linie energetyczne obsługiwane przez izolatory ceramiczne typu pin w Kalifornii, USA
10 kV ceramiczne izolator, pokazujący szopy
przewody napowietrzne do przesyłu energii elektrycznej wysokiego napięcia są gołe i są izolowane przez otaczające powietrze. Przewody dla niższych napięć w dystrybucji mogą mieć pewną izolację, ale często są również gołe., Podpory izolacyjne zwane izolatorami są wymagane w punktach, w których są podparte przez słupy energetyczne lub wieże transmisyjne. Izolatory są również wymagane tam, gdzie przewód wchodzi do budynków lub urządzeń elektrycznych, takich jak transformatory lub wyłączniki, w celu izolacji przewodu od obudowy. Te puste izolatory z przewodnikiem w środku nazywane są tulejami.
MaterialEdit
Izolatory stosowane do przenoszenia mocy wysokiego napięcia wykonane są ze szkła, porcelany lub kompozytowych materiałów polimerowych., Izolatory porcelanowe są wykonane z gliny, kwarcu lub tlenku glinu i skalenia i są pokryte gładką glazurą, aby rzucić wodę. Izolatory wykonane z porcelany bogatej w tlenek glinu stosuje się tam, gdzie kryterium jest wysoka wytrzymałość mechaniczna. Porcelana ma wytrzymałość dielektryczną około 4-10 kV / mm. szkło ma wyższą wytrzymałość dielektryczną, ale przyciąga kondensację, a grube nieregularne kształty potrzebne do izolatorów są trudne do odlewania bez wewnętrznych naprężeń. Niektórzy producenci izolatorów zaprzestali produkcji izolatorów szklanych pod koniec lat 60., przechodząc na materiały ceramiczne.,
Ostatnio niektóre przedsiębiorstwa elektryczne zaczęły przekształcać się w polimerowe materiały kompozytowe dla niektórych typów izolatorów. Zazwyczaj składają się one z centralnego pręta wykonanego z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem i zewnętrznej szopy pogodowej wykonanej z gumy silikonowej lub kauczuku monomerowego etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM). Izolatory kompozytowe są mniej kosztowne, lżejsze i mają doskonałą zdolność hydrofobową. Ta kombinacja czyni je idealnymi do pracy w zanieczyszczonych obszarach. Jednak materiały te nie mają jeszcze długoterminowej sprawdzonej żywotności szkła i porcelany.,
DesignEdit
wysokonapięciowa tuleja ceramiczna podczas produkcji, przed oszkleniem (1977)
awaria elektryczna izolatora z powodu nadmiernego napięcia może wystąpić na dwa sposoby:
- łuk przebicia jest awarią i przewodzenie materiału izolatora, powodując łuk elektryczny przez wnętrze izolatora. Ciepło pochodzące z łuku Zwykle nieodwracalnie uszkadza izolator., Napięcie przebicia to napięcie na izolatorze (po zainstalowaniu w normalny sposób), które powoduje łuk przebicia.
- łuk rozruchowy jest załamaniem i przewodzeniem powietrza wokół lub wzdłuż powierzchni izolatora, powodując łuk wzdłuż zewnętrznej części izolatora. Izolatory są zwykle zaprojektowane tak, aby wytrzymać przelot bez uszkodzeń. Napięcie rozruchu to napięcie, które powoduje błysk nad łukiem.
Większość izolatorów wysokiego napięcia jest zaprojektowana z niższym napięciem zapłonu niż napięcie przebicia, więc migają przed przebiciem, aby uniknąć uszkodzenia.,
Brud, zanieczyszczenie, sól, a zwłaszcza woda na powierzchni izolatora wysokiego napięcia mogą tworzyć drogę przewodzącą przez niego, powodując prądy upływowe i przelot. Napięcie rozruchu można zmniejszyć o ponad 50%, gdy izolator jest mokry. Izolatory wysokiego napięcia do użytku Na Zewnątrz są kształtowane w celu maksymalizacji długości ścieżki wycieku wzdłuż powierzchni od jednego końca do drugiego, zwanej długością pełzania, aby zminimalizować te prądy wyciekowe. Aby to osiągnąć, powierzchnia jest formowana w szereg falistych lub koncentrycznych kształtów dysków., Zwykle obejmują one jedną lub więcej szop; skierowane ku dołowi powierzchnie w kształcie kubka, które działają jak parasole, aby zapewnić, że część ścieżki wycieku powierzchni pod „kubkiem” pozostaje sucha podczas mokrej pogody. Minimalne odległości pełzania wynoszą 20-25 mm / kV, ale muszą być zwiększone w obszarach o dużym zanieczyszczeniu lub w powietrzu morskim i słonym.
