Živé části elektrických instalací a jednotlivá zařízení musí být spolehlivě izolovány od sebe a od země. K provádění těchto funkcí a upevnění živých částí se používají různé izolátory, které se dělí na staniční, hardwarové a lineární.
Staniční a hardwarové izolátory se používají pro upevnění a izolaci přípojnic v rozvaděčích elektráren a rozvoden, případně živých částí zařízení. Tyto izolátory se zase dělí na nosné a průchodkové izolátory. Ty se instalují, když přípojnice procházejí stěnami a stropy v interiéru, stejně jako když jsou odstraněny z budov nebo se používají k odstranění živých částí z krytů zařízení.
Lineární izolátory se používají pro upevnění vodičů nadzemních elektrických vedení a sběrnic otevřených spínacích zařízení.
Konstrukčně a podle účelu se izolátory dělí na kolíkové, závěsné, nosné a průchodkové.
Kolíkové izolátory se skládají z jednoho nebo dvou porcelánových prvků a jsou vyztuženy na kovových kolících upevněných v nosných příčných ramenech. Všechny kolíkové izolátory zajišťují pevné upevnění vodičů k podpěrám.
Lineární závěsné izolátory poskytují netuhé spojení vodičů s podpěrami elektrického vedení. Kotoučovité závěsné izolátory jsou spojeny do girland. Kromě kotoučových izolátorů se pro zvýšení elektrické pevnosti používají tyčové lineární izolátory, protože nepodléhají průrazu.
Podpěrné izolátory slouží k podepření přípojnic a kontaktních částí rozváděčů a elektrických zařízení.
Post-pinové izolátory se skládají z jednoho, dvou nebo tří porcelánových prvků, navzájem pevně spojených a upevněných na litinovém kolíku. Používají se jako izolační podpěry ve venkovních rozvaděčích, a proto mají vyčnívající křídla pro ochranu před srážkami.
Tyčové izolátory jsou také určeny pro použití ve venkovních instalacích. Takovým izolantem je masivní porcelánová tyč s vyčnívajícími křidélky, na jejíchž koncových částech jsou připevněny litinové krytky pro spojování izolátorů do sloupků a pro jejich připevnění k přístrojům a rozváděčům.
Průchodky se používají k odstranění vysokonapěťových vodičů z nádrží transformátorů, olejových a vzduchových jističů a také k izolaci vodičů procházejících stěnami budov. Skládají se z porcelánového prvku, jehož vnitřní dutinou prochází proudová kovová tyč nebo skupina přípojnic.
Typ pouzdra jsou pouzdra. Proudovou částí průchodky je měděná trubka, hlavní vnitřní izolace je keramická, tekutý nebo olejový papír, bakelit nebo jiné pevné organické materiály.
Izolátory musí splňovat následující požadavky: poskytovat dostatečnou elektrickou pevnost, určenou intenzitou elektrického pole (kV/m), při které materiál izolantu ztrácí své dielektrické vlastnosti, mít dostatečnou mechanickou pevnost umožňující odolat dynamickým silám, které vznikají mezi jednotlivé části pod proudem při zkratu zajišťují neměnnost jejich vlastností pod vlivem prostředí (déšť, sníh atd.), mají dostatečnou tepelnou odolnost, to znamená, že nemění své elektrické vlastnosti při změně teploty v určitých mezích mít povrch odolný proti účinkům elektrických výbojů.
Elektrické charakteristiky izolátorů zahrnují: jmenovité a průrazné napětí (minimální napětí, při kterém dochází k průrazu izolátoru), vybíjecí a výdržná napětí průmyslové frekvence v suchém stavu (suchý výboj, při kterém dochází k překrytí na povrchu izolátoru bez ztráty izolačních vlastností) a za deště (mokrý výboj, na smáčený povrch izolátoru), pulzní 50% vybíjecí napětí obou polarit.
Mezi hlavní mechanické vlastnosti izolátorů patří: minimální (nominální) mez pevnosti (v Newtonech) působící na hlavu izolátoru ve směru kolmém k ose, dále rozměry a hmotnost.
Linkové izolátory jsou určeny pro izolování a upevnění vodičů na venkovních vedeních a v rozvaděčích elektráren a rozvoden. Jsou vyrobeny z porcelánu nebo tvrzeného skla. Podle konstrukce se izolátory dělí na kolíkové a závěsné.
