Изолятор

Изолятор — это устройство, предназначенное для электрической изоляции токоведущих частей электроустановок друг от друга и от заземлённых конструкций (земли, опор, корпусов оборудования), а также для механического крепления проводов и шин. Основная функция изолятора — предотвращение утечки тока и коротких замыканий, обеспечение надёжной работы электрических сетей и оборудования. Изоляторы изготавливаются из диэлектрических материалов с высокими электроизоляционными свойствами, механической прочностью и устойчивостью к воздействиям окружающей среды.

История

Первые электрические изоляторы появились в середине XIX века с развитием телеграфной и телефонной связи. В 1840-х годах для подвески проводов на столбах начали использовать стеклянные и фарфоровые изоляторы. В 1850 году американский изобретатель Эзра Корнелл запатентовал первый стеклянный изолятор для телеграфных линий. С развитием электроэнергетики в конце XIX — начале XX века потребовались изоляторы для высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), что привело к созданию фарфоровых подвесных изоляторов тарельчатого типа. В XX веке, с ростом напряжения ЛЭП, были разработаны изоляторы из стекла и полимерных материалов, а также изоляторы для подстанций и распределительных устройств.

Классификация

Изоляторы классифицируются по нескольким признакам:

По назначению и области применения

• Линейные изоляторы — используются для подвески и крепления проводов на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и связи. Делятся на штыревые (для ВЛ до 35 кВ) и подвесные (для ВЛ 35 кВ и выше).
• Опорные изоляторы — предназначены для изоляции и крепления токоведущих шин и аппаратов в распределительных устройствах (РУ) и на подстанциях. Могут быть внутренней и наружной установки.
• Проходные изоляторы — устанавливаются в стенах, перекрытиях и корпусах электрооборудования для пропуска токоведущих частей через заземлённые конструкции.
• Аппаратные изоляторы — входят в состав высоковольтных выключателей, разъединителей, трансформаторов и другого оборудования.
• Станционные изоляторы — применяются в комплектных распределительных устройствах (КРУ) и ячейках.

По материалу

• Фарфоровые изоляторы — классический тип, изготавливаются из электротехнического фарфора. Обладают высокой механической прочностью, стойкостью к электрическим дугам и атмосферным воздействиям. Широко применяются в сетях всех классов напряжения.
• Стеклянные изоляторы — изготавливаются из закалённого стекла. Преимущества: высокая электрическая прочность, прозрачность (позволяет визуально контролировать состояние), при пробое разрушаются без образования трещин (саморазрушающиеся). Недостаток — меньшая механическая прочность по сравнению с фарфором.
• Полимерные изоляторы — изготавливаются из кремнийорганической резины (силикона) или других полимеров с внутренним стеклопластиковым стержнем. Отличаются малым весом, высокой механической прочностью, стойкостью к загрязнениям и гидрофобностью. Широко применяются в современных ВЛ 35–750 кВ.

По конструкции

• Штыревые изоляторы — крепятся на штырях или крюках опор, имеют форму колпака или ребристого цилиндра. Применяются на ВЛ до 35 кВ.
• Подвесные изоляторы — состоят из тарельчатого корпуса и металлической арматуры (шапка, стержень). Собираются в гирлянды, количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии. Используются на ВЛ 35 кВ и выше.
• Стержневые изоляторы — имеют удлинённую стержневую форму, могут быть опорными или подвесными. Применяются в РУ и на ВЛ 110–220 кВ.
• Изоляторы с защитной оболочкой — полимерные изоляторы с дополнительным покрытием для защиты от ультрафиолета и агрессивных сред.

Устройство и характеристики

Конструкция изолятора включает изолирующую часть (диэлектрик) и металлическую арматуру (для крепления). Основные характеристики:

• Номинальное напряжение — максимальное напряжение, при котором изолятор обеспечивает надёжную изоляцию.
• Разрядное напряжение — напряжение, при котором происходит пробой или перекрытие изолятора. Различают сухоразрядное и мокроразрядное напряжения.
• Механическая прочность — способность выдерживать нагрузки (растяжение, изгиб, кручение). Для подвесных изоляторов указывается разрушающая нагрузка (например, 70, 120, 160 кН).
• Трекинг-эрозионная стойкость — для полимерных изоляторов: способность сопротивляться образованию токопроводящих дорожек (треков) под действием поверхностных разрядов.
• Степень загрязнения — изоляторы классифицируются по степени загрязнения (СЗ) для выбора в зависимости от условий эксплуатации (например, СЗ-I, СЗ-II, СЗ-III).

Применение

Изоляторы используются во всех элементах электрических сетей и электроустановок:

• Воздушные линии электропередачи (ВЛ) всех классов напряжения — от 0,4 кВ до 1150 кВ.
• Распределительные устройства (РУ) открытого и закрытого типа на электростанциях и подстанциях.
• Комплектные распределительные устройства (КРУ) и ячейки.
• Высоковольтное оборудование (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения).
• Контактная сеть электрифицированных железных дорог и городского электротранспорта.
• Электроустановки промышленных предприятий, в том числе в агрессивных средах (химические заводы, металлургия).
• Системы связи и сигнализации (телефонные, телеграфные линии, линии управления).

Производство в России

В России производство изоляторов осуществляется на нескольких крупных предприятиях. Основные производители: ООО «Завод изоляторов» (г. Южноуральск, Челябинская область), АО «ЭЛЕКТРОЗАВОД» (г. Москва), ООО «Полимер-Энерго» (г. Уфа), ООО «ЛЭП-Изолятор» (г. Екатеринбург). Продукция соответствует российским стандартам (ГОСТ, ТУ) и используется в сетях ПАО «Россети», ПАО «ФСК ЕЭС» и других энергокомпаний.

Интересные факты

• Самые длинные гирлянды изоляторов (до 50–60 штук) устанавливаются на линиях сверхвысокого напряжения (750 кВ и выше).
• Стеклянные изоляторы при пробое разрушаются на мелкие осколки, что позволяет легко обнаружить повреждение на линии.
• Полимерные изоляторы начали массово применяться в России с 1990-х годов, к 2020 году их доля на новых ВЛ достигла 70–80 %.
• В XIX веке изоляторы изготавливали также из дерева, пропитанного смолой, и из резины, но эти материалы оказались недолговечными.

Источники

• ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды».
• ГОСТ 27692-88 «Изоляторы линейные подвесные тарельчатые. Общие технические условия».
• «Электротехнический справочник» под ред. В. Г. Герасимова, 2004.
• «Изоляторы для воздушных линий электропередачи» — учебное пособие, Н. И. Гуревич, 2010.
• Материалы сайтов производителей изоляторов (ООО «Завод изоляторов», АО «ЭЛЕКТРОЗАВОД»).