Каждый провод под напряжением, выходящий из подстанции, крепится к опоре и не должен касаться её. На каждом столбе между токоведущим проводником и заземлённой деревянной, стальной или бетонной конструкцией находится небольшая деталь, которую линейщики называют опорным изолятором. Название объединяет несколько разных семейств, связанных одним принципом: диэлектрическое разделение с достаточной механической прочностью, чтобы удерживать провод десятилетиями.
В отделе заказов RaxPower термин используется довольно широко. Запрос, содержащий лишь слово "опорный изолятор", обычно требует ответа на один вопрос перед тем, как можно дать коммерческое предложение: какое положение на опоре занимает устройство? Данное руководство отвечает на этот вопрос. Оно определяет класс, объясняет двойную функцию, выполняемую каждым устройством, и последовательно рассматривает семейства штыревых, стоечных, подвесных и натяжных изоляторов. Завершается материал описанием ограничений по материалам и напряжению, которые позволяют их классифицировать.
Где изолятор опорный размещается на конструкции
В электроэнергетике слово имеет точное значение. Термин «изолятор» относится к изолирующим опорам, используемым для крепления распределительных или передачеых линий к опорам и башням. Эти опоры несут вес проводов, не допуская протекания тока через конструкцию в землю. Каждый изолятор на опоре — это вариант этой идеи, масштабируемый под свою позицию и напряжение.
Представьте распределительный фидер сверху вниз. Фазные проводники крепятся к изоляторам на вершине столба и на поперечинах. Нулевой или низковольтный проводник расположен ниже на меньших изоляторах, а тросы натяжения проходят через натяжные изоляторы посередине высоты. Каждый point крепления требует собственного диэлектрического барьера, поэтому на одной опоре может быть до дюжины изолирующих устройств, выполняющих три-четыре разные задачи.
Именно это разнообразие — главный источник путаницы в спецификациях. Класс делится по тому, где и как изолятор держит проводник, а не по форме. Разделы ниже следуют этой логике, потому что позиция определяет механическую нагрузку, а нагрузка определяет семейство.
Двойная задача: изоляция и опора
Каждое устройство на конструкции выполняет две функции одновременно. Электрически оно отделяет токоведущий проводник от заземлённой опоры, не позволяя току найти путь в землю через конструкцию. Механически оно несёт вес проводника вместе со льдом, ветровую нагрузку и натяжение линии, передавая эти усилия в опору через штырь, основание или кронштейн.
Размер изолятора выбирают по более ответственной из двух задач. Изолятор, который идеально изолирует, но ломается под ледяной нагрузкой, откажет на линии, так же как и тот, что держится вечно, но покрывается токами утечки. Читайте его как любой компонент безопасности: обе характеристики важны на любой схеме, и ни одна не заменяет другую.
Обе задачи работают десятилетиями на открытом воздухе, поэтому режимы отказа заслуживают уважения. Изоляторы спроектированы так, чтобы пробой происходил по поверхности раньше, чем прокол тела изолятора, потому что при поверхностном пробое изолятор остаётся пригодным, а при проколе — уничтожается. Когда напряжение поверхностного пробоя на влажной поверхности падает более чем наполовину, форма изолятора становится не менее важной, чем материал.
Как сохраняется длинный и сухой путь утечки
Рабочая поверхность любого опорного изолятора — это путь, по которому пошёл бы ток при утечке от токоведущего металла к заземлённому. Конструкторы удлинняют этот путь рёбрами, называемыми юбками, которые увеличивают путь утечки от провода к крепёжному штифту, сохраняя внутреннюю поверхность сухой. Больше краёв юбок — больше сухого расстояния между проводником и опорой.
Юбки работают как зонты над поверхностью под ними, обеспечивая сухость участков пути утечки под каждой юбкой в сырую погоду. Это важно, потому что влажная плёнка становится проводящей, и напряжение поверхностного пробоя мокрого изолятора может упасть более чем наполовину по сравнению с его сухим номиналом.
Длина пути утечки нормируется, а не подбирается на глаз. Минимальные значения составляют около 20–25 мм на 1 кВ напряжения линии, и эту величину необходимо увеличивать в условиях загрязнения или при осаждении морских солей. Опора тоже помогает: она заземлена толстым медным или омеднённым стальным проводом, проложенным вниз в землю и подключённым к металлическому штифту, на котором установлен каждый изолятор. Этот провод задаёт утечке контролируемый путь вместо пути, выжигающего древесину.
Штыревые изоляторы, ввинчиваемые в поперечину
Штыревой изолятор — старейший представитель класса, разработанный раньше всех и до сих пор широко применяемый в сетях до 33 кВ включительно. Изолятор ввинчивается в резьбовой стальной штифт, закреплённый в поперечине или на вершине столба. Проводник укладывается в канавку на корпусе и фиксируется скруткой от ветра и вибраций.
