Изоляторы и линейная арматура

Изоляторы ВЛ изготавливают в основном из фарфора или закалённого стекла. Вместе с тем, в последние два десятилетия все шире начинают применяться и полимерные изоляторы. Фарфор и стекло обладают высокой стойкостью к атмосферным воздействиям, достаточно высокой механической и электрической прочностью. Стеклянные изоляторы легче фарфоровых, лучше противостоят ударным нагрузкам и не растрескиваются, а рассыпаются при пробое, что облегчает визуальное нахождение места повреждения при осмотрах линии.

Рис. 8.9. Виды линейных изоляторов:

а – штыревой; б – подвесной тарельчатого типа; в - полимерный

1 – шапка; 2 – изолирующая деталь (тарелка); 3 – стержень: 4 – цементная заделка; 5 – замок изолятора

Конструктивно различаются два вида стеклянных и фарфоровых изоляторов — штыревые и подвесные. Штыревые (см. рисунок 8.9, а) применяются на ВЛ до 35 кВ включительно. Корпус изолятора имеет внутреннюю резьбу и навинчивается на металлический штырь или крюк. Провод укладывается в углубление на головке изолятора и закрепляется проволочной вязкой. В марке изолятора присутствует обозначение типа (Ш), материала (С или Ф), номинального напряжения (в киловольтах) и исполнения (А, Г и др.). Так, например, изолятор ШС10-Г (грязестойкого исполнения, т.е. для районов с загрязненной атмосферой) имеет высоту 145 мм, диаметр корпуса 160 мм и массу 2,1 кг.

Подвесные изоляторы (см. рисунок 8.9, б) применяются на ВЛ напряжением 35 кВ и выше. Марка изолятора содержит буквы П (подвесной), С (стеклянный) или Ф (фарфоровый), Г (грязестойкий) и А , Б, В, Д (обозначение модификации). Цифрой обозначается максимальная (разрушающая) механическая нагрузка в килоньютонах (кН), например ПФ70-В, ПСГ120-А, ПС400-А и т. п.

Конструкция подвесного тарельчатого изолятора состоит из трёх основных элементов:

1. стеклянной или фарфоровой изолирующей детали в виде тела вращения с рёбрами на нижней поверхности и с внутренней полостью конической или цилиндрической формы;

2. шапки из ковкого чугуна, в верхней части которой имеется сферическая полость (гнездо), предназначенная для шарнирного сопряжения с другим изолятором;

3. стержня, нижняя головка которого имеет сферическую поверхность, сопрягаемую с соответствующей поверхностью в гнезде шапки.

Прочное соединение металлических деталей подвесного изолятора с изолирующей деталью достигается за счёт конической формы сопрягаемых частей шапки, изолирующей детали и верхней головки стержня, пространство между которыми заполняется цементным раствором (позиция 4 на рисунке 8.9, б), обеспечивающим их прочное соединение. Подвесные изоляторы собираются в гирлянды путём введения в сферическое гнездо шапки головки стержня смежного изолятора. Для предотвращения расцепления сферический шарнир изоляторов запирается замком М-образной или шплинтообразной формы (позиция 5 на рисунке 8.9, б). Количество изоляторов в поддерживающей гирлянде n_из определяется в основном значением номинального напряжения линии, а также степенью загрязненности атмосферы, материалом опоры и типом изолятора. При использовании изоляторов марок ПС70-Б и ПФ70-В их число в поддерживающей гирлянде, ее длина с арматурой от траверсы до провода l_г и масса гирлянды с арматурой m_г для ВЛ 35—330 кВ, сооружаемых на металлических и железобетонных опорах в районах с нормальными атмосферными условиями, приведены в таблице 8.9 .

Таблица 8.9 Характеристики поддерживающих гирлянд изоляторов ВЛ 35—330 кВ

Характеристики поддерживающих гирлянд изоляторов ВЛ 35—330 кВ
Таблица 8.9 Параметр	Марка изолятора	Значение параметра при Uном, кВ
nиз	ПФ70-В ПС70-Б	3 3	7 8	9 10	13 14	19 21
lг, м	ПФ70-В ПС70-Б	0,69 0,68	1,25 1,35	1,5 1,6	2,2 2,3	3,0 3,2
mг, кг	ПФ70-В ПС70-Б	19 16	38 36	47 45	72 67	118 111

Поддерживающие гирлянды ВЛ 500 кВ при использовании изоляторов марки ПФ120-А содержат 21 такой изолятор (при ПС 120-А — 24 изолятора). При U_ном = 110—220 кВ в число n_из входит по одному резервному изолятору, а при U_ном = 330—500 кВ — по два. Для ВЛ 35—220 кВ, сооружаемых на деревянных опорах, число изоляторов в гирлянде на один меньше указанного в табл. 9.9 для ВЛ соответствующего напряжения.

