Загальна характеристика зовнішньої ізоляції

Загальна характеристика ЗОВНІШНЬОЇ ІЗОЛЯЦІЇ.

АТМОСФЕРНЕ ПОВІТРЯ ЯК ДІЕЛЕКТРИК

Основним діелектричним «матеріалом» для створення зовнішньої ізоляції електроустановок служить атмосферне повітря. Ізольовані електроди (шини розподільних пристроїв, дроти ліній електропередачі, зовнішні струмопровідні частини електричних апаратів) розташовуються на певних відстанях один від одного і від землі (або заземлених частин установок) і зміцнюються в заданому положенні за допомогою ізоляторів. Ізоляційні відстані по повітрю залежать від значень напруги, впливу якого зазнає установка, і від електричної міцності повітря.

При нормальних атмосферних умовах електрична міцність повітряних проміжків відносно невелика і в однорідному полі при міжелектродних відстанях більше I см має значення, що не перевищує 30 кВ / см. У більшості ізоляційних конструкції при додатку високої напруги створюється різко-неоднорідне електричне поле. Електрична міцність повітря в таких полях ще менше і при відстанях між електродами порядку 1-2 м становить приблизно 5 кВ / см, а при відстанях 10-20 м знижується відповідно до 2,5- 1,5 кВ / см. У зв'язку з цим габарити повітряних ліній електропередачі і розподільних пристроїв значною мірою визначаються електричної міцністю повітря і при збільшенні номінальної напруги, дуже швидко зростають.

На розрядні напруги повітряних проміжків впливають тиск р, температура T і абсолютна вологість у повітря, тому ізоляційні відстані по повітрю вибираються таким чином, щоб вони мали достатню електричну міцність при несприятливих атмосферних умовах. Зокрема, електрообладнання звичайного виконання призначене для роботи на висотах до 1000 м над рівнем моря і при температурах навколишнього повітря до 40 ° С. У зв'язку з цим при проектуванні зовнішньої ізоляції електрообладнання враховується, що підйом на кожні 100 м над рівнем моря дає зниження розрядних напруг приблизно на 1% і таке ж зниження дає збільшення температури на кожні 3 ° С понад нормаллю. Як нормальної температури приймається T0 = 293 К (t = 20 ° С), в якості нормального тиску, що відповідає рівню моря, - тиск P0 = 100 кПа (760 мм рт. Ст.) В якості нормальної вологості повітря - абсолютна вологість уо = 11 г / м 3. Зменшення абсолютної вологості повітря в 2 рази призводить до зниження розрядних напруг зовнішньої ізоляції на 6-8%. Слід зазначити, що наведені дані, що характеризують зміна розрядних напруг під впливом атмосферних умов, відносяться до межелектродним відстаням до 1 м. При відстанях між електродами більше 1 м вплив атмосферних умов знижується в міру збільшення відстані. Дощ практично не впливає на розрядні напруги проміжків з неоднорідним полем.

ПРИЗНАЧЕННЯ І ТИПИ ІЗОЛЯТОРІВ

Діелектрики, з яких виготовляються ізолятори, повинні мати високу механічну міцність, оскільки ізолятори, будучи елементом конструкції, несуть значне навантаження. Ізолятори ліній електропередачі, наприклад, несуть навантаження від натягу проводів, що обчислюється тоннами, а іноді і десятками тонн. Опорні ізолятори, на яких кріпляться шини розподільних пристроїв, витримують величезні навантаження від електродинамічних сил, що виникають між шинами при коротких замиканнях.

Діелектрики повинні мати високу електричну міцність, що дозволяє створювати економічні і надійні конструкції ізоляторів. Порушення електричної міцності ізолятора може відбуватися або при пробої твердого діелектрика, з якого він виготовлений, або в результаті розвитку розряду в повітрі уздовж зовнішньої поверхні ізолятора. Пробій твердого діелектрика означав би вихід ізолятора з ладу, тоді як розряд по поверхні за умови швидкого відключення напруги не заподіює ізолятора ніяких пошкоджень. Тому пробивна напруга твердого діелектрика в ізоляторі має бути (і завжди робиться) приблизно в 1,5 рази вищим, ніж напруга перекриття по поверхні, яким і визначається електрична міцність ізолятора.

Діелектрики повинні бути негігроскопічні і не повинні змінювати своїх властивостей під дією різних метеорологічних чинників. При несприятливих умовах (дощ, зволожені забруднення) на поверхнях ізоляторів, встановлюються на відкритому повітрі (ізоляторів зовнішньої установки), можуть виникати часткові електричні дуги. Під їх дією поверхню може обвуглюватися і на ній можуть з'являтися проводять сліди - треки, що знижують електричну міцність ізоляторів. Тому діелектрики для ізоляторів зовнішньої установки повинні мати високу трекінгостойкостио.

Всім зазначеним вимогам найбільшою мірою задовольняють глазурований електротехнічний фарфор і скло, що набули широкого поширення, а також деякі пластмаси.

