книги / Техника высоких напряжений

изгибающих усилий. Изоляторы гир­

лянды

работают

на

растяжение.

Однако конструкция изоляторов та­

кова, что внешняя нагрузка вызы­

вает в диэлектрике (фарфоре или

стекле)

в

основном

напряжения

сжатия и среза. Таким образом, ис­

пользуется

весьма

высокая

проч­

ность фарфора и стекла при рабо­

те на сжатие.

линий

напряже­

Рис. 10-2. Изолятор типа ШД

Для

изоляции

на

35

кв.

нием НО и 220 кв в некоторых стра­

углублено

в

тело

изолятора

на­

нах довольно широко используются

столько, что верхняя часть штыря

подвесные

изоляторы

стержневого

или крюка оказывается на уровне

типа.

Фарфор

в

этих'

изоляторах

шейки изолятора. Этим достигает­

работает на растяжение. Для полу­

ся уменьшение изгибающего момен­

чения

большой механической

проч­

та, создаваемого тяжением провода.

ности диаметр

фарфора в стержне­

Прочность

изолятора на

пробой

вых

изоляторах

составляет

60—

(определяемая

в

масле)

на

30—•

125

мм.

Получение

высококачест­

40%

выше сухоразрядного

напря­

венного

фарфора

таких

диаметров

жения. Под дождем внешняя часть

возможно только

при

совершенной

изолятора оказывается сплошь смо­

технологии

производства.

ченной водой. Сухой остается лишь

Наиболее широко

применяемый

нижняя

часть

изолятора,

поэтому

для

изоляции

линий

напряжением

почти

все

напряжение

оказывается

6—10 кв

изолятор

типа

ШС

пока­

приложенным

между концом внеш­

зан

на рис.

10-1.

Провод

крепится

него ребра и штырем. В результате,

на

верхней

или

боковой

бороздке

несмотря

на

значительное

увеличе­

(шейке)

изолятора с помощью про­

ние диаметра изолятора по сравне­

волочной

вязки

или

специальных

нию

с

его

высотой

(D/Я =1,35),

зажимов. Для

установки

на

опоре

мокроразрядное напряжение изоля­

изолятор

плотно

навертывается на

тора почти вдвое меньше сухораз­

металлический

штырь

или

крюк

рядного (табл. 10-1).

с помощью

промазанной

суриком

Электрические

и

механические

пакли. Чтобы крюк не поворачи­

характеристики разработанных ВЭИ

вался

в опоре при натяжении

про­

вода,

ему придается

такая

форма,

и Государственным институтом стек-

ла (ГИС) отожженных стеклянных

при которой ось провода и ось ввер­

изоляторов типа ШС несколько луч­

тываемой в опору

части

крюка ле­

ше, чем фарфоровых, приблизитель­

жат

в

одной

плоскости. При

этом

но при тех же геометрических раз­

тяжение

провода

не создает

вра­

мерах.

щающего момента относительно оси

У штыревых изоляторов другого

крюка.

типа

(ШД)

ребра

располагаются

Имеющее

резьбу

гнездо

для

на боковой поверхности и предот­

ввертывания

штыря

или

крюка

вращают

сплошное

смачивание ее

дождем

(рис.

10-2). Такие изолято­

ры имеют более высокое мокрораз­

рядное

напряжение

при

сравни­

тельно небольшом диаметре

изоля­

тора

(D/H= 1).

Изолятор типа ШД на напряже­

ние 35 кв в целях получения необ­

ходимой

величины

пробивного

на­

Рис

10-1. Штыревой изолятор

пряжения

и

механической

прочно­

типа ШС на 6—10 кв.

сти склеивается

на

цементном

рас­

производится

при

помощи

связую­

ра. В самом деле, если температура

щего материала, в качестве которо­

после ее понижения начинает повы­

го применяется портланд-цемент

шаться, то при малом угле конусно­

марки 400—500 с песком в соотно­

сти цементное тело не может воз­

шении 1 : 2.

изоляторов

в

гир­

вратиться на прежнее место и со­

Соединение

здаст дополнительное расклиниваю­

лянду производится путем введения

щее усилие. Опыт показывает, что

утолщенной головки стержня в спе­

это явление не возникает, если угол

циальное ушко на шапке другого

конусности (угол между осью изо­

изолятора и закрепления его шплин­

лятора и образующей боковой*стен-

том.

