Станційно-апаратні ізолятори для розподільних пристроїв електростанцій і підстанцій

На електричних станціях і підстанціях, крім ізоляторів лінійного типу, використаних для монтажу ошиновки у відкритих розподільних пристроях (РП), застосовуються ізолятори, які можна об’єднати під загальною назвою станційно-апаратних. Ці ізолятори можна розділити на два основних види: опорні і прохідні. Опорні ізолятори використовуються для кріплення шин у закритих РП й в апаратах, наприклад, як опорно-ізолюючі конструкції роз’єднувачів. Прохідні ізолятори використовуються в закритих РП для проходу струмопроводів через стіни й у трансформаторах і апаратах – для введення напруги в металевий бак (такі ізолятори, тому називають уведеннями).

Опорні ізолятори виконуються звичайно порцеляновими. У конструкціях прохідних ізоляторів основою ізоляцією слугує порцеляна, маслобар’єрна або паперово-масляна ізоляція.

5.1Опорні ізолятори стрижневого типу.

Найбільш просту форму мають ізолятори для закритих РП. Ізолятор (рис. 6) являє собою порожнє порцелянове тіло майже циліндричної форми. Верхня частина ізолятора виконана суцільною для запобігання розрядів у внутрішній порожнині. Порцеляна за допомогою цементу армована внизу чавунним фланцем, а на горі чавунною шапкою. Поліпшення розрядних характеристик опорного ізолятора може бути досягнуте за допомогою внутрішнього екрана, що зменшує напруженість електричного поля в шапці. Для підвищення розрядної напруги на тілі ізолятора робиться ребро, що змушує розряд розвиватися під кутом до, силових ліній поля, тобто по шляху з меншою напруженістю. Стрижневі опорні ізолятори внутрішньої установки випускають на номінальні напруги до 35 Кв. У позначенні цих ізоляторів указується їхній тип, матеріал, номінальна напруга і механічна міцність. Наприклад, ОФ-35-0,75 – опорний порцеляновий на 35 кВ, механічна міцність на вигин 0,75 кН (750 кг.с.).

Стрижневі опорні ізолятори для зовнішньої установки відрізняються сильно розвинутою поверхнею. Виготовляються у вигляді суцільного порцелянового стрижня з рівномірно розташованими ребрами (рис. 7). Такі ізолятори найбільш прості у виготовленні і мають мінімальну вагу. Виконуються на напруги від 10 до 110 кВ. На напругу 220 кВ два стрижневих ізолятори скріпляються між собою, утворюючи колонкові. При напрузі 330 кВ і вище за умовами механічної міцності опорна ізоляція виконується з трьох стовпчиків, розташованих по кутах тригранної призми, піраміди. Позначення, наприклад, ОНС-110-0,5 – опорний, зовнішньої установки, стрижневий, на 110 кВ із механічною міцністю 0,75 кН (500кг.с).

Позитивними сторонами стрижневих ізоляторів є мала вага, неможливість пробою порцелянового стрижня між ковпаком і фланцем. Головним його недоліком є мала механічна міцність на вигин, що може привести до повного його руйнування з падінням апаратів на землю.

Рисунок 6 – Опорний стрижневий ізолятор для внутрішньої установки на 6 кВ типу ОФ-6-0,375

Рисунок 7 – Опорний стрижневий ізолятор на 110 кВ типу ОНЗ-110-0,5

5.2 Опорні ізолятори штирового типу.

Зі збільшенням номінальної напруги і висоти ізолятора ростуть згинальні моменти, і міцність ізоляторів стрижневого типу виявляється недостатньою. Не забезпечується вона і в умовах з відносно низькою напругою, але з великими струмами к.з.

Кращі механічні характеристики мають ізолятори штирового типу. Їхньою відмінною рисою є використання тонкостінної порцеляни, електрична і механічна міцність якого росте зі зменшенням товщини і застосуванням сталевого штиря, що сприймає на себе основну частину згинаючого зусилля.

