Какие бывают электрические изоляторы и для чего они предназначены?

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Изоляторы линий электропередачи и открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций подвергаются воздействию атмосферных осадков, которые особенно опасны при сильном загрязнении окружающего воздуха. В таких изоляторах для увеличения напряжения перекрытия (электрического разряда по поверхности) наружная поверхность делается сложной формы, которая удлиняет путь перекрытия. На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, на линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии. В открытых распределительных устройствах для крепления ошиновок или установки аппаратов, находящихся под напряжением, обычно используют опорные изоляторы штыревого типа, которые при очень высоких напряжениях (до 220 кВ) собирают в колонки, устанавливая один на другой. Для вывода высокого потенциала через заземленную поверхность (например, крышку бака трансформатора) служат проходные изоляторы.

Типы изоляторов по материалам

Для изготовления этих изделий используют довольно банальные, но от этого не менее функциональные и надёжные диэлектрические материалы: стекло, фарфор и полимеры. Последние из-за ряда особенностей композитного материала не используются на воздушных линиях электропередачи свыше 220 кВ.

Итак по материалу изоляторы ВЛ могут быть:

Изоляторы из стекла

Сразу отметим, что изоляторы из стекла стоят дороже аналогичных изделий из фарфора, но имеют перед ними ряд преимуществ.

Так как стеклянные изоляторы прозрачны и на них легко визуально обнаружить повреждения, в том числе внутренние, изолирующих тарелок. Это позволяет не проводить частых испытаний напряжением и упрощает обслуживание ЛЭП.

Статьи по теме: Внутренние электросети: устройство и правила монтажа

Фарфоровые изоляторы

Традиционные изоляторы не меняющиеся уже много лет. Имея все необходимые характеристики: диэлектрика, абсолютная прочность на изгиб, не горючесть, водонепроницаемость, «равнодушие» к ультрафиолету, они имеют преимущество по цене.

К недостаткам относим повышенную хрупкость, которая усиливает требования по безопасной упаковке и транспортировке.

Полимерные изоляторы

Изоляторы из композитов пока не используются в линиях электропередачи свыше 220 кВ. Это связано со всеми недостатками присущими полимерам.

Они изгибаются при продольных нагрузках;

Основные характеристики

Ко всем изоляторам, независимо от их назначения, предъявляются общие требования. Они должны обеспечивать достаточный уровень электрической прочности. Этот показатель зависит от значения напряженности электрического поля, при котором изоляционный материал начинает терять свои диэлектрические свойства.

Каждый изолятор должен иметь достаточную механическую прочность, обеспечивающую устойчивость к динамическим воздействиям, возникающим при коротких замыканиях между токоведущими частями. Свойства изоляторов сохраняются неизменными, несмотря на дождь, снегопад и прочие агрессивные воздействия окружающей среды. Теплостойкость изолирующих устройств обеспечивает сохранение их свойств при перепадах температур в определенных пределах. Поверхность изоляторов должна быть устойчивой к действию электрических разрядов.

Основными электрическими характеристиками являются следующие:

Механическими характеристиками изоляторов считаются их вес и размеры, а также минимальное значение номинальной разрушающей нагрузки, измеряемой в ньютонах. Данная нагрузка воздействует на головку изолятора перпендикулярно оси.

Типы изоляторов по назначению

Кроме деления изоляторов по материалу изготовления, есть типы изоляторов по назначению. Это изоляторы:

Изоляторы штыревые (ИШ)

С помощью штыревых изоляторов неизолированные провода АС и изолированные провода СИП-3 крепят к траверсам опор.

Подвесные изоляторы (ПС, ПСД, ПСВ)

Данные изоляторы подвешивают на опоры ВЛЭП для крепления методом подвеса проводов и кабелей. Чаще изготавливают из закалённого стекла.

Изоляторы опорные (ИО, ИОР, СА, ОНШП)

Данные изоляторы используют в распределительных установках и другом электрооборудовании для закрепления токопроводящих элементов. Работают на участках от 6 до 35 кВ.

Проходные изоляторы (ИП, ИПУ)

При необходимости провести провод или шину через стену, например, на вводе в подстанцию, используют проходные изоляторы.

