Полимерные изоляторы.

Полимерные изоляторы представляют собой изолирующие элементы, которые могут быть установлены в различных узлах и устройствах контактной сети. Широкое применение получили полимерные стержневые изоляторы. В отличие от полимерных изоляторов полимерные изолирующие вставки являются частью какого-либо устройства или узла, например секционного изолятора. В секционных изоляторах устанавливают также полимерные изолирующие вставки, по которым допускаются скольжение полоза токоприемника. Полимерные изоляторы и изолирующие вставки имеют высокую механическую прочность и дугостойкость, небольшие массу и поперечные размеры, не повреждаются от ударов.

В контактных сетях переменного тока напряжением 25 кВ и постоянного тока напряжением 3 кВ эксплуатируются полимерные изоляторы, основными элементами которых являются стержень из однонаправленного стеклопластика, защитная полимерная оболочка и металлические оконцеватели. По назначению изоляторы подразделяются на подвесные, консольные, натяжные и фиксаторные.

Выпускаются следующие изоляторы: НСФт120-3/0,6; НСФт120-3/0,8; НСК120-25/1,2; НСКр120-3/0,6; ФСК120-3/0,6; КСК120-6-3/0,6; ЭСФт70-3/0,б; ЭСФт70-25/1,0; НСК120-3/0.6; НСК120-3/0.8; НСФт120-25/1,2.

Условные обозначения изоляторов при этом означают:

• первая буква — назначение изолятора: Н — натяжной, Ф — фиксаторный, К — консольный, Э — элемент изолирующий, П - подвесной;

• вторая буква — конструктивное исполнение: С — стержневой;

• третья буква (или сочетание прописной и строчной буквы) — материал и конфигурация защитной оболочки: К — гладкая из кремнийорганической резины, Кр— ребристая из кремнийорганической резины, Фт — гладкая из фторопласта;

• первая цифра — класс изолятора (нормированная разрушающая сила при растяжении, кН);

• вторая цифра — номинальное напряжение контактной сети, кВ (для натяжных и фиксаторных изоляторов) или нормированная разрушающая сила при изгибе, кН (для консольного изолятора);

• третья цифра — длина пути утечки, м (для натяжных и фиксаторных изоляторов) или номинальное напряжение, кВ (для консольного изолятора);

• четвертая цифра (для консольного изолятора) длина пути утечки, м.

Пример условного обозначения полимерного натяжного стержневого

изолятора с гладкой оболочкой из фторопласта класса 120 кН, на номинальное напряжение 25 кВ с длиной пути утечки 1,2 м:

НСФт120-25/1,2 ТУ 3494-500.017-11567537-98.

При работе на открытом воздухе загрязненная и увлажненная поверхность полимерной изоляции может разрушаться токами утечки с образованием токопроводящих дорожек-треков, способствующих перекрытию изоляции. Этот вид разрушения носит название трекинга. Стойкость материала изолятора или изолирующей вставки к процессам трекинга с образованием токопроводящих дорожек (треков) называется трекингостойкостью. Степень трекингостойкости позволяет оценить возможность и эффективность использования полимеров в атмосферных условиях, а также в местах повышенного загрязнения.

Трекингостойкость полимерных изоляторов и изолирующих вставок зависит от состава и структуры материала, из которого они изготовлены, удельной длины пути утечки, состава загрязняющего вещества, формы изоляторов.

Опыт эксплуатации полимерных изоляторов и изолирующих вставок в устройствах контактной сети показывает, что при напряжении 3кВ длина изоляторов и их форма определяются выдерживаемым напряжением под дождем, а при напряжении 25кВ - трекингостойкостью.

Одной из особенностей полимерных изоляторов является то, что их механическая прочность в процессе эксплуатации снижается. Анализ результатов испытаний стеклопластиковых стержней на растяжение показывает, что разрушение стержней происходит тогда, когда их деформация достигает некоторого предела. При этом деформация, обусловленная ползучестью материала (способностью материала деформироваться под нагрузкой во времени), зависит от значения механического напряжения: чем выше это напряжение, тем больше ползучесть стеклопластика, и разрушение его происходит быстрее. Расчеты показывают, что предел длительной прочности стеклопластика составляет примерно 50 % предела его кратковременной прочности.

