Линейные и станционные изоляторы

1. Линейные и станционные изоляторы

Изоляторы воздушных линий электропередачи чаще всего бывают тарельчатые, штыревые и стержневые. Эти изоляторы спроектированы так, чтобы в сухом состоянии пробивное напряжение превышало напряжение перекрытия примерно в 1.6 раза, что обеспечивает отсутствие пробоя при перенапряжениях. Одна из возможных конструкций тарельчатого изолятора показана на рис. 1. Для повышения надежности изоляции и повышения разрядных напряжений тарельчатые изоляторы соединяют в гирлянды. Узел крепления у тарельчатых изоляторов выполнен шарнирным, поэтому на изолятор действует только растягивающая сила.

Стержневые изоляторы изготавливают из высокопрочного фарфора и из полимерных материалов (рис. 2).

Механическая прочность фарфоровых стержневых изоляторов меньше, чем у тарельчатых, поскольку фарфор в стержневых изоляторах работает на растяжение, а иногда и на изгиб, а в тарельчатых – на сжатие внутри чугунной шапки изолятора.

Несущей конструкцией полимерного изолятора обычно является стеклопластиковый стержень, имеющий слабую дугостойкость. Этот стержень закрывают ребристым чехлом из кремнийорганической резины или фторопласта, которые обладают отталкивающими свойствами к влаге и загрязнениям.

Штыревые изоляторы крепятся на опоре с помощью металлического штыря или крюка (рис. 3). Из-за большого изгибающего усилия на такой изолятор применяют штыревые изоляторы на напряжения не выше 35 кВ.

На контактной сети электрифицированной железной дороги используется большое количество разновидностей изоляторов. По месту установки изолятора и по конструкции можно выделить шесть подгрупп изоляторов:

·          подвесные изоляторы, которых больше всего;

·          фиксаторные изоляторы, используемые для изоляции фиксаторных узлов;

·          консольные изоляторы, которые используют в изолированных консолях и которые могут быть тех же марок, что и фиксаторные;

·          секционирующие изоляторы – особый вид изоляторов, используемых в конструкциях секционных изоляторов (секционные изоляторы, собственно, изоляторами уже не являются, это сборные конструкции для секционирования контактной сети);

·          штыревые изоляторы, используемые для крепления проводов линий продольного электроснабжения, располагаемых на опорах контактной сети;

·          опорные изоляторы, используемые в мачтовых разъединителях.

В табл. 3 приведены характеристики нескольких распространенных видов изоляторов.

Таблица 3

Основные характеристики некоторых типов изоляторов

Тип	Hc, мм	D, мм	lут, мм	Uсхр, кВ	Uмкр, кВ	Разрушающая сила, кН
						растяж.	сжатие	изгиб
Стержневые фарфоровые
VKL-60/7	544	120	-	140	100	80	-	2
ИКСУ-27.5	565	195	-	140	110	60	-	5.2
Штыревые фарфоровые
ШФ-10А	105	140	215	60	34	-	-	14
ШФ-10Г	140	146	265	100	42	-	-	12.5
Штыревые стеклянные
ШС-10А	110	150	210	60	34	-	-	14
Полимерные ребристые из кремнийорганической резины
НСК-120/27.5	350	115	950	140	100	120	-	-
ФСК-70/0.9	540	150	950	140	100	70	-	4
ОСК-70/0.9	440	150	950	140	100	70	200	5
Стеклопластиковый стержень, покрытый фторопластовой защитной трубкой
НСФт-120/1.2	1514	14	1200	-	215	90	-	-
Тарельчатые фарфоровые
ПФ-70А	146	255	303	70	40	70	-	-
ПФГ-60Б	125	270	375	70	40	60	-	-
Тарельчатые стеклянные
ПС-70Д	146	255	303	-	40	70	-	-

В качестве станционных изоляторов используются опорные изоляторы, в основном стержневого типа, проходные изоляторы разных типов и подвесные изоляторы (гирлянды тарельчатых изоляторов).

2. Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов

Гирлянда изоляторов, составленная из подвесных тарельчатых изоляторов, является одной из наиболее часто встречающихся видов изоляции проводов воздушных линий и контактной сети. Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и на разные изоляторы приходятся разные доли напряжений, что снижает напряжение начала короны и напряжение перекрытия гирлянды. В наиболее неблагоприятной ситуации оказывается изолятор, ближайший к проводу.

Основной причиной неодинаковых напряжений на изоляторах можно считать наличие паразитных емкостей металлических частей изоляторов по отношению к земле (рис. 4). В гирлянде можно различить три вида емкостей: собственные емкости изоляторов C0, емкости металлических частей по отношению к земле C1 и емкости по отношению к проводу C2. Порядок величин емкостей примерно таков: C050 пФ, C15 пФ, C20.5 пФ.

В первом приближении емкостью изоляторов по отношению к проводу можно пренебречь, и тогда схема замещения гирлянды сухих изоляторов выглядит как на рис. 4,б. При переменном напряжении по емкостным элементам протекает емкостный ток, и ток первого снизу изолятора разветвляется на ток емкостного элемента по отношению к земле и ток оставшейся части гирлянды. Через второй снизу изолятор течет емкостный ток меньшей величины, и падение напряжения максимально на нижнем, ближайшем к проводу изоляторе, который находится в наихудших условиях. При числе изоляторов больше трех-четырех минимальное напряжение приходится, однако, не на самый верхний изолятор. Наличие емкостей C2 приводит к некоторому выравниванию неравномерности падений напряжения и минимальное напряжение оказывается на втором-третьем (или далее, в зависимости от числа изоляторов в гирлянде) изоляторе сверху. На рис. 5 показано распределение напряжения на гирлянде из 22 изоляторов линии 500 кВ; на один изолятор приходится от 9 до 29 кВ при среднем значении 13 кВ.

Рис. 5. Доля напряжения на изоляторах в гирлянде из 22 изоляторов

Для выравнивания напряжения по изоляторам гирлянды применяют экраны в виде тороидов, овалов, восьмерок, закрепляемых снизу гирлянды; на линиях с расщепленными фазами утапливают ближайшие изоляторы между проводами расщепленной фазы; расщепляют гирлянду около провода на две. Все эти меры выравнивают распределение напряжения из-за увеличения емкости C2.

Заключение

Среди изоляторов по расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, по конструктивному исполнению различают тарельчатые, стержневые и штыревые изоляторы, а по месту установки различают линейные и станционные изоляторы.

К основным характеристикам изоляторов относят номинальное напряжение, разрядные напряжения, геометрические параметры и механические характеристики.

На контактной сети используются подвесные изоляторы, фиксаторные изоляторы, консольные изоляторы, секционирующие изоляторы, штыревые изоляторы и опорные изоляторы.

Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и наибольшее напряжение оказывается на изоляторе, ближайшем к проводу.

Список литературы

 

1. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для вузов. И.М.Богатенков, Г.М.Иманов, В.Е.Кизеветтер и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. – СПб: изд. ПЭИПК, 1998. – 700 с.

2. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. – 360 с.

3. Техника высоких напряжений /Под ред.М.В.Костенко. М.: Высш. школа, 1973. – 528 с.

4. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 2002.