Конструкция

Конструктивно все электрические изоляторы различаются способами крепления к несущей конструкции и крепления кабеля. Главной задачей этого изделия является предотвращение электрических разрядов, для этого они выполняются в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. На рисунке ниже вы видите примеры типовых изделий разных форм и конструкций:

Изоляторы для частного дома

Существуют отдельные типы изоляторов используемых в электрике частного дома. Например,

Изоляторы керамические для открытой проводки в стиле «Ретро».

Статьи по теме: Подземный ввод электропитания в деревянный дом

Керамические изоляторы для электрического ввода в дом, монтируются на крюках или траверсах.

Проходные

получили свое название по более узкому предназначению. Данный тип обеспечивает прохождение токоведущих элементов линий электропередачи сквозь различные препятствия, подобные металлическим корпусам трансформаторов, стены КТП, КРУ, с изоляцией их от земли.

Предлагаемые нами изоляторы допущены к применению во всех энергетических системах как продукция, прошедшая аттестацию, согласно требованиям ОАО «ФСК ЕЭС».

Напряжение пробоя ИП

Напряжение пробоя фарфоровых ИП может быть разным в зависимости от толщины слоя фарфора. Несмотря на это, конструкция изоляторов определяется по необходимой механической прочности, расчетным напряжением перекрытия и дополнительным мерам по удалению короны.

При работе проходного изолятора 10 кВ не принимают меры для удаления коронирования. При номинальных напряжениях свыше 35 кВ применяют меры по установке короны возле стержня напротив фланца, как раз в том месте, где наибольшая напряженность в воздухе.

Для того чтобы предотвратить коронирование, изоляторы изготавливают без воздушной полости вокруг металлического прута, установленного внутри изолятора. Во время этого поверхность ИП металлизируется со стержнем. А для того чтобы устранить появление разрядов внизу ИП, поверхность под ним также металлизируется и дополнительно заземляется.

Смотреть галерею

Проводники

Все проводники располагают электрическими зарядами, которые при влиянии разности в потенциалах движутся в сторону одного из полюсов. Положительные заряды устремлены к отрицательному концу, а отрицательные к положительному. Этот поток – электрический ток.

Ионные вещества и растворы способны проводить электричество, но максимальную проводимость предоставляют металлы. В проводах часто используют медь, так как она обеспечивает отличную проводимость и дешево стоит. Но для высокой проводимости иногда используют позолоченные провода.

У каждого проводника есть предел мощности (объем тока, который может переносить).

Лекция № 13.

Изоляторами называют электротехнические изделия, предназначенные для механического крепления токоведущих элементов электроустановки и изолирования их друг относительно друга и относительно земли. то есть для предотвращения протекания электрического тока между ними.

По расположению токоведущей части различают опорные, проходные и линейные изоляторы, назначение которых определяются соответственно их названиям.

По конструктивному исполнению линейные изоляторы делятся на тарельчатые (изоляционная часть в форме тарелки), стержневые (изоляционная часть в виде стержня или цилиндра) и штыревые (изолятор имеет металлический штырь, несущий основную механическую нагрузку).

Конструкции подвесных тарельчатых изоляторов: а

– из закаленного стекла с конусной заделкой деталей;
б
– из фарфора с «арочной» заделкой деталей;
1
– стержень;
2
– изоляционная деталь;
3
– шапка;
4
– цементная заделка; 5 – замок;
6
– герметик.

Линейные изоляторы тарельчатого типа используются для подвески проводов контактной сети, на воздушных ЛЭП 35 кВ и выше, линий автоблокировки и высоковольтных питающих линии ДПР. Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого числа изоляторов в гирлянду. Изоляторы гирлянды благодаря шарнирному соединению работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном материале в основном напряжения сжатия. Конструкция изолятора представлена на рисунке 1.

Штыревые изоляторы (Рисунок 2) применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность. В установках напряжением 110 кВ и выше используются колонки, состоящие из нескольких, установленных друг на друга опорно-штыревых изоляторов на напряжение 35 кВ. В обозначение изоляторов введена буква Ш (штыревой).Штыревые линейные изоляторы применяются на напряжения 6-10 кВ. Обозначение ШФ6 означает: штыревой фарфоровый на 6 кВ. Буква С в обозначении (ШС) указывает на то, что изолятор стеклянный.