Более высокие классы напряжений нагружают конструкцию штыревого изолятора. Изделия, предназначенные для эксплуатации в диапазоне 33–69 кВ, получаются громоздкими и становятся неэкономичными. Корпус должен увеличиваться, чтобы обеспечить достаточную длину пути утечки, а резьбовой стержень одновременно выдерживает растущий изгибающий момент. Распределительные позиции на уровне 33 кВ и ниже остаются естественной областью применения этого семейства.
Большинство работ по распределительным сетям по-прежнему начинаются здесь, а детали на уровне позиций приведены в руководстве сайта по изолятору поперечины, где интерфейс поперечины разобран подробно. На уровне столба всё проще: штыревые изоляторы держат лёгкие и средние нагрузки на прямых и угловых позициях, а их применение заканчивается там, где класс напряжения растёт.
Колонковые изоляторы, болтом крепящиеся к опоре
Стоечный изолятор компенсирует слабость штыревого иным способом монтажа. Вместо резьбового стебля используется болтовое основание, которое прижимает устройство к траверсе или лицевой стороне опоры. Изгибающая нагрузка консольного типа тогда проходит через жёсткую колонну, а не через резьбу. Этот тип появился в 1930-х годах как более компактная и прочная альтернатива. Он быстро вытеснил множество штыревых устройств на линиях до 69 кВ включительно, при этом некоторые исполнения рассчитаны на работу до 115 кВ.
Жёсткая колонна также меняет поведение линии. Стойка удерживает проводник на фиксированной высоте и смещении без возможности поворота, что подходит для строительства в узких полосах отвода и компактных угловых структурах. Верхние наконечники бывают типов tie-top и clamp-top, поэтому крепление проводника по-прежнему гибко адаптируется под предпочтительный метод строителя линии.
В части арматуры рядом с колонковым изолятором Штыревой изолятор на верхушку опоры заслуживает упоминания шпилька столбового изолятора Это более высокий стержень, который поднимает штыревой корпус выше вершины столба там, где нет поперечины, — роль, подробно описанная на странице.
Подвесные гирлянды, висящие под конструкцией
выше 33 кВ обычная практика переходит на подвесные изоляторы: стеклянные или фарфоровые диски, соединённые последовательно металлическими звеньями в гирлянду. Гирлянда подвешивается к поперечине или вершине столба, а проводник подвешивается на нижнем конце. Количество дисков в гирлянде зависит от номинального напряжения линии.
Каждый диск — стандартный строительный блок диаметром около 25 см, а один диск механически выдерживает нагрузку от 80 до 120 кН. Гирлянды набирают способность выдерживать напряжение путём добавления дисков, поэтому конструкция на 69 кВ и на 138 кВ могут использовать одну и ту же семью арматуры при различном числе дисков. Литые колпаки и серьги — это металлические звенья между дисками, rated в одном и том же классе на разрыв.
Подвесная схема также снимает изгибающую нагрузку с конструкции. Поскольку гирлянда может качаться, натяжение проводника остаётся почти чисто осевым, а ветровой свис поглощается как перемещение, а не как рычаг. Поэтому длинные пролёты и тяжёлые проводники почти автоматически попада都т на подвесные позиции.
Натяжная работа на тупиковых и угловых позициях
Когда линия заканчивается или резко поворачивает, опора перестает лишь поддерживать вес провода. По нашему опыту, именно тупиковые положения первыми выявляют недостаточно специфицированные заказы на изоляторы. Тупик должен выдерживать боковое натяжение каждого пролёта, который он держит, и опорный изолятор в таком положении растягивается вдоль прямой линии, а не сжимается. Натяжные изоляторы решают эту задачу; они монтируются непосредственно в линии или в оттяжках, укрепляющих опору.
Натяжной изолятор должен обладать значительной механической прочностью наряду с необходимыми электрическими изоляционными свойствами, поскольку он находится в пределах силового контура натяжения. Подвесные гирлянды могут выполнять эту задачу при горизонтальной установке, а низковольтные конструкции используют компактные натяжные или анкерные изоляторы, включая тупиковые изоляторы, типичные для низковольтных и абонентских позиций.
