Изоляторы линейные: виды, классификация и назначение

Линейные изоляторы - важнейшие элементы любых воздушных линий электропередач. От их надежности и качества напрямую зависит бесперебойная работа энергосистемы. Давайте разберемся, какие бывают виды этих устройств, как они классифицируются и для чего предназначены.

Общее устройство линейных изоляторов

Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов воздушных линий электропередач. Они состоят из изоляционного тела и узлов крепления к опорам и проводам. Изоляционное тело выполняет функцию электрической изоляции токоведущих частей. Узлы крепления служат для надежной фиксации изоляторов и передачи механических нагрузок.

Принцип действия изоляторов линейных основан на высоком удельном сопротивлении материала, из которого они изготовлены. Благодаря этому обеспечивается необходимая электрическая прочность при заданных рабочих напряжениях. В то же время конструкция изоляторов рассчитана на восприятие механических нагрузок от веса проводов и воздействия ветра, обледенения, перепадов температур.

Изоляторы для воздушных линий электропередач изготавливают из закаленного стекла, фарфора или полимерных композитных материалов.

Классификация линейных изоляторов

Существует несколько основных критериев классификации линейных изоляторов:

• По способу крепления на опорах: Штыревые Подвесные Опорные
• По конструктивному исполнению: Стержневые Тарельчатые Колокольчатые
• По материалу изготовления: Фарфоровые Стеклянные Полимерные
• По классу напряжения от 6 до 1150 кВ

Изолятор линейный штыревой предназначен для жесткого крепления проводов к опорам воздушных линий электропередач напряжением до 35 кВ. Штыревые изоляторы устанавливаются с помощью специальных кронштейнов или крепятся непосредственно к опоре. Они воспринимают изгибающие, растягивающие и сжимающие нагрузки от подвешенных на них проводов.

Подвесные изоляторы используются в гирляндах для подвески проводов на опорах воздушных ЛЭП напряжением 35 кВ и выше. Они изготавливаются тарельчатой, колокольчатой или стержневой конструкции. Подвесные изоляторы в гирляндах соединяются при помощи шарниров, передающих механические нагрузки и обеспечивающих гибкость всей конструкции.

Рассмотрим подробнее устройство одного из наиболее распространенных видов - тарельчатых подвесных изоляторов из стекла. Они состоят из нескольких основных элементов:

• Изолирующее звено (тарелка)
• Шапка
• Стержень
• Головка стержня

Шапка и стержень скреплены с изолирующим звеном при помощи портландцемента. Изоляторы монтируются в гирлянды с помощью шарнирных соединений головки стержня и гнезда шапки. Это обеспечивает гибкость всей конструкции и возможность воспринимать механические нагрузки под разными углами.

Устройство подвесных стержневых изоляторов

Помимо тарельчатых, также широко применяются подвесные стержневые изоляторы. Их основу составляет стеклопластиковый или полимерный стержень с запрессованными на концах металлическими оконцевателями. Стержень заключен в защитный изолирующий корпус.

Материал стержня должен обеспечивать высокую электрическую прочность вдоль волокон, чтобы надежно изолировать токоведущие части при рабочих напряжениях вплоть до 500 кВ. Металлические оконцеватели предназначены для крепления изоляторов высоковольтных к поддерживающим конструкциям и проводам. Они выполняются горячей объемной штамповкой или литьем с последующей механической обработкой.

Выбор материалов для линейных изоляторов

Основные материалы, которые используются для изготовления современных линейных изоляторов:

• Закаленное слабощелочное стекло
• Фарфор, покрытый специальной глазурью
• Кремнийорганические и эпоксидные полимерные композиции

Стеклянные изоляторы обладают очень высокой электрической прочностью, однако уступают фарфоровым по этому показателю. Главное их преимущество в том, что любые дефекты и трещины сразу видны невооруженным взглядом. Кроме того, стекло обеспечивает большую механическую прочность конструкции.

Особенности эксплуатации линейных изоляторов

При эксплуатации высоковольтных ЛЭП к изоляторам линейным предъявляется ряд жестких требований:

• Высокая электрическая прочность
• Термостойкость
• Стойкость к ультрафиолетовому излучению
• Морозо- и влагостойкость
• Механическая прочность

Все эти характеристики в полной мере зависят от правильного выбора материалов и тщательного соблюдения технологии производства изоляторов.