Линейные штыревые изоляторы: а

– фарфоровый ШФ-10Г;
б
– стеклянный НС 18А

Стержневые изоляторы (Рисунок 3) наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути тока утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Обозначение, например, ОСН-35-2000 расшифровывается следующим образом: опорный, наружной установки, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 Н.

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций РУ и аппаратов. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения. Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ПНШ-35/3000-2000 означает: проходной, наружной установки, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 3 кА с механической прочностью 20 кН.

Опорный изолятор предназначен для крепления токоведущих частей в электрических аппаратах, распределительных устройствах электрических станций и подстанций, комплектных распределительных устройствах. По конструкции представляет собой деталь из изоляционного материала цилиндрической или конической формы, внутрь которой заделана металлическая арматура с резьбовыми отверстиями для крепления шин и монтажа изолятора. Для повышения рабочего (разрядного) напряжения изолятора на его боковой поверхности предусматриваются рёбра, увеличивающие длину пути поверхностного тока утечки.

Изолятор состоит из электроизоляционного материала, металлической арматуры и связующего материала. Электроизоляционные материалы из которых изготавливаются изоляторы должны иметь высокую электрическую прочность, высокую механическую прочность и хорошо противостоять неблагоприятным атмосферным условиям.

При эксплуатации изоляторы подвержены различным воздействиям: механическим нагрузкам (за счёт собственного веса изоляторов гирлянды, подвешенных проводов, гололёда, ветра, снега, перепада температур, и динамических нагрузок); электрическим воздействиям: электрического рабочего напряжения и перенапряжений (особенно в грозовой период); загрязнениямспецифического состава. Вблизи полотна железнодорожного пути воздух загрязняется пылью, переносимой с полотна, частицами сыпучих грузов, уносимых с открытого подвижного состава при движении поезда, пылью, образуемой в результате износа деталей подвижного состава и пути, песком, применяемым для увеличения коэффициента сцепления колёс с рельсами. Загрязнению изоляторов способствует увлажнение их туманом, мокрым снегом, моросящим дождём, особенно при направлении ветра с моря.

Надёжную работу систем электроснабжения обеспечивают изоляторы из фарфора и стекла. В последнее время в качестве материала для изоляторов начали использовать различные полимерные материалы.

Учитывая, что при эксплуатации изоляторы подвержены многочисленным неблагоприятным воздействиям, к ним предъявляют очень жёсткие требования по механической и электрической прочности к атмосферным воздействиям. Изоляторы должны обладать стойкостью к термоударам, а также гладкой поверхностью без трещин, сколов, инородных включений.

Удовлетворить этим требованиям, а следовательно, обеспечить надёжность работы электроустановки можно только при строго регламентированном технологическом процессе производства изоляторов.

Проект «Создание реостата»

Реостат – небольшое устройство, регулирующее напряжение поворотом ручки.

Что нам понадобится:

Ход эксперимента:

Вывод:

Чем дальше вы ведете по пружине, тем менее ярко будет светить лампочка. Чем длиннее тот участок пружины, который электричеству приходится преодолевать, тем выше сопротивление. Устройство, которое у вас получилось, называется реостат. Оно позволяет изменять поток электричества, проходящий через него.

Источник

Опорные и проходные изоляторы

Станционные и аппаратные изоляторы распределительных устройств но своему назначению и конструкции разделяются на опорные и проходные. Опорные изоляторы используются для крепления шин и токопроводов открытых и закрытых распределительных устройств и аппаратов. Проходные изоляторы применяются при переходе токопроводов сквозь стены или для ввода напряжения внутрь металлических баков трансформаторов, конденсаторов, выключателей и других аппаратов.

Основным изолирующим материалом опорных изоляторов является фарфор. В последнее время стали популярны полимерные опорные и проходные изоляторы. В проходных изоляторах на напряжение 35 кВ и выше, помимо фарфора, широко используется бумажно-масляная и маслобарьерная изоляция.

Ребристость развита слабо и служит для некоторого увеличения разрядного напряжения. Наибольшее влияние оказывает ребро, расположенное у шапки, которое несколько выравнивает поле в области наиболее высоких напряженностей, откуда начинается развитие разряда.

Рис. 1. Опорные изоляторы типа ОФ-6 для внутренней установки.

