Изоляторы,назначение,классификация. Условия выбора изоляторов

ПМ
Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей
Раздел 1. Устройство электрических подстанций и составление их схем

Тема 1.4
Изоляторы и токоведущие части
1 семестр
6 ч. - Учебные занятия
4 ч. - Практические занятия
2 семестр
2 ч. - Учебные занятия
2 ч. - Практические занятия

04.12.2020г.
Тема урока
Изоляторы распределительных устройств.
Назначение, типы, параметры, конструкция.

Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и изоляции их от заземленных конструкций и других частей электроустановки, находящихся под иным потенциалом.
По назначению различают изоляторы:
– аппаратные — для крепления токоведущих частей распределительных устройств и аппаратов;
– линейные — для крепления к опорам проводов воздушных линий электропередачи и открытых распределительных устройств.

К изоляторам предъявляется ряд требований, определяемых условиями их эксплуатации.
Изоляторы должны сохранять электрическую прочность при рабочих напряжениях, а также при атмосферных и коммутационных перенапряжениях, должны быть механически устойчивы при нормальных режимах работы и коротких замыканиях, должны быть устойчивы к атмосферным воздействиям и загрязнениям внешней среды.

Аппаратные изоляторы по конструкции делятся на:
опорные;
опорно-стержневые;
опорно-штыревые;
проходные;
маслонаполненные вводы.

Опорные изоляторы (рис.1) предназначены для внутренней установки.
Их выпускают в нормальном (рис.1, а) и малогабаритном исполнении (рис.1,б,в).
Рис. 1. Опорные изоляторы для закрытых РУ:
а — нормального исполнения; б и в — малогабаритные
В обозначении типа изолятора буквы и цифры отражают конструкцию, изолирующий материал, номинальное напряжение, разрушающую нагрузку и форму фланца. Например, ОФ-10-375ов — опорный, фарфоровый, номинальное напряжение 10 кВ, разрушающая нагрузка 375 даН, овальный фланец.

Изоляторы нормального исполнения снизу и сверху армированы фланцами 3 и колпаками 1, которые необходимы для крепления изолятора на конструкции и токоведущих частей на изоляторе. Фарфоровый корпус 2 изолятора крепится к чугунному фланцу и чугунному колпаку при помощи цементной замазки. Изолятор с круглым фланцем крепится к металлической конструкции одним болтом, с овальным фланцем —двумя болтами, с квадратным фланцем — четырьмя.

Если в маркировке отсутствует обозначение типа фланца, это значит, что арматура утоплена в тело изолятора (см. рис. 1, б).
В комплектных распределительных устройствах применяются малогабаритные опорные изоляторы с ребристой поверхностью. На рис. 1, в показан изолятор типа ОФР-20 на напряжение 20 кВ.

Опорно-штыревые изоляторы применяются для наружных установок. Их изготовляют на напряжение 6, 10 и 35 кВ и обозначают ОНШ. Цифры в обозначениях типа изолятора — номинальное напряжение и разрушающая нагрузка. Например, ОНШ-35-1000
(рис. 2, а) — опорный, наружной установки, штыревой, номинальное напряжение 35 кВ, разрушающая нагрузка 1000 даН.
Рис. 2. Опорные изоляторы для наружных установок:
а — опорно-штыревой; б — опорно-стержневой

Изолятор состоит из двух фарфоровых элементов 1 и 2, входящих один в другой.
Нижний элемент крепится к чугунному штырю 4 с фланцем с помощью цементной замазки 5.
Фланец имеет отверстия для крепления изолятора к заземленной конструкции. Колпачок 3 надевают на верхний элемент изолятора. В нем имеются отверстия с резьбой для крепления токоведущих частей.
Колпачок и фарфоровые элементы крепят между собой цементной замазкой.
Наличие пазух с нижней стороны фарфоровых элементов увеличивает поверхность и общую электрическую прочность изолятора.

Опорно-стержневые изоляторы изготовляются на 10, 35 и 110 кВ, маркируются аналогично опорно-штыревым.
Например, ОНС-10-1000 — опорный, наружной установки, стержневой, номинальное напряжение 10 кВ, разрушающая нагрузка 1000 даН.
В электроустановках применяют также изоляторы типов ИОС (изолятор опорно-стержневой) и КО (колонковый опорный), которые широко используют в аппаратах.

Опорно-стержневые изоляторы выполняются из сплошного ребристого фарфора 6, по торцам которого закрепляют чугунные фланцы 7 и 8 для крепления токоведущих частей к изолятору и изолятора к опорной конструкции.

Проходные изоляторы используют для при внутренней и наружной установки.
Они необходимы при прокладке шин через стены, перекрытия и перегородки между отсеками электроустановки. На рис. 3 показан проходной изолятор типа ИП-10/400-750У1 наружной установки на напряжение 10 кВ и ток 400 А, с разрушающей нагрузкой 750 даН, для районов с умеренным климатом.
Рис. 3. Проходной изолятор

Рис. Проходной изолятор
Изолятор состоит из полых фарфоровых втулок 2 и 4, внутри которых проходит токоведущий стержень с контактными выводами 1 и 5, имеющими отверстия для присоединения к ним.
Фланец 3 предназначен для крепления изолятора к проходной плите в проеме стены. Фарфоровая втулка 4 предназначена для работы снаружи и имеет более ребристую поверхность, чем втулка 2, которая работает внутри помещения.

