Изоляторы, конструкции и выбор

Токоведущие части аппаратов РУ, провода воздушных линий электропередачи имеют различные потенциалы и поэтому для исключения КЗ их удаляют друг от друга и от заземленных металлоконструкций на определенные расстояния, т. е. изолируют воздушными промежутками. В местах крепления токоведущие проводники изолируют от заземлённых опорных конструкций при помощи изоляторов.

Конструкция изоляторов должна обладать электрической и механической прочностью и противостоять неблагоприятным атмосферным воздействиям. Наилучшими характеристиками обладают изоляторы из фарфора и закаленного стекла.

Все изоляторы конструируют так, чтобы их пробивное напряжение было выше напряжения перекрытия (разряда по поверхности). В этом случае при повышениях напряжения изолятор не разрушается, а перекрывается и при быстром отключении остается неповрежденным. При наружной установке поверхность изоляторов подвержена воздействию атмосферных осадков, загрязнению, поэтому они имеют развитую ребристую поверхность, улучшающую условия работы изоляции. Для работы в особо загрязненных районах (вблизи металлургических и химических заводов, морей и т. п.) конструируют специальные изоляторы с сильно развитыми поверхностями и в некоторых случаях с подогревом поверхности для быстрого испарения влаги, осушения поверхности, т. е. для уменьшения загрязнения и повышения разрядных напряжений.

По назначению и конструкции изоляторы разделяют на опорные, проходные и подвесные, а по роду установки различают изоляторы для внутренней и наружной установки (рис. 3.5).

Опорные изоляторы предназначены для крепления проводов воздушных линий, токоведущих шин в РУ и токоведущих частей электрических аппаратов.

Рис. 3.5. Опорные изоляторы.

Для внутренней установки 10 кВ:

¾ ОА-10 с наружной заделкой арматуры;

¾ ОМА-10 с внутренней заделкой арматуры.

Для наружной установки 35 кВ:

¾ ШТ-35 — штыревого типа;

¾ СО-35 (СТ-35) —стержневого типа.

Элементы конструкции: фарфоровый корпус, фланец, колпачок.

Опорные изоляторы бывают стержневые и штыревые.

Стержневые изоляторы имеют фарфоровый корпус с гладкой или развитой ребристой поверхностью, к которому с помощью цементной заделки прикреплены элементы арматуры: чугунный фланец для закрепления изолятора на опоре и шапка (колпачок) для крепления шины к изолятору. Стержневые изоляторы для внутренней установки на напряжение 3¾10 кВ изготовляются двух серий: серии О (опорные) с наружной заделкой арматуры и серии ОМ (опорные, малогабаритные) с внутренней заделкой арматуры. Для наружной установки на напряжение 35 кВ применяют стержневые изоляторы типа СТ-35. Стержневые изоляторы на напряжение 110¾220 кВ и выше представляют собой колонны из нескольких изоляторов меньшего напряжения, соединенных между собой металлической арматурой.

Штыревые изоляторы предназначены для наружной установки на напряжение 3¾35 кВ и выше. Они имеют фарфоровый корпус, состоящий из одного или нескольких фигурных элементов, соединенных цементной замазкой и укрепленных на стальном штыре. В верхней части фарфорового корпуса армируется шапка.

ПНВ на 10 кВ

ИПШН на 35 кВ

ПНБ на 35 кВ

ПНБ на 10 кВ

Рис. 3.6. Проходные изоляторы

Проходные изоляторы (рис. 3.6) предназначены для изоляции проводников, проходящих через стены зданий или через заземлённые кожухи аппаратов. Они состоят из диэлектрического (фарфор, бакелизированная бумага и др.) корпуса цилиндрической или веретенообразной формы, внутри которого проходит токоведущий стержень прямоугольного или круглого сечения. В средней части корпуса устанавливают металлический фланец для крепления изолятора в стене или аппарате. При номинальных напряжениях 3—10 кВ диэлектрический корпус выполняют из фарфора или бакелизированной бумаги, а при напряжениях 35 кВ и выше корпус представляет собой сложную изоляционную конструкцию, состоящую из фарфора, картона, бумаги, трансформаторного масла.

Сечение токоведущего стержня определяется номинальным током проходного изолятора. При больших номинальных токах (2000 А и более) проходные изоляторы изготовляют без токоведущих частей. Через такие изоляторы (шинного типа) при монтаже пропускают жёсткие шины распределительного устройства.

Подвесные изоляторы применяют для подвески к опорам проводов воздушных линий электропередачи. Они бывают тарелочного и стержневого типов. Наибольшее распространение получили подвесные изоляторы тарелочного типа, из которых собирают гирлянды изоляторов, рис. 3.7.

В зависимости от взаимного расположения шин и изоляторов последние подвергаются воздействию электродинамических сил, работая на изгиб или растяжение (сжатие) или одновременно на изгиб и растяжение (сжатие).

Рис. 3.7. Подвесной изолятор

Допустимые нагрузки на изоляторы при изгибе (F_{доп.изг}) и растяжении (F_доп.р) в ньютонах в этих случаях следует принимать соответственно равными:

где F_{разр.изг} и F_разр.р — задаваемые заводом-изготовителем минимальные разрушающие нагрузки соответственно при изгибе и растяжении (сжатии) изолятора, Н.

Допустимую нагрузку на спаренные изоляторы (опоры) следует принимать равной 50 % от суммарного разрушающего усилия изоляторов (опор):

F_доп = 0,5 F_разрS,

где F_разрS — суммарное разрушающее усилие спаренных изоляторов (опор), Н.

Допустимую нагрузку при изгибе опорного изолятора (F_доп) в ньютонах следует определять по формуле

,

где N — коэффициент допустимой нагрузки, равный 0,5; h и Н — расстояния от опасного сечения изолятора соответственно до его вершины и центра тяжести поперечного сечения шины.

Опасное сечение опорно-стержневых изоляторов с внутренним креплением арматуры следует принимать у опорного фланца, опорно-стержневых изоляторов с внешним креплением арматуры ¾ у кромки нижнего фланца, а опорно-штыревых изоляторов — на границе контакта штыря с фарфоровым телом изолятора.

Допустимую нагрузку при изгибе многоярусных изоляционных опор следует принимать равной допустимой нагрузке наименее прочного яруса.

Максимальную силу в ньютонах (эквивалентную равномерно распределённой по длине пролета нагрузки), действующую в трехфазной системе проводников на расчетную фазу при трехфазном КЗ, следует определять по формуле

,

где — ударный ток трехфазного КЗ, А; k_расп — коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников; а — расстояние между осями проводников, м; l — длина пролета, м.

Условие электродинамической стойкости изолятора записывается как