нагрузку

несет

ки его головки) не меньше 10—13°.

Механическую

Стальной стержень изолятора на

в основном головка изолятора и

наружном конце имеет утолщение,

прежде всего ее боковые части.

служащее для сцепления с шапкой

Поэтому

имеющиеся

конструкции

другого изолятора. На другом кон­

подвесных

изоляторов

различаются

це стержня,

который

заделывается

главным

образом

формой

головки,

в гнездо изолятора, также имеется

при выборе которой стремятся обес­

утолщение,

имеющее

коническую

печить

уменьшение

скалывающих

форму с углом конусности 45° Дли­

усилий в теле фарфора.

на стержня

берется

минимальной,

Наибольшее

распространение

но все же обеспечивающей свобод­

в Советском Союзе получили изоля­

ную сборку изоляторов в гирлянду.

торы с

конической головкой

(рис.

Шапка изолятора в своей верх­

10-3). Опорные поверхности такого

ней части повторяет очертания го­

изолятора

имеют

конусообразную

ловки изолятора, размеры ее обес­

форму. Поверхность головки снару­

печивают толщину цементного шва

жи и внутри гладкая глазурован­

в 2—3 мм. Нижняя часть шапки

ная. С такой поверхностью цемент

изоляторов

с конической головкой

не схватывается,

поэтому

имеется

имеет обратный конус или закраину

возможность взаимного перемеще­

для того, чтобы шапка после арми­

ния цемента и фарфора.

рования ее цементом не могла пере­

При приложении

к

стержню и

мещаться.

изоляторов

с

ко­

к ушку шапки растягивающей на­

Недостатком

грузки цементное

тело

конической

нической головкой является большой

формы, расположенное в гнезде го­

угол конусности головки и, следова­

ловки

изолятора,

будет

передви­

тельно,

большие

размеры

шапки

гаться вдоль оси изолятора и созда­

изолятора,

неблагоприятно

сказы­

вать расклинивающее усилие в го­

вающиеся на разрядных характери­

ловке изолятора. С внешней сторо­

стиках гирлянд из этих изоляторов.

ны головка изолятора имеет также

Этот

недостаток

отсутствует

коническую форму, поэтому фарфор

у изоляторов другого типа, распро­

в боковых стенках головки будет

страненных

у нас

в

значительно

испытывать в основном напряжение

меньшей степени, у так называемых

сжатия.

имеет больший

коэффи­

изоляторов с цилиндрической голов­

Цемент

кой. Головка этих изоляторов имеет

циент

температурного

расширения,

почти цилиндрическую форму (рис.

чем

фарфор,

поэтому

изменения

10-4). Небольшое увеличение диа­

температуры также приводят к пе­

метра головки книзу делается для

ремещениям цементного тела

отно­

облегчения

штамповки

изоляторов.

сительно

гнезда

изолятора.

При

Изоляторы

этого

типа

армируются

этом, если угол конусности головки

при помощи портланд-цемента. Од­

изолятора

выбран

недостаточно

нако, для

того

чтобы обеспечить

большим, в фарфоре могут возник­

прочное соединение цемента с по­

нуть

значительные

дополнительные

верхностью

фарфора,

боковые

по­

напряжения,

опасные

для

изолято­

верхности

головки

изолятора

по-

боковой поверхности головки, так и

на внешней, при этом края покры­

тий находятся в одной и той же го­

ризонтальной

плоскости.

При соблюдении указанных усло­

вий

изоляторы

с

цилиндрической

головкой имеют при тех же элек­

трических

и

механических

характе­

ристиках меньшие размеры и вес,

чем изоляторы с конической голов­

кой. Однако, изоляторы с цилинд­

рической

головкой

имеют суще­

Рис. 10-4. Подвесной изолятор с цилиндри­

ственный

недостаток,

заключаю­

щийся

в

необходимости

весьма

ческой

головкой.

тщательного соблюдения технологи­

крыты фарфоровой

крошкой,

кото­

ческого процесса, в частности арми-

ровки

стержня

и шапки

изолятора.