Kolíkové izolátory se používají na venkovních vedeních s napětím do 1 kV a na venkovních vedeních 6-35 kV (35 kV je vzácné a pouze pro vodiče malého průřezu). Pro jmenovitá napětí 6-10 kV a nižší jsou izolátory vyrobeny jako jednoprvkové a pro 20-35 kV – dvouprvkové.
Závěsný izolátor diskového typu je nejběžnější na venkovních vedeních s napětím 35 kV a vyšším. Závěsné izolátory se skládají z porcelánové nebo skleněné izolační části a kovových částí – uzávěru a tyče, spojených s izolační částí pomocí cementového pojiva.
Pro venkovní vedení v oblastech se znečištěnou atmosférou byly vyvinuty konstrukce izolátorů odolných vůči nečistotám se zvýšenými výbojovými charakteristikami a zvýšenou povrchovou dráhou.
Závěsné izolátory se montují do girland, které mohou být nosné nebo napínací. První jsou namontovány na mezilehlých podpěrách, druhé – na podpěrách kotev. Počet izolátorů v girlandě závisí na síťovém napětí. Například v podpěrných girlandách nadzemních vedení s kovovými a železobetonovými podpěrami by 35 kV mělo mít 3 izolátory, 110 kV – 6 – 8, 220 kV – 10 – 14 atd.
Kolíkové izolátory se montují na podpěry pomocí háčků nebo čepů. Pokud je vyžadována zvýšená spolehlivost, pak se na podpěry kotev neinstaluje jeden, ale dva nebo dokonce tři kolíkové izolátory.
Staniční a hardwarové izolátory, stejně jako izolátory vedení, jsou ve většině případů vyrobeny z porcelánu, který maximálně vyhovuje požadavkům. Řada částí zařízení, které plní izolační funkce, zejména ty, které jsou umístěny uvnitř plášťů a v některých případech naplněny izolačním olejem, jsou vyrobeny z bakelitu, getinaxu a textolitu.
K připevnění izolátoru k základně a přípojnic nebo proudových částí přístrojů k izolátoru se používají kovové tvarovky, tedy kovové díly připevněné k porcelánu. Výztuž se na porcelán fixuje nejčastěji pomocí různých typů cementových tmelů s koeficientem objemové tepelné roztažnosti blízkým porcelánu. Pro zlepšení kvality izolátorů je jejich porcelánové tělo zvenku potaženo glazurou.
V závislosti na typu instalace se izolátory používají pro vnitřní nebo venkovní instalaci. Izolátory pro venkovní instalaci mají vyvinutější povrch, díky kterému se zvyšuje mikrovýbojové napětí, což zajišťuje spolehlivý provoz v dešti i ve špinavých podmínkách.
Izolátory pro různá jmenovitá napětí se liší v aktivní výšce porcelánu a pro různé destruktivní mechanické síly – v průměru.
Sloupové izolátory lze rozdělit na sloupkové izolátory a sloupkové izolátory. Tyčové izolátory mají pevné nebo plné porcelánové jádro s vyčnívajícími žebry.
Armatury izolátorů určené pro značné mechanické zatížení se skládají z oválných nebo čtvercových přírub s otvory pro šrouby ve spodní části a kovových hlav se závitovými otvory pro upevnění vodiče nahoře.
Izolátory určené pro menší mechanické zatížení nemají příruby ani hlavy. Mají kovové tvarované vložky se závitovými otvory, upevněné ve vybráních porcelánové tyče. Vzhledem k vnitřnímu utěsnění výztuže jsou tyto izolanty rozměrově i hmotnostně menší.
Izolátory pro vnitřní instalaci pro napětí do 35 kV řady OF mají kónické porcelánové tělo s jedním nebo dvěma malými žebry. Tyčové izolátory pro venkovní instalaci řady ONS se od těch uvažovaných liší vyvinutějšími žebry. Vyrábějí se pro napětí 10 – 110 kV.
Post-pinové izolátory řady ONSh jsou určeny pro venkovní instalaci. Mají porcelánové tělo s výraznými žebry (křídly), které je chrání před deštěm. Izolátor je připevněn k základně pomocí litinového čepu s přírubou. Pro upevnění živých částí je nahoře litinový uzávěr se závitovými otvory.
Vývodky pro vnitřní instalaci pro napětí do 35 kV mají duté porcelánové tělo s malými žebry. Pro upevnění izolátoru ve stropě (stěně) je na jeho střední části upravena příruba a na koncích jsou kovové krytky pro upevnění vodiče. Průchodkové izolátory se jmenovitým proudem do 2000 A jsou vybaveny tyčemi obdélníkového průřezu.
