Лінійні ізолятори призначені для електричної ізоляції і підвіски проводів і грозозахисних тросів на ПЛ, а також на ВРП підстанцій.
Для підвіски проводів і тросів до опор ПЛ або порталам ОРУ лінійні ізолятори забезпечуються спеціальною металевою арматурою.
Як зазначалося вище (рис.1.1.), За конструктивним виконанням лінійні ізолятори поділяються на штирові, підвісні стрижневі й тарілчасті.
Лінійні ізолятори виготовляються як з порцеляни, так і зі скла. Розроблено і знаходяться в дослідній експлуатації стрижневі ізолятори з полімерних матеріалів.
Ізолятори штирьового типу монтуються по одному і класифікуються по номінальній напрузі, а саме: на 6, 10, 20 і 35кВ. Підвісні тарілчасті ізолятори збираються в гірлянди на будь-які номінальну напругу (табл.2.1). Підвісні ізолятори стрижневого типу випускаються на напругу 27 (для електрифікації залізниць), 35 і 110 кВ, а з полімерних матеріалів - до 750кВ включно [1-5].
Ці ізолятори виготовляються з високовольтного порцеляни або скла і складаються з одного ізоляційного елемента для напруг до 20кВ включно (рис.2.1. А, б) і з двох елементів, з'єднаних між собою цементно-піщаною сумішшю - на напругу 20 і 35кВ (рис.2.1 . в, г).
Рис.2.1. Ескізи лінійних штирьових ізоляторів
Назву свою «штирові ізолятори» отримали через методу кріплення до траверси (опорі) за допомогою металевих штирів або гаків.
Конструкції скляних штирьових лінійних ізоляторів принципово не відрізняються від конструкцій тих же типів ізоляторів з фарфору, але з урахуванням особливостей виробництва скла скляні ізолятори виготовляються з меншою товщиною стінок, з більш точними розмірами.
На голівці штирьового ізолятора є спеціальні канавки для кріплення проводу. Канавки розташовані нагорі і збоку головки, в залежності від конструкції ізолятора. Радіуси канавок відповідають максимальному діаметру монтируемого дроти.
Параметри штирьових лінійних ізоляторів
Примітка: У дужках дані старі позначення ізоляторів. У графі «Розмір діаметра стрижня» для стрижневих ізоляторів дробом вказані розміри отвору в ізоляторі для гака або штиря.
На рис.2.2. представлений штирьовий ізолятор в зборі. Штир або гак кріпиться до траверсі опори різьбовій частиною, довжина якої залежить від розмірів опори або траверси; для з'єднання з тілом ізолятора на штирі робляться насічки, а кінець штиря обмотується клоччям, просоченої суриком. Креп- Рис. 2.2. Розташування штирьового
ня штиря з тілом ізолятора мо ізолятора на гаку
може здійснюватися і іншими способами.
Еластична закладення штиря, як показав досвід експлуатації, недостатньо механічно міцна, тому існують більш раціональні способи, наприклад закладення за допомогою нарізного сполучення, застосування ковпачків з пластичних матеріалів. При кріпленні штирьового ізолятора до опори за допомогою гака (рис.2.2.), Щоб останній не провертався в опорі при односторонньому тяженіі (натяг дроту при монтажі, аварійні режими), йому надається така форма, при якій вісь дроти і вісь ввертати в опору частини гака лежать в одній площині. При цьому тяжіння проводу не створює крутного моменту щодо осі гака.
Під час дощу зовнішня частина поверхні ізолятора виявляється повністю змоченою водою. Сухий залишається лише його нижня поверхня, тому майже всі напруга виявляється прикладеним між кінцем зовнішнього ребра і штирем. Внаслідок цього, незважаючи на значне збільшення діаметра ізолятора (він приблизно на 35% більше висоти), мокроразрядное напруга виходить майже вдвічі менше. У табл.2.2 показані характеристики штирьових лінійних ізоляторів.
Такий ізолятор (рис.2.3.) Складається з ізолюючої деталі і арматури. Ізолює деталь, виготовлена з порцеляни або загартованого скла, виконується в формі тарілки з вигнутою догори середньою частиною, яка називається головкою ізолятора.
Арматура складається з чавунної шапки і сталевого стрижня. Шапка закріплюється на голівці ізолятора так, щоб між ними залишався зазор не менше 2 мм, а стрижень з допомогою зв'язуючого матеріалу з'єднується з ізолюючої деталлю. Зв'язує матеріалом є портландцемент з піском в соот-
носінні 1: 2. Температурні кое- Рис.2.3. підвісна ізолятор
ффіціенти розширення портлан- з конічною голівкою
дцемента і ізолюючої деталі приблизно однакові. Поверхні шапки і стрижня повинні бути оцинковані. Механічне навантаження несе в основному головка ізолятора і, головним чином, її бічні частини.
Внутрішня і зовнішня поверхня ізолюючої деталі гладка (у фарфорових ізоляторів глазурована), з якої цементна замазка, виконана в формі клина, не охоплюється. Ця обставина забезпечує можливість відносного переміщення головки і цементної закладення, що в свою чергу дозволяє уникнути виникнення небезпечних термічних напружень в головці ізолятора при зміні температури повітря. Характе- Рис.2.4. Сили, що діють
ристики ізолятора багато в чому що визначають на головку ізолятора
ться його габаритними розмірами H і D.