рая

при

обжиге

прочно

спекается

с фарфором. В этом случае нагруз­

Размеры

и

очертание

частей

ка передается на фарфор только на

фарфоровой

тарелки,

определяю­

тех участках, где имеется фарфоро­

щих электрические характеристики

вая крошка. Там, где на поверхно­

изолятора,

являются одинаковыми

сти фарфора нет крошки, цемент

как для изолятора с конической го­

легко скользит и на фарфор сколь­

ловкой, так и для изолятора с ци­

ко-нибудь существенные усилия не

линдрической головкой.

передаются. Для

компенсации ме­

К изолятору прежде всего предъ­

ханических

напряжений,

которые

является

требование,

чтобы

при

могут возникнуть из-за неодинако­

возможных

повышениях напряже­

вых

температурных

коэффициентов

ния на изоляторе происходил бы

расширения

цемента

и

фарфора,

разряд по его поверхности и не мог

поверхности

их покрываются

биту­

бы

возникнуть

пробой

фарфора

мом. Для уменьшения механических

в

головке

изолятора.

Практикой

напряжений

вблизи

верхней

части

эксплуатации

установлено,

что

для

стержня в торце стержня делается

этого

соотношение

между

пробив­

выточка (рис. 10-4), благодаря че­

ным напряжением и сухоразрядным

му край стержня становится эла­

напряжением

изолятора

должно

стичным.

быть не менее 1,5. Пробивная проч­

Если у изолятора с конической

ность зависит от толщины фарфора

головкой

форма

нижней

части шап­

в

головке

изолятора.

Кривая

ки не имеет существенного значения,

рис. 10-5 показывает, что толщина

то у изолятора с цилиндрической

фарфора в головке должна быть не

головкой шапка в нижней своей ча­

больше 25—30

мму чему

соответ­

сти должна иметь вполне опреде­

ствует

минимальное пробивное

на­

ленные очертания. Внутренняя опор­

пряжение порядка

125 квДСйств. При­

ная

поверхность шапки

(закраина)

менение фарфора большей толщины

делается

конусообразной

с

таким

нецелесообразно, так как пробивное

же углом конусности, как и у опор­

напряжение

при

этом

увеличится

ной

поверхности

стержня

(30°).

очень

мало.

Стержень и шапка армируются та­

Размеры

тарелки

изолятора

ким образом, чтобы нормали, про­

обеспечивают сухоразрядное напря­

веденные от краев опорной поверх­

жение порядка 75 квдейств. Следует

ности стержня, совпадали с норма­

отметить,

что

величина

разрядного

лями, проведенными от краев опор­

напряжения

отдельного

изолятора

ной

поверхности

шапки. Покрытие

не

оказывает

решающего

влияния

фарфоровой

крошкой

имеет

одина­

на

разрядное

напряжение

гирлян­

ковую высоту как

на

внутренней

ды. Последнее зависит от соотноше-

Увеличение

размера

среднего

ребра в этом случае приводит к со­

кращению числа ребер до трех

(вместо четырех). Однако это почти

не

сказывается

на электрических

характеристиках изолятора. Что же

касается

его механической

прочно­

сти, то она оказывается выше, так

как

полностью

глазурованная

го­

ловка такого изолятора при обжиге

не деформируется.

Наряду с фарфором для изго­

товления изоляторов

с

конической

головкой в последнее время приме­

няется

стекло.

Конструкция стек­

Рис. 10*5. Зависимость необходимой толщи­

лянного

изолятора,

включая

форму

ны фарфора в головке изолятора тарельча­

тарелки,

совершенно

аналогична

того типа от нормированного пробивного

фарфоровому

изолятору. Стеклян­

напряжения (данные ВЭИ).

ные

закаленные

изоляторы

при

уменьшенных

размерах

и

значи­

ний между разрядным

расстоянием

тельно

сниженном

весе

выдержи­

изолятора в гирлянде и строитель­

вают

гораздо

большую

электроме­

ной высотой изолятора. Подробнее

ханическую нагрузку,

поэтому

они

вопрос определения этих

размеров

оказываются

экономичнее

фарфо­

будет рассмотрен в § 11-2, посвя­

ровых изоляторов.

щенном гирляндам изоляторов.

Любое повреждение закаленного

Верхняя

гладкая

поверхность

стекла, в том числе и под шапкой

тарелки наклонена под углом 5—

изолятора, приводит к тому, что та­

10° к горизонтали для того, чтобы

релка

изолятора

разлетается

на

обеспечить

стекание

воды.

