Soorten isolatoren gebruikt in overlandse lijnen

Definitie van isolatortypen

Er zijn vijf hoofdtypen isolatoren die in hoogspanningsleidingen worden gebruikt: Pin, Ophanging, Spanning, Stabilisatie en Schakel.

• Pin-isolator

• Ophangisolator

• Spanningsisolator

• Stabilisatieisolator

• Schakelisolator

Pin-, ophang- en spanningsisolatoren worden gebruikt in middel- tot hoogspanningssystemen. Stabilisatie- en schakelisolatoren worden voornamelijk gebruikt in laagspanningsapplicaties.

Pin-isolator

Pin-isolatoren waren het eerste type bovengrondse isolatoren dat werd ontwikkeld en worden nog steeds wijdverspreid gebruikt in elektriciteitsnetwerken tot 33 kV. Ze kunnen in één, twee of drie delen worden gemaakt, afhankelijk van de spanning.

In een 11 kV-systeem gebruiken we meestal een eendelige insulator, gemaakt van één stuk gevormde porselein of glas.

Aangezien de lekkagepad van een isolator langs het oppervlak loopt, helpt het verlengen van de verticale lengte van het oppervlak om het lekkagepad te verlengen. We voorzien de isolator met één, twee of meer regenschermen of petticoats om een lang lekkagepad te verkrijgen.

Bovendien dienen de regenschermen of petticoats op een isolator een ander doel. We ontwerpen deze regenschermen of petticoats zo dat bij regen het buitenoppervlak nat wordt, maar het binnenoppervlak droog en niet-geleidend blijft. Hierdoor is er geen continu geleidingspad door het vochtige oppervlak van de pin-isolator.

In hogere voltage systemen – zoals 33KV en 66KV – wordt het fabriceren van een eendelig porseleinen pin-isolator moeilijker. Hoe hoger de spanning, hoe dikker de isolator moet zijn om voldoende isolatie te bieden. Een zeer dikke eendelige porseleinen isolator is niet praktisch om te fabriceren.

In dit geval gebruiken we een meerdelige pin-isolator, waarbij enkele goed ontworpen porseleinen schalen met Portland cement aan elkaar worden bevestigd om één volledige isolator-eenheid te vormen. We gebruiken meestal tweedelige pin-isolatoren voor 33KV en driedelige pin-isolatoren voor 66KV-systemen.

Ontwerpoverwegingen voor elektrische isolatoren

De levende geleider is bevestigd aan de top van de pin-isolator, die de levende potentiaal draagt. De onderkant van de isolator is bevestigd aan de dragende constructie op aardpotentiaal. De isolator moet de potentiaalspanningen tussen de geleider en de aarde weerstaan. De kortste afstand tussen de geleider en de aarde, rondom het lichaam van de isolator, waarlangs een elektrische ontlading door de lucht kan plaatsvinden, wordt flashoverafstand genoemd.

Wanneer de isolator nat is, wordt het buitenoppervlak bijna geleidend. Daarom neemt de flashoverafstand van de isolator af. Het ontwerp van een elektrische isolator moet zo zijn dat de afname van de flashoverafstand minimaal is wanneer de isolator nat is. Daarom heeft de bovenste petticoat van een pin-isolator een parapluontwerp om de rest van de onderste delen van de isolator te beschermen tegen regen. Het bovenoppervlak van de bovenste petticoat is zo veel mogelijk naar beneden gericht om de maximale flashoverspanning tijdens regen te behouden.

De regenschermen zijn zo ontworpen dat ze de spanningverdeling niet verstoren. Ze zijn zo ontworpen dat hun onderoppervlak loodrecht staat op de magnetische lijnen van kracht.

Paalisolator

Paalisolatoren zijn vergelijkbaar met pin-isolatoren, maar paalisolatoren zijn geschikter voor hogere voltage-applicaties.

Paalisolatoren hebben een groter aantal petticoats en een grotere hoogte vergeleken met pin-isolatoren. Deze soort isolator kan zowel horizontaal als verticaal op de dragende constructie worden bevestigd. De isolator is gemaakt van één stuk porselein en heeft bevestigingsarrangementen aan beide uiteinden, boven en onder.

De belangrijkste verschillen tussen pin-isolator en paalisolator zijn:

Ophangisolator

Bij hogere spanningen, boven 33KV, wordt het onrendabel om pin-isolatoren te gebruiken omdat de grootte en het gewicht van de isolator toenemen. Het hanteren en vervangen van grotere eendelige isolatoren is een moeilijke taak. Om deze problemen te overwinnen, is de ophangisolator ontwikkeld.

Bij ophangisolatoren worden een aantal isolatoren in serie verbonden om een ketting te vormen, en de lijngleider wordt gedragen door de onderste isolator. Elke isolator in een ophangketting wordt een schijfisolator genoemd vanwege hun schijfvorm.

Voordelen van ophangisolatoren

• Elke ophangschaal is ontworpen voor een normale spanning van 11KV (hoogere spanning van 15KV), dus door verschillende aantallen schijven te gebruiken, kan een ophangketting geschikt worden gemaakt voor elke spanning.

• Als een van de schijfisolatoren in een ophangketting beschadigd is, kan deze gemakkelijk worden vervangen.

• Mechanische spanningen op de ophangisolator zijn minder, omdat de lijn hangt aan een flexibele ophangketting.

• Aangezien de stroomvoerende geleiders worden opgehangen aan de dragende constructie door de ophangketting, is de hoogte van de geleider altijd lager dan de totale hoogte van de dragende constructie. Daardoor kunnen de geleiders veilig zijn voor bliksem.

Nadelen van ophangisolatoren

• Een ophangisolatorketting is duurder dan pin- en paaltype isolatoren.

• Een ophangketting vereist een hogere dragende constructie dan voor pin- of paalisolatoren om dezelfde grondafstand van de stroomgeleider te handhaven.

• De amplitude van de vrije slingerbeweging van de geleiders is groter in een ophangisolatorsysteem, waardoor meer ruimte tussen de geleiders moet worden voorzien.

Spanningsisolator

Een ophangketting die wordt gebruikt om significante treklasten te hanteren, wordt een spanningsisolator genoemd. Hij wordt gebruikt waar er een dood einde of een scherpe hoek in de hoogspanningslijn is, waardoor de lijn een zware treklast moet dragen. Een spanningsisolator moet aanzienlijke mechanische sterkte hebben, evenals de nodige elektrische isolerende eigenschappen.

Stabilisatieisolator

Voor lage spanningen moeten de stays op een bepaalde hoogte geïsoleerd worden van de grond. De isolator die in de stay-wire wordt gebruikt, wordt de stabilisatieisolator genoemd en is meestal van porselein en is zo ontworpen dat in geval van breuk van de isolator de guy-wire niet op de grond valt.

Schakelisolator

De schakelisolator (ook bekend als spoelisolator) wordt meestal gebruikt in laagspanningsdistributienetwerken. Hij kan zowel horizontaal als verticaal worden gebruikt. Het gebruik van dergelijke isolatoren is recentelijk afgenomen naarmate de toepassing van ondergrondse kabels voor distributiedoeleinden is toegenomen.

Het gekonische gat van de spoelisolator verdeelt de belasting gelijkmatiger en minimaliseert de kans op breuk bij zwaar belast. De geleider in de gleuf van de schakelisolator wordt vastgezet met behulp van zachte binddraad.