Назначение изоляторов: Типы изоляторов по конструкции и назначению

2.4. Назначение и типы изоляторов.

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы в свою очередь подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на тарельчатые и стержневые.

Опорно-стержневые изоляторы применяют в ЗРУ и ОРУ для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути тока утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Обозначение, например, ОСН-35-2000 расшифровывается следующим образом: опорный, наружной установки, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность. В установках напряжением 110 кВ и выше используются колонки, состоящие из нескольких, установленных друг на друга опорно-штыревых изоляторов на напряжение 35 кВ.

В обозначение изоляторов введена буква Ш (штыревой).

Штыревые линейные изоляторы применяются на напряжения 6-10 кВ. Обозначение ШФ6 означает: штыревой фарфоровый на 6 кВ. Буква С в обозначении (ШС) указывает на то, что изолятор стеклянный.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа используются на воздушных ЛЭП 35 кВ и выше. Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого числа изоляторов в гирлянду. Гирляны благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжения сжатия. Так используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

Подвесные стержневые изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в настоящее время выпускаются и стержневые полимерные изоляторы.

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций РУ и аппаратов. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ПНШ-35/3000-2000 означает: проходной, наружной установки, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 3 кА с механической прочностью 20 кН.

Проходные аппаратные изоляторы (вводы) на напряжение 110 кВ и выше имеют значительно более сложную конструкцию.

Частицы газа находятся в состоянии теплового движения, постоянно взаимодействуя (сталкиваясь) друг с другом. Число столкновений

z, испытываемых какой либо частицей на пути в 1 см, пропорционально концентрации N. Величина, обратная числу столкновений, =1/z представляет собой среднюю длину свободного пробега частицы. Действительные длины свободных пробегов подвержены значительному разбросу. Вероятность того, что длина свободного пробега частицы равна или больше x, cоставляет

(1)

В электрическом поле на заряженные частицы (ионы и электроны) действует сила

F=eE, (2)

где е — заряд частицы; Е — напряженность электрического поля.

Энергия, накапливаемая электроном в электрическом поле, равна

(3)

где х — расстояние, пролетаемое электроном в направлении поля.

Если больше энергии ионизации, то при столкновении электрона с нейтральной частицей может произойти ионизация. Если энергии электрона недостаточно для этого, то возможно возбуждение частицы, а при столкновении с возбужденной частицей, находящейся в метастабильном состоянии, такой электрон может участвовать в процессе ступенчатой ионизации.

Расстояние, который должен пролететь электрон, чтобы накопить достаточную для ионизации энергию, определяется как

(4)

и зависит от напряженности электрического поля.

Вероятность того, что электрон пролетит путь без столкновений, составляет

, (5)

но это и есть вероятность приобретения электроном энергии , при которой возможна ионизация, т.

е.можно считать вероятностью ионизации.

Процесс ионизации газа путем соударения нейтральных молекул с электронами называется ударной ионизацией и характеризуется коэффициентом ударной ионизации , который равен числу ионизаций, производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия сил электрического поля. Коэффициент  определяется как произведение среднего числа столкновений на пути в 1 см и вероятности ионизации:

(6)

Положительные ионы практически не могут ионизировать молекулы газа по ряду причин: малая подвижность; значительно меньшие, чем у электронов, длины свободного пробега. Частота ионизаций положительными ионами в раз меньше, чем электронами.

Однако положительные ионы, бомбардируя катод, могут освобождать из него электроны.

В процессе ионизации газа возникает большое количество возбужденных частиц, которые, переходя в нормальное состояние, испускают фотоны.

Если энергия фотона превышает энергию ионизации

(7)

где  -частота излучения; h =4,15эВс -постоянная Планка, то при поглощении его атомом или молекулой освобождается электрон, происходит акт фотоионизации газа. В воздухе фотоионизация происходит в сильных электрических полях, когда становится возможным возбуждение положительных ионов, и при переходе их в невозбужденное состояние излучаются фотоны с достаточно высокой энергией. Энергия излучаемых фотонов выше работы выходя электронов из катода, поэтому в воздухе эффективна фотоионизация на катоде.

Оба фотоионизационных процесса — в объеме газа и на катоде — играют важную роль в развитии разряда в воздухе. Фотоионизация в объеме газа и на катоде, а также освобождение электронов при бомбардировке катода положительными ионами происходят как следствие ударной ионизации. Эти процессы называются

процессами вторичной ионизации. Соответственно, появившиеся в результате этих процессов электроны называются вторичными.