Izolátory pro proudy 2000 A a vyšší, tzv. „přípojnice“, jsou dodávány bez tyčí. Tyto izolátory mají na koncích krytky speciální konstrukce, které drží ocelové pásy s pravoúhlými výřezy, kterými prochází proudová přípojnice.
Příruby a krytky pro izolátory s vysokým jmenovitým proudem (obvykle více než 1000 A) jsou vyrobeny z nemagnetických materiálů – speciálních jakostí litiny, siluminu – aby se zabránilo dodatečným ztrátám indukovanými proudy.
Vývodky, jejichž jedna část pracuje pod širým nebem a druhá v uzavřené místnosti nebo v oleji, jako jsou například vývodky transformátorů a olejových spínačů, se vyrábějí asymetricky. Část porcelánového těla, která působí na vzduchu, má vyvinutější žebra.
Průchodkové izolátory pro napětí 110 kV a vyšší, tzv. průchodky, mají kromě porcelánu izolaci olejové bariéry nebo v novějších provedeních izolaci papír-olej. V druhém případě se na proudovodnou tyč položí vrstvy kabelového papíru s vodivými distančními vložkami z hliníkové fólie mezi nimi (vývod kondenzátoru). Vstup kondenzátoru zajišťuje rovnoměrné rozložení potenciálu jak podél osy, tak i v radiálním směru. Tyto záznamy jsou obvykle zapečetěny.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Dnes jsou elektrické vedení všude na naší planetě, na souši i pod vodou. Jen na území bývalého Sovětského svazu je délka všech elektrických vedení taková, že je mnohonásobně delší než délka rovníku. A ani jedno nadzemní elektrické vedení dnes nemůže fungovat bez použití izolátorů. Díky izolátorům bylo možné vybudovat spolehlivé a stabilní energetické systémy s konstantním provozním napětím až 0,5 megavoltů.
Velké množství různých izolátorů, z nichž každý je vhodný pro řešení vlastních problémů, je konstrukčně odlišných, ale zároveň docela funkčních. Poskytují spolehlivou izolaci vysokonapěťových elektrických vedení od vodivých podpěr, protože to zajišťují dielektrické vlastnosti izolačních materiálů.
Každá sekce izolátoru, stejně jako izolátor jako celek, slouží po celou dobu provozu vysokonapěťového vedení, z tohoto důvodu je hlavním požadavkem na izolátor životnost. A izolační materiál musí tuto podmínku zajistit. Hlavní materiály izolátorů jsou: sklo, porcelán a polymery.
Sklo používané v izolantech není obyčejné, jedná se o tvrzené sklo, které je obzvláště odolné a závěsné izolátory na jeho základě sestavené do girlandové struktury mají vynikající dielektrické vlastnosti a cena je u výrobků tohoto druhu poměrně nízká, jsou tak důležité.
Porcelán má nejvyšší pevnost mezi tradičními izolačními materiály. Bezpečně odolá i úderu blesku, vzhledem k tomu, že surová hmota porcelánu je plastická a lze dát nejoptimálnější tvar, aby byla konfigurace hotového izolantu nejméně zranitelná i vůči tak hrozivému atmosférickému jevu.
Polymerové izolátory jsou nejmodernějším řešením, začaly se vyrábět a používat relativně nedávno. Polymerové izolátory pro elektrické vedení jsou odolné, mají vynikající dielektrické vlastnosti a jejich výroba není spojena s vysokými náklady na materiál. Pro stovky kilovoltů není vhodný polymerní izolátor, ale pro desítky kilovoltů je polymerní izolátor právě to, co je potřeba. Dále budeme podrobně zvažovat materiály moderních izolátorů.
Progresivnějším řešením je v posledních letech rozvíjející se výroba izolátorů na bázi organosilikonového kaučuku.
Silikonová pryž je elastická pryž. Z tohoto důvodu je silikonová pryž široce používána jako izolační materiál pro mnoho flexibilních kabelů. Obecně se v energetice používají různé kaučuky: styren butadien, butadien, silikon a etylen propylen, ale i přírodní. Organosilikonový kaučuk je založen na polyorganosiloxanech.
V tomto vzorci R znamená organické radikály. Typ radikálů určuje vlastnosti silikonového kaučuku. Hlavní řetězec může obsahovat jak křemík a kyslík, tak dusík, bor a uhlík. V důsledku toho se získají siloxazanové, borosiloxanové a silkarbonové kaučuky.