Електрична міцність порцеляни в однорідному полі при товщині зразка 1,5 мм складає 30-40 кВ / мм і зменшується при збільшенні товщини. Електрична міцність скла при тих же умовах - 45 кВ / мм.

Механічна міцність порцеляни і скла залежить від виду навантаження. Наприклад, міцність фарфорових зразків діаметром 2-3 см становить при стисненні 450 МПа, при вигині - 70 МПа, а при розтягуванні - всього 30 МПа. Тому найбільш високу механічну міцність мають ізолятори, в яких фарфор працює на стиск.

Скло по механічної міцності не поступається фарфору і теж найкраще працює на стиск. Скляні ізолятори в процесі виготовлення піддаються загартуванню: нагріваються до температури приблизно 700 0 С і потім обдуваются холодним повітрям. Під час загартування зовнішні шари скла тверднуть значно раніше внутрішніх, тому при подальшій усадки внутрішніх шарів в товщі скла утворюються розтягують зусилля. Така попередньо напружена конструкція має високу міцність на стиск. Скляні підвісні ізолятори тарілчастого типу для ліній електропередачі виготовляються на навантаження до 530 кН.

Ізолятори з загартованого скла мають ряд переваг перед фарфоровими: технологічний процес їх виготовлення повністю автоматизований; прозорість скла дозволяє легко виявити при зовнішньому огляді дрібні тріщини і інші внутрішні дефекти; пошкодження скла призводить до руйнування діелектричної частини ізолятора, яке легко виявити при огляді лінії електропередачі експлуатаційним персоналом.

Полімерні ізолятори зовнішньої установки виготовляються з епоксидних компаундів на основі ціклооліфатіческіх смол, з кремнийорганической гуми, з поліефірних смол з мінеральним наповнювачем і добавкою фторопласта. Такі ізолятори мають високу електричну міцність і достатню трекіпгостойкость. Висока механічна міцність полімерних ізоляторів досягається за допомогою армування їх склопластиком. Застосування полімерних ізоляторів на лініях електропередачі дозволяє істотно зменшити масу підвісних ізоляторів. У закритих приміщеннях ізолятори не схильні до впливу атмосферних опадів, тому для їх виготовлення в деяких випадках використовується бакелізірованная папір. Для зменшення гігроскопічності такі ізолятори покриваються зовні водостійкими лаками. Однак найбільше поширення для внутрішньої установки отримали ізолятори з фарфору та скла, що відрізняються від ізоляторів зовнішньої установки більш простою формою.

Оскільки перекриття ізоляторів відбувається в результаті розвитку розряду в повітрі уздовж поверхні, на розрядні напруги ізоляторів впливають ті ж фактори, які впливають на розрядні напруги повітряних проміжків, т. Е. Тиск, температура і абсолютна вологість повітря. Крім цього на розрядні напруги ізоляторів впливає стан їх поверхні. Умови розвитку розряду по поверхні ізоляторів зовнішньої установки істотно змінюються, якщо на їх поверхнях є зволожені забруднення або ж вони змочуються дощем. Тоді розрядні напруги значно зменшуються. У зв'язку з цим за існуючою методикою випробувані ізолятори піддаються впливу напруги в сухих умовах (сухоразрядное напруга), під дощем (мокроразрядное напруга) і при зволоженому забрудненні (влагоразрядное напрояженіе).

Сухоразрядние напруги визначаються при сухій і чистій поверхні ізоляторів і наводяться до нормальних атмосферних умов. При вимірах мокроразрядних і влагоразрядних напруг штучний дощ і зволожені забруднення створюються за стандартними методиками. Це забезпечує можливість зіставлення результатів, отриманих в різний час або в різних лабораторіях, і об'єктивність оцінки ізоляторів різної конструкції.

За своїм призначенням ізолятори діляться на опорні, підвісні і прохідні. Опорні ізолятори в свою чергу поділяються на стрижневі й штирові, а підвісні - на ізолятори тарілчастого типу і стрижневі.

Опорно-стрижневі ізолятори застосовують в закритих і відкритих розподільних пристроях для кріплення на них струмопровідних шин або контактних деталей. Ізолятори внутрішньої установки конструктивно представляють собою фарфорове тіло, армоване кріпильними металевими деталями (рис. 4.1).

Арматура одночасно є внутрішнім екраном, за допомогою якого знижується напруженість поля біля краю електрода, де вона максимальна.

Ребро на тілі ізолятора грає роль бар'єра, змушуючи розряд розвиватися під кутом до силових ліній поля, т. Е. По шляху з меншою напруженістю. Внутрішній екран і ребро істотно збільшують розрядна напруга ізолятора.

Ізолятори внутрішньої установки випускаються на напруги до 35 кВ. Позначення ізоляторів, наприклад, ОФ-35-375 розшифровується так: опорний, фарфоровий на 35 кВ, з мінімальною руйнує силою на вигин 375 даН.