Число вторичных электронов пропорционально числу актов ударной ионизации. Коэффициент пропорциональности  называется коэффициентом вторичной ионизации. Значение  зависит от природы и давления газа, материала катода и напряженности электрического поля, а также оттого, какой процесс вторичной ионизации превалирует.

Одновременно с ионизацией происходит процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц, называемый рекомбинацией. Число рекомбинаций, происходящих в 1 смгаза за единицу времени, пропорционально их концентрациям. Избыток энергии выделяется в виде излучения.

При значительном повышении температуры газа кинетическая энергия нейтральных частиц возрастает настолько, что становится возможной ионизация при их столкновении — термоионизация.

Газ, в котором значительная часть частиц ионизирована, называется плазмой. Концентрации положительно и отрицательно заряженных частиц в плазме примерно одинаковы. Плазма представляет собой форму существования вещества при высоких температурах.

виды, назначение и область применения

Вы, наверное, замечали, что провода ЛЭП закреплены на опорах на гирляндах из фарфоровых или керамических тарелок. Эти тарелки называется изоляторами. Они несут как изолирующую, так и монтажную роль механического крепления. Изоляторы воздушных линий электропередач бывают разными, в зависимости от расположения, места применения и напряжения линии, которую они держат. В этой статье мы рассмотрим виды электрических изоляторов и их назначение.

• Характеристики изоляторов
• Конструкция
• Различие по материалу исполнения
• Типы по конструкции и назначению

Характеристики изоляторов

Электрический изолятор – это изделие, предназначенное для крепления провода, кабеля или шины на несущей конструкции линии электропередач и предотвращения её пробоя на землю. Они бывают разных видов и изготавливаются из диэлектрических материалов – фарфора, стекла и полимеров.

Так как электрическое предназначение изоляторов – обеспечить изоляцию проводника от несущей конструкции, то основными характеристиками являются:

• Сухоразрядное напряжение – напряжение, при котором наступает искровой разряд по поверхности в сухом её состоянии при нормальных условиях окружающей среды.
• Мокроразрядное напряжение – то же самое, но под дождем, если его струи попадают на изолятор под углом в 45 градусов. Сила дождя при этом равна 5 мм/мин, удельное объемное сопротивление воды — 9500-10500 Ом*см (при 20°С). Так как вода проводит электрический ток – мокроразрядное напряжение всегда ниже сухоразрядного.
• Пробивное напряжение – напряжение, при котором наступает пробой тела изолятора между стержнем и шапкой (для подвесных изделий). Стержень и шапка при этом являются электродами.

Конструкция

Конструктивно все электрические изоляторы различаются способами крепления к несущей конструкции и крепления кабеля. Главной задачей этого изделия является предотвращение электрических разрядов, для этого они выполняются в виде тарелок или стержней с ребрами. Эти ребра нужны для того, чтобы разряд развивался под углом к силовым линиям поля. На рисунке ниже вы видите примеры типовых изделий разных форм и конструкций:

 

Различие по материалу исполнения

Чтобы рассмотреть классификацию видов и типов изоляторов нужно сначала разобраться, как их различают. Итак, в первую очередь они классифицируются по материалу изготовления:

1. Фарфоровые.
2. Стеклянные.
3. Полимерные.

Фарфоровые можно назвать классикой, такие применялись раньше даже при наружной проводке в домах. Обычно они белого цвета, но могут быть и других цветов. Такие можно увидеть на разных электроустановках. Достоинством является то, что они выдерживают большие нагрузки на сжатие, обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Однако они бьются и ломаются. Отсюда возникает необходимость регулярной проверки их целостности, а часто для этого приходится отключать электроустановку и вытирать с них масло, пыль и другие загрязнения. Также проблемой является их большой вес.

Стеклянные, хоть и боятся ударов, но для контроля их целостности достаточно визуального осмотра, что можно провести и без отключения напряжения. В настоящее время в воздушных линиях электропередач, в качестве подвесных изоляторах они вытесняют керамику, в том числе и потому что меньше весят, а также в производстве дешевле.