Organosilikonový kaučuk se vyrábí vulkanizací kaučuku, to znamená, že molekuly jsou zesíťovány do prostorových komplexů. Chemická vazba je získána prostřednictvím radikálů nebo koncových OH a H skupin. Reakce se provádí pomocí záření nebo pomocí chemických činidel při vysokých teplotách. Výrobce dodává hmotu připravenou k vulkanizaci.
Organokřemičitý kaučuk ve své čisté formě nemá vysoké elektrické vlastnosti, ukazuje se jako křehký a citlivý na ozón a světlo. Pro získání dostatečně spolehlivého izolantu je tedy potřeba kompozitní materiál na bázi silikonového kaučuku. Pro dosažení přijatelné kvality se přidává aktivní zpevňující plnivo, což jsou nanočástice oxidu titaničitého a oxidu křemičitého. Výsledkem je materiál s přijatelnými vlastnostmi. Zde jsou průměrné statistiky:
Hustota: 1350 kg/m3;
Pevnost v tahu: 5 MPa;
Tepelná kapacita: 1350 J/kg-K;
Tepelná vodivost: 1,1 W/m-k;
Elektrická pevnost: 21 kV/mm;
tangens dielektrických ztrát: 0,00125;
Měrný povrchový odpor: 50,5 TOm;
Měrný objemový odpor: 5,5 TOM-m.
Dielektrická konstanta: 3,25.
V důsledku toho lze o organokřemičitém kaučuku poznamenat, že jeho elektrické vlastnosti jsou uspokojivé, jeho tepelná vodivost je dosti vysoká a jeho mechanická pevnost není příliš žádoucí. Pozoruhodná odolnost vůči světlu, ozónu, oleji. Provozní teploty se pohybují od -90°C do +250°C. Materiál je voděodolný, ale odolný vůči oleji a plynopropustný.
Porcelán. Když už mluvíme o porcelánu, elektroporcelánu pro izolanty, připomeňme, že je to umělý minerál na bázi jílu, křemene a živce. Tepelným zpracováním pomocí keramické technologie vzniká hotový výrobek.
Nejpozoruhodnějšími vlastnostmi elektroporcelánu jsou tepelná odolnost, chemická odolnost, odolnost vůči různým typům atmosférických jevů, elektrická a mechanická pevnost a nízká cena. Právě na základě těchto výhod se porcelán používá k výrobě izolátorů. Zde jsou jeho průměrné vlastnosti:
Hustota: 2400 kg/m3;
Pevnost v tahu: 90 MPa;
Tepelná kapacita: 1350 J/kg-K;
Tepelná vodivost: 1,1 W/m-k;
Elektrická pevnost: 27,5 kV/mm;
tangens dielektrických ztrát: 0,02;
Měrný povrchový odpor: 0,5 TOm;
Měrný objemový odpor: 0,1 TOM-m.
Dielektrická konstanta: 7.
Pokud porovnáme porcelán a silikonovou pryž, pak je porcelán ve srovnání s pryží křehký, velmi těžký a má vysokou tečnu dielektrických ztrát.
Co se týče skla, elektrosklo má oproti porcelánu stabilnější surovinovou základnu, technologie jeho výroby je jednodušší, snáze automatizovatelná a hlavně lze snadno vizuálně identifikovat poruchu nebo poškození izolantu. Rozbití skleněného izolátoru v girlandě způsobí pád dielektrické sukně na zem, ale pokud dojde k poruše porcelánu, sukně se nepoškodí. Poškozený skleněný izolátor je okamžitě viditelný, ale pro diagnostiku porcelánu se musíte uchýlit k použití dalších zařízení, zařízení pro noční vidění.
Chemicky je elektrosklo sbírka oxidů sodíku, boru, vápníku, křemíku, hliníku atd. Je to v podstatě velmi, velmi hustá kapalina. Elektrické sklo se liší od běžného alkalického skla, je to nízkoalkalické sklo, během používání nepraská ani se nezakalí. Zde jsou jeho charakteristiky:
Hustota: 2500 kg/m3;
Pevnost v tahu: 90 MPa;
Tepelná kapacita: 1000 J/kg-K;
Tepelná vodivost: 0,92 W/m-k;
Elektrická pevnost: 48 kV/mm;
tangens dielektrických ztrát: 0,024;
Měrný povrchový odpor: 100 TOm;
Měrný objemový odpor: 1 TOM-m.
Dielektrická konstanta: 7.
Jednou z nevýhod skleněných izolátorů je vysoká spotřeba energie při výrobě elektroskla, protože se musí dlouho vařit.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
