Типи ізоляторів, використовуваних у передавальних (повітряних) лініях

Визначення типів ізоляторів

Існує п'ять основних типів ізоляторів, які використовуються в лініях передачі: стержневий, підвіски, натяжний, стойковий та скоба.

• Стержневий ізолятор

• Підвіски

• Натяжний ізолятор

• Стойковий ізолятор

• Скоба-ізолятор

Стержневі, підвіски та натяжні ізолятори використовуються в системах середнього до високого напруги. Стойкові та скоба-ізолятори переважно використовуються в системах з нижчою напругою.

Стержневий ізолятор

Стержневі ізолятори були першими розробленими для надземних ліній передачі та все ще широко використовуються в електромережах до 33 кВ. Вони можуть бути виготовлені в одному, двох або трьох частин, залежно від напруги.

У системі 11 кВ зазвичай використовують однопарний ізолятор, виготовлений з одного шматка формованого фарфору або скла.

Оскільки шлях утекання ізолятора проходить по його поверхні, збільшення вертикальної довжини поверхні допомагає продовжити шлях утекання. Ми надаємо один, два або більше дощових козирків або підставок на корпусі ізолятора, щоб отримати довгий шлях утекання.

Крім того, дощові козирки або підставки на ізоляторі мають ще одну мету. Ми проектуємо ці дощові козирки або підставки таким чином, що під час дощу зовнішня поверхня козирка стає мокрою, а внутрішня поверхня залишається сухою та не провідною. Таким чином, не буде безперервного провідного шляху через мокру поверхню стержневого ізолятора.

У системах вищої напруги, таких як 33 кВ та 66 кВ, виготовлення однопарного фарфорового стержневого ізолятора стає важче. Чим вища напруга, тим товстіший повинен бути ізолятор, щоб забезпечити достатню ізоляцію. Дуже товстий однопарний фарфоровий ізолятор практично неможливо виготовити.

У цьому випадку ми використовуємо багатопарний стержневий ізолятор, де декілька правильно спроектованих фарфорових оболонок з'єднуються портландцементом, формуючи одну завершену ізоляторну одиницю. Зазвичай ми використовуємо двухпарні стержневі ізолятори для систем 33 кВ, а трипарні стержневі ізолятори для систем 66 кВ.

Розрахунки при проектуванні електричного ізолятора

Живий провідник прикріплений до верхньої частини стержневого ізолятора, який несе живу потенцію. Нижня частина ізолятора прикріплена до опорної конструкції на земному потенціалі. Ізолятор повинен витримувати потенціальні напруженості між провідником та землею. Найкоротша відстань між провідником та землею, яка оточує корпус ізолятора, вздовж якої може відбутися електричний розряд через повітря, називається відстанню пробою.

Коли ізолятор мокрий, його зовнішня поверхня стає майже провідною. Тому відстань пробою ізолятора зменшується. Дизайн електричного ізолятора повинен бути таким, щоб зменшення відстані пробою було мінімальним, коли ізолятор мокрий. Саме тому верхній дощовий козирок стержневого ізолятора має парасолькоподібний дизайн, щоб він могав захищати нижню частину ізолятора від дощу. Верхня поверхня верхнього дощового козирка нахилена настільки, наскільки це можливо, щоб зберегти максимальну напругу пробою під час дощу.

Дощові козирки виготовлені так, щоб вони не порушували розподіл напруги. Вони спроектовані так, щоб їх підповерхня була під прямим кутом до ліній сил електромагнітного поля.

Стовпчастий ізолятор

Стовпчасті ізолятори подібні до стержневих ізоляторів, але стовпчасті ізолятори більш придатні для використання в системах вищої напруги.

Стовпчасті ізолятори мають більше підставок та більшу висоту порівняно зі стержневими ізоляторами. Цей тип ізолятора можна монтувати на опорній конструкції горизонтально та вертикально. Ізолятор виготовлений з одного шматка фарфору, а його з'єднуючі клеми розташовані на обох кінцях для кріплення.

Основні відмінності між стержневим ізолятором та стовпчастим ізолятором:

Підвіски

У системах вищої напруги, більше 33 кВ, використання стержневого ізолятора стає невигідним, оскільки розмір та вага ізолятора зростають. Обслуговування та заміна великого однопарного ізолятора є складною задачею. Для подолання цих труднощів були розроблені підвіски.

У підвісках кілька ізоляторів з'єднуються в ряд, а лінійний провідник підвішений на нижньому ізоляторі. Кожен ізолятор підвіски називається диск-ізолятор через свою форму, подібну до диска.

Переваги підвісок

• Кожен диск підвіски розроблений для нормального напругового рейтингу 11 кВ (вищий напруговий рейтинг 15 кВ), тому, використовуючи різну кількість дисків, ряд підвісок можна зробити придатним для будь-якого рівня напруги.

• Якщо будь-який з диск-ізоляторів у ряді підвісок пошкоджений, його можна легко замінити.

• Механічні напруженості на підвісках менші, оскільки лінія підвішена на гнучкому ряду підвісок.

• Оскільки провідники, що несуть струм, підвішені на опорній конструкції за допомогою ряду підвісок, висота положення провідника завжди менша за загальну висоту опорної конструкції. Тому провідники можуть бути в безпеці від блискавок.

Недоліки підвісок

• Ряд підвісок дорожчий за стержневі та стовпчасті ізолятори.

• Ряд підвісок вимагає більшої висоти опорної конструкції, ніж для стержневих або стовпчастих ізоляторів, щоб зберегти ту ж висоту над землею для провідника.

• Амплітуда вільного руху провідників у системі підвісок більша, тому повинна бути надана більша відстань між провідниками.

Натяжний ізолятор

Ряд підвісок, використовуваний для обробки значних розтягуючих навантажень, називається натяжним ізолятором. Його використовують там, де є мертвий кінець або гострий кут в лінії передачі, що вимагає, щоб лінія витримувала важке розтягуюче навантаження. Натяжний ізолятор повинен мати значну механічну міцність, а також необхідні електричні ізоляційні властивості.

Стойковий ізолятор

Для ліній з нижчою напругою, стойки повинні бути ізольовані від землі на висоті. Ізолятор, використовуваний в стойковому дроті, називається стойковим ізолятором і зазвичай виготовлений з фарфору, так що в разі пошкодження ізолятора стойковий дріт не впаде на землю.

Скоба-ізолятор

Скоба-ізолятор (також відомий як бобіна-ізолятор) зазвичай використовується в мережах розподілу низької напруги. Його можна використовувати как в горизонтальному, так і в вертикальному положенні. Використання такого ізолятора зменшилося останнім часом через збільшення використання підземних кабелів для розподілу.

Звужена отвір бобіни-ізолятора розподіляє навантаження більш рівномірно та мінімізує можливість пошкодження при великих навантаженнях. Провідник у пазу скоба-ізолятора фіксується за допомогою м'якого зв'язувального дроту.