Перспективные направления развития

Активно ведутся работы по созданию полимерных высоковольтных изоляторов нового поколения со стеклянными волокнами. Ожидается, что такие гибридные конструкции смогут надежно работать при напряжении свыше 800 кВ.

Требования к монтажу линейных изоляторов

Для обеспечения надежной работы линейных изоляторов в составе воздушных ЛЭП необходимо соблюдать ряд требований при их монтаже:

• Тщательный выбор типа и количества изоляторов в гирляндах в соответствии с напряжением сети и климатическими факторами
• Контроль качества поставляемых изоляторов перед началом монтажных работ
• Соблюдение технологии сборки гирлянд с применением рекомендуемых материалов и оборудования
• Проверка надежности крепления изоляторов и отсутствия механических повреждений после монтажа

Несоблюдение этих правил может привести к нарушению работы изоляторов и возникновению аварийных режимов в электрической сети.

Диагностика линейных изоляторов

Для контроля состояния линейных изоляторов и своевременного выявления дефектов применяют следующие методы диагностики:

• Визуальный осмотр с применением биноклей и тепловизоров
• Испытания повышенным напряжением промышленной частоты
• Импульсная рефлектометрия

Периодичность диагностики зависит от типа изоляторов, класса напряжения ЛЭП и условий окружающей среды. Для изоляторов высоковольтных рекомендуется проводить контроль не реже 1 раза в год.

Замена поврежденных линейных изоляторов

При обнаружении дефектов линейных изоляторов необходимо оперативно произвести их замену во избежание возникновения перекрытий и разрывов проводов. Работы выполняют по наряду на отключенной и заземленной линии с соблюдением правил техники безопасности.

Критерии выбора линейных изоляторов

При выборе линейных изоляторов для конкретной воздушной линии электропередач необходимо учитывать следующие критерии:

• Номинальное напряжение сети
• Тип, сечение и количество подвешиваемых проводов
• Климатические факторы: температура, влажность, загрязненность атмосферы
• Типы опор и расстояния между ними
• Требования к механической прочности
• Надежность и безопасность

На основании этих параметров выбирают оптимальный тип изоляторов, число элементов в гирлянде и их технические характеристики.

Ресурс и срок службы

При соблюдении условий монтажа и эксплуатации современные линейные изоляторы могут прослужить до 40-50 лет. Наиболее уязвимыми элементами являются фарфоровое тело тарельчатых изоляторов и защитная оболочка стержневых полимерных изоляторов.

Нормативная база применения линейных изоляторов

Основными нормативными документами, регламентирующими конструкцию, параметры, испытания и правила применения линейных изоляторов являются:

• ГОСТ 27412-87 Изоляторы. Тарельчатые подвесные стеклянные. Технические условия.
• ГОСТ 28856-90 Изоляторы линейные подвесные стержневые полимерные.
• Правила устройства электроустановок
• Стандарт организации «Технические требования к линейной изоляции ВЛ напряжением до 750 кВ»

Рекомендации по эксплуатации линейных изоляторов

Для обеспечения надежной работы линейных изоляторов в процессе эксплуатации необходимо:

• Проводить периодические внешние осмотры изоляции, особенно после неблагоприятных погодных условий
• Своевременно очищать поверхности изоляторов от загрязнений
• Не допускать повреждений изоляторов при проведении ремонтных работ на ВЛ
• Соблюдать сроки испытаний гирлянд повышенным напряжением
• При обнаружении трещин или сколов на стеклянных или фарфоровых изоляторах производить замену поврежденных элементов

Тенденции развития линейных изоляторов

Основные тенденции совершенствования линейных изоляторов:

• Повышение степени полимеризации
• Применение новых композитных материалов
• Увеличение рабочих напряжений и механической прочности
• Повышение стойкости к внешним воздействиям и агрессивным средам
• Разработка изоляторов специального исполнения для линий 1150 кВ

Вопросы экологической безопасности

Вопросы утилизации вышедших из строя линейных изоляторов до сих пор окончательно не решены. Фарфор и стекло традиционных изоляторов не подлежат вторичной переработке. Наиболее перспективным представляется применение полимерных материалов, которые можно утилизировать путем пиролиза или дробления с последующим вторичным использованием.