Фарфор, стекло и полимеры при эксплуатации на опоре
Три материала доминируют в классе. Фарфор влажного формования, глазированный и обожжённый, обеспечивает диэлектрическую прочность примерно 4–10 кВ/мм и остаётся основным материалом корпусов штыревых и колонковых изоляторов. Стекло обладает более высокой диэлектрической прочностью, чем фарфор, хотя на его поверхности склонно к конденсации, поэтому закалённое стекло в основном применяется в подвесных дисках. Полимерные конструкции сочетают стеклопластиковый стержень с юбками из силикононовой резины или EPDM поверх металлических終端ных fittings.
| Property | Фарфор | Стекло | Полимер |
|---|---|---|---|
| Типичное применение на опоре | Корпуса штыревых и колонковых изоляторов | Подвесные диски | Штыревые, стоечные и длинные стержневые стропы |
| Вес при монтаже | Тяжёлый | Тяжёлый | Лёгкий |
| Загрязнённая эксплуатация | Требующие увеличенного пути утечки | Требующие увеличенного пути утечки | Гидрофобные юбки помогают |
| Вид отказа | Трещина или пробой | Дисковый изолятор трескается — повреждение видно | Старение сердцевины или интерфейса |
Гидрофобная силиконовая поверхность полимера подходит для приморского и промышленного воздуха, а экономия веса важна для любой бригады, поднимающейся по опоре с устройствами на наплечном ремне. Предельным ограничением здесь является наработанный опыт. Эти материалы пока не имеют столь долгого подтверждённого срока службы, как стекло и фарфор [[G1]]. Покупатели балансируют удобства монтажа и устойчивость к загрязнению против более короткой истории полевых работ [[T1]]. Для глубокого рассмотрения на уровне материалов посетите раздел руководство по полимерным изоляторам данного сайта.
Подбор изолятора под класс линии
Напряжение и положение определяют выбор всего класса опорных изоляторов. Северноамериканские распределительные линии обычно работают в диапазоне 4,6–33 кВ, что в точности совпадает с областью применения штыревых корпусов и небольших стоек. По мере роста класса напряжения до подпередающего стойки занимают прямые позиции, подвесные стропы берут на себя тяжёлые пролёты, а натяжные изоляторы закрепляют все тупики независимо от класса.
Условия окружающей среды сужают выбор ещё сильнее. Загрязнённый воздух увеличивает требуемый путь утечки и благоприятствует силиконовым юбкам. Горные трассы выбирают подвесные стропы благодаря их способности поворачиваться, а тесная городская застройка предпочитает жёсткие стойки, удерживающие проводники на фиксированных смещениях. Ассортимент изоляторов изоляторы воздушных линий и соответствующие fittings изоляторов организованы по той же логике положений, которая используется в данном руководстве.
Краткая выжимка для бригад
- Опорный изолятор — это диэлектрический барьер в каждой точке крепления, выполняющий одновременно одну электрическую и одну механическую задачу.
- Штыревые изоляторы работают до примерно 33 кВ, стойки заменяют их на уровнях 69–115 кВ, подвесные стропы обслуживают более высокие классы, натяжные изоляторы закрепляют тупики.
- Юбки удлиняют путь утечки; закладывайте примерно 20–25 мм на 1 кВ, больше там, где оседает загрязнение или соль.
- RaxPower поставляет устройства и крепёж — штыри, стойки и фитинги, — подобранный под каждое положение.
Часто задаваемые вопросы
На что на самом деле способен опорный изолятор?
Он удерживает токоведущий проводник на расстоянии от заземлённой опоры и воспринимает вес проводника, а также нагрузки от обледенения и ветра, передавая их в конструкцию. Изоляция и механическая опора всегда поставляются в комплекте.
Какие типы используются на опоре линии электропередачи?
Штыревые изоляторы на крестовинах, опорные изоляторы, крепящиеся болтами к балкам или верхушкам опор, подвесные гирлянды, располагаемые ниже конструкции, и натяжные блоки на тупиковых участках и углах поворотов. Шпульные изоляторы используются для вторичных и нулевых линий.
Почему у этих устройств рифлёные юбки?
Юбки выполняют роль зонтов, сохраняя часть пути утечки сухой и увеличивая длину пути утечки от токоведущих частей до заземлённых. Запас длины пути утечки составляет примерно 20–25 мм на 1 кВ.
До какого напряжения может быть рассчитано штыревое устройство?
Конструкция штыревого изолятора остаётся типичной для сетей до 33 кВ. Для диапазона 33–69 кВ конструкции получаются громоздкими и неэкономичными, поэтому на прямых участках применяют линейные опорные изоляторы с болтовым креплением.
Какой материал подойдёт для морской или агрессивной среды?
Кольца из силиконовой резины сохраняют гидрофобные свойства там, где оседают морская соль и промышленная плёнка, что снижает риск утечек. Фарфор остаётся надёжным благодаря увеличенной поверхности утечки, а стеклянные диски подходят для верхних позиций подвеса.