Полимерные используются в помещении, на улице редко, в качестве исключения. Можно иногда увидеть опорные изоляторы из полимеров на ВЛ 10 кВ или других напряжений средней величины, но редко, или на неответственных линиях. Это обусловлено тем, что с течением времени и под действием УФ-излучений они стареют, внутренняя структура распадается и ухудшаются их электрические и механические характеристики.

Однако для оборудования, которое доступно для регулярного обслуживания и ремонта они применяются часто. Например, это могут быть опорные изоляторы шин в трансформаторных подстанциях и распределителях.

Типы по конструкции и назначению

По конструкции выделяют три основных разновидности изоляторов ВЛ:

• штыревые;
• подвесные линейные;
• опорные и проходные.

Штыревые относятся к линейным изоляторам. Используются в ЛЭП до 35 кВ. В том числе на линиях 0,4 кВ. Этот тип исполнения цельный, на нем есть канавка для закрепления провода и отверстия для установки на траверсы, крюки, штыри.

Интересно: на ВЛ от 6 до 10 кВ используют одноэлементные изоляторы, а на 20-35 – из двух элементов.

Подвесные используются на высоковольтных воздушных линиях напряжением 35 кВ и больше. Они бывают двух типов поддерживающими (стержневыми) и натяжными.

Натяжные тарельчатые изоляторы работают на растяжение и удерживают линию на опоре, монтируются под углом. Конструктивно они выполнены в виде фарфоровой или стеклянной тарелки. В нижней части обычно выступает стержень с расширяющейся шляпкой. Сверху расположена металлическая крышка с отверстием специальной формы, такой чтобы в ней можно было закрепить нижний стержень. Таким образом происходит унификация и вы можете набрать в гирлянду столько изоляторов, сколько нужно для достижения нужных номинальных напряжений пробоя. Такая гирлянда получается гибкой, она удерживает линии электропередач на опоре.

На промежуточных опорах устанавливают подвесные стержневые изоляторы. Они выполнены в виде опорного стержня, на его концах металлические части для крепления к опоре и проводам. Они устанавливаются вертикально и провод ложится на них – это и есть основное отличие от предыдущих. Также они отличаются тем, что натяжные изоляторы выдерживают больший вес, поэтому могут использоваться на опорах, расположенных дальше друг от друга.

Интересно: на ответственных участках и для повышения надежности монтажа ЛЭП могут использоваться сдвоенные гирлянды натяжных изоляторов.

Опорные и проходные изоляторы уже являются станционными, а не линейными. Этот вид так называется потому что используется внутри электростанций и трансформаторных подстанций. Изготовляются из полимеров или фарфора. Опорные используют для крепления токопроводящих шин к заземленным конструкциям, например, корпусу трансформаторов или внутри вводных и распределительных электрощитов.

Маркировка изоляторов всех разновидностей подобная, обычно она содержит сведения о типе изделия и номинального напряжения линии, например:

Для того чтобы провести кабель или шину через стену используются проходные изоляторы. Эта разновидность изделий с полым телом, в котором расположена токоведущая часть. Для повышения изолирующих свойств может иметь дополнительно масляный барьер или маслобумажную прокладку. Такой тип изоляторов позволяет прокладывать линию до 110 кВ. Бывают и другого типа – без токопровода внутри, просто диэлектрический полый цилиндр с отверстием, который надевается на кабель.

На это мы и заканчиваем нашу статью. Теперь вы знаете, какие бывают изоляторы для воздушных линий электропередач и где применяется каждый вариант исполнения!

Материалы по теме:

• Как установить электрический столб на участке
• Монтаж электропроводки в ретро-стиле
• Как изолировать провода
• Арматура для монтажа СИП кабеля

изолятор

| физика | Британика

изоляция

Посмотреть все носители

Похожие темы:

диэлектрик электрическая проводимость широкозонный изолятор

См. все связанные материалы →

изолятор , любое из различных веществ, блокирующих или замедляющих прохождение электрических или тепловых токов.

Хотя электрический изолятор обычно считается непроводящим материалом, на самом деле его лучше описывать как плохой проводник или вещество с высоким сопротивлением прохождению электрического тока. В этом отношении различные изоляционные и проводящие материалы сравниваются друг с другом с помощью постоянной материала, известной как удельное сопротивление. См. также полупроводник.