typy izolatorówedit
trójfazowy izolator stosowany na liniach dystrybucyjnych, Zwykle 13,8 kV od fazy do fazy. Linie są utrzymywane w układzie diamentowym, wiele izolatorów stosowanych między biegunami.,
są to typowe klasy izolatorów:
- pin insulator – jak sama nazwa wskazuje, izolator Typu pin jest montowany na sworzniu na ramieniu poprzecznym na biegunie. Na górnym końcu izolatora znajduje się rowek. Przewód przechodzi przez ten rowek i jest związany z izolatorem za pomocą wyżarzonego drutu z tego samego materiału, co przewód. Izolatory Typu Pin są używane do transmisji i dystrybucji komunikacji oraz energii elektrycznej przy napięciach do 33 kV., Izolatory wykonane do napięć roboczych od 33 kV do 69 kV wydają się być bardzo nieporęczne i stały się nieekonomiczne w ostatnich latach.
- izolator słupkowy – rodzaj izolatora w latach 30. XX wieku, który jest bardziej kompaktowy niż tradycyjne izolatory Typu pin i który szybko zastąpił wiele izolatorów typu pin na liniach do 69 kV, a w niektórych konfiguracjach może być wykonany do pracy przy napięciu do 115 kV.,
- izolator zawieszenia – w przypadku napięć większych niż 33 kV powszechną praktyką jest stosowanie izolatorów zawieszenia, składających się z szeregu szklanych lub porcelanowych krążków połączonych szeregowo metalowymi ogniwami w formie Sznurka. Konduktor jest zawieszony na dolnym końcu tego Sznurka, podczas gdy górny koniec jest przymocowany do poprzecznego ramienia wieży. Liczba używanych jednostek dyskowych zależy od napięcia.
- Izolator napięcia – ślepy zaułek lub słup kotwiący lub wieża jest używana, gdy prosty odcinek linii kończy się lub kątuje w innym kierunku., Słupy te muszą wytrzymać boczne (poziome) napięcie długiego prostego odcinka drutu. W celu podtrzymania tego obciążenia bocznego stosuje się izolatory naprężeń. W przypadku linii niskiego napięcia (poniżej 11 kV) izolatory szekli są stosowane jako izolatory naprężeń. Jednak w przypadku linii przesyłowych wysokiego napięcia stosuje się ciągi izolatorów typu cap-and-pin (zawieszenia), przymocowanych do poprzeczki w kierunku poziomym. Gdy obciążenie napięciowe w liniach jest wyjątkowo wysokie, na przykład w długich przęsłach rzeki, dwa lub więcej ciągów są używane równolegle.,
- izolator szekli – w pierwszych dniach izolatory szekli były używane jako izolatory naprężeń. Ale obecnie są one często używane do linii rozdzielczych niskiego napięcia. Takie izolatory mogą być stosowane zarówno w pozycji poziomej, jak i pionowej. Mogą być bezpośrednio przymocowane do słupa za pomocą śruby lub do ramienia poprzecznego.
- Tuleja-umożliwia przejście jednego lub kilku przewodów przez przegrodę, taką jak ściana lub zbiornik, i izoluje od niej przewody.,
- Izolator słupka liniowego
- Izolator słupka stacji
- wycięte
izolatory Zawieszeniaedit
| napięcie linii (kV) |
dyski |
|---|---|
| 34.,4 | |
| 600 | 44 |
| 750 | 59 |
| 765 | 60 |
Suspension insulator string (the vertical string of discs) on a 275 kV suspension pylon
Suspended glass disc insulator unit used in suspension insulator strings for high voltage transmission lines
Pin-type insulators are unsuitable for voltages greater than about 69 kV line-to-line., Wyższe napięcia transmisyjne wykorzystują ciągi izolatorów zawieszenia, które można wykonać dla dowolnego praktycznego napięcia transmisyjnego, dodając elementy izolatora do łańcucha.
linie przesyłowe wyższego napięcia zwykle wykorzystują modułowe konstrukcje izolatorów zawieszenia. Przewody są zawieszone na „sznurku” identycznych izolatorów w kształcie dysku, które łączą się ze sobą za pomocą metalowego sworznia zaciskowego lub łączników kulowych i gniazdowych. Zaletą tej konstrukcji jest to, że ciągi izolatorów o różnych napięciach przebicia, do użytku z różnymi napięciami linii, mogą być skonstruowane przy użyciu różnych numerów jednostek podstawowych., Ponadto, jeśli jeden z zespołów izolatora w łańcuchu ulegnie uszkodzeniu, można go wymienić bez odrzucania całego łańcucha.
