«Изоляторы воздушных линий и подстанций железных дорог» Выполнил: студент группы ЭНС-04-2 Иванов И. К. Проверил: д-р техн. наук, профессор Закарюкин В. П. Иркутск 2007 г. Содержание Введение 1. Линейные и станционные изоляторы 2. Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов 8 Заключение 11 Список литературы 12 Введение Изоляторами называют электротехнические изделия, предназначенные для изолирования разнопотенциальных частей электроустановки, то есть для предотвращения протекания электрического тока между этими частями электроустановки, и для механического крепления токоведущих частей.
По расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, назначение которых прямо определяются их названиями. По конструктивному исполнению изоляторы делятся на тарельчатые (изоляционная часть в форме тарелки), стержневые (изоляционная часть в виде стержня или цилиндра) и штыревые (изолятор имеет металлический штырь, несущий основную механическую нагрузку). По месту установки различают линейные изоляторы, используемые для подвески проводов линий электропередачи и контактной сети, и станционные изоляторы, используемые на электростанциях, подстанциях (в том числе и тяговых) и постах секционирования.
В последнем плане одни и те же типы изоляторов, например, подвесные тарельчатые, могут быть и линейными, и станционными. Основными характеристиками изоляторов являются разрядные напряжения, геометрические параметры и механические характеристики, а также номинальное напряжение электроустановки, для которой предназначен изолятор.
К разрядным напряжениям изоляторов относят три напряжения перекрытия и одно пробивное напряжение: • сухоразрядное напряжение Uсхр – напряжение перекрытия чистого сухого изолятора при напряжении частотой 50 Гц (эффективное значение напряжения); • мокроразрядное напряжение Uмкр – напряжение перекрытия чистого изолятора, смоченного дождем, падающим под углом 45о к вертикали, при напряжении частотой 50 Гц (эффективное значение напряжения); • импульсное разрядное напряжение Uимп – пятидесятипроцентное напряжение перекрытия стандартными грозовыми импульсами (амплитуда импульса, при которой из десяти поданных на изолятор импульсов пять завершаются перекрытием, а оставшиеся пять не приводят к перекрытию); • пробивное напряжение Uпр – напряжение пробоя изоляционного тела изолятора на частоте 50 Гц; редко используемая характеристика, поскольку пробой вызывает необратимый дефект изолятора и напряжение перекрытия должно быть меньше пробивного напряжения.
У подвесных тарельчатых изоляторов мокроразрядное напряжение в 1,8 2 раза меньше сухоразрядного напряжения, у стержневых изоляторов различие не столь велико, порядка 15 20%. Импульсное разрядное напряжение практически не зависит от увлажнения и загрязнения изолятора и обычно примерно на 20% больше амплитуды сухоразрядного напряжения.
Загрязнения на поверхности изолятора сильно снижают мокроразрядное напряжение изолятора.
К геометрическим параметрам относят следующие: • строительная высота Hc, то есть габарит, который изолятор занимает в конструкции после его установки; у некоторых изоляторов, например, у тарельчатых подвесных, строительная высота меньше реальной высоты изолятора; • наибольший диаметр D изолятора; • длина пути утечки по поверхности изолятора lу; • кратчайшее расстояние между электродами по воздуху lс (сухоразрядное расстояние), от которого зависит сухоразрядное напряжение; • мокроразрядное расстояние lм, определяемое в предположении, что часть поверхности изолятора стала проводящей из-за смачивания дождем, падающим под углом 45о к вертикали.
Длина пути утечки изолятора нормируется ГОСТ 9920-75 для различных категорий исполнения и в зависимости от степени загрязненности атмосферы (табл. 1). Эффективной длиной пути утечки называют длину пути, по которому развивается разряд по загрязненной поверхности изолятора.
В табл. 2 приведена характеристика степени загрязненности атмосферы по «Правилам устройства и технической эксплуатации контактной сети». Таблица 1 Нормированные эффективные длины пути утечки внешней изоляции электрооборудования Категория исполнения изоляции Степень загрязненности атмосферы Удельная эффективная длина пути утечки, см/кВ, не менее, при номинальном напряжении U ном, кВ 6-35 110-750 А 1,2,3 1.9-2.2 1.4-1.9 Б 3,4,5 2.2-3.0 1.8-2.6 В 5,6 3.0-3.5 2.6-3.1 Таблица 2 Характеристика железнодорожных участков III Участки железных дорог со скоростями движения до 120 км/ч при отсутствии характеристик, указанных для IV-VII СЗА IV Вблизи (до 500 м) мест добычи, постоянной погрузки и выгрузки угля; производства цинка, алюминия; ТЭС, работающих на сланцах и углях с зольностью свыше 30 %. С перевозками в открытом виде угля, сланца, песка, щебня организован¬ными маршрутами.
Со скоростями движения поездов 120-160 км/ч. Проходящие по местности с сильнозасоленными и дефлирующими поч¬вами или вблизи (до 1 км) морей и соляных озер со среднезасоленной водой (10-20 г/л) или далее 1 км (до 5 км) с сильнозасоленной водой (20-40 г/л). V Вблизи (до 500 м) мест производства, постоянной погрузки и выгрузки цемента.
Со скоростями движения поездов более 160 км/ч. Проходящие по местности с очень засоленными и дефлирующими поч¬вами или вблизи (до 1 км) морей и соленых озер с сильнозасоленной водой (20-40 г/л). В тоннелях со смешанной ездой на тепловозах и электровозах. VI Вблизи (до 500 м) мест расположения предприятий нефтехимической промышленности, постоянной погрузки, выгрузки ее продукции.
Места постоянной стоянки и остановки работающих тепловозов. В промышленных центрах с интенсивным выделением смога. VII Вблизи (до 500 м) мест расположения градирен, предприятий химичес¬кой промышленности и по производству редких металлов, постоянной погрузки и выгрузки минеральных удобрений и продуктов химической промышленности. Основными механическими характеристиками изоляторов являются три следующие характеристики: • минимальная разрушающая сила на растяжение, имеющая преимущественное значение для подвесных изоляторов; • минимальная разрушающая сила на изгиб, имеющая преимущественное значение для опорных и проходных изоляторов; • минимальная разрушающая сила на сжатие, которая для большинства изоляторов имеет второстепенное значение.
Измеряют минимальную разрушающую силу в деканьютонах (даН), что почти совпадает с килограммом силы, или в килоньютонах (кН). Изготавливают изоляторы из электротехнического фарфора, закаленного электротехнического стекла и полимерных материалов (кремнийорганическая резина, стеклопластик, фторопласт). 1. Линейные и станционные изоляторы Изоляторы воздушных линий электропередачи чаще всего бывают тарельчатые, штыревые и стержневые.
Эти изоляторы спроектированы так, чтобы в сухом состоянии пробивное напряжение превышало напряжение перекрытия примерно в 1.6 раза, что обеспечивает отсутствие пробоя при перенапряжениях. Одна из возможных конструкций тарельчатого изолятора показана на рис. 1. Для повышения надежности изоляции и повышения разрядных напряжений тарельчатые изоляторы соединяют в гирлянды.
Узел крепления у тарельчатых изоляторов выполнен шарнирным, поэтому на изолятор действует только растягивающая сила. Стержневые изоляторы изготавливают из высокопрочного фарфора и из полимерных материалов (рис. 2). Механическая прочность фарфоровых стержневых изоляторов меньше, чем у тарельчатых, поскольку фарфор в стержневых изоляторах работает на растяжение, а иногда и на изгиб, а в тарельчатых – на сжатие внутри чугунной шапки изолятора.
Несущей конструкцией полимерного изолятора обычно является стеклопластиковый стержень, имеющий слабую дугостойкость. Этот стержень закрывают ребристым чехлом из кремнийорганической резины или фторопласта, которые обладают отталкивающими свойствами к влаге и загрязнениям.
Штыревые изоляторы крепятся на опоре с помощью металлического штыря или крюка (рис. 3). Из-за большого изгибающего усилия на такой изолятор применяют штыревые изоляторы на напряжения не выше 35 кВ. На контактной сети электрифицированной железной дороги используется большое количество разновидностей изоляторов. По месту установки изолятора и по конструкции можно выделить шесть подгрупп изоляторов: • подвесные изоляторы, которых больше всего; • фиксаторные изоляторы, используемые для изоляции фиксаторных узлов; • консольные изоляторы, которые используют в изолированных консолях и которые могут быть тех же марок, что и фиксаторные; • секционирующие изоляторы – особый вид изоляторов, используемых в конструкциях секционных изоляторов (секционные изоляторы, собственно, изоляторами уже не являются, это сборные конструкции для секционирования контактной сети); • штыревые изоляторы, используемые для крепления проводов линий продольного электроснабжения, располагаемых на опорах контактной сети; • опорные изоляторы, используемые в мачтовых разъединителях. В табл. 3 приведены характеристики нескольких распространенных видов изоляторов.
Таблица 3 Основные характеристики некоторых типов изоляторов Тип Hc, мм D, мм lут, мм Uсхр, кВ Uмкр, кВ Разрушающая сила, кН растяж. сжатие изгиб Стержневые фарфоровые VKL-60/7 544 120 - 140 100 80 - 2 ИКСУ-27.5 565 195 - 140 110 60 - 5.2 Штыревые фарфоровые ШФ-10А 105 140 215 60 34 - - 14 ШФ-10Г 140 146 265 100 42 - - 12.5 Штыревые стеклянные ШС-10А 110 150 210 60 34 - - 14 Полимерные ребристые из кремнийорганической резины НСК-120/27.5 350 115 950 140 100 120 - - ФСК-70/0.9 540 150 950 140 100 70 - 4 ОСК-70/0.9 440 150 950 140 100 70 200 5 Стеклопластиковый стержень, покрытый фторопластовой защитной трубкой НСФт-120/1.2 1514 14 1200 - 215 90 - - Тарельчатые фарфоровые ПФ-70А 146 255 303 70 40 70 - - ПФГ-60Б 125 270 375 70 40 60 - - Тарельчатые стеклянные ПС-70Д 146 255 303 - 40 70 - - В качестве станционных изоляторов используются опорные изоляторы, в основном стержневого типа, проходные изоляторы разных типов и подвесные изоляторы (гирлянды тарельчатых изоляторов). 2.
Гирлянда изоляторов, составленная из подвесных тарельчатых изоляторов,... 4). Рис. 5. Все эти меры выравнивают распределение напряжения из-за увеличения емк...
Заключение Среди изоляторов по расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, по конструктивному исполнению различают тарельчатые, стержневые и штыревые изоляторы, а по месту установки различают линейные и станционные изоляторы.
К основным характеристикам изоляторов относят номинальное напряжение, разрядные напряжения, геометрические параметры и механические характеристики.
На контактной сети используются подвесные изоляторы, фиксаторные изоляторы, консольные изоляторы, секционирующие изоляторы, штыревые изоляторы и опорные изоляторы.
Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и наибольшее напряжение оказывается на изоляторе, ближайшем к проводу.
Список литературы 1. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для вузов. И.М.Богатенков, Г.М.Иманов, В.Е.Кизеветтер и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. – СПб: изд. ПЭИПК, 1998. – 700 с. 2. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. – 360 с. 3. Техника высоких напряжений /Под ред. М.В.Костенко.
М.: Высш. школа, 1973. – 528 с. 4. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 2002.