При правильно выбранной площади сечения стеклопластикового стержня прочность полимерного изолятора или вставки будет зависеть от прочности закрепления металлических оконцевателей на стержне. Поэтому прочность закрепления оконцевателей у полимерных стержневых изоляторов и вставок, монтируемых в провода контактной сети, должна быть не менее прочности этих проводов. Электрическая прочность полимерных изоляторов и изолирующих вставок зависит от длины их изолирующей части (удельной длины пути утечки) и трекингостойкости (эрозионной стойкости) материала, из которого они изготовлены.

Выдерживаемое испытательное напряжение под дождем полимерной изоляции контактной сети переменного тока напряжением 25кВ должно быть не менее 100 кВ, анкерной изоляции на 25-30% выше, т.е. составлять 125-130кВ. Выдерживаемое напряжение изоляции контактной сети постоянного тока напряжением 3 кВ должно быть не менее, соответственно, 40 и 50кВ.

Выдерживаемое напряжение под дождем полимерных изоляторов и вставок зависит от их геометрических размеров, конфигураций и трекингостойкости материала, из которой они или их защитные чехлы (покрытия) изготовлены.

Опыт эксплуатации различных полимерных изоляторов и изолирующих вставок показал, что длина изолирующей части у полимерных изоляторов и вставок на напряжение 3 кВ должно быть не менее:

• у прессованных брусковых вставок из материала АГ-4С-70/0,85 равна 82,3см (≈ 80см).

• у стержневых изоляторов и вставок с фторопластовыми защитными трубками или покрытых циклоалифатической эпоксидной смолой - 70/1,75 равна 40см.

Перспективными являются полимерные гладкостержневые изоляторы с фторопластовой защитной трубкой и полимерные изоляторы с ребристым защитным чехлом, в том числе из кремнийорганической резины. В контактной сети на напряжение 25 и 3кВ устанавливают комбинированные полимерные стержневые изоляторы, состоящие из несущих стеклопластиковых стержней и защитных чехлов. Защитный чехол изолятора может быть выполнен из гладкой трубки или с целью уменьшения строительной длины изолятора в виде прессованных полимерных втулок с ребрами.

В качестве несущих стержней полимерных изоляторов используют стеклопластиковые стержни диаметром 20 ÷ 60мм в зависимости от нагрузок, воспринимаемых изолятором, и его назначения (подвесной, натяжной, фиксаторный, консольный, опорный). Для соединения с арматурой контакной сети на стержни устанавливают клееобжимные металлические оконцеватели.

Изолирующие вставки из полимерных материалов в зависимости от назначения могут быть прессованными брусковыми, и вставками - скользунами. Секционные изоляторы на напряжение 3 кВ раньше комплектовали прессованными брусковыми изолирующими вставками прямоугольного поперечного сечения из стеклопластика АГ-4С. Мокроразрядное напряжение вставок с изолирующей частью 800 мм составляет 40 кВ, а при покрытии их кремнийорганическим вазелином КВ-3 или пастой КПД - 70кВ. Вставки из АГ-4С имеют низкую трекингостойкость.

В качестве несущих стержней в этих изоляторах используют стеклопластиковые стержни диаметром 14 ÷ 22 мм. Для соединения с другими элементами секционного изолятора на стержни устанавливают оконцеватели.

В секционных изоляторах на напряжение 3кВ, эксплуатируемых в условиях чистой и загрязненной атмосферы, применяются стеклопластиковые вставки с фторопластовой защитной трубкой или покрытые слоем циклоалифатической смолы; длина изолирующей части вставок не менее 800мм. В секционных изоляторах на напряжение 25кВ длину изолирующей части вставок принимают не менее 1000 мм, а в местах с повышенным загрязнением атмосферы – 1200 мм. Изолирующие скользуны в отличие от стержневых изолирующих вставок позволяют полозом токоприемников проходить по защитному чехлу вставки. Поэтому материал защитных чехлов изолирующих скользунов должен быть не только трекингостойким и дугостойким, но и ударопрочным и износостойким.

Защитные чехлы изолирующих скользунов должны быть сплошные. Сплошные защитные чехлы изготавливают из износостойкого и трекингостойкого полимерного материала. Ранее применялись защитные чехлы из втулок (ЦНИИ-12), однако из-за их загрязнения резко снижалась надежность в работе. Такие изолирующие вставки в плановом порядке заменяют.