Зачем на высоковольтных проводах стеклянные диски

Обновлено: 05.07.2024

Ответ с Пикабу:
Ветер раскачивает провода, в них возникают колебания, а так как высоковольтные провода по сути своей ничем не отличаются от гитарной струны, в них возникают колебания. Казалось бы и пусть с ними, пусть колеблются. Но не тут-то было. По всей длине пусть колеблются, а вот в местах подвеса это чревато обрывом. Знаете, вроде как мы с вами ломаем проволоку без кусачек часто перегибая ее туда-сюда. С ветром мы ничего поделать не можем, а вот понизить резонансную частоту (частоту на которой будет в результате колебаться провод) можем.

Зачем понижать-то ? А чем выше частота колебаний, тем больше энергия, тема быстрее сломается наша проволока (не верите, можете сами попробовать). Чтобы понизить частоту (увеличить инерцию) достаточно сделать провод тяжелее. Но тогда потребуется больший подвес - не вариант. Вот тут-то и додумались, что незачем делать тяжелым весь провод. Достаточно его утяжелить вблизи мест подвеса. Вот этими чугунными конструкциями.

"В больнице она получила лечение от наркотического опьянения, в остальном же она не пострадала, - добавил полицейский. - Ей повезло, что она не получила удар током высокого напряжения".

Основные материалы, используемые для производства изоляторов это: фарфор, стекло и полимеры. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого материала для изоляторов.

Сравнение материалов для производства изоляторов

Фарфоровые изоляторы

Фарфор изготавливается из всосококачественной белой глины, называемой каолином. Фарфор имеет наивысшую прочность среди традиционных материалов изоляторов. Наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие. Материал изолятора устойчив ко всем, кроме плавиковой кислоты, агрессивным химическим выбросам промышленных предприятий. Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Для контроля состояния изоляторов при процессах изготовления и эксплуатации достаточно достоверных и эффективных методик.

Преимущества фарфоровых изоляторов

Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
Не деформируются,
Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
Нулевая водопроницаемость,
Негорючесть,
Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора.

Недостатки фарфоровых изоляторов

Значительный вес,
Высокая хрупкость, высокая вероятность повреждения при упаковке, перевозке и хранении.

Керамические изоляторы

Керамика дешевле в производстве, чем фарфор. Керамические изоляторы, в отличие от фарфоровых, производятся не из белой глины каолин, а из красной, коричневой или белой пористой глины. Если керамика глазурована, то глазурь запекается только в верхнем слое. Несмотря на то, что керамические изоляторы очень твёрдые, они могут стать хрупкими в экстремально холодную погоду и легко ломаться. Достоинства и недостаки керамических изоляторов в целом сходны с фарфоровыми при меньшей стоимости.

Стеклянные изоляторы

Изоляторы из закаленного стекла постепенно вытесняют фарфоровые изоляторы. Стекло по механической прочности не уступает фарфору и лучше работает на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергаются закалке: нагреваются до температуры примерно 700 °C и затем обдуваются холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла твердеют значительно раньше внутренних, поэтому при последующей усадке внутренних слоев в толще стекла образуются растягивающие усилия. Такая предварительно напряженная конструкция имеет высокую прочность на сжатие. Электрическая прочность стекла в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 45 кВ/мм.

Преимущества стеклянных изоляторов:

Любое повреждение легко определяется визуально, не требуются периодические проверки под напряжением,
Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации,
Не деформируются,
Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий,
Обладают нулевой водопроницаемостью,
Не горючи,
Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора

Недостатки стеклянных изоляторов:

Значительный вес,
Высокая хрупкость,
Высокая энергоемкость при производстве электротехнического стекла.

Полимерные изоляторы

Полимеры – продукт органической химии. Химические и физические свойства полимеров непрерывно изменяются, что вызвано непрекращающимся химическим процессом, продолжающимся до полного распада полимеров на мономеры. Из-за старения полимера и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность. Ультрафиолетовое излучение и солнечная радиация ускоряет старение полимера. Материал подвержен влиянию практически всех выбросов металлургических и химических производств, является водопроницаемым и пожароопасным. Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоалифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта.

Преимущества полимерных изоляторов:

Более устойчивы к актам вандализма,
Высокая механическая прочность,
Высокая стойкость к перенапряжению,
Устойчивость к атмосферным загрязнениям,
Простота и удобство монтажа,
Низкий вес.

