Typy izolatorów stosowanych w liniach przesyłowych (powietrznych)

Definicja typów izolatorów

Istnieje pięć głównych typów izolatorów używanych w liniach przesyłowych: Pin, Podwieszany, Napinowy, Utrzymujący i Klamrowy.

• Izolator pinowy

• Izolator podwieszany

• Izolator napinowy

• Izolator utrzymujący

• Izolator klamrowy

Izolatory pinowe, podwieszane i napinowe są używane w systemach średniego i wysokiego napięcia. Izolatory utrzymujące i klamrowe są głównie stosowane w aplikacjach niskiego napięcia.

Izolator pinowy

Izolatory pinowe to pierwszy typ izolatorów przewodowych, który został opracowany i jest nadal szeroko stosowany w sieciach energetycznych do 33 kV. Mogą być wykonane w jednej, dwóch lub trzech częściach w zależności od napięcia.

W systemie 11 kV zazwyczaj używa się jednokomponentowego izolatora, wykonanego z jednego kawałka porcelany lub szkła.

Ponieważ ścieżka przecieków izolatora biegnie wzdłuż jego powierzchni, zwiększenie pionowej długości powierzchni pomaga wydłużyć ścieżkę przecieków. Oferujemy jeden, dwa lub więcej deszczułek lub spódniczek na korpusie izolatora, aby uzyskać długą ścieżkę przecieków.

Oprócz tego deszczułki lub spódniczki na izolatorze pełnią jeszcze jedno zadanie. Projektujemy te deszczułki lub spódniczki tak, że podczas deszczu zewnętrzna powierzchnia deszczułki staje się mokra, ale wewnętrzna powierzchnia pozostaje sucha i nieprzewodząca. W ten sposób będzie przerwanie ścieżki przewodzenia przez mokry izolator pinowy.

W systemach o wyższym napięciu – takich jak 33 kV i 66 kV – produkcja jednokomponentowego izolatora pinowego z porcelany staje się bardziej trudna. Im wyższe napięcie, tym grubszy musi być izolator, aby zapewnić wystarczającą izolację. Bardzo gruby jednokomponentowy izolator z porcelany nie jest praktyczny do produkcji.

W takim przypadku używa się wielokomponentowego izolatora pinowego, gdzie odpowiednio zaprojektowane skorupy porcelanowe są połączone cementem portlandzkim, tworząc jeden kompletny element izolatora. Zwykle używa się dwukomponentowych izolatorów pinowych dla systemów 33 kV, a trójkomponentowych izolatorów pinowych dla systemów 66 kV.

Zagadnienia projektowe elektrycznego izolatora

Żywe przewody są montowane na szczycie izolatora pinowego, który niesie potencjał żywy. Dół izolatora jest zamocowany do konstrukcji nośnej w potencjale ziemnym. Izolator musi wytrzymać napięcia potencjalne między przewodem a ziemią. Najkrótsza odległość między przewodem a ziemią, otaczająca ciało izolatora, wzdłuż której może miejsce rozładowania elektrycznego poprzez powietrze, nazywana jest odległością przekroczenia.

Gdy izolator jest mokry, jego zewnętrzna powierzchnia staje się prawie przewodząca. Stąd odległość przekroczenia izolatora jest zmniejszona. Projekt elektrycznego izolatora powinien być taki, aby zmniejszenie odległości przekroczenia było minimalne, gdy izolator jest mokry. Dlatego górna spódniczka izolatora pinowego ma kształt parasola, aby chronić resztę niższej części izolatora przed deszczem. Górna powierzchnia najwyższej spódniczki jest nachylona jak najmniej, aby utrzymać maksymalne napięcie przekroczenia podczas deszczu.

Deszczułki są zaprojektowane tak, aby nie zakłócały rozkładu napięcia. Są zaprojektowane tak, że ich powierzchnia podstawowa jest prostopadła do linii sił elektromagnetycznych.