Стержневые полимерные изоляторы (ПИ) представляют собой относительно новое поколение изоляции ВЛ. Их разработка и внедрение в практику сооружения ВЛ начались в СССР в 70-е годы XX в. В настоящее время в России в эксплуатации находятся более 400 тыс. ПИ. Основой их конструкции (рисунок 8.9, в) является стеклопластиковый стержень, воспринимающий всю механическую нагрузку. На концах стержня имеются металлические оконцеватели или фланцы для крепления к траверсе опоры и соединения с зажимом провода. Электрическую прочность изолятора и необходимую длину пути утечки тока обеспечивает ребристая оболочка из кремнийорганической эластомерной композиции (резины) или силикона, защищающая стержень от атмосферных воздействий и закреплённая на нем с помощью клеевого герметика (герменила). Основными достоинствами ПИ являются, прежде всего их высокая эксплуатационная надёжность, малая масса, устойчивость к ударным механическим нагрузкам и актам вандализма (в том числе к расстрелам), удобство транспортировки и простота монтажа, а также эстетичный внешний вид. Отечественные ПИ маркируются буквами ЛК, после которых указывается разрушающая нагрузка при растяжении (от 70 до 300 кН) и через дробь — значение U_ном. Так, например, изолятор ЛК 70/110 имеет габаритный размер 1278 мм, длину изоляционной части 1020 мм, диаметр рёбер оболочки 85 мм и массу 3,3 кг, т.е. на порядок меньшую по сравнению с гирляндой стеклянных или фарфоровых изоляторов таких же напряжения и прочности (см. таблицу 8.9).

Термин линейная арматура объединяет устройства, обеспечивающие, во-первых, надёжное сочленение отдельных элементов конструкции ВЛ, а также защиту гирлянд подвесных изоляторов (или ПИ) от повреждения электрической дугой при пробое и фиксацию взаимного расположения в пространстве проводов расщепленных фаз и соседних фаз по отношению друг к другу. В таблице 8.10 представлены пять различающихся своим назначением основных групп элементов арматуры, а также их типы и модификации в каждой группе.

Таблица 8.10 Классификация линейной арматуры

Классификация линейной арматуры
Таблица 9.10 Категория	Тип	Разновидности
Фиксирующая	Зажим поддерживающий	Глухой С проскальзыванием
Зажим натяжной	Клиновой Болтовой Прессуемый
Сцепная	Элемент сопряжения	Скоба (гирлянда-опора) Серьга (скоба-изолятор) Ушко (изолятор-зажим) Коромысло (n гирлянд) Промежуточное звено Узел крепления к опоре
Защитная	Элемент защиты	Защитное кольцо Защитный овал Разрядные рога
Соединительная	Соединитель	Овальный Прессуемый
Дистанцирующая	Распорка	Металлическая Изолирующая

Фиксирующая арматура представлена двумя видами зажимов — поддерживающими и натяжными. Поддерживающие зажимы служат для крепления проводов на промежуточных опорах. Они состоят из лодочки, в которую укладывается провод, зажимных плашек и U-образных болтов, закрепляющих провод в лодочке (см. рисунок 8.10, а). В основном применяют два типа поддерживающих зажимов — глухие и с ограниченной прочностью заделки провода.

Рис. 8.10 Фиксирующая арматура.

а - глухой поддерживающий зажим; б – болтовой натяжной зажим; в – прессуемый натяжной зажим. 1 – корпус; 2 – палец; 3 – провод; 4 – U-образный болт с планкой; 5 – анкер.

Глухие зажимы обеспечивают закрепление провода без его проскальзывания в любом режиме работы линии. При этом тяжение по проводу полностью передаётся на опору. Лодочка шарнирно связана с ушком, а оно, в свою очередь, — с нижним изолятором гирлянды.

Ограничение усилий, действующих на опору, достигается применением зажимов с ограниченной прочностью заделки провода. Конструктивно эти зажимы не отличаются от глухих, но затяжка плашек у них осуществляется таким образом, что при усилиях, превышающих заданную величину (7—9 кН), происходят проскальзывание провода в зажиме и соответствующая разгрузка опоры. Такие зажимы применяются на ВЛ напряжением 330 кВ и выше.

Натяжные зажимы служат для крепления проводов на анкерных опорах. Они сопрягаются с натяжными гирляндами изоляторов и воспринимают полные тяжения по проводам во всех режимах работы линии. По способу закрепления провода они делятся на клиновые, болтовые и прессуемые. Наиболее простые по конструкции клиновые зажимы предназначены для крепления проводов (медных и алюминиевых) и стальных тросов сечением 16—95 мм². Они состоят из чугунного или стального корпуса, в котором размещается провод (трос), и алюминиевого или латунного клина, который зажимает (самозаклинивает) провод (трос) под действием тяжения по нему.

