Материалы для изоляторов

Изолятором называют электро­техническое устройство, предназначенное для электрической изо­ляции и механического крепления электроустановок или их отдель­ных частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. Из определения следует, что диэлектрики, из которых изго­тавливаются изоляторы, должны обладать высокой прочностью, поскольку изоляторы несут значительную механическую нагруз­ку. Диэлектрики должны иметь и высокую электрическую проч­ность, позволяющую создавать экономичные и надежные конст­рукции изоляторов. Пробой тела диэлектрика выводит изолятор из строя, а разряд по поверхности при условии быстрого отключе­ния напряжения не причиняет изолятору никаких повреждений. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в изолято­ре должно быть примерно в 1,5 раза выше, чем напряжение пере­крытия по поверхности, которое и определяет электрическую проч­ность изолятора.

Диэлектрик должен быть негигроскопичен и не изменять сво­их свойств под действием метеорологических факторов. При увлажнении и загрязнении поверхности изоляторов, устанавлива­емых на открытом воздухе, могут возникнуть частичные электри­ческие дуги. Под их действием поверхность может обугливаться, и на ней появляются проводящие следы - треки, снижающие элект­рическую прочность изоляторов. Повреждение поверхности твер­дого диэлектрика вследствие поверхностного пробоя, вызывающе­го образование проводящих следов, называется трекингом диэлект­рика. Поэтому диэлектрики для изоляторов, предназначенных для работы на открытом воздухе, должны иметь высокую трекинго-стойкостъ или эрозионную стойкость.

Всем указанным требованиям в наибольшей степени удов­летворяет глазурованный электротехнический фарфор и стекло, а также некоторые полимеры. Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине 1,5 мм составляет 30—40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая прочность стекла при тех же условиях составляет 45 кВ/мм. Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, предел прочности обожженного фарфора составляет: при сжатии -450 МПа, при изгибе — 70 МПа, а при растяжении — 30 МПа. Та­ким образом, наиболее высокой механической прочностью обла­дают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие.

Стекло по механической прочности не уступает фарфору и также лучше работает на сжатие. Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми. Технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован. Прозрач­ность стекла позволяет визуально обнаружить внутренние дефек­ты. Повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части изолятора, которое легко обнаруживается при осмотре ЛЭП эксплуатационным персоналом. Стекло более технологичный ма­териал по сравнению с фарфором. Поэтому стеклянным изолято­рам можно придать более рациональную форму по сравнению с фарфоровыми изоляторами и получить меньшие габариты при сохранении требуемых электрических характеристик.

Еще большими преимуществами по сравнению с изолято­рами из стекла и фарфора обладают полимерные изоляторы. При­менение полимерных материалов в устройствах контактной сети электрифицированных железных дорог является одним из на­правлений технического прогресса на железнодорожном транс­порте. Полимерные изоляторы имеют следующие преимущества: технологичность, малая масса, компактность, простота монта­жа, высокая механическая прочность к ударным воздействиям, большая долговечность, надежность и экономичность. Незаме­нимыми оказываются полимерные изолирующие материалы при монтаже контактных подвесок в искусственных сооружениях с ограниченными габаритами.

Полимерная изоляция контактной сети в большинстве слу­чаев изготавливается комбинированной: одни материалы, напри­мер стеклопластиковые стержни, воспринимают механические на­грузки, а другие, в виде защитной оболочки, обеспечивают элект­рическую прочность.

Стеклопластики состоят из стеклянной арматуры (нитей, лент или тканей) и полимерного связующего на основе полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганических и других синтетических смол. Полимерные связующие в стеклопластиках выполняют роль клея­щей среды, объединяющей стеклянные волокна в монолитное из­делие. На электрифицированных железных дорогах в полимерных изоляторах и изолирующих элементах используются стеклоплас­тиковые стержни диаметром 14—55 мм.

Материал защитной оболочки полимерных стержневых изоляторов должен обладать высокой трекингоэрозионной стойкостью, дугостойкостью, устойчивостью к гидролизу, агрессив­ным средам и ультрафиолетовому облучению. Этим показателям удовлетворяет политэтрафторэтилен (фторопласт-4), кремнийорганические резины (эластомеры) и этиленпропиленовые материа­лы. В применяемых на электрифицированных железных дорогах полимерных изоляторах защитные оболочки в основном выпол­няются из кремнийорганической резины.

Для надежной защиты стеклопластика от проникновения вла­ги оболочка не должна терять герметичность в течение всего срока службы изолятора. Защитная оболочка должна обладать хорошей адгезией к стержню. Для защиты стеклопластика от проникновения влаги и исключения частичных разрядов в пустотах, образующихся между составными частями изолятора при сборке, используют раз­личные герметизирующие и клеевые материалы: эпоксидные ком­паунды, кремнийорганические пасты, вазелины, силиконовые ком­паунды холодного отверждения. Применение полимерных изолято­ров на ЛЭП позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов и заменить гирлянду изоляторов одним.

Вероятность безотказной работы полимерных изоляторов должна быть не меньше значения, определяемого из выражения:

Р() = 1-0,0003 ,

где — время с начала эксплуатации, годы; 0,0003 — коэффициент, характери­зующий годовую повреждаемость.

Срок службы полимерных изоляторов контактной сети элект­рифицированных железных дорог должен быть не менее 25 лет.

Независимо от примененного материала изоляторы по своему назначению делятся на линейные и аппаратные.