Изоляторы для закрытых электроустановках.

Опорные и проходные изоляторы ЗРУ изготавливаются из электротехнического фарфора. На напряжения 6-10 кВ опорные изоляторы изготавливаются с внутренней герметизированной полостью (рис. 2.1а), или сплошными с внутренней заделкой арматуры (рис. 2.1б). Внутренняя заделка арматуры выравнивает электрическое поле, а, следовательно, улучшает электрические характеристики изолятора. Кроме того, внутренняя заделка позволяет снизить вес и высоту изолятора.

Металлическая арматура в виде шапок и фланцев в конструкции (рис. 2.1а) или закладных деталей (рис. 2.1б) скрепляются с фарфором цементом. Крепление токоведущих частей к изоляторам и изоляторов к несущим конструкциям осуществляется с помощью болтовых соединений.

Механическая прочность изолятора определяется силой, приложенной к головке изолятора, или изгибающим моментом. Эти величины зависят от диаметра и высоты изделия .

Основными электрическими характеристиками изоляторов являются: сухоразрядное напряжение перекрытия по поверхности и напряжение пробоя диэлектрика . При пробое диэлектрика изолятор теряет свои изоляционные свойства и не пригоден для дальнейшего использования. При перекрытии изолятора по поверхности изоляционные свойства восстанавливаются после отключения напряжения. Поэтому напряжения пробоя должно быть значительно больше напряжения перекрытия .

Электрическое поле опорного изолятора неоднородное, имеет значительную тангенциальную составляющую . Кроме того на распределение напряжения по высоте изолятора сильно влияет увлажнение и смачиваемость поверхности. Поэтому разрядное напряжение вдоль поверхности в 1,5–2 раза ниже разрядных напряжений в воздухе.

Для выравнивания электрического поля в области высоких напряженностей верхняя часть изолятора имеет небольшое ребро. На напряжении
20–35 кВ изоляторы могут иметь несколько таких ребер.

Основными каталожным параметрами опорных изоляторов для закрытых установок являются: номинальное напряжение , сухоразрядное напряжение по поверхности при частоте 50 Гц , импульсное напряжение перекрытия , изгибающий момент , наибольший диаметр диэлектрика , высота изолятора и длина пути утечки по поверхности .

Проходные изоляторы для закрытых установок (рис. 2.2) выполняются цилиндрической формы с небольшими ребрами у торцов. Торцы изоляционного цилиндра 1 армированы металлическими колпаками 4 для крепления шины или токоведущего стержня 3. Фланец 2, с помощью которого изолятор крепится к строительной конструкции или крышке аппарата, и колпаки 4 закрепляются на фарфоровом цилиндре цементом.

Рис. 2.2 – Проходной изолятор

Диаметр изоляционного цилиндра выбирается под фланцем выбирается исходя из допустимой механической прочности, т.к. при протекании токов короткого замыкания в этом сечении возникают наиболее опасные механические напряжения.

Электрическое поле проходного изолятора весьма неоднородно и имеет значительную нормальную составляющую в области сечения под фланцем. Поэтому, при наличии воздушной прослойки между токоведущим стержнем и диэлектриком возможно возникновение короны. При напряжениях до 10 кВ специальных мер по устранению короны не требуется, однако при напряжениях 20 кВ и выше возможно возникновение короны у токоведущего стержня в области сильного поля напротив фланца.

Для предотвращения короны внутренняя поверхность изолятора металлизируется и ей сообщается потенциал стержня. Кроме этого в проходных изоляторах на напряжения 20 кВ и выше стремятся исключить воздушную прослойку, заполняя внутреннюю полость между стержнем и фарфором твердым или жидким диэлектриком.

Наибольшее значение тангенциальной составляющей электрического поля будет иметь место у фланца. Здесь возможно первоначальное возникновение короны, а при дальнейшем увеличении напряжения, развитие скользящего разряда по поверхности изолятора. Такое неравномерное распределение напряженности поля по внешней поверхности объясняется влиянием распределенной (удельной) емкости относительно токоведущего стержня и удельного поверхностного сопротивления (рис. 1.21). Как видно из рисунка 1.21 через сопротивление , расположенное ближе к фланцу 2, будет протекать наибольший ток, а наименьший через сопротивление расположенное ближе к торцу изолятора. Следовательно, и напряжение вдоль поверхности распределяется неравномерно.

Для выравнивания напряжения по поверхности необходимо уменьшить емкость . Т.к. величина емкости зависит от диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрика, то уменьшить неравномерность распределения напряжения по поверхности изолятора можно уменьшив значение и увеличив толщину стенок изолятора.

Напряжения перекрытия по поверхности приближенно можно определить по выражению

, (2.1)

где – коэффициент, зависящий от рода напряжения;

– длина изолирующей поверхности.

Напряжение возникновения скользящего разряда может быть увеличено за счет снижения напряженности поля у фланца путем металлизации средней части наружной поверхности. В каталогах для проходных изоляторов указываются такие же параметры, что и для опорных, но дополнительно указывается номинальный ток, если изолятор имеет встроенный токоведущий стержень.

Походные изоляторы для наружной установки в большинстве случаев являются высоковольтными вводами различной аппаратуры.