Это ребро делается наибольшим. Изоляторы с внутренней заделкой арматуры (рис. 1, б) имеют меньшие вес, высоту и несколько лучшие электрические характеристики по сравнению с изоляторами с воздушной полостью. Достигается это потому, что при внутренней заделке арматуры наибольшие напряженности наблюдаются в фарфоре, воздушная полость отсутствует, а арматура играет роль внутреннего экрана.

Рис. 2. Опорные штыревые изоляторы для наружной установки: а — ОНШ-10-500, б — ОШП-35-2000.

Стержневые изоляторы для наружной установки типа ОНС выпускаются на напряжения до 110 кВ (рис. 3). Число и размеры ребер выбираются на основании опыта. При отношении вылета ребра а к расстоянию между ребрами, равном примерно 0,5, мокро-разрядные напряжения при данном разрядном расстоянии получаются наибольшими.

Рис. 3. Стержневой опорный изолятор для наружной установки ОНС-110-300.

Применяются также стержневые опорные изоляторы с внутренней полостью. Диаметр таких изоляторов больше, чем сплошных стержневых, что обеспечивает их большую механическую прочность. Однако у таких изоляторов возможны разряды во внутренней полости, для предотвращения которых внутренние полости герметизируют с помощью фарфоровых перегородок или заливают компаундом.

На напряжение 330 кВ и выше одиночные колонки изоляторов получаются очень высокими и не обеспечивают необходимую механическую прочность на изгиб. Поэтому при этих напряжениях применяют опорные конструкции чаще всего в виде конусообразного треножника из трех колонок изоляторов. При изгибающих усилиях изоляторы в таких конструкциях работают не только на изгиб, но и на сжатие.

Напряжения по элементам высокой колонки опорных изоляторов, так же как и в подвесной гирлянде, распределяются неравномерно. Для выравнивания напряжения применяют тороидальные экраны, закрепляемые на верхнем элементе колонки.

Рис. 4. Опорно-стержневые изоляторы ОС

Проходные изоляторы на напряжение 6 — 35 кВ изготавливаются чаще всего фарфоровыми. Конструктивное их выполнение определяется напряжением, током, допустимой механической нагрузкой на изгиб и окружающей средой.

Изолятор (рис. 5) состоит из фарфорового тела цилиндрической формы 1, плотно скрепленного с помощью армированных на цементе металлических концевых колпачков 2 с токоведущим стержнем 3. Фланец 4 служит для крепления изолятора к стене здания или корпусу аппарата. Так же как и изоляторы других типов, проходные выполняются таким образом, что бы напряжение пробоя было выше напряжения перекрытия вдоль поверхности.

Напряжение пробоя фарфоровых проходных изоляторов зависит от толщины фарфора. Однако конструкция таких изоляторов практически определяется необходимой механической прочностью, расчетным напряжением перекрытия и мерами по устранению короны.

Изоляторы на 3—10 кВ выполняются с внутренней воздушной полостью 5.

Рис. 5. Проходные фарфоровые изоляторы: а — на напряжения 6 — 10 кВ для внутренней установки, б — на напряжение 35 кВ сплошной конструкции для наружной установки.

Специальных мер для устранения возможности коронирования при таких напряжениях принимать не надо. При напряжениях 20—35 кВ возможно появление короны у стержня напротив фланца, где наблюдается наибольшая напряженность поля в воздухе. Для предотвращения коронирования изоляторы на такие напряжения изготавливаются без воздушной полости (рис. 5, б). При этом наружная поверхность фарфора металлизируется и соединяется со стержнем.

Для устранения возможности появления разрядов у фланца фарфоровая поверхность под ним также металлизируется и заземляется. Напряжение возникновения скользящих разрядов от фланца вдоль поверхности фарфора и, следовательно, напряжения перекрытия по поверхности могут быть увеличены снижением поверхностной емкости. Для этого или увеличивают диаметр изолятора у фланца, или поверхность изолятора выполняют ребристой, располагая более массивные ребра вблизи фланца.