1AppDataLocalTempmsohtmlclip1 "> Опорно-штирові ізолятори застосовують для зовнішніх установок в тих випадках, коли потрібна висока механічна міцність і опорно-стрижневі ізолятори застосовані бути не можуть. Опорно-штирьовий ізолятор складається з фарфоровому або скляному ізолюючої деталі, з якої за допомогою цементу скріплюється металева арматура-штир з фланцем і ковпачок (шапка). Ізолювальна деталь опорних штирьових ізоляторів на напруги 6-10 кВ виконується одноелементної, а на напругу 35 кВ - двох або трьохелементної (рис. 4.3).

В установках напругою 110 кВ і вище використовуються колонки, що складаються з декількох встановлених один на одного опорно-штирьових ізоляторів на напругу 35 кВ. У позначення ізоляторів введена буква Ш (штирьовий).

Штирові лінійні ізолятори на напругу 6-10 кВ складаються з фарфоровому або скляному ізолюючої деталі, в яку вкручується металевий гак або штир (рис. 4.4). Крюк служить для закріплення ізолятора на опорі. Провід укладається в борозенки на верхній або бічній поверхні ізолятора і кріпиться за допомогою дротяної в'язки або спеціальних затискачів. На напругу 35 кВ ізолятори виконуються з двох склеєних між собою ізолюючих деталей, що збільшує їх електричну і механічну міцність. Позначення штирьових лінійних ізоляторів, наприклад ШФ6, означає:

штирьовий фарфоровий на 6 кВ. Буква С в позначенні (ШС) вказує на те, що ізолятор скляний.

Підвісні ізолятори тарілчастого типу широко застосовуються на повітряних лініях електропередачі 35 кВ і вище. Вони складаються з ізолюючої деталі (скляному або порцеляновому), на якій за допомогою цементу зміцнюється металева арматура - шапка і стрижень (рис. 4.5).

Необхідний рівень витримує напруги досягається з'єднанням необхідної кількості ізоляторів в гірлянду. Це здійснюється шляхом введення головки стержня в гніздо на шапці іншого ізолятора і закріплення його замком. Гірлянди завдяки шарнірному з'єднанню ізоляторів працюють тільки на розтягування. Однак ізолятори сконструйовані так, що зовнішнє розтяжне зусилля створює в ізоляційному тілі в основному напруги стиснення. Тим самим використовується висока міцність порцеляни і скла на стиск.

У фарфорового ізолятора зовнішня і внутрішня поверхні головки (середній частині ізолюючої деталі) покривають порцелянової крихтою, яка при випалюванні спікається з порцеляною. Це забезпечує міцне зчеплення цементної зв'язки з головкою. Для компенсації температурних розширень цементної зв'язки застосовують еластичні промазки, якими покривають всі елементи ізолятора стикаються з цементом. У скляних ізоляторах внутрішня і зовнішня поверхні головки мають опорні виступи, що забезпечує кращий розподіл зусиль в ізоляторі.

Верхня частина тарілки підвісного тарельчатого ізолятора має гладку поверхню, нахилену під кутом 5-10 ° до горизонталі, що забезпечує стікання води під час дощу. Нижня поверхня тарілки для збільшення довжини шляху витоку виконується з ребрами.

Найбільш частою причиною виходу з ладу ізоляторів є пробою порцеляни (скла) між шапкою і стрижнем, однак механічна міцність ізолятора при цьому не порушується і падіння дроти на землю не відбувається. Це є істотним гідністю ізоляторів.

Позначення ізоляторів тарельчатого типу, наприклад ПС-16Б, означає: П -Гарантована електромеханічна міцність 160 кН, індекс Б означає вид конструктивного виконання ізолятора. Електромеханічна міцність ізолятора - це величина яка руйнує механічної сили при додатку до ізолятора напруги, рівного 75-80% розрядної напруги в сухому стані.

1AppDataLocalTempmsohtmlclip1 "> Підвісні стрижневі ізолятори є стрижень з ізолюючого матеріалу з виступаючими на ньому ребрами, армований з обох кінців металевими шапками (рис. 4.6).

Ці ізолятори, як правило, виконуються з електротехнічного фарфору. Однак останнім часом розпочато випуск стрижневих полімерних ізоляторів. Стрижневі ізолятори з фарфору не знайшли в СРСР широкого застосування внаслідок порівняно невисокої механічної міцності, а також можливості повного руйнування з падінням на землю.

Прохідні ізолятори застосовуються для ізоляції струмоведучих частин при проходженні їх через стіни, стелі та інші елементи конструкцій розподільних, пристроїв і апаратів. Прохідний ізолятор в найпростішому випадку складається з полого фарфорового елемента, всередині якого проходить токоведущий стрижень (шина), і фланця, службовця для механічного кріплення ізолятора до конструкції, через яку здійснюється введення напруги (рис. 4.7). Прохідні ізолятори, призначені для зовнішньої установки, мають більш розвинену поверхню тієї частини ізолятора, яка розташовується поза приміщенням.