Типы изоляторов по конструкции и назначению

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.

Опорные изоляторы
Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями. Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна. Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора. Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение, например, ОФ-10-6 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 10 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 6 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35-110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами. Обозначение, например, ИОС-35-2000 расшифровывается как изолятор опорный, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы применены быть не могут. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6–10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ — двух или трехэлементной.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6–10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ.

Подвесные изоляторы
Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень.

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5–10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-160 Б, означает: подвесной стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора — это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75–80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа можно разделить на:

• Изоляторы для районов с интенсивным загрязнением атмосферы. Грязестойкие изоляторы применяются в районах морских побережий, около горнодобывающих и промышленных предприятий и прочих районах интенсивного загрязнения атмосферы.
• Изоляторы обычной конструкции. Подвесные изоляторы нормальной конструкции применяются повсеместно и имеют множество конструкций. Изоляторы обычного исполнения так же могут быть применены в районах интенсивного загрязнения при условии увеличения числа единиц в гирлянде.
• Изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью. Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Изоляторы такого типа имеют меньшую, по сравнению с аналогичными изоляторами обычного исполнения, строительную высоту и больший диаметр изоляционной детали.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не имеют широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением на землю.

Проходные изоляторы
Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных, устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. 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 ИП-35/1000-7,5 означает: изолятор проходной, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 1 кА с механической прочностью 7,5 кН.