Ізолятор в гірлянді знаходиться під дією розтягуючих навантажень Р, прикладених до шапки ізолятора і стрижня (рис.2.4.).
Цементне тіло конічної форми, розташоване в гнізді головки, працює як клин, який прагне розширити головку ізолятора. Зовнішня поверхня головки, що має форму конуса, також утворює клин, який стискається при вдавливании в цементну прошарок між шапкою і голівкою. В результаті ізолює деталь в бічних стінках головки відчуває в основному напруга стиснення.
Верхня гладка поверхня ізолюючої деталі (тарілки) нахилена під кутом 5 - 10º до горизонталі для того, щоб забезпечити стікання дощової води і забруднень.
Край тарілки зігнутий вниз і утворює так звану крапельницю, яка не допускає виникнення безперервного потоку води з верхньої поверхні ізолятора на нижню. Нижня поверхня тарілки зроблена ребристою для збільшення довжини витоку по поверхні і підвищення мокроразрядного напруги.
Зазначені особливості конструкції ізоляторів дозволили створити їх на великі руйнують електромеханічні навантаження - від 70 до 400кН і більш.
Як зазначалося вище, тарілчасті ізолятори виготовляються з діелектриків, що володіють необхідними для експлуатації на ВЛ електричними і механічними характеристиками, досить стабільними при зміні кліматичних умов. Це - електротехнічний фарфор і загартоване скло.
В якості сировини для ізоляторів із загартованого скла в тих чи інших поєднаннях застосовуються дрібнозернистий кварцовий пісок, каолін або технічний глинозем, синтетична сода, поташ, вапняк, доломіт і ін.
Ізолятор, виготовлений із загартованого скла, постійно знаходиться в механічно напруженому стані. Діючі на ізолятор напруги взаємно врівноважуються протягом всього терміну його служби. У разі застосування до ізолятора зовнішньої механічної розтягує або згинального навантаження руйнування може наступити тільки після компенсації стискають напруг у зовнішніх шарах. Поява в склі тріщин глибиною рівній товщині зовнішнього стисненого шару призводить до порушення рівноваги і руйнування стеклодеталі, яка розсипається на дрібні шматки, розміри яких залежать від ступеня загартування. У загартованому склі також може виникнути процес саморуйнування в разі, якщо в стекломассе збережуться дрібні камені, які в місцях їх розміщення створюють напруження, викликані різною величиною коефіцієнта розширення додаткових включень і основної маси скла.
У двущелочном склі частина оксиду натрію замінена оксидом калію. Застосування в склі двох лужних оксидів забезпечує часткове прояв так званого нейтралізаційних ефекту, що дозволяє зберегти високу технологічність звичайних лужних стекол і одночасно значно підвищити їх електроізоляційні властивості і характеристики в порівнянні з однощелочнимі стеклами.
Ізолятори з загартованого скла набувають все більшого поширення; виробництво фарфорових ізоляторів скорочується. Цей напрямок технічної політики пояснюється наступним:
1. Весь технологічний процес виготовлення ізоляторів із загартованого скла може бути повністю механізований і автоматизований. Крім того, будівництво заводів з виробництва скляних ізоляторів вимагає значно менших витрат, ніж порцелянових. Тому вартість скляних ізоляторів при масовому виробництві нижче, ніж порцелянових.
2. Запаси сировини для виготовлення скла в країні є в достатній кількості.
3. Скляні ізолятори можуть бути виготовлені на електромеханічні навантаження до 400кН і більш, чого практично не можна здійснити при використанні порцеляни.
4. Прозорість скла дозволяє легко виявляти при зовнішньому огляді дрібні тріщини і різного роду дефекти і пошкодження.
5. Застосування скляних ізоляторів дозволяє відмовитися від проведення в процесі експлуатації періодичних профілактичних випробувань гірлянд під напругою. Це пояснюється тим, що кожне пошкодження загартованого скла призводить до руйнування ізолюючої тарілки, яке легко виявити візуально при черговому обході ВЛ експлуатаційним персоналом. Під час руйнування тарілки відбувається заклинювання осколків скла між шапкою і стрижнем, при цьому механічна міцність залишку ізолятора виявляється достатньою для того, щоб запобігти розриву гірлянди.
6. Підвищена механічна міцність поверхневих шарів ізоляторів із загартованого скла перешкоджає виникненню тріщин. Електрична міцність скла, як правило, зберігається протягом усього терміну експлуатації, і процеси старіння скла відбуваються значно повільніше, ніж порцеляни. Тому відбраковування скляних ізоляторів, яка пояснюється головним чином явищами саморуйнування, відбувається протягом першого року їх експлуатації, в той час як дефекти фарфорових ізоляторів починають виявлятися тільки після декількох років експлуатації.
На рис.2.5. представлені ескізи деяких підвісних лінійних ізоляторів, а в табл.2.3 - їх характеристики.
Рис.2.5. Ескізи ізоляторів