Маслонаполненные вводы являются по назначению проходными изоляторами (см. рис. 3.1, б) на напряжение 110 кВ и выше. Высокая напряженность в изоляционном промежутке между токоведущим стержнем и фарфоровыми втулками изолятора вынуждает заполнять его маслом.
В современных конструкциях вводов наряду с масляной широко используется твердая изоляция.
Рисунок 3.1

Линейные изоляторы по конструкции делятся на штыревые и подвесные. Подвесные изоляторы в свою очередь бывают стержневые и тарельчатые.
Подвесные стержневые изоляторы отличаются конструктивно от опорно-стержневых тем, что имеют с торцов две металлические шапки с отверстиями или гнездами для крепления изоляторов к опорным конструкциям и проводов к изоляторам.

Подвесные тарельчатые изоляторы (рис. 4, а) имеют фарфоровый или стеклянный корпус в виде перевернутой тарелки с ребристой нижней поверхностью для увеличения разрядного напряжении при осадках. Верхняя поверхность тарелки выполняется гладкой, с небольшим уклоном для стекания воды.
Рис. 4. Подвесные изоляторы:
а — тарельчатый; б — натяжная гирлянда изоляторов; в — подвесная гирлянда
1- колпак
2-специальный состав
3-мастика
4-тарелка изолятора
5-пестик или серьга

Внутренней и наружной поверхности фарфоровой головки придана такая форма, чтобы при тяжении провода фарфор испытывал сжатие, при котором его прочность выше, чем при растяжении. Это обеспечивает высокую механическую прочность тарельчатых изоляторов.
В обозначение изолятора входят буквы и цифры, обозначающие конструкцию, материал, разрушающую нагрузку на растяжение и исполнение, например, ПФ-70-А (ПС-70-А): подвесной, фарфоровый (стеклянный), разрушающая нагрузка 70 кН, исполнение А (нормальное).
Тарельчатые изоляторы при напряжении 35 кВ и выше собираются в натяжные (рис. 4, б) и подвесные (рис. 4.4, в) гирлянды.
При этом пестик одного изолятора входит в гнездо шапки следующего и запирается там специальным замком. Количество изоляторов в гирлянде зависит от их типа, рабочего напряжения и условий работы и принимается: для напряжения 35 кВ — 34 шт.; 110 кВ —78; 220 кВ — 1314.

Линейные штыревые изоляторы выполняются из фарфора и из стекла.
Фарфор штыревых изоляторов подвергается старению, вследствие чего в теле изолятора возникают микротрещины. Кроме того, дефекты и электрические пробои фарфоровых изоляторов очень трудно поддаются диагностированию.
Этих недостатков полностью лишены изоляторы из электротехнического закаленного стекла.

Их преимуществами являются:
– отсутствие скрытых дефектов в теле изолятора;
– стабильные электроизоляционные свойства, недостижимые в фарфоровых изоляторах;
– отсутствие старения;
– растрескивание и осыпание стеклянной части изоляторов при пробое, что дает возможность визуально (с поверхности земли) определить поврежденный изолятор.
Фарфоровые и стеклянные штыревые изоляторы широко применяются на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4; 10 (ШФ10Г, ШС10Д и др.) и 20 (ШФ20Г, ШФ20А и др.) кВ (например, на ВЛ ПЭ 10 кВ, ВЛ СЦБ 10 кВ и др.).

В настоящее время широкое применение в электроустановках находят полимерные изоляторы на напряжение 35—220 кВ. Их можно классифицировать следующим образом:
– некерамические изоляторы (композитные, из нескольких полимерных материалов, а также цельные — из одного полимерного материала);
– изоляторы из традиционных материалов (фарфор, стекло), покрытые тонкой полимерной оболочкой.
Изоляторы имеют малый вес (в 10—15 раз легче гирлянды фарфоровых изоляторов), устойчивы к ударным механическим нагрузкам, удобны в монтаже и транспортировке.

Выбор изоляторов производится по роду установки (внутренняя или наружная) и напряжению:
где Uном — номинальное напряжение изолятора;
Uраб — рабочее напряжение установки.
Проходные изоляторы дополнительно выбирают по номинальному току
где Iном — номинальный ток токоведущего стержня изолятора;
Iраб.макс — максимальный рабочий ток.

Выбранные изоляторы проверяют на динамическую стойкость по условию
где Fрасч — наибольшая расчетная нагрузка, определяемая по формуле (2.49);
Fразр — разрушающая нагрузка по каталогу;
0,6 — коэффициент запаса прочности.
На проходные изоляторы действует только половина нагрузки, приходящейся на длину пролета, поэтому Fрасч необходимо умножить на 0,5 и определять по формуле
Проверка проходных изоляторов на термическую стойкость производят по условию q ≥ qмин,
где q — сечение токоведущего стержня выбранного проходного изолятора.