВ. Основными элементами таких изоляторов являются стержень из однонаправленного стеклопластика, защитная полимерная оболочка и металлические оконцеватели. По назначению изоляторы подразделяются на подвес-

ные, натяжные (рис. 5.4, а-д, з, и), консольные (рис. 5.4, ж) и фиксаторные (рис. 5.4,

е). Все приведенные старые обозначения изоляторов существовали до введения в

действие ГОСТ Р-51204 и поэтому их условные обозначения несколько отличаются от его требований.

Для врезки в провода контактной подвески разработаны различные полимер-

ные стержневые изоляторы, например, натяжные секционирующие (см. рис. 5.4, и),

имеющие изолирующую часть длиной 1200 мм. Они могут быть установлены в тя-

гах изолированных консолей, а также в тросах гибких поперечин.

Полимерные стержневые изоляторы с сердечниками из стеклопластика и реб-

рами из кремнийорганического эластомера применяют в качестве антивандальных,

подвесных, секционирующих и фиксаторных изоляторов.

Серийно выпускаются изоляторы: НСК 120-3/0,6 (см. рис.5.4,а), НСК 12025/1,2 (см. рис. 5.4, б), НСКр 120-3/0,6 (см. рис. 5.4,в), НСФт 120-3/0,6 (см. рис. 5.4,

г), НСФт 120-3/0,8, ФСК 120-3/0,6 (см. рис. 5.4, е), КСК 120-6-3/0,6 (см. рис. 5.4, ж),

ЭСФт 70-3/0,6 (см. рис. 5.4, з), ЭСФт 70-25/1,0 (см. рис. 5.4, и).Первая буква услов-

ного обозначения изолятора определяет его назначение: Н — натяжной, ф __ фикса-

торный, К — консольный, Э — элемент изолирующий; вторая буква — конструк-

тивное исполнение: С — стержневой; третья буква (или сочетание прописной и строчной буквы) — материал и конфигурация защитной оболочки: К— гладкая из кремнийорганической резины, Кр — ребристая из кремнийорганической резины, Фт

—гладкая из фторопласта; первая цифра — класс изолятора (нормативная разру-

шающая сила при растяжении, кН); вторая цифра — номинальное напряжение кон-

тактной сети, кВ (для натяжных и фиксаторных изоляторов) или нормированная разрушающая сила при изгибе, кН (для консольного изолятора); третья цифра — длина пути утечки тока, м (для натяжных и фиксаторных изоляторов) или номи-

нальное напряжение, кВ (для консольного изолятора); четвертая цифра (для кон-