3.3.1. Ізоляція повітряних ліній електропередачі

Проводи ліній електропередачі кріпляться на металевих, залізобетонних, дерев'яних і змішаного типу опорах за допомогою лінійних ізоляторів. По конструктивному виконанню лінійні ізолятори діляться на штирові і підвісні.

Штирові ізолятори. Застосовуються на ЛЕП до 35 кВ і монтуються на опорах за допомогою штирів або гаків. Конструкція штирового ізолятора на напругу 6...10 кВ представлена на рис. 3.1.

Ізолятор кріпиться у вертикальному положенні на штирі або гаку спеціального поліетиленового ковпачка. Провід кріпиться у верхній або бічній канавці за допомогою дротового в'язання. Штирові ізолятори виконуються з різко виступаючими ребрами, завернутими донизу, що підвищує мокро розрядну і сухо розрядну напругу ізолятора.

Підвісні ізолятори. При U_ном ³ 35 кВ на ЛЕП застосовують підвісні ізолятори, які можна розділити на тарілчасті (шарнірні), стрижневі (з кільцевими або гвинтовими ребрами) і стрижневі гладкі (або палочні) ізолятори.

Підвісний шарнірний ізолятор з конусною головкою (рис. 3.2) виготовляється з порцеляни або загартованого скла 1, армованих металевих елементів – шапкою 2 з ковкого чавуну й стрижня 3 зі сталі, які щоб уникнути корозії оцинковуються.

Рис. 3.2. Підвісний шарнірний ізолятор з конусною головкою	Рис. 3.3. Підвісний ізолятор із циліндричною головкою

Металева арматура з'єднується з ізоляційною «тарілкою» за допомогою заповнення цементно-піщаною сумішшю 4. Щоб уникнути ушкодження тіла ізолятора при ударах між арматурами й ізоляційним тілом містяться демпферні прокладки 5 з картону, пробки або кирзи. Ізолятори з порцеляни в процесі їхнього виготовлення покриваються глазур'ю (біла, коричнева), що поліпшує їхні механічні властивості на 15...20…20 %, підвищує вологостійкість, сприяє самоочищенню під дією вітру й дощу, підвищує електричні характеристики, поліпшує зовнішній вигляд.

Усе більше широке поширення знаходять ізолятори із циліндричною головкою (рис. 3.3), які мають більш високу механічну міцність, більш високі техніко-економічні показники, меншу будівельну висоту. Процес виготовлення таких ізоляторів легше піддається механізації.

При розряді по забрудненій і зволоженій поверхні ізолятора важливим параметром є довжина шляху витоку ізолятора - найкоротша відстань уздовж поверхні ізолятора між металевими частинами, що перебувають під різними потенціалами.

На рис. 3.4 представлені деякі типи ізоляторів, призначені для роботи в умовах інтенсивного забруднення атмосфери.

Підвісний стрижневий ізолятор (рис. 3.5, а) являє собою суцільний стрижень із ізоляційного матеріалу (порцеляна, ситали, скло), армований з обох кінців металевими шапками за допомогою цементного зв'язування із застосуванням демпферних прокладок.

Технологія виготовлення таких ізоляторів досить проста, але важко виготовити ізолятор на більш руйнівні навантаження, тому що  ізоляційний матеріал (частіше використається порцеляна) працює на розрив.

Особливістю таких ізоляторів є те, що вони непробивні на відміну від тарілчастих ізоляторів. Недоліком стрижневих ізоляторів є можливість їхнього повного руйнування й падіння проводу на землю. У нашій країні такі ізолятори застосовуються, в основному, для відтягнень повітряних вимикачів, а також в якості фіксаторних ізоляторів для електрифікованого залізничного транспорту. В останні роки розроблені склопластикові довго стрижневі ізолятори (гладкі й з ребрами на U = 35…220 кВ), які мають незначну вагу і мають хорошу стійкість до удару, зокрема до розстрілу з рушниць (рис. 3.5, б).

Для захисту склопластикового стрижня на поверхню ізолятора наноситься трекінгостійке покриття із фторопласта або кремнійорганічної гуми.

Кріплення фланців виробляється шляхом обпресування. Ізолятори можуть використовуватись як у якості підтримуючих, так і натяжних ізолюючих підвісок при робочій напрузі 35...220 кВ.

