Стеклянные изоляторы - Основы электрического расчета опорных стеклянных изоляторов

Опорные изоляторы для внутренних установок на 6—10 кВ

К опорным изоляторам для внутренних установок, связанным с воздушными линиями и подвергающимся коммутационным и атмосферным перенапряжениям, предъявляются требования по электрическим характеристикам согласно табл. 2-4, за исключением мокроразрядных напряжений. Зависимость между сухоразрядным напряжением и сухоразрядным расстоянием для опорных изоляторов на 6—10 кВ выражается следующей эмпирической формулой (по ВЭН):
ИЛИ
где Uc.n — сухоразрядное напряжение, кВ; Lc.n — сухоразрядное расстояние, см.

На рис. 3-3 приведена зависимость
Опорные изоляторы для внутренних установок имеют обычно гладкую наружную поверхность с небольшим ребром у верхнего торца.
С целью повышения импульсного разрядного напряжения на верхнем электроде опорного изолятора на 10 кВ полезно сделать экранировку путем создания выступа. С этой точки зрения выгодно применение изоляторов с внутренней заделкой арматуры (рис. 2-7), создающей необходимую экранировку.
С целью защиты внутренней полости опорных изоляторов с наружной арматурой от увлажнения к нижнему торцу изолятора приклеивается влагонепроницаемая прокладка.

Рис. 3-3. Зависимость сухоразрядного напряжения стеклянных опорных изоляторов внутренней установки от разрядного расстояния.

Рис. 3-4. Зависимость импульсного разрядного напряжения стеклянных опорных изоляторов внутренней установки от разрядного расстояния.
На рис. 3-4 приведена кривая зависимости импульсного напряжения опорных изоляторов от разрядного расстояния при волне 1,5/40 мксек, по которой можно проверить разрядные расстояния изолятора при перенапряжениях. Определив тип изолятора (наружная или внутренняя заделка арматуры), сухоразрядное расстояние и длину пути утечки, устанавливают остальные размеры: верхний и нижний диаметры, толщину диэлектрика согласно механическому расчёту изоляторов [Л. 24]. Кроме того, толщина диэлектрика определяется еще исходя из нормированного пробивного напряжения для изолятора и средней величины электрической прочности (табл. 1-2) для стекла данного состава.

Рис. 3-5. Разрядные расстояния и путь утечки стеклянного опорно-штыревого изолятора.
1 — сухоразрядное расстояние;

1. — линия направления дождя;
2. — путь утечки по поверхности диэлектрика.

Рис. 3-6. Разрядные расстояния и путь утечки стеклянного штыревого изолятора на 10 кВ.
1 — сухоразрядное расстояние;

1. — линия направления дождя;
2. — путь утечки по поверхности диэлектрика.

Кожухов В. К. и др. Высоковольтный подвесной изолятор. А. С. № 237943 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товарные знаки», 1969, № 8.

Штыревые и опорно-штыревые изоляторы для наружных установок

Опорно-штыревые изоляторы в одном элементе (рис. 2-7,6) могут использоваться для напряжений 6 и 10 кВ. Для более высоких напряжений этот тип изоляторов приходится изготавливать из двух или трех элементов, так же как и штыревые линейные изоляторы (рис. 2-3). Так как опорно-штыревые изоляторы предназначены для использования в наружных установках, то электрический расчет их должен исходить главным образом из требований мокроразрядных характеристик, устойчивости к атмосферным перенапряжениям и к загрязнениям уносами промышленных предприятий, солевыми отложениями и др.
На рис. 3-5 показаны разрядные расстояния и длина пути утечки опорно-штыревого изолятора типа ШН-10С, а на рис. 3-6 то же — штыревого линейного изолятора на 10 кВ.
Электрический расчет опорно-штыревых и штыревых линейных изоляторов идентичен и состоит прежде всего в определении разрядного расстояния по заданным (или нормированным) разрядным напряжениям на основе эмпирических зависимостей разрядных напряжений от разрядных расстояний, которые приведены на рис. 3-7.
Эти же зависимости выражаются формулами (ВЭИ):
а) для одноюбочных изоляторов до 10 кВ включительно:

Механические и электрические характеристики выпускаемых нашей промышленностью штыревых изоляторов указаны в табл. 3-1.

