Изоляторы внутренние

Изоляторы внутренние: классификация, конструкция, применение и выбор

Внутренние изоляторы представляют собой класс электроизоляционных устройств, предназначенных для работы в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ), комплектных распределительных устройствах (КРУ, КРУН), трансформаторных подстанциях и других объектах, защищенных от прямого воздействия атмосферных осадков, солнечной радиации и значительных перепадов температур. Их основная функция – механическое крепление и электрическая изоляция токоведущих частей (шин, проводов, контактов аппаратов) относительно заземленных конструкций и между собой в условиях умеренного и холодного климата внутри помещений.

Классификация внутренних изоляторов

Внутренние изоляторы систематизируют по нескольким ключевым признакам, что определяет их конструктивное исполнение и область применения.

1. По основному назначению и конструктивному исполнению:

• Опорные (шинные): Предназначены для крепления и изоляции жестких (шин) и гибких токопроводов на конструкциях ЗРУ. Имеют фланцевое основание для крепления к стойке или раме и головку с крепежными элементами для шины.
• Проходные: Обеспечивают изоляцию и герметичный проход токоведущего проводника через заземленную перегородку или стенку бака (например, вводы силовых трансформаторов, проходки через стенки КРУ).
• Подвесные (тарельчатые для внутренней установки): Используются для подвешивания и изоляции токоведущих частей внутри больших залов ЗРУ или на тяговых подстанциях. Отличаются от линейных отсутствием ребер для защиты от дождя.
• Изоляторы аппаратные: Встроенные элементы высоковольтных аппаратов (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока), выполняющие функции изоляции и крепления их внутренних токоведущих частей.

2. По материалу изготовления:

• Фарфоровые: Классический материал, обладающий высокой механической прочностью на сжатие, стойкостью к поверхностным разрядам и старению. Недостатки – хрупкость, большая масса, сложность изготовления изделий сложной формы.
• Стеклянные (закаленное стекло): Обладают схожими с фарфором диэлектрическими характеристиками. Главное преимущество – возможность визуального контроля целостности (при повреждении рассыпается).
• Полимерные (эпоксидные литьевые компаунды, силиконовые резины, ПВХ, полиэтилен): Современный тип изоляторов. Легкие, обладают высокой прочностью на разрыв, отличными дугозащитными свойствами. Поверхность обладает гидрофобностью, что улучшает характеристики в условиях загрязнения. Требуют контроля старения под воздействием электрических разрядов и УФ-излучения (даже внутри помещений).

3. По номинальному напряжению:

Внутренние изоляторы изготавливаются на весь спектр классов напряжения, применяемых в ЗРУ: от 0.4 кВ до 750 кВ и выше. Конструкция и размеры напрямую зависят от рабочего и испытательного напряжения.

Конструктивные особенности и требования

Конструкция внутреннего изолятора определяется его типом. Опорный изолятор, как наиболее распространенный, состоит из изоляционного тела (одно- или многоэлементного), металлической арматуры (фланца и головки) и крепежных элементов. Ключевые требования регламентируются ГОСТ и МЭК.

Основные электрические и механические параметры:

• Номинальное напряжение (Uн) – базовое линейное напряжение сети, для работы в которой предназначен изолятор.
• Наибольшее рабочее напряжение (Uмах) – максимальное напряжение, при котором изолятор может работать длительно.
• Импульсное испытательное напряжение (Uимп) – амплитуда стандартного грозового импульса 1.2/50 мкс, который изолятор должен выдерживать без перекрытия или пробоя.
• Напряжение промышленной частоты сухое и под дождем (Uисп.сх, Uисп.д) – действующее значение напряжения 50 Гц, выдерживаемое в течение 1 минуты в соответствующих условиях.
• Допустимая механическая нагрузка – определяет способность изолятора выдерживать изгибающие, сжимающие или растягивающие усилия от шин, токов КЗ (электродинамические силы) и вибраций. Указывается в килоньютонах (кН).

Таблица: Сравнительные характеристики изоляторов из разных материалов

Параметр	Фарфор	Стекло (закаленное)	Полимер (эпоксидный компаунд/силикон)
Диэлектрическая прочность	Высокая	Высокая	Очень высокая
Механическая прочность на изгиб/растяжение	Низкая (хрупкий)	Низкая (хрупкий)	Высокая (упругий)
Устойчивость к поверхностным разрядам	Отличная	Отличная	Хорошая (возможно старение, трекинг)
Гидрофобность поверхности	Отсутствует	Отсутствует	Присутствует (особенно у силикона)
Влияние загрязнения	Сильное, требует чистки	Сильное, требует чистки	Слабее, за счет гидрофобности
Вес	Высокий	Высокий	Низкий
Вандалоустойчивость	Высокая	Низкая (рассыпается)	Средняя/Высокая
Стойкость к УФ-излучению	Абсолютная	Абсолютная	Ограниченная (требует стабилизаторов)

Критерии выбора внутренних изоляторов

Выбор конкретного типа и исполнения изолятора осуществляется на основе комплексного анализа условий эксплуатации и технических требований проекта.