Недостатки полимерных изоляторов:

При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность,
Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации,
На поверхности изолятора из-за электрических разрядов возможно появление треков и, как следствие, эрозия.
Водопроницаемы,
Пожароопасны,
Подвержены воздействию выбросов металлургических и химических производств,
Не рекомендуется применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более,
Высокий риск пробоев при разгерметизации.

Полимерные изоляторы НТЦ Энерго-Ресурс производятся из эпоксидного компаунда ЭД20 по самой современной технологии эпоксидного формования с вакуумной подготовкой, литьем под давлением подогретого компаунда в полированную форму и имеют неоспоримые преимущества по-сравнению с полимерными изоляторами других типов:

Эпоксидные VS Фенопластовые

Фенопласты — это термореактивные полимеры на основе фенолоформальдегидных смол, они имеют высокие физико-механические свойства — прочность, коррозионностойкость, отличную электроизоляционность. Несколько десятилетий назад это был один из самых популярных типов полимеров.

Преимущества фенопластовых изоляторов:

Низкая стомость,
Небольшой удельный вес,
Высокая механическая прочность,
Низкая теплопроводность,
Возможность окрашивания.

Недостатки фенопластовых изоляторов:

В процессе призводства изоляторов внутри них могут образовываться полости, в которых конденсируется влага,
Малая адгезия к металлам — металлические закладные могут прокручиваться и разрушать изолятор,
Высокая хрупкость.

Эпоксидные изоляторы по-сравнению с фенопластовыми обладают повышенной адгезией к металлам – гайка не выпадает и не прокручивается, при монтаже их можно закручивать с необходимым усилием.

Эпоксидные VS Полиамидные

Полиамиды — пластмассы на основе линейных синтетических высокомолекулярных соединений, материал неорганического происхождения, синтизированный из нефти, газа или древесного угля. В механике и электротехнике полиамиды — это широко применяемые инженерные пластики, разновидности — капролон или полиамид ПА 6, нейлон, химическое обозначение – PA.

Достоинства изоляторов из полиамидов:

Небольшой удельный вес,
Высокие диэлектрические свойства,
Высокая степень износоустойчивости и прочности,
Устойчивость к ударным нагрузкам,
Устойчивость к факторам внешней среды, в том числе и к УФ-лучам,
Возможность окрашивания.

Недостатки изоляторов из полиамидов:

Повышенное влагопоглащение,
Наличие усадочных раковин, что приводит к слизыванию граней закладных деталей.

Эпоксидные изоляторы по-сравнению с изоляторами из полиамида гладкие, без утяжин и трещин за счет очень низкой усадки материала.

Полимерные изоляторы НТЦ Энерго-Ресурс обладают рядом бесспорных преимуществ по сравнению с полиамидными, фенопластовыми и керамическими изоляторами того же класса.

Главное преимущество полимерных изоляторов с кремнийорганической (силиконовой) защитной оболочкой — высокая грязестойкость. Уникальное свойство кремнийорганики, которое и обеспечивает высокую грязестойкость — сохранение гидрофобности поверхности на протяжении всего срока службы изделия. В условиях загрязнения токи утечки у полностью смоченного фарфорового изолятора со сплошной водяной пленкой на поверхности и у кремнийорганического — с капельным водяным слоем могут отличаться в десятки раз, а разрядные характеристики – в несколько раз. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекинг-стойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов.

Обязательным условием для передачи электрической энергии является проводниковый материал, необходимый для протекания тока. Но для исключения возможности попадания потенциала на несущие конструкции и другие элементы устанавливаются электрические изоляторы. В современной электротехнике невозможно представить себе работу каких-либо силовых устройств без изоляторов.

Что из себя представляют электрические изоляторы?

Электрические изоляторы представляют собой диэлектрический элемент электроустановки, конструктивно выполняемый из изоляционного материала и армирующих деталей. Диэлектрик предназначен для электрического отделения, а металлические конструкции позволяют зафиксировать как сам изолятор, так и проводники на нем. В качестве диэлектрического материала используется стекло, полимер или керамика.

Назначение

Электрические изоляторы предназначены для крепления шин, проводов, тралеи и прочих токоведущих элементов к корпусу электроустановки, консолям опор и прочим конструкциям. Помимо этого они изолируют проводники при прохождении через стены, позволяют отделить электроустановки друг от друга и прочие несущие функции.

В зависимости от места установки их подразделяют на внутренней и наружной. Также немаловажное значение играет класс напряжения, на который рассчитан тот или иной изолятор. Из-за чего будет отличаться его конструктивное исполнение и определенные технические характеристики, определяющие возможность их применения в тех или иных электроустановках [ 1 ].