На рис. 8 показаний опорний штировий ізолятор на напругу 10 кВ. Механічна міцність ізолятора такого типу визначається міцністю штиря, а не ізоляційного тіла. Ізолятори такого типу на 20 і 35 кВ (рис. 9) мають відповідно дві або три порцелянові частини, з’єднані між собою цементом. На 110-220 кВ штирові ізолятори з’єднуються в стовпчики, що складаються відповідно з трьох-п’яти 35-ти кіловольтних ізоляторів. Позначення, наприклад, ОНШ-35-1 – опорний, зовнішньої установки, штировий на 35 кВ із механічною міцністю 1 кН (1000 кг.с). Основною перевагою опорних ізоляторів штирового типу є велика механічна міцність на вигин, тому що всі зусилля при к.з. сприймає на себе штир. Однак, на відміну від стрижневих ізоляторів у штирових значно більша вага і, крім того, у них можливий пробій ізолюючої деталі між штирем і ковпаком. У зв’язку з викладеним вони застосовуються на напругу до 200 кВ включно. Характеристики основних типів опорних ізоляторів приведені в табл. 1.

Рисунок 8 – Штировий опорний ізолятор типу ОНШ-10-0,5

Рисунок 9 – Опорний штировий ізолятор типу ОНШ-35-1

5.3Прохідні ізолятори з порцеляни.

Прохідні ізолятори використовуються в місцях, де струмоведучі частини проходять через стіни або перекриття будинків, через огородження електроустановок або вводяться у середину металевих корпусів устаткування. Прохідними ізоляторами звичайно називають порцелянові ізолятори на напругу до35 кВ із відносно простою внутрішньою ізоляцією. Прохідні ізолятори для внутрішньої установки (рис. 10) складаються з порцелянового тіла циліндричної форми з повітряною внутрішньою порожниною, струмоведучого стрижня, металевого фланця і деталей, за допомогою яких струмоведучий стрижень закріплюється і фіксується в ізоляторі. Для зменшення прохідних ізоляторів на напругу 35 кВ вони забезпечуються декількома ребрами. При напрузі 35 кВ у струмоведучого стрижня може виникнути корона. Для її запобігання внутрішня поверхня ізолятора металізується або покривається провідною фарбою і їй передається потенціал стрижня.

Завдяки цьому в повітряних порожнинах навколо стрижня не буде електричного поля, і корона не виникає. Прохідні ізолятори на 6-35 кВ для зовнішньої установки несиметричні. Частина ізолятора, що працює на повітрі, постачена розвинутими ребрами. Для запобігання проникнення вологи у внутрішню порожнину ізолятора на шапці і стрижні маються ущільнення. Основними характеристиками похідних ізоляторів є: номінальна напруга, робочий струм і припустиме механічне навантаження на струмоведучий стрижень. Позначення, наприклад, П-10/400-0,75 – ізолятор прохідний для внутрішньої установки на 10 кВ, 400 А і 0,75 кН (750 кг.с); ПН-35/1000-0,75 – прохідний для зовнішньої установки на 35 кВ, 1000 А і 0,75 кН (750 кг.с).

Рисунок 10 – Прохідний ізолятор для внутрішньої установки типу П – 10/1000-3 на 10 кВ;

– порцелянове тіло;

– фланець;

– повітряна порожнина;

– струмоведучий стрижень.

5.4 Маслобар’єрні, паперовo-масляні та паперово-бакелітові прохідні ізолятори.

Електричне поле прохідного ізолятора нерівномірне.

Внаслідок цього використання ізоляції виявляється неефективним. Це призводить до збільшення діаметру ізолятора, особливо при високих напругах. У прохідних ізоляторах конденсаторного типу здійснюється регулювання електричного поля, однією з перших подібних конструкцій виявилися паперово-бакелітові прохідні ізолятори на напругу 35 кВ (рис. 11).

Рисунок 11 – Ввід на напругу 35 кВ з паперово-бакелітовим осердям

Вони виготовляються шляхом намотки на струмоводний стрижень ізоляційного тіла з паперу, змазаного бакелітовою смолою.

При навиванні через певну кількість витків у тіло закладаються додаткові електроди з металевої філії для регулювання електричного поля у радіальному та вісному напрямках. Під час навивання паперовий циліндр обтискається гарячими вальцями, внаслідок чого смола плавиться та оклеює шари. Одночасно усувається більша частина повітряних включень між шарами паперу. Потім ізоляція проходить термічне оброблення, під час якого смола полімеризується. Після цього у ізоляційного тіла обкачуються кінці, на нього накладається шина під фланець і лакується поверхня для підвищення вологостійкості.