Таблица 3-1

При установлении наибольшего диаметра верхней юбки следует пользоваться отношением D/Н= 1,2-1,3.

Рис. 3-7. Зависимость разрядных напряжений от сухоразрядного расстояния для штыревых и опорно-штыревых изоляторов наружной установки до 10 кВ включительно.
Вылет юбок по отношению к расстоянию между ними принимается в пределах 0,5—0,7. Верхняя юбка выполняется большего диаметра, чем нижняя, с целью повышения мокроразрядного напряжения изолятора. Расстояние от края нижней юбки до штыря — не менее 40 мм для изоляторов 6—10 кВ и не менее 2Uном+10 мм для изоляторов 20—35 кВ.

Отношение пути утечки к сухоразрядному расстоянию принимается 1,75—1,9 для одноэлементных изоляторов и 2,0—2,2 для двух- и многоэлементных.
Отношение пути утечки к сухоразрядному расстоянию принимается 1,75—1,9 для одноэлементных изоляторов и 2,0—2,2 для двух- и многоэлементных.
Найденная по кривым рис. 3-7 или формулам (3-2) — (3-6) высота изоляционного корпуса от места крепления провода или от верхней арматуры до нижнего края юбки должна также соответствовать минимально допустимому изоляционному расстоянию согласно требованию ПУЭ. Указанное изоляционное расстояние по воздуху должно быть не меньше:

Диаметр и глубина внутренней полости штыревого изолятора определяются в зависимости от способа крепления штыря.
Например, при креплении штыря в линейном штыревом изоляторе посредством переходной резьбовой втулки, внутренний диаметр корпуса определяется диаметром штыря, двумя зазорами для цементирующей связи и двумя толщинами втулки. При креплении же штыря на каболке или пеньке внутренний диаметр полости должен быть на 4—6 мм больше диаметра штыря в зависимости от типа изолятора. При креплении штыря в опорно-штыревом изоляторе посредством армировочной связки предусматривается зазор 4—5 мм между штырем и корпусом.
Толщина стенки корпуса устанавливается в зависимости от нормируемого пробивного напряжения (см. табл. 1-2). Обычно толщина стенки штыревого изолятора 6 и 10 кВ составляет 10—15 мм. Глубина полости должна быть не меньше размера двух диаметров штыря. Для двух- и многоэлементных изоляторов толщина стенки устанавливается следующим образом.
Пробивное напряжение штыревого изолятора должно быть не меньше 1,3Uс.н
Например, для изолятора 35 кВ при Uс.н=120 кВ

Такое пробивное напряжение может выдержать изолятор с толщиной стенки

Так как изготовить изолятор с такой толщиной стенки затруднительно, то приходится применить несколько элементов с толщиной каждого 10—15 мм, т. е. 52/15 ≈ 3 элемента.
При установлении толщины стенки корпуса надо также учитывать неравномерность распределения напряжения между отдельными элементами многоэлементного штыревого изолятора. Так, на верхний элемент двухэлементного штыревого изолятора падает около 60%, а на нижний элемент 40% всего напряжения.
Расчет диаметра штыря штыревого изолятора на механическую прочность производится по обычной формуле деформации изгиба:

где Р — минимальная разрушающая нагрузка, кгс; е — расстояние от точки приложения силы Р до сечения в наиболее опасном месте, см; σизг— напряжение на изгиб, кгс/см².
Исходя из вышеуказанных расчетов вычерчивается эскиз изолятора. При этом необходимо учитывать следующее:
1) радиусы канавок выбираются в зависимости от радиуса провода; 2) боковая канавка должна располагаться на линии ниже линии верхнего торца штыря; в этом случае диэлектрик будет работать главным образом на сжатие, временное сопротивление при котором значительно выше, чем при растяжении или изгибе; 3) нужно предусматривать· зазор 2—3 мм для заполнения армировочной связкой между головками соседних элементов; 4) следует избегать острых углов в переходах от одной плоскости к другой, радиусы закруглений должны быть не меньше 3 мм.