Болтовые зажимы (см. рисунок 8.10, б) используются при монтаже проводов сечением 70—240 мм². Такой зажим состоит из чугунного корпуса 1, в котором при помощи U-образных болтов 4 с плашками из алюминиевого сплава зажимается провод 3. На корпусе имеется проушина 2 для крепления зажима к гирлянде. Как клиновые, так и болтовые зажимы не требуют разрезания провода в месте закрепления при монтаже. Они используются главным образом на ВЛ с номинальным напряжением до 110 кВ включительно.

Прессуемые зажимы предназначены для монтажа сталеалюминиевых проводов с сечениями алюминиевой части 240 мм² и более, т.е. на ВЛ напряжением 220 кВ и выше. Они состоят из стального анкера 5 с проушиной, в который запрессовывается стальной сердечник провода со стороны пролёта, и алюминиевого корпуса 1, в котором закрепляется алюминиевая часть провода 3. При этом требуется предварительное разрезание провода, что усложняет монтаж.

К категории сцепной арматуры относятся:

1. скобы, служащие для соединения гирлянды изоляторов с траверсой опоры (рисунок 8.11, а, б);
2. серьги, предназначенные для соединения скобы с шапкой верхнего изолятора гирлянды (рисунок 8.11, в, г);
3. ушки, осуществляющие сопряжение нижнего изолятора гирлянды с зажимом (рисунок 9.11, д, е);
4. коромысла, служащие для образования сдвоенных и строенных гирлянд;
5. промежуточные звенья, используемые для удлинения гирлянд;
6. узлы крепления гирлянд изоляторов к опорам (рис. 8.12).

Рис. 8. 11. Основные элементы сцепной арматуры:

а – одинарная скоба; б – двойная плоская скоба; в – серьга с целендрической проушиной; г –серьга со скруглённой проушиной д – однолапчатое ушко; е – двухлапчатое ушко

Рис.8.12. Узлы крепления к траверсе опоры:

а – поддерживающей гирлянды; б – натяжной гирлянды

К категории защитной арматуры относятся защитные кольца (овалы) и разрядные рога. Защитные кольца (овалы) устанавливаются в нижней части поддерживающих и натяжных гирлянд изоляторов и стержневых полимерных изоляторов ВЛ напряжением 330 кВ и выше. Они служат для отвода электрической дуги, возникающей при перекрытиях гирлянд, от поверхности последних, а также для улучшения равномерности распределения напряжения между изоляторами гирлянды. Верхние и нижние разрядные рога служат для создания искрового промежутка при изолированном креплении грозозащитных тросов на опорах ВЛ 220—1150 кВ. Они устанавливаются на гирляндах, причём верхние рога закрепляются на серьгах, а нижние — на ушках.

Соединительная арматура служит для соединения двух строительных длин провода, т.е. его отрезков, каждый из которых умещается на одном транспортном барабане. Для проводов с сечениями до 240 мм² включительно используют овальные соединители, которые представляют собой трубку с развальцованными краями из того же материала, что и провод, в которую с двух сторон вставляются соединяемые концы провода. Надёжный электрический контакт и достаточная механическая прочность места соединения обеспечиваются при монтаже путем обжатия соединителя специальными клещами или прессом, либо путем скручивания вместе с проводом специальным приспособлением.

Для соединения сталеалюминевых проводов с сечениями 300 мм² и более, а также стальных тросов сечением 50—150 мм² и более применяют прессуемые соединители. Они состоят из двух элементов — алюминиевого корпуса, охватывающего внешнюю поверхность провода, и стальной трубки, в которую вставляются концы стального сердечника.

Дистанцирующая арматура представлена двумя видами распорок. Металлические распорки служат для фиксации взаимного расположения проводов расщепленных фаз ВЛ 330—1150 кВ. Наиболее простая парная распорка, соединяющая два провода, состоит из двух комплектов плашек, которые закрепляются на проводах болтами, и тяги, устанавливаемой между плашками и закрепляемой жестко (глухое крепление) или подвижно (шарнирное крепление). На ВЛ 500 кВ с расщеплением фазы на три провода такие распорки устанавливают группами по 3 штуки на расстоянии 40—50 м между соседними группами. При числе проводов в фазе более трех наряду с парными могут быть использованы многолучевые и рамные распорки, более экономичные с точки зрения расхода металла.

Изолирующие распорки служат для дистанцирования сближенных фаз компактных ВЛ на опорах охватывающего типа и опорах с вантовой траверсой, а также для фиксации фаз многофазных ВЛ. С этой целью могут быть использованы полимерные изоляторы со стеклопластиковым стержнем, описанные выше, а также опорно-стержневые полимерные изоляторы.