Недоліком паперово-бакелітових ізоляторів є невелика вологостійкість, яка обумовлена їх шаровим виконанням, та низька трекінгостійкість. Тому такі ізолятори, призначені для зовнішнього установлення, розташовують у порцеляновій покришці, а простір між покришкою та паперово-бакелітовим ізоляційним тілом заливають спеціальним мастилом.

Для промислових установок на напругу 110 кВ та вище паперово-бакелітові ізолятори непридатні із-за відносно низької тривалості електричної міцності, яка обмежується неминучою присутністю у паперово-бакелітовім тілі ізолятора газових включень. Вводи на напругу 110 кВ та вище виконуються тільки заповненими маслом, тобто з маслобар’єрною або паперово-масляною внутрішньою ізоляцією.

На напругу 110 кВ та вище нещодавно частіше застосовувалися маслонаповнені прохідні ізолятори з маслобар’єрною внутрішньою ізоляцією, яка має високу електричну міцність. Ізоляцією між струмоводним стрижнем та фланцем слугує трансформаторне масло, електрична міцність якого підвищена шляхом застосування циліндричних бар’єрів з бакелізованого паперу. Для регулювання електричного поля на бар’єрах розташовані додаткові електроди з філії, які забезпечують деяке вирівнювання електричного поля у радіальному та аксіальному напрямках.

Бакелітові циліндри збираються у загальний каркас та центруються за допомогою дерев’яних клинів, які забиваються між ними по верхньому та нижньому краям кожного циліндра. Основні достоїнства маслобар’єрних прохідних ізоляторів – проста конструкція та швидкість охолодження.

Крім цього, їх можна ремонтувати (змінити масло, підсушити). Однак із-за відносно невисокої електричної міцності маслобар’єрної ізоляції вони мають великі радіальні розміри. Внаслідок цього виготовлення вводів з маслобар’єрною ізоляцією обмежено та в більшості випадків у високовольтних вводах застосовується паперово-масляна ізоляція.

Конструкція паперово-масляного ввіда зображена на рис. 12. Основою внутрішньої ізоляції в ньому виступає просочений маслом паперовий кістяк, намотаний струмоводний стрижень.

У паперовому кістяку розташовують додаткові електроди, які регулюють електричне поле. Завдяки високій короткочасній та тривалій електричної міцності паперово-масляної ізоляції вводи вказаного типу мають найменші радіальні розміри. Головний їх недолік – різке погіршання характеристик при зволоженні.

В зв’язку з цим їх конструкції пред’являються підвищенні вимоги у відношенні герметичності; маслорозширювачі обов’язково забезпечують спеціальними осушувачами повітря. Вводи на 110 кВ та 220 кВ мають вимірювальний ввід для вимірювання тангенсу кута діелектричних втрат (tg ) та ємність(C) або спеціальний ввід з вимірювальним конденсатором (ПВН), призначений для підключення пристосувань для вимірювання напруги, tg та C. Приклад умовного позначення високовольтного вводу на 110 кВ :

, де

Г – герметичний; БМ – паперово-масляна ізоляція; БТ – для трансформаторів та реакторів; В – для масляних вимикачів; Л – лінійний; П – наявність (ПВН); У – підсилена ізоляція; 0-45 – максимальний кут нахилу до вертикалі, град. ; 110 – клас напруги, кВ; 1000 – номінальний струм, А; У1, ХЛ – виконання та категорія розташування. Високовольтні вводи передбачають установку трансформаторів струму.Характеристики основних типів прохідних ізоляторів наведені у табл.1.

Рисунок 12 – Ввід на напругу 110 кВ з паперово-масляною ізоляцією конденсаторного типу;

1) – розширювач з масляним затвором;

2) – маслопокажчик;

3) – верхня порцелянова кришка;

4) – осердя вводу;

5) – ізолятор з відведенням для вимірювання;

6) – з’єднувальна втулка;

7) – нижня порцелянова кришка;

8) – гетинаксова шайба;

9) – опорний ізоляторний циліндр;

10) – кухля;

11) – алюмінієвий екран.