Викторина «Британника»

Электричество: короткие замыкания и постоянные токи

В чем разница между электрическим проводником и изолятором? Кто изобрел аккумулятор? Почувствуйте, как ваши клетки горят, пока вы перезаряжаете свою умственную батарею, отвечая на вопросы этой викторины.

Электрические изоляторы используются для удержания проводников на месте, отделяя их друг от друга и от окружающих конструкций. Они образуют барьер между частями электрической цепи, находящимися под напряжением, и ограничивают поток тока по проводам или другим проводящим путям по желанию. Изоляция электрических цепей является необходимым требованием для успешной работы всех электрических и электронных устройств. В качестве электрических изоляторов используются различные типы материалов, причем выбор делается, прежде всего, на основе конкретных требований каждого применения. Медные проводники, используемые в электропроводке жилых домов и промышленных предприятий, изолированы друг от друга и от здания резиной или пластмассой. Воздушные линии электропередач опираются на фарфоровые изоляторы, не подверженные воздействию внешней среды. Большие электрические генераторы и двигатели, работающие при высоких напряжениях и высоких температурах, часто изолируют слюдой. В некоторых случаях твердая изоляция используется в сочетании с жидкой или газообразной изоляцией. В высоковольтных трансформаторах, например, твердая изоляция обеспечивает механическую жесткость, а масло или другие жидкие вещества способствуют повышению прочности изоляции и служат для отвода тепла от оборудования. В микроскопических структурах интегральных схем могут использоваться изоляционные материалы, такие как нитрид кремния, толщиной до микрона.

Теплоизоляционные материалы включают стекловолокно, пробку и минеральную вату, минеральную вату, которая производится путем продувки струей пара через расплавленную кремнистую породу или известняк или через шлак. Эти и другие вещества с низкой теплопроводностью замедляют скорость теплового потока. Они нарушают путь теплового потока своей непрозрачностью для лучистого тепла и наличием многочисленных воздушных пространств. Теплопроводность обычно непостоянна для любого данного материала, а зависит от температуры. Проводимость уменьшается с повышением температуры у большинства металлов и других кристаллических твердых тел, но увеличивается у аморфных веществ, таких как стекло.

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​​​Ричардом Палларди.

Примеры изоляторов и их назначение

Энергия работает, перетекая из одной среды в другую. Но что происходит, когда он достигает материала, на который не может течь или переходить? Взгляните на несколько примеров изоляторов, включая электрические и тепловые изоляторы, и на то, как они используются в нашей повседневной жизни.

изолятор примеры и определение

Реклама

Примеры электрических изоляторов

Электрические изоляторы — это материалы, которые не пропускают электрическую энергию. В отличие от электрических проводников, которые позволяют электричеству свободно течь, электрические изоляторы имеют ковалентные связи, препятствующие прохождению электронов. Электроны в изоляционных материалах более тесно связаны со своими атомами, чем в электрических проводниках, которые в основном представляют собой металлы, такие как серебро и медь.

Воздух

Электричество плохо распространяется по воздуху; Вот почему небольшого пространства между цепями может быть достаточно для их изоляции. Однако электрические поля с очень высоким напряжением (более 3 миллионов вольт) могут разрушить изоляцию воздуха и сделать его проводящим. Вот почему вспышка молнии, напряжение которой может достигать 300 миллионов вольт, может пройти сквозь многокилометровую атмосферу.

Керамика

Керамические материалы, изготовленные из коричневой, красной или белой глины, являются эффективными изоляторами электропроводящих материалов. Большинство высоковольтных систем содержат керамические держатели для проводов или керамическое покрытие для изоляции проводов, по которым текут электрические токи. Многие промышленные предприятия теперь используют керамическую изоляцию вместо стеклянной.

Хлопок

В сухом виде хлопок является отличным изоляционным материалом. Он обычно используется в тканевой ленте для изоляции электрических проводов и защиты людей от поражения электрическим током. Однако, когда хлопок мокрый, он перестает быть эффективным изолятором и может даже стать электрическим проводником.

Алмаз

Большинство алмазов являются изоляторами из-за их плотных углеродных связей. Голубые бриллианты являются исключением, так как в них содержится достаточно бора, чтобы сделать их полупроводниками. Однако алмазы не являются теплоизоляторами; они достаточно эффективно проводят тепло. Вы найдете алмазную изоляцию во многих электрических машинах, таких как генераторы и электродвигатели.