Край

мелкие

кусочки,

однако

механиче­

тарелки изогнут вниз и образует

скую нагрузку изолятор по-прежне­

так называемую капельницу, не до­

му продолжает держать. Это об­

пускающую

возникновения непре­

стоятельство существенно упрощает

рывного -потока воды с верхней по­

эксплуатацию

линий

электропере­

верхности

изолятора

на

нижнюю.

дачи, так как дефектные изоляторы

Нижняя

поверхность

тарелки

сде­

могут быть легко обнаружены без

лана ребристой, при этом увеличи­

всяких

профилактических

испыта­

вается длина пути утечки по этой

ний.

стекла

в качестве

поверхности и увеличивается мокро­

Применение

разрядное

напряжение

изолятора.

диэлектрика

позволяет

полностью

Количество и форма ребер зави­

механизировать и автоматизировать

сят от метода о-бжига фарфоровых

процесс

производства

изоляторов.

изоляторов.

Изолятор

может

ста­

Для производства

некоторых типов

виться для обжига на неглазуро-

изоляторов созданы автоматические

ванную поверхность головки. В этом

линии. Благодаря

отмеченным

пре­

случае вся нижняя поверхность та­

имуществам стеклянные

изоляторы

релки

покрывается

глазурью

будут находить, по-видимому,

все

(рис. 10-4). Для отжига изолятора

более широкое применение.

разме­

по другому методу среднее ребро де­

В табл. 10-2

приводятся

лается выступающим над остальны­

ры и основные электрические и ме­

ми (рис. 10-3). Изолятор в обжиг

ханические характеристики

фарфо­

ставится головкой вверх и опирает­

ровых

изоляторов

тарельчатого

ти­

ся на это ребро. Естественно, кром­

па, а также изоляторов из малоще­

ка среднего ребра остается негла-

лочного

закаленного стекла, разра­

зурованной.

ботанных ВЭИ и ГИС.

Таблица

10-3

Характеристики подвесных изоляторов стержневого типа

Р азм ер ы

Р а зр я д н ы е

н ап р я ж ен и я

при

Г а р а н т и р о ­

50 гц , к в д е й с т в

Тип и зо л я т о р а

в а н н а я м ех а ­

н и ч еск ая

Д и а м е т р

Д и ам етр

Н , мм

п рочн ость, Т

С у х о р а з р я д ­ М о к р о р азр я д ­

с т е р ж н я , мм

ю бок, мм

ное

ное

СТ-110

1270

75

150

6

420

300

Японские:

СА-45022

525

60

120

7

150

120

СА-45024

1 270

75

150

11

400

340

СА-45025

1 305

85

160

13

400

340

6А-15429

1050

125

215

30

310

245

разрушаются. Даже при образова­

Основные электрические и меха­

нии трещин в головке такие изоля­

нические характеристики и размеры

торы не разваливаются и могут дли­

стержневого изолятора отечествен­

тельно выдерживать механическую

ного производства, а также изоля­

нагрузку, будучи электрически по­

торов одной из японских фирм при­

врежденными.

ведены в табл. 10-3.

11-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

рис. 11-1 в качестве примера пока­

Провода воздушных линий элек­

заны

наиболее

распространенные

тропередачи

изолируются

друг

от

конструкции

промежуточных

опор

друга и от земли воздушными про­

линий ПО кв и отмечены пути, по

межутками. Для этого с помощью

которым принципиально могут про­

изоляторов

они

подвешиваются

на

исходить

разряды,

нарушающие

опорах

так,

чтобы

между

ними,

изоляцию. На металлических и же­

а также между ними и землей со­

лезобетонных опорах (рис. 11-1,а и

блюдались

определенные

расстоя­

б) могут иметь место только

нару­

ния по воздуху.