Гірлянди ізоляторів і арматури, що вирівнює. На лініях 35 кВ і вище для забезпечення заданої ізоляційної відстані підвісні ізолятори тарілчастого типу з'єднуються в гірлянди. Будівельна висота гірлянди (рис. 3.6)

(3.6)

де n – число елементів (ізоляторів) у гірлянді; Н – будівельна висота ізолятора. Завдяки шарнірному з'єднанню ізоляторів гірлянда набуває гнучкості, що сприяє зниженню механічних навантажень на ізолятори при сильному вітрі й обриві проводу.

На проміжних опорах використаються підтримуючі гірлянди, що сприймають вагу прикріпленого проводу, а на анкерних, кутових і кінцевих опорах – натяжні, які сприймають натяг проводу. Гірлянду ізоляторів можна представити у вигляді ланцюжка ємностей (мал. 3.6, а), де поздовжня ємність С імітує ємність ізолятора, а С₁ і С₂ – ємність ізолятора на металеву опору (землю) і на провід відповідно. Оскільки часткові ємності ізоляторів С₁ на землю більше, ніж ємність на проводу С₂, розподіл напруги по ізоляторах гірлянди нерівномірний і найбільше спадання напруги доводиться на найближчі від проводу ізолятори (рис. 3.6, б).

Високі напруженості поля на ізоляторах поблизу проводу можуть приводити до коронування, що викликає старіння ізоляційного тіла ізолятора й окисні процеси на металевих арматурах. З досвіду встановлено, що із зазначеної причини максимальна напруга на ізоляторі не повинне перевищувати 25...30…30 кВ. Для вирівнювання розподілу напруги уздовж гірлянди на ЛЕП напругою 220 кВ і вище застосовується захисні арматури у вигляді кілець, вісімок, овалів, рогів. Але при U_н ³ 750 кВ захисні арматури не застосовується, тому що вирівнювання напруги уздовж гірлянди досягається за рахунок наявності розщеплених проводів у фазі й спеціальної («утопленої») підвіскою гірлянди, при якій фазний провід розташовуються на рівні тарілки першого ізолятора або вище.

Розрядна напруга гірлянди підвісних ізоляторів не являє собою суму розрядних характеристик окремих елементів, тому що  розряд по гірлянді розвивається трохи інакше, чим на окремому елементі (рис. 3.7).

З рис. 3.7 видно, що шлях розряду ізолятора в гірлянді l_Р трохи відрізняється від шляху розряду одиночного ізолятора й довжини шляху витоку ізолятора L. Розрядна напруга гірлянди залежить від числа й типу ізолятора, а також від наявності захисних арматур. Для збільшення розрядної напруги гірлянди на практиці приймають l_Р/Н ³ 1,3. У цьому випадку розряд піде по шляху АВС, тобто по повітрю. Напруга гірлянди, що витримує, у сухому стані (U_схв) при цьому буде найбільшим.

Перспективні розробки в області лінійної ізоляції. У цей час у вітчизняній і закордонній енергетиці розробляються й успішно впроваджуються нові ізоляційні конструкції на повітряних ЛЕП, які принципово відрізняються від традиційних конструкцій, використовуваних як ізоляція ліній електропередачі.

У ряді країн (Італія, ФРН, СНД і ін.) використаються ізоляційні траверси на основі склопластиків, які дозволяють відмовитися від традиційно застосовуваних ізоляторів і зменшити масу й габарити опор.

Різновидом ізоляційних траверс є траверси з електроізоляційного бетону, розроблені в Новосибірському університеті. Траверси різної форми (трипроменева зірка, трикутна рама) кріпляться на залізобетонних опорах. У цей час лінії з такими траверсами на 10, 35 й 110 кВ проходять дослідну перевірку.

Застосування ізоляційних траверс дозволяє запобігти загибелі птахів від ураження електричним струмом.

У зв'язку з освоєнням надвисоких й ультрависоких напруг усе гостріше ставиться питання про шляхи розвитку повітряних ЛЕП. Уже зараз окремі варіанти ЛЕП на металевих опорах з підвісною ізоляцією мають габарити по висоті й ширині до 50 м і більше, а маса опори досягає більше 20 тонн. Тому пропонується рішення про заміну підвісної ізоляції на таких лініях опорної, тобто ізоляція кожної фази й закріплення її на певній відстані від землі здійснюється за допомогою окремих ізолюючих колон (стійок) з електроізоляційного бетону. Для більшої стійкості «опора-ізолятор» кріпиться до землі за допомогою ізоляційних розтяжок.

Застосування склопластикових порожніх опор (Японія, США) дозволяє збільшити строк придатності стійок ЛЕП до 100 років. Маса опори при висоті 10,5 м становить 60 кг.