każda jednostka jest zbudowana z ceramicznej lub szklanej tarczy z metalową nasadką i kołkiem cementowanym na przeciwległych stronach. Aby wadliwe jednostki były oczywiste, jednostki szklane są zaprojektowane tak, aby przepięcie powodowało przebicie przez szybę zamiast przeskoku. Szkło jest poddawane obróbce cieplnej, więc rozbija się, dzięki czemu uszkodzone urządzenie jest widoczne. Jednak wytrzymałość mechaniczna urządzenia pozostaje niezmieniona, więc ciąg izolatora pozostaje razem.,
Standardowe zespoły izolatorów tarczy zawieszenia mają średnicę 25 centymetrów (9,8 cala) i długość 15 cm (6 cali), mogą obsługiwać obciążenie 80-120 kN (18-27 klbf), mają napięcie rozruchu na sucho około 72 kV i są oceniane przy napięciu roboczym 10-12 kV. Jednak napięcie rozruchu sznurka jest mniejsze niż suma jego składowych dysków, ponieważ pole elektryczne nie jest równomiernie rozłożone na sznurku, ale jest najsilniejsze na dysku najbliżej przewodnika, który miga nad pierwszym., Metalowe pierścienie klasyfikacyjne są czasami dodawane wokół tarczy na końcu wysokiego napięcia, aby zmniejszyć pole elektryczne na tej tarczy i poprawić napięcie Zapłonu.
w liniach bardzo wysokich napięć izolator może być otoczony pierścieniami koronowymi. Zazwyczaj składają się one z torusów aluminiowych (najczęściej) lub miedzianych rur przymocowanych do linii. Są one zaprojektowane w celu zmniejszenia pola elektrycznego w miejscu, w którym izolator jest przymocowany do linii, aby zapobiec wyładowaniu koronowemu, które powoduje straty mocy.,
HistoryEdit
ostatnie zdjęcie otwartej trasy słupa telegraficznego z porcelanowymi izolatorami. Quidenham, Norfolk, Wielka Brytania
pierwszymi systemami elektrycznymi wykorzystującymi izolatory były linie telegraficzne; bezpośrednie mocowanie przewodów do drewnianych słupów okazało się dawać bardzo słabe wyniki, szczególnie podczas wilgotnej pogody.
pierwsze izolatory szklane stosowane w dużych ilościach miały nieciągły otwór gębowy., Te kawałki szkła były umieszczone na stożkowym drewnianym sworzniu, pionowo rozciągającym się w górę od poprzeczki słupa (zwykle tylko dwa izolatory do słupa i być może jeden na szczycie samego słupa). Naturalne skurcze i rozszerzanie przewodów związanych z tymi „izolatorami bezgwintowymi”spowodowało odłączenie izolatorów od ich sworzni, co wymagało ręcznego resetowania.,
wśród pierwszych, którzy produkowali izolatory ceramiczne były firmy w Wielkiej Brytanii, z Stiff i Doulton przy użyciu kamionki z połowy 1840 roku, Joseph Bourne (później przemianowany Denby) produkujący je z około 1860 roku i Bullers z 1868 roku. Patent użyteczności nr 48,906 został przyznany Louis A. Cauvet 25 lipca 1865 roku na proces produkcji izolatorów z gwintowanym otworem: izolatory Typu pin nadal mają gwintowane otwory.
wynalezienie izolatorów podwieszanych umożliwiło przenoszenie mocy wysokiego napięcia., Ponieważ napięcia linii przesyłowej osiągnęły i przekroczyły 60 000 woltów, wymagane izolatory stają się bardzo duże i ciężkie, a izolatory wykonane z marginesu bezpieczeństwa 88 000 woltów stanowią praktyczny limit dla produkcji i instalacji. Z drugiej strony izolatory zawieszenia mogą być połączone w ciągi tak długo, jak jest to wymagane dla napięcia linii.
wykonano wiele różnych izolatorów telefonicznych, telegraficznych i elektroenergetycznych; niektórzy zbierają je, zarówno ze względu na ich historyczne zainteresowanie, jak i estetyczną jakość wielu wzorów i wykończeń izolatorów., Jedną z organizacji kolekcjonerskich jest Amerykańskie National Insulator Association, zrzeszające ponad 9000 członków.
Dodaj komentarz