Рис. 6. Полимерный проходной изолятор на 10 кВ

Изоляторы, предназначенные для ввода напряжения из одной среды в другую (воздух — масло и т. д.), выполняются несимметричными относительно фланца. Например, путь перекрытия в масле можно брать в 2,5 раза меньшим, чем в воздухе. Ввод, один конец которого находится в помещении, а второй — на открытом воздухе, изготавливается также несимметричным, наружная часть имеет более развитую ребристость для увеличения мокроразрядного напряжения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Проходной изолятор

Доброго времени суток всем, кто сейчас читает эту статью. Прежде, чем рассказывать о проходных изоляторах, я сперва хочу рассказать, что же это такое.

Исходя из определения, эти устройства предназначаются для того, чтобы обеспечивать прохождение частей, проводящих электричество, через всевозможные преграды с изоляцией их от земли. Кроме того, они используются для постройки РУ на подстанциях, выполнении вводов на трансформаторах, КРУ, КТП и пр.

Типы проходных изоляторов

Все эти виды используют фарфор, как главный материал. Хотя, в последнее время, все больше используется полимер, но фарфор, все равно, не уступает по показателям при изготовлении изоляторов.

Виды проходных изоляторов и область применения

Первый вид – устройства, предназначенные для внутренней установки. Их используют с целью организации высоковольтных выводов из трансформаторных баков, выключателей с масляным и воздушным диэлектриком и провода проводов сквозь стены построек.

Состоит такое устройство из фарфора, внутри которого проведен токопроводящий стержень из металла (либо группа шин). Его крепление осуществляется при помощи фланца из металла, соединенного с фарфором цементно-песчаным составом.

Другая группа устройств – устройства, предназначенные для наружновнутреннего монтажа. У таких изоляторов имеются ребра (или крылья), которые достаточно далеко выступают и защищают нижние части устройства от дождей. Они предназначаются для изолирования с соединением токопроводящих частей ЗРУ и открытых распределительных устройств, либо линий электропередачи. Напряжения, с которыми работают эти устройства 10, 25, 35 киловольт, а токи – от 400 до 10000 ампер.

Теперь я расскажу о том, какие еще бывают изоляторы проходного типа и начну с тех, что называются маслонаполненными фарфоровыми.

Этот подвид устройств используется для работы с масляными выключателями 110000-220000 вольт. Бывают они герметичного и негерметичного исполнения. Отличаются они тем, что масло негерметичных устройств имеет сообщение с внешним воздухом посредством компенсатора, имеющего масляный затвор. Тогда как в устройствах герметичного исполнения, этого сообщения нет (масло внутри под давлением), для компенсации же перепадов объема масла, служат либо пустотелые сильфоны, либо особые мембраны.

Кроме того, существуют изоляторы проходного типа, изготовленные из полимера. Такие устройства способны соединять и изолировать токопроводящие части распредустройств закрытого типа и открытого, или соединять их с линиями ЛЭП.

У этих изоляторов есть одно немаловажное преимущество: у них нет хрупкости, кроме того, они весьма стойки к ударным нагрузкам динамического типа (к примеру, от токов замыкания) и прекрасно справляются с работой в сильно загрязненной среде. Это позволяет применять такие изоляторы для наружной работы в то время, как их аналоги из фарфора способны работать лишь в помещении.

Преимущества полимерных изоляторов перед фарфоровыми

Такие устройства способны работать по четверть века (это достигнуто использованием изоляционной оболочки из кремнийорганики, нанесенной на изоляционное тело).

Хочу еще добавить, что на заводе, где я работаю, имеется несколько питающих подстанций, а выводы из них выполнены с помощью проходных изоляторов наружновнутренней установки из фарфора (связано это с тем, что завод построен достаточно давно и вводы питания далеко не новые). Однако, ведутся работы по реконструкции вводов питания с возможностью использования полимерных изоляторов. А, поскольку на заводе очень большая протяженность шинопроводов, то этот способ, я считаю, должен стать самым приемлемым.

Фарфоровые изоляторы проходного типа, с большим успехом, до сих пор применяются при выполнении выводов напряжения трансформаторов на подстанциях, питающих жилые микрорайоны. Связано это с тем, на мой взгляд, что подстанции жилых микрорайонов, в большинстве случаев, расположены отдельно от жилых построек, что дает больший простор для действий в случае необходимости замены деталей. Есть, конечно, и жилые здания с встроенными подстанциями, но про них я мало знаю и утверждать ничего не стану.

Хочется надеяться, что я достаточно доступно разъяснил вопрос о проходных изоляторах.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Источник