Izolator postowy

Izolatory postowe są podobne do izolatorów pinowych, ale izolatory postowe są bardziej odpowiednie dla aplikacji o wyższym napięciu.

Izolatory postowe mają większą liczbę spódniczek i większą wysokość w porównaniu do izolatorów pinowych. Tego typu izolator można zamontować na konstrukcji nośnej zarówno poziomo, jak i pionowo. Izolator jest wykonany z jednego kawałka porcelany i ma uchwyty montażowe na obu końcach, górnej i dolnej.

Główne różnice między izolatorem pinowym a izolatorem postowym to:

Izolator podwieszany

W wyższym napięciu, powyżej 33 kV, staje się nieopłacalne używanie izolatora pinowego, ponieważ rozmiar i waga izolatora stają się większe. Obsługa i wymiana dużego jednokomponentowego izolatora stanowią trudne zadanie. Aby przezwyciężyć te trudności, opracowano izolator podwieszany.

W izolatorze podwieszonym liczba izolatorów jest połączona szeregowo, tworząc ciąg, a przewód linii jest podtrzymywany przez najniższy izolator. Każdy izolator ciągu podwieszanego nazywany jest izolatorem dyskowym ze względu na swój kształt.

Zalety izolatora podwieszanego

• Każdy dysk podwieszany jest zaprojektowany dla normalnego napięcia 11 kV (wyższe napięcie 15 kV), więc używając różnych liczb dysków, ciąg podwieszany można dostosować do dowolnego napięcia.

• Jeśli którykolwiek z dysków izolatora w ciągu podwieszanym zostanie uszkodzony, może być łatwo wymieniony.

• Naprężenia mechaniczne na izolatorze podwieszanym są mniejsze, ponieważ linia jest zawieszona na elastycznym ciągu podwieszanym.

• Ponieważ przewody przewodzące są zawieszone na konstrukcji nośnej za pomocą ciągu podwieszanego, wysokość przewodów jest zawsze mniejsza niż całkowita wysokość konstrukcji nośnej. W związku z tym przewody mogą być bezpieczne przed uderzeniami piorunów.

Wady izolatora podwieszanego

• Ciąg podwieszany jest droższy niż izolatory pinowe i postowe.

• Ciąg podwieszany wymaga większej wysokości konstrukcji nośnej niż izolatory pinowe lub postowe, aby zachować tę samą wolną odległość od przewodu do ziemi.

• Amplituda swobodnego wahania przewodów jest większa w systemie izolatora podwieszanego, dlatego należy zapewnić większą odległość między przewodami.

Izolator napinowy

Ciąg podwieszany używany do obsługiwania znaczących obciążeń napinowych nazywany jest izolatorem napinowym. Jest on używany tam, gdzie linia przesyłowa ma końcówkę martwą lub ostre rogi, wymagające, aby linia ponosiła ciężkie obciążenie napinowe. Izolator napinowy musi mieć znaczną wytrzymałość mechaniczną oraz niezbędne właściwości izolacyjne.

Izolator utrzymujący

Dla linii o niskim napięciu, utrzymanie musi być izolowane od ziemi na pewnej wysokości. Izolator używany w drucie utrzymującym nazywany jest izolatorem utrzymującym i zwykle jest wykonany z porcelany, zaprojektowany tak, aby w przypadku uszkodzenia izolatora, drut utrzymujący nie spadł na ziemię.

Izolator klamrowy

Izolator klamrowy (znany również jako izolator bobinowy) jest zwykle używany w sieci dystrybucyjnej o niskim napięciu. Może być używany zarówno w położeniu poziomym, jak i pionowym. Użycie takiego izolatora zmalało ostatnio wraz ze wzrostem stosowania kabli podziemnych do celów dystrybucji.

Zwężone otwory izolatora bobinowego rozprowadzają obciążenie bardziej równomiernie i minimalizują możliwość pęknięcia pod ciężkim obciążeniem. Przewód w rowku izolatora klamrowego jest zamocowany za pomocą miękkiego drutu wiązania.