Изоляторы – это один из значимых элементов оборудования электрических сетей, в том числе и на высоковольтных линиях ВЛ). Бесперебойность работы сетей и качество поставок электроэнергии, не говоря уже о здоровье и жизни обслуживающего персонала, напрямую зависят от качества применяемых изоляторов, их надежности, правильного выбора типа и количества. На рынке представлен широчайший выбор изоляторов, и зачастую даже специалисту сложно разобраться во всех нюансах их использования, преимуществах и недостатках. Мы структурировали и проанализировали основную информацию, чтобы представить ее вам в максимально понятном виде.
Изоляторы можно классифицировать по следующим параметрам: по материалу, из которого они изготавливаются и по конструкции. По материалу изоляторы, которые в настоящее время применяются на ВЛ, делятся на три типа: стеклянные, фарфоровые и полимерные. Чем они различаются?
Стеклянные изоляторы
Хотя наибольшая доля изоляторов, находящихся в эксплуатации, приходится на фарфор, изоляторы из закаленного стекла постепенно их вытесняют, это связано с тем, что они обладают определенными преимуществами.
Они не требуют периодических испытаний под напряжением, потому что любое повреждение закаленного стекла приводит к разрушению изолирующей тарелки, которое легко обнаружить при обходе линии электропередачи эксплуатационным персоналом. Процесс изготовления этих изоляторов может быть полностью автоматизирован.
По эксплуатации можно сказать, что разрушение стеклянной части изолятора не является критическим фактором, поскольку сама гирлянда при этом остается целой и какое-то время еще может эксплуатироваться. Но если разрушение идет по механической части, с расцеплением гирлянды, что приводит к обрыву провода – это экстренный случай, и необходим оперативный выезд бригады для замены поврежденного участка. По фарфору ситуация аналогичная, с той лишь разницей, что на стеклодетали пробой визуально определить проще.
Критические факторы состояния линейных стеклянных изоляторов:
электрический пробой изолятора;
механическое разрушение изолятора или его стеклянного элемента;
изменение степени загрязненности окружающей среды в месте расположения объекта и несоответствие изолятора существующей степени загрязненности окружающей среды.
Недостатки стеклянных изоляторов
Значительный вес
Высокая хрупкость
Преимущества стеклянных изоляторов
Любое повреждение легко определяется визуально, как следствие, не требуются периодические проверки под напряжением
Технологический процесс изготовления может быть полностью автоматизирован и механизирован
Химические и физические свойства материала остаются неизменными с течением времени
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
Фарфоровые изоляторы
Фарфор является продуктом неорганической химии. Химические и физические свойства материала остаются с течением времени неизменными. В течение всего срока эксплуатации механическая прочность не изменяется. Материал изолятора устойчив к ультрафиолетовому излучению и солнечной радиации, а также ко всем, кроме плавиковой кислоты, агрессивным химическим выбросам промышленных предприятий. Обладает нулевой водопроницаемостью и негорючестью.
Механические свойства. Отсутствует деформация в момент приложения усилия изгиба. Для фарфора не существует термина "остаточная деформация". У нас можно купить изолятор
шф-20 недорого.
Электрические свойства. На материал изолятора не оказывают влияния поверхностные электрические разряды. Со временем электрические свойства изолятора не изменяются. Высокие диэлектрические свойства фарфора практически исключают пробой изолятора.
Эксплуатационные свойства. Значительная масса. Транспортировка изоляторов требует особого внимания, т.к. из-за хрупкости изоляторов высока вероятность боя их посторонними предметами. Стабильность технологического процесса обеспечивает высокую надежность изолятора. Фарфоровые изоляторы практически невозможно изготовить в кустарных условиях. Для контроля состояния изоляторов при процессах изготовления и эксплуатации достаточно достоверных и эффективных методик.
Недостатки фарфоровых изоляторов
Значительный вес
Высокая хрупкость
Преимущества фарфоровых изоляторов
Химические и физические свойства материала остаются неизменными с течением времени
Механическая прочность и электрические свойства не изменяются в течение всего срока эксплуатации
Не деформируется
Материал устойчив к воздействию ультрафиолета, солнечной радиации, агрессивным выбросам химических предприятий
Нулевая водопроницаемость
Негорючесть
Высокие диэлектрические свойства практически исключают возможность пробоя изолятора
Полимерные изоляторы
Полимеры – продукт органической химии. Химические и физические свойства материалов 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.
Механические свойства. У разных изоляторов значение прогиба в момент приложения усилия изгиба может быть разным. Поэтому полимерные изоляторы крайне нежелательно применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более. Как показал опыт эксплуатации, даже незначительные повреждения полимерных изоляторов нарушают их электрические характеристики, что вызывает ускоренное старение изоляторов. Из-за старения полимерных материалов и при повышенных температурах уменьшается механическая прочность.
Электрические свойства. На поверхности изолятора из-за электрических разрядов возможно появление треков и, как следствие, эрозия. Из-за старения полимерных материалов неизменно уменьшается электрическая прочность. Разгерметизация изолятора может привести к его пробою как по воздушному промежутку полости трубы, так и по внутренней поверхности трубы изолятора.
Эксплуатационные свойства. Более стойки к актам вандализма, однако существует возможность повреждения защитной оболочки при эксплуатации острыми предметами, как и при упаковке и транспортировании. Для предотвращения повреждения защитной оболочки при монтаже необходимо соблюдать осторожность. Диагностика изоляторов довольно дорогостоящая и не всегда позволяет выявить имеющиеся скрытые дефекты. При низком качестве нанесенного цинкового покрытия не сохраняются оконцеватели некоторых изоляторов от возникновения ржавчины, после пятидесятилетнего периода эксплуатации.
Недостатки полимерных изоляторов
При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность
Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации
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
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
Пока количество полимерных изоляторов, применяемых на объектах электроэнергетики России, составляет примерно 10% от общего числа установленных изоляторов. Энергетики опасаются массового применения полимерных изоляторов на линиях напряжением >220 кВ, хотя максимальный срок эксплуатации изоляторов на линиях 110 кВ уже превышает 8 лет при отсутствии явных нареканий со стороны эксплуатирующих организаций.
Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая прочность стекла при тех же условиях — 45 кВ/мм.
Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, прочность фарфоровых образцов диаметром 2–3 см составляет при сжатии 450 МПа, при изгибе — 70 МПа, а при растяжении — всего 30 МПа. Поэтому наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие.
Стекло по механической прочности не уступает фарфору и тоже лучше всего 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.
Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми:
технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован;
прозрачность стекла позволяет легко обнаружить при внешнем осмотре мелкие трещины и другие внутренние дефекты;
повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части изолятора, которое легко обнаружить при осмотре линии электропередачи эксплуатационным персоналом.
Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоалифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. 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. В закрытых помещениях изоляторы не подвержены влиянию атмосферных осадков, поэтому для их изготовления в некоторых случаях используется бакелизированная бумага. Для уменьшения гигроскопичности такие изоляторы покрываются снаружи водостойкими лаками.