Основные технические характеристики

В соответствии с требованиями нормативных документов, для электрических изоляторов регламентируются такие характеристики:

Сухоразрядное напряжение — это такая величина, при которой произойдет электрический разряд в условиях сухого состояния поверхности. Перекрытие изолятора
Мокроразрядное напряжение – определяет такую же величину, как и предыдущий параметр, но при условии попадания дождя на поверхность. При этом рассматривается такой вариант, когда направление струй располагается под углом 45°.

При таком потоке струй под углом 45°, которые обозначены на рисунке 2 буквой А, обеспечивается максимальное обтекание поверхности Б, и, как следствие, обеспечивается минимальное сопротивление электрическому току – от 9,5 до 10,5 кОм*см. Этот параметр всегда ниже сухоразрядного.

Напряжение пробоя – представляет собой такую величину, при которой произойдет пробой между двумя полюсами. В зависимости от конструкции, полюса могут быть представлены стержнем и шапкой либо шиной и фланцем.
Механическая прочность – проверяется нагрузкой на изгиб, разрыв или срез головки. При этом конструкцию жестко закрепляют и прикладывают к ней усилие, плавно повышаемое до такого уровня высочайшего напряжения в материале, которое приводит к разрушению.
Термическая устойчивость – испытывается посредством попеременного нагревания и резкого охлаждения. Состоит из двух-трех циклов, в зависимости от материала и конструкции. После чего прикладывается электрический потенциал, создающий множественные разряды.

Проверка технических характеристик.

Следует отметить, что испытательные процедуры не являются обязательными для всех изоляторов, выпускаемых на заводе. Электрическим, термическим и механическим воздействиям подвергаются только 0,5% от партии. Обязательной для всех изоляторов является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды.

У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы.

Такие испытания обеспечивают нормальную работу электрических изоляторов при номинальных токах и номинальных напряжениях в сети. А также, достаточный уровень надежности. Кроме этого, некоторые модели подвергаются периодической проверке в ходе эксплуатации. По результатам периодических осмотров и испытаний они могут проходить очистку, выбраковку и замену.

Типовая конструкция

Для начала разберем пример типовой конструкции на эскизе штыревого изолятора.

Рис. 3. Изолятор в разрезе

Как видите на рисунке 3, в конструкции предусмотрены ребра А и Б. Которые позволяют увеличить электрическую прочность за счет удлинения пути для тока утечки по поверхности. В связи с различными углами уклона ребер обеспечивается возможность защиты от выпадающих осадков. Так ребра А имеют меньший уклон, поэтому они наиболее актуальны для твердых осадков – снега, грязи и т.д. Потому что влага может подлизываться под низ и значительно сокращать величину разрядного напряжения.

В отличии от них, юбки Б позволяют полностью исключить возможность попадания влаги при дождливой погоде. Это обеспечивает постоянный запас сопротивления, которое и гарантирует величину напряжения пробоя. Помимо этого, юбки Б не боятся намерзания гололеда и могут обеспечивать нормальную работу высоковольтных линий в случае сложной метеорологической ситуации.

Для крепления головки стержня предусмотрена резьба В, которая позволяет закрепить конструкцию на консоли или армирующих крюках. В верхней части находится желоб Г для фиксации провода. Дополнительно провод увязывается проволокой для более надежного крепления воздушных ЛЭП.

Рис. 4. Конструкция проходного изолятора

Проходной изолятор имеет немного иную конструкцию, так как его задача не только изолировать токоведущую шину от стены, но и обеспечить нормальное протекание тока внутри самого изолятора. Посмотрите, шина обжимается с обеих сторон алюминиевой крышкой для ее надежного закрепления снаружи. Внутри механическое крепление осуществляется за счет герметика, который помимо этого предотвращает попадание загрязнителей и агрессивных веществ. Также для удобства крепления проводов или шин может устанавливаться дополнительный лепесток на самой крышке, как показано на рисунке 4.

Защитная оболочка из кремнийорганической резины препятствует электрическому пробою по поверхности от шины до фланца. Изоляция от пробоя внутренних элементов выполняется посредством стеклопластиковой трубы, которая помещается внутрь ребристой рубашки. Более детальную информацию о параметрах можно почерпнуть из обозначения модели.

Обозначения изоляторов

В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.