Реклама

Стекловолокно

Стекловолокно — очень распространенный изоляционный материал. Он состоит из стеклянных волокон и пластика, сплетенных в плоский лист. При использовании в качестве электрической изоляции стекловолокно часто плотно оплетают высоковольтные провода и жилы кабеля. Во многих проводах в высокотемпературных системах, таких как духовки или печи, используются провода, изготовленные из стекловолокна.

Стекло

Крошечные стеклянные волокна используются в стекловолокне, но само стекло также может использоваться в качестве изолятора. Стекло было популярным электрическим изолятором в телефонных линиях и линиях электропередач до того, как стали доступны другие материалы, такие как керамика и стекловолокно. Теперь вы, скорее всего, найдете стеклянные изоляторы в антикварных магазинах, а не в повседневной жизни.

Масло

Изоляционное масло, также известное как трансформаторное масло, имеет множество практических применений. Он содержится в маслонаполненных трансформаторах, высоковольтных выключателях, автоматических выключателях, конденсаторах и люминесцентных лампах. Трансформаторное масло необходимо заменить до того, как оно ухудшится, но в целом оно является стабильным электрическим изолятором.

Бумага

Натуральная целлюлоза в бумаге делает ее сильным электроизолятором. Многие ранние электрические машины изготавливались из картона или прессованного картона, состоящего из множества слоев сухой бумаги. Позже электрические и телефонные кабели часто изолировали толстой бумагой, хотя многие компании заменяют эти кабели пластиковой изоляцией.

Пластик

Пластик — один из самых популярных видов электроизоляции. Он используется в изоляции проводов (особенно из ПВХ или поливинилхлорида) в транспортных средствах, коммерческих зданиях и домах. Вы также найдете ПВХ и другие виды пластиковой изоляции в электрических подушках и оболочках. Пластик часто используется для замены старой резиновой изоляции.

Реклама

Фарфор

Фарфор похож на керамику, но сделан из белой глины и обожжен при более высокой температуре. По этой причине фарфор прочнее керамики и может использоваться для изоляции более электропроводящих материалов при более высоких напряжениях. Вы найдете фарфоровые изоляторы на линиях электропередач и подстанциях.

Чистая вода

Возможно, вы слышали, что электричество проходит через воду, но это не совсем так. Чистая вода — вода без растворенных солей и металлов — является электрическим изолятором, а не проводником. Однако материалы, обнаруженные в нечистой воде, проводят электричество. Вода для ванн, бассейнов и другие повседневные воды вряд ли будут чистыми и, следовательно, могут быть опасными в сочетании с электрическим током.

Резина

Резина – проверенный материал для электроизоляции. Большинство электриков носят резиновые перчатки для защиты от поражения электрическим током, а защитные резиновые электрические коврики часто встречаются перед блоками предохранителей и распределительными щитами. Силиконовый каучук часто используется в электроизоляции и оболочке проводов.

Дерево

В дереве много пустого пространства, что затрудняет прохождение через него электричества. Но это только в случае с сухой древесиной. Когда древесина намокает, она расширяется, оставляя меньше пустого пространства и облегчая проведение электричества. Вот почему древесина не часто используется в качестве коммерческого изолятора.

Теплоизоляторы

Взгляните на список выше. Можете ли вы определить, какие материалы согревают вас, а также защищают от электрического тока? Некоторые электрические изоляторы также действуют как теплоизоляторы, а это означает, что они также не позволяют тепловой энергии проходить через свои ковалентные связи. Эти материалы включают в себя:

• воздух — Толстая одежда задерживает воздух на коже. Воздух удерживает тепло, не пропуская его, что согревает вас в зимнем пальто.
• керамическая — Ваша любимая чашка для кофе или какао, вероятно, керамическая кружка. Это, вероятно, потому, что он сохраняет ваш напиток приятным и теплым в течение более длительного периода времени.
• хлопок — Сухой хлопок является отличным теплоизолятором. Но если вы когда-нибудь носили мокрые джинсы зимой, то знаете, что их теплоизоляция уже не эффективна! Влажный хлопок не только не изолирует тепло, но и проводит его.
• стекловолокно — Стены большинства современных домов покрыты пухлым розовым слоем стекловолокна. Стеклопластик является очень эффективным теплоизолятором, способным удерживать тепло целых помещений и домов.
• стекло — Хорошо сконструированные окна сохранят в доме прохладу в жаркий день.