• Класс напряжения и изоляционные расстояния: Основной параметр. Должны быть соблюдены требования по минимальным воздушным зазрам (от живой части до земли) и длинам пути утечки в зависимости от степени загрязненности атмосферы внутри помещения (по ПУЭ, ГОСТ Р 52735).
• Механические нагрузки: Расчет усилий от веса шин, термического расширения, электродинамических сил при коротком замыкании. Изолятор выбирается с запасом по допустимой нагрузке.
• Условия окружающей среды в помещении: Наличие агрессивных паров, химических веществ, повышенной влажности, conductive dust (токопроводящей пыли), температуры. Для агрессивных сред предпочтительны фарфор или специальные полимеры.
• Тип монтажа и присоединения: Конструкция фланца (типоразмер болтов, отверстий), тип головки (под планку, под шпильку, с пазом), необходимость наличия отверстий для заземляющих ножей (в разъединителях).
• Пожарная безопасность: Для помещений с повышенными требованиями к пожарной безопасности важны материалы с высокой дугостойкостью и не поддерживающие горение (фарфор, некоторые полимеры с антипиренами).

Монтаж, эксплуатация и диагностика

Монтаж внутренних изоляторов должен производиться в соответствии с проектом и инструкцией завода-изготовителя. Крепежные элементы (болты, шпильки) должны затягиваться с регламентированным моментом, чтобы избежать механических напряжений в изоляционном теле. При монтаже шин необходимо исключить возникновение скручивающих усилий на изолятор.

В процессе эксплуатации обязательны периодические осмотры в рамках ППР (планово-предупредительных ремонтов).

Контролируемые параметры:

• Целостность изоляционного тела: Отсутствие сколов, трещин (особенно у фарфора и стекла), следов поверхностных разрядов (прожогов, трекинга на полимерах).
• Состояние поверхности: Степень загрязнения. Полимерные изоляторы могут терять гидрофобность, что проявляется в виде сплошной водяной пленки.
• Состояние металлической арматуры и соединений: Отсутствие коррозии, ослабления крепежа, повреждения антикоррозионного покрытия (цинк, горячее цинкование).
• Акустическая диагностика: Для выявления внутренних дефектов (расслоений, воздушных включений) в полимерных изоляторах может применяться метод частичных разрядов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличаются внутренние изоляторы от наружных?

Внутренние изоляторы не имеют развитой ребристой поверхности для увеличения длины пути утечки, так как не подвергаются воздействию дождя и снега. Они рассчитаны на меньшие перепады температур и не содержат материалов, стойких к интенсивному УФ-излучению. Их испытательные напряжения (особенно под дождем) ниже, чем у аналогичных по классу наружных.

Можно ли использовать наружный изолятор внутри помещения?

С технической точки зрения – возможно, так как условия внутри помещения, как правило, легче. Однако это экономически нецелесообразно из-за более высокой стоимости наружных изоляторов. Кроме того, их габариты могут не вписаться в конструкцию КРУ.

Как определить степень загрязненности атмосферы внутри помещения для выбора длины пути утечки?

Степень загрязненности (I, II, III, IV) определяется по ПУЭ и ГОСТ Р 52735 на основе оценки концентрации токопроводящих веществ в воздухе, типа производства (металлургическое, цементное и т.д.), частоты проведения уборки. Для большинства отапливаемых ЗРУ принимается I или II степень.

Что такое «трекинг» и характерен ли он для внутренних полимерных изоляторов?

Трекинг – это необратимое образование проводящих углеродсодержащих дорожек на поверхности изолятора под воздействием поверхностных разрядов. Да, он характерен для полимерных материалов низкого качества, работающих в условиях загрязнения и повышенной влажности внутри помещений. Для предотвращения используют материалы с высокой трекингостойкостью (по стандарту МЭК 60587).

Как правильно выбрать механическую нагрузку на изолятор?

Расчет ведется на наихудшую комбинацию нагрузок: постоянная (вес шин, лед), кратковременная (ветер, усилия от термического расширения), аварийная (электродинамические силы КЗ). Номинальная механическая нагрузка изолятора (Fразр/2.5 или Fразр/3 в зависимости от норм) должна превышать суммарную расчетную нагрузку с заданным запасом.

Каковы современные тенденции в развитии внутренних изоляторов?

Основные тенденции: широкое внедрение полимерных изоляторов с улучшенными характеристиками по трекинго- и эрозионной стойкости; миниатюризация за счет материалов с высокой диэлектрической прочностью; разработка интегрированных решений (изолятор + датчик тока/напряжения); повышение экологической безопасности материалов (отказ от галогенов, тяжелых металлов).

Заключение

Внутренние изоляторы являются критически важными компонентами любой системы распределения электроэнергии среднего и высокого напряжения в закрытых установках. Их надежная работа определяет общую безопасность и бесперебойность энергоснабжения. Правильный выбор, основанный на понимании классификации, материалов, электрических и механических параметров, а также соблюдение правил монтажа и эксплуатационного контроля, позволяют обеспечить многолетнюю и безотказную службу электротехнического оборудования. Постоянное развитие материаловедения и технологий производства открывает новые возможности для повышения компактности, надежности и функциональности изоляционных устройств.