Первая буква Н указывает на назначение модели, в данном случае Н — натяжной. Также может быть К – консольный, Ф – фиксаторный, П – подвесной.
С – обозначает, что это стержневой изолятор.
П – изоляционный материал, в данном случае П – полимер.
К – наружное покрытие, в данном случае кремнийорганическая резина.
р – индекс, обозначающий, что защитная оболочка ребристая цельнолитая.
120 – показатель нормированного разрушающего усилия в кН.
3 – класс напряжения проводов ВЛ, для которого применяется.
0,6 – обозначает длину пути тока утечки, измеряемую в метрах.
Б — обозначает вид зацепления.

Классификация

Для обеспечения надежного электроснабжения и соблюдения максимального уровня безопасности в каждом конкретном случае в электроустановках должны применяться изоляторы соответствующего типа и конструкции. В зависимости от критерия выделяют несколько параметров их классификации.

По назначению

В зависимости от назначения выделяют такие виды изоляторов:

Стационарные – применяют для механического крепления токоведущих стержней или ошиновки в распределительных устройствах. В зависимости от назначения стационарные изоляторы дополнительно подразделяются на опорные и проходные. Так опорные изоляторы выступают в роли основания, на которое крепятся шины в ячейках или несущих конструкциях. Проходные изоляторы позволяют провести токоведущий элемент сквозь стену или перекрытие помещения.
Аппаратные – имеют схожее назначение со стационарными, но применительно к каким-либо аппаратам. К примеру, аппаратные изоляторы нашли широкое применение в выпрямительных установках, силовых приборах, комплектных подстанциях, установках аппаратов высокого напряжения и прочих агрегатах. Посмотрите на рисунок 5, здесь представлен пример его использования, где он имеет обозначение АИ. Рис. 5. Пример аппаратных изоляторов
Линейные – используются для наружной установки под высоковольтные линии или ошиновку открытых распредустройств. Отличительной чертой линейных изоляторов является наличие широких ребер или юбок, предназначенных для увеличения пути поверхностного пробоя в случае выпадения осадков.

По материалу исполнения

В зависимости от применяемого диэлектрика выделяют такие виды изоляторов:

Минимальное напряжение ЛЭП - 0.4 кВ (напряжение между каждым фазным проводом и нолём - 220 вольт). Такие линии обычно используются в дачных посёлках, они выглядят так.

Характерный признак - маленькие белые или прозрачные изоляторы и пять проводов (три фазы, ноль, фаза к фонарям освещения).

Для подвода напряжения к трансформаторам тех же дачных посёлков используются линии 6 и 10 кВ. 6-киловольтные линии используются всё реже.

Отличие от низковольтной линии в размере изоляторов. Здесь они гораздо больше. Для каждого провода используется один или два изолятора. Проводов всегда три.

Очень важно не путать эти линии. Я читал грустную историю про горе-строителей, которые хотели подключить бетономешалку напрямую к проводам ЛЭП и сдуру накинули крючки на 10-киловольтные провода вместо 220-вольтных.

Следующий стандартный номинал напряжения ЛЭП - 35 кВ.

Такую ЛЭП легко распознать по трём изоляторам, на которых закрепляется каждый провод.

У линии 110 кВ (110 тысяч вольт) изоляторов на каждом проводе шесть.

Линии 220 кВ чаще всего используются для подвода электричества к подстанциям. В гирлянде от 10 изоляторов. ЛЭП 220 кВ могут значительно отличаться друг от друга, количество изоляторов может доходить до 40 (две группы по 20), но одна фаза у них всегда передаётся по одному проводу.

ЛЭП 330 кВ, 500 кВ и 750 кВ можно распознать по количеству проводов каждой фазы.
330 кВ - по два провода в каждой фазе и от 14 изоляторов.

ЛЭП 500 кВ - по три провода, расположенных треугольником, на фазу и от 20 изоляторов в гирлянде.

ЛЭП 750 кВ - 4 или 5 проводов, расположенных квадратом или кольцом, на каждую фазу и от 20 изоляторов в гирлянде.

Убедиться в точности определения напряжения можно, посмотрев, что написано на опоре ЛЭП. Во второй строке указан номер опоры ЛЭП, а в первой строке указана буква и цифра через тире. Цифра - это номер высоковольтной линии, а буква - напряжение. Буква Т означает 35 кВ, С - 110 кВ, Д - 220 кВ.

Допустимые расстояния до токоведущих частей для разных типов ЛЭП.

Информация и часть фотографий для этого поста во многом почёрпнута из статьи Как по изоляторам определить напряжение ВЛ.

Читайте также: