Ізолятори повітряних ліній та підстанцій залізниць

ФАЖТ РФ
Іркутський державний університет шляхів сполучення
Кафедра: ЕЖТ
Дисципліна: «Техніка високих напруг»
Реферат
Тема: «Ізолятори повітряних ліній та підстанцій залізниць»
Виконав:
студент групи Енс-04-2
Іванов І. К.
Перевірив:
д-р техн. наук, професор
Закарюкін В. П.
Іркутськ 2007

Зміст

Вступ 3
1. Лінійні та станційні ізолятори 6
2. Розподіл напруги вздовж гірлянди ізоляторів 8
Висновок 11
Список літератури 12

Введення
Ізоляторами називають електротехнічні вироби, призначені для ізолювання разнопотенціальних частин електроустановки, тобто для запобігання протікання електричного струму між цими частинами електроустановки, і для механічного кріплення струмоведучих частин.
За розташуванням струмоведучих частини розрізняють опорні, прохідні й підвісні ізолятори, призначення яких прямо визначаються їхніми назвами. За конструктивним виконанням ізолятори поділяються на тарілчасті (ізоляційна частину у формі тарілки), стрижневі (ізоляційна частина у вигляді стрижня або циліндра) і штирові (ізолятор має металевий штир, що несе основну механічне навантаження). За місцем установки розрізняють лінійні ізолятори, використовувані для підвіски проводів ліній електропередачі та контактної мережі, і станційні ізолятори, які використовуються на електростанціях, підстанціях (у тому числі і тягових) і постах секціонування. В останньому плані одні й ті ж типи ізоляторів, наприклад, підвісні тарілчасті, можуть бути і лінійними, і станційними.
Основними характеристиками ізоляторів є розрядні напруги, геометричні параметри та механічні характеристики, а також номінальна напруга електроустановки, для якої призначено ізолятор.
До розрядним напруженням ізоляторів відносять три напруги перекриття і одне пробивну напругу:
· Сухоразрядное напруга Uсхр - напруга перекриття чистого сухого ізолятора при напрузі частотою 50 Гц (ефективне значення напруги);
· Мокроразрядное напруга Uмкр - напруга перекриття чистого ізолятора, змоченого дощем, падає під кутом 45о до вертикалі, при напрузі частотою 50 Гц (ефективне значення напруги);
· Імпульсне розрядне напруга Uімп - п'ятдесятивідсоткове напруга перекриття стандартними грозовими імпульсами (амплітуда імпульсу, при якій з десяти поданих на ізолятор імпульсів п'ять завершуються перекриттям, а що залишилися п'ять не призводять до перекриття);
· Пробивну напругу Uпр - напруга пробою ізоляційного тіла ізолятора на частоті 50 Гц; рідко використовувана характеристика, оскільки пробій викликає незворотний дефект ізолятора і напруга перекриття повинно бути менше пробивної напруги.
У підвісних тарілчастих ізоляторів мокроразрядное напруга в 1,8 .. 2 рази менше сухоразрядного напруги, у стрижневих ізоляторів відмінність не настільки велика, близько 15 .. 20%. Імпульсне розрядне напруга практично не залежить від зволоження та забруднення ізолятора і зазвичай приблизно на 20% більше амплітуди сухоразрядного напруги. Забруднення на поверхні ізолятора сильно знижують мокроразрядное напруга ізолятора.
До геометричним параметрів відносять наступні:
· Будівельна висота Hc, тобто габарит, який ізолятор займає в конструкції після його встановлення; у деяких ізоляторів, наприклад, у тарілчастих підвісних, будівельна висота менше реальної висоти ізолятора;
· Найбільший діаметр D ізолятора;
· Довжина шляху витоку по поверхні ізолятора lу;
· Найкоротша відстань між електродами по повітрю LС (сухоразрядное відстань), від якого залежить сухоразрядное напруга;
· Мокроразрядное відстань LМ, що визначається у припущенні, що частина поверхні ізолятора стала провідною через змочування дощем, падає під кутом 45о до вертикалі.
Довжина шляху витоку ізолятора нормується ГОСТ 9920-75 для різних категорій виконання і в залежності від ступеня забрудненості атмосфери (табл. 1). Ефективною довжиною шляху витоку називають довжину шляху, по якому розвивається розряд з забрудненої поверхні ізолятора. У табл. 2 наведена характеристика ступеня забрудненості атмосфери за «Правилами пристрою і технічної експлуатації контактної мережі».
Таблиця 1
Нормовані ефективні довжини шляху витоку зовнішньої ізоляції електрообладнання
Таблиця 2
Характеристика ділянок залізниць за ступенем забрудненості атмосфери
Основними механічними характеристиками ізоляторів є три такі характеристики:
· Мінімальна руйнівна сила на розтяг, що має переважне значення для підвісних ізоляторів;
· Мінімальна руйнівна сила на вигин, що має переважне значення для опорних і прохідних ізоляторів;
· Мінімальна руйнівна сила на стиск, яка для більшості ізоляторів має другорядне значення.
Вимірюють мінімальну руйнує силу в деканьютонах (даН), що майже збігається з кілограмом сили, або в кілоньютонах (кН).
Виготовляють ізолятори з електротехнічного фарфору, загартованого електротехнічного скла та полімерних матеріалів (кремнійорганічна гума, склопластик, фторопласт).

1. Лінійні і станційні ізолятори
Ізолятори повітряних ліній електропередачі найчастіше бувають тарілчасті, штирові та стрижневі. Ці ізолятори спроектовані так, щоб у сухому стані пробивну напругу перевищувало напруга перекриття приблизно в 1.6 рази, що забезпечує відсутність пробою при перенапруженнях. Одна з можливих конструкцій тарілчастого ізолятора показана на рис. 1. Для підвищення надійності ізоляції та підвищення розрядних напруг тарілчасті ізолятори з'єднують в гірлянди. Вузол кріплення у тарілчастих ізоляторів виконаний шарнірним, тому на ізолятор діє тільки сила, що розтягує.
Стрижневі ізолятори виготовляють з високоміцного фарфору і з полімерних матеріалів (рис. 2).
Механічна міцність порцелянових стрижневих ізоляторів менше, ніж у тарілчастих, оскільки фарфор в стрижневих ізоляторах працює на розтяг, а іноді і на вигин, а в тарілчастих - на стиск всередині чавунної шапки ізолятора.
Несучою конструкцією полімерного ізолятора зазвичай є склопластиковий стрижень, що має слабку дугостойкость. Цей стрижень закривають ребристим чохлом з кремнийорганической гуми або фторопласту, які володіють відразливими властивостями до вологи і забруднень.
Штирові ізолятори кріпляться на опорі за допомогою металевого штиря або гака (рис. 3). Через велику згинального зусилля на такий ізолятор застосовують штирові ізолятори на напруги не вище 35 кВ.
На контактній мережі електрифікованої залізниці використовується велика кількість різновидів ізоляторів. За місцем установки ізолятора і по конструкції можна виділити шість підгруп ізоляторів:
· Підвісні ізолятори, яких найбільше;
· Фіксаторні ізолятори, використовувані для ізоляції фіксаторні вузлів;
· Консольні ізолятори, які використовують в ізольованих консолях і які можуть бути тих же марок, що і фіксаторні;
· Секціонувального ізолятори - особливий вид ізоляторів, використовуваних в конструкціях секційних ізоляторів (секційні ізолятори, власне, ізоляторами вже не є, це збірні конструкції для секціонування контактної мережі);
· Штирові ізолятори, використовувані для кріплення проводів ліній поздовжнього електропостачання, які розташовані на опорах контактної мережі;
· Опорні ізолятори, використовувані в щоглових роз'єднувачах.
У табл. 3 наведено характеристики кількох поширених видів ізоляторів.

Таблиця 3

Основні характеристики деяких типів ізоляторів
Як станційних ізоляторів використовуються опорні ізолятори, в основному стрижневого типу, прохідні ізолятори різних типів і підвісні ізолятори (гірлянди тарілчастих ізоляторів).

2. Розподіл напруги вздовж гірлянди ізоляторів

Гірлянда ізоляторів, складена з підвісних тарілчастих ізоляторів, є однією з найбільш часто зустрічаються видів ізоляції проводів повітряних ліній і контактної мережі. Напруга, прикладена до гірлянді ізоляторів, розподіляється нерівномірно, і на різні ізолятори припадають різні частки напруг, що знижує напругу початку корони і напруга перекриття гірлянди. У найбільш несприятливої ​​ситуації виявляється ізолятор, найближчий до дроту.
Основною причиною неоднакових напружень на ізоляторах можна вважати наявність паразитних ємностей металевих частин ізоляторів по відношенню до землі (рис. 4). У гірлянді можна розрізнити три види ємностей: власні ємності ізоляторів C0, ємності металевих частин по відношенню до землі C1 і ємності по відношенню до дроту C2. Порядок величин ємностей приблизно такий: C0 50 пФ, C1 5 пФ, C2 0.5 пФ.
У першому наближенні ємністю ізоляторів по відношенню до дроту можна знехтувати, і тоді схема заміщення гірлянди сухих ізоляторів виглядає як на мал. 4, б. При змінній напрузі по ємнісним елементами протікає ємнісний струм, і струм першого знизу ізолятора розгалужується на ток ємнісного елемента по відношенню до землі і струм решти гірлянди. Через другий знизу ізолятор тече ємнісний струм меншої величини, і падіння напруги максимально на нижньому, найближчому до дроту ізоляторі, який знаходиться в найгірших умовах. При числі ізоляторів більше трьох-чотирьох мінімальна напруга доводиться, однак, не на самий верхній ізолятор. Наявність ємностей C2 призводить до деякого вирівнювання нерівномірності падінь напруги і мінімальне напруга виявляється на другому-третьому (або далі, в залежності від числа ізоляторів в гірлянді) ізоляторі зверху. На рис. 5 показано розподіл напруги на гірлянді з 22 ізоляторів лінії 500 кВ; на один ізолятор доводиться від 9 до 29 кВ при середньому значенні 13 кВ.

Рис. 5. Частка напруги на ізоляторах у гірлянді з 22 ізоляторів
Для вирівнювання напруги по ізоляторах гірлянди застосовують екрани у вигляді тороід, овалів, вісімок, що закріплюються знизу гірлянди; на лініях з розщепленими фазами утапливают найближчі ізолятори між проводами розщепленої фази; розщеплюють гірлянду близько проводу на дві. Всі ці заходи вирівнюють розподіл напруги через збільшення ємності C2.

Висновок
Серед ізоляторів по розташуванню струмоведучих частини розрізняють опорні, прохідні й підвісні ізолятори, за конструктивним виконанням розрізняють тарілчасті, стрижневі й штирові ізолятори, а за місцем установки розрізняють лінійні та станційні ізолятори.
До основних характеристик ізоляторів відносять номінальна напруга, розрядні напруги, геометричні параметри та механічні характеристики.
На контактній мережі використовуються підвісні ізолятори, фіксаторні ізолятори, консольні ізолятори, секціонувального ізолятори, штирові ізолятори та опорні ізолятори.
Напруга, прикладена до гірлянді ізоляторів, розподіляється нерівномірно, і найбільша напруга виявляється на ізоляторі, найближчому до дроту.

Список літератури
1. Техніка високих напруг: Навчальний посібник для вузів. І. М. Богатенка, Г. М. Іманов, В. Є. Кизеветтер та ін; Під ред. Г. С. Кучинського. - СПб: вид. ПЕІПК, 1998. - 700 с.
2. Радченко В.Д. Техніка високих напруг пристроїв електричної тяги. М.: Транспорт, 1975. - 360 с.
3. Техніка високих напруг / Під ред.М.В.Костенко. М.: Вищ. школа, 1973. - 528 с.
4. Правила улаштування електроустановок. М.: Вища школа, 2002.