шения

изоляции

относительно

зем­

Атмосферные и внутренние пере­

ли: либо при перекрытии гирлянд

напряжения,

воздействующие

на

изоляторов

по

пути

т — ft,

либо

изоляцию

воздушной

линии

элек­

из-за пробоя воздушного промежут­

тропередачи, создают опасность на­

ка между проводом и заземленной

рушения

ее

электрической

прочно­

конструкцией по пути т — т ,

а при

сти в одном из пролетов или на опо­

отклонении гирлянды под действием

рах и тем самым аварийного отклю­

ветра — по пути п — я. На деревян­

чения

линии. Нарушение изоляции

ной опоре без тросов (рис. 11-1,в)

в пролете может произойти в ре­

могут

происходить нарушения

изо­

зультате пробоя воздушного проме­

ляции как между проводами раз­

жутка

между

проводами

разных

ных фаз, так и относительно земли.

фаз или проводом и заземленным

Первый случай будет иметь место

тросом. Около опор провода наибо­

при перекрытии двух гирлянд изо­

лее близко подходят к металличе­

ляторов

и участка траверсы ft— ft;

ским

заземленным

конструкциям

второй

случай — при

пробое

воз­

или деревянным элементам, по по­

душного

промежутка я — я и пере­

верхности

которых

разряд

разви­

крытии участка я — 5 стойки опоры.

вается

легче,

чем

в

воздухе. На

Для

того

чтобы атмосферные и

напряжений,

а

также

устройства,

способные

ликвидировать

появив­

шееся

повреждение

без

нарушения

снабжения

потребителей

(дугогася­

щие

аппараты,

АПВ и др.). При

этом к изоляции воздушных линий

электропередачи

предъявляются

следующие

требования:

1. Изоляция

должна

выдержи­

вать

подавляющее

большинство

внутренних

перенапря­

жений, возникающих в

линии

электропереда­

чи.

Исключение

со­

ставляют некоторые ви­

ды

перенапряжений с

наиболее

высокой

ам­

плитудой,

вероятность

появления

которых

чрезвычайно мала. Учет

их

привел

бы к

не­

оправданному

увели­

а)

б)

6)

чению

стоимости

ли­

Рис. 11-1.

Возможные пути перекрытия изоляции на про­

нии.

В силу этого

при

выборе

изоляции

ори­

межуточных

опорах

линии

110

кв.

а — м е т а л л и ч е с к ая

о п о р а; б — ж е л е зо б ет о н н а я о п о р а; в — д е р е в я н ­

ентируются

на

так

на­

н а я

оп о р а ли н и и

б ез

тросов.

зываемый

расчетный

внутренние

перенапряжения

не

на­

уровень внутренних пе­

ренапряжений,

устанавливаемый

рушали

работу

электропередачи,

несколько

ниже

максимально

воз­

она должна иметь такую изоляцию,

можного.

электрическая

прочность

которой

2.

Импульсная прочность изоля­

превышала бы амплитуду большин­

ции должна быть достаточной для

ства перенапряжений. Однако

сни­

создания

эффективной

и

эконо­

жение числа аварийных отключений

мически

оправданной

грозозащиты.

до приемлемого уровня только за

Значимость этих требований для

счет создания высокопрочной

изо­

линий разного номинального напря­

ляции

оказывается

экономически

жения неодинакова, однако в на­

нецелесообразным,

поскольку

свя­

стоящее время во всех случаях вы­

зано с необходимостью чрезмерного

бирают

изоляцию

по

внутренним

увеличения

воздушных промежут­

перенапряжениям.

При

этом

для

ков и числа изоляторов в гирлян­

линий

ПО

кв

и

выше

импульс­

дах. Это в свою очередь требует

ная

прочность изоляции

оказывает­

увеличения размеров опор и, следо­

ся

,вполне

достаточной,

чтобы

вательно, стоимости сооружения ли­

с помощью

относительно

простых

нии. По этой причине на воздуш­

средств

грозозащиты

обеспечить

ных линиях электропередачи преду­

высокую грозоупорность линий. При

сматриваются

специальные

меро­

напряжении 35 кв импульсная проч­

приятия,

обеспечивающие

надеж­

ность изоляции, выбранной по вну­

ную работу при относительно невы­

тренним перенапряжениям, недоста­

соком, вернее экономически целесо­

точна

для обеспечения малого числа

образном уровне изоляции. К этим

грозовых

отключений.

Для устра­

мероприятиям относятся устройства

грозозащиты,

ограничивающие

чис­

нения

этого

недостатка предпочи­

ло и величину

атмосферных пере­

тают

применять дугогасящие аппа­