Изоляторы для защиты от поражения током
Изоляторы для защиты от поражения током: классификация, материалы, применение и нормирование
Изоляторы являются фундаментальным классом электротехнической продукции, основное назначение которого – предотвращение протекания электрического тока по нежелательным путям, тем самым обеспечивая защиту персонала от поражения электрическим током, предотвращая короткие замыкания и обеспечивая надежную работу электроустановок. Их функция заключается в создании барьера с высоким электрическим сопротивлением между токоведущими частями, а также между токоведущими частями и землей или заземленными конструкциями.
Классификация изоляторов по назначению и конструкции
Изоляторы классифицируются по множеству признаков, ключевыми из которых являются назначение, конструктивное исполнение и условия эксплуатации.
1. По назначению и месту установки
- Опорные изоляторы: Предназначены для крепления и поддержания токоведущих частей (шин, проводов, контактов аппаратов) в электроустановках, а также для изоляции их от заземленных конструкций. Устанавливаются на щитах, в ячейках КРУ, на корпусах электрических машин.
- Опорно-стержневые
- Опорно-шаровые
- Линейные (проходные для стен, панелей)
- Проходные изоляторы: Обеспечивают изоляцию токоведущих проводников при их проходе через заземленные стены, перегородки, потолки или корпуса электрооборудования (трансформаторов, выключателей). Конструктивно имеют токоведущую шину или стержень, изолированный фарфоровой или полимерной покрышкой, с фланцами для крепления.
- Подвесные изоляторы: Состоят из изоляционных элементов (тарелок), соединенных металлическими звеньями в гирлянды. Применяются в воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и открытых распределительных устройствах (ОРУ) для подвешивания и изоляции проводов и грозозащитных тросов от опор.
- Изоляторы аппаратные: Специализированные изоляционные детали, встроенные в конструкцию выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и напряжения. Их форма и параметры строго зависят от типа аппарата.
- Фарфор: Традиционный материал на основе керамики. Обладает высокой механической прочностью на сжатие, стойкостью к атмосферным воздействиям и ультрафиолету, негорючестью. Недостатки: хрупкость, большая масса, сложность изготовления изделий сложной формы.
- Стекло (закаленное): Используется преимущественно для тарелок подвесных изоляторов. Преимущества: высокая механическая прочность, простота контроля повреждений (трещина приводит к саморазрушению тарелки), устойчивость к старению. Недостаток – хрупкость при ударных нагрузках.
- Полимерные (композитные) изоляторы: Состоят из стеклопластикового или эпоксидного стержня (обеспечивает механическую прочность) и защитной оболочки из кремнийорганической резины (полидиметилсилоксана) с развитой ребристой поверхностью.
- Преимущества: малый вес, высокая стойкость к вандализму, отличные характеристики при загрязнении (длинная удельная длина пути утечки), удобство монтажа.
- Недостатки: старение материала под воздействием УФ-излучения и электрических разрядов, необходимость контроля состояния, более низкая стойкость к термическому воздействию дуги по сравнению с керамикой.
- Испытание повышенным напряжением промышленной частоты: Проверка электрической прочности изоляции.
- Испытание на механическую прочность: Приложение нормированной нагрузки в течение определенного времени.
- Испытание на стойкость к импульсным напряжениям: Моделирование воздействия грозовых и коммутационных перенапряжений.
- Контроль длины пути утечки и геометрии: Проверка соответствия паспортным данным.
- Для полимерных изоляторов: Дополнительно – проверка гидрофобных свойств поверхности, тесты на старение.
2. По материалу изготовления
Выбор материала определяет механические, электрические и климатические характеристики изолятора.
Основные электрические и механические параметры
Выбор изолятора для конкретного применения осуществляется на основе нормируемых параметров.
Таблица 1. Ключевые параметры изоляторов
| Параметр | Обозначение / Единица измерения | Описание и значение для защиты |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение | Uн, кВ | Напряжение сети, для работы в которой предназначен изолятор. Определяет основные размеры. |
| Напряжение сухого разряда | Uс.р., кВ | Напряжение, при котором происходит перекрытие по чистой сухой поверхности. Характеризует электрическую прочность. |
| Напряжение мокрого разряда | Uм.р., кВ | Напряжение перекрытия под искусственным дождем. Важно для оценки работы в осадках. |
| Длина пути утечки | L, мм | Наименьшее расстояние по поверхности изолятора между токоведущей и заземленной частями. Ключевой параметр для работы в загрязненных условиях. Увеличивается за счет ребер. |
| Удельная длина пути утечки (УХЛ) | λ, мм/кВ | Отношение длины пути утечки к наибольшему рабочему напряжению сети. Нормируется в зависимости от степени загрязненности атмосферы (I-IV). |
| Номинальный ток (для проходных) | Iн, А | Длительно допустимый ток через токоведущую часть изолятора. |
| Механическая разрушающая нагрузка | P, кН | Нагрузка (на изгиб, растяжение, сжатие, скручивание), при которой происходит разрушение изолятора. Выбирается с запасом. |
Применение в контексте защиты от поражения током
1. В распределительных устройствах (РУ)
Опорные и проходные изоляторы в ЗРУ и КРУ формируют изолированное основание для шин и аппаратов. Их исправность исключает возможность замыкания на корпус. Критически важна чистота поверхности: загрязнение (пыль, влага) снижает сопротивление поверхности, может привести к перекрытию и возникновению дуги на землю, создавая угрозу для персонала.
2. В воздушных линиях электропередачи
Гирлянды подвесных изоляторов изолируют фазу от заземленной опоры. Количество тарелок в гирлянде выбирается исходя из напряжения, степени загрязненности и климатических условий. Использование изоляторов с недостаточной УХЛ в приморских или промышленных районах приводит к частым перекрытиям и аварийным отключениям.
3. В бытовых и промышленных электроустановках
Изоляционные материалы (ПВХ, полиэтилен, резина) используются в качестве изоляции кабелей, проводов, в корпусах электроинструмента (двойная изоляция), в качестве изолирующих подставок, накладок, колпачков. Здесь изоляция является основным и часто единственным барьером между человеком и токоведущей частью.
Нормирование, испытания и контроль
Требования к изоляторам регламентированы национальными и международными стандартами (ГОСТ, МЭК, IEEE). Обязательным является проведение типовых, приемосдаточных и периодических испытаний.
Тенденции и развитие
Основные направления развития связаны с материалами и системами мониторинга. Широкое внедрение композитных изоляторов продолжается, особенно в условиях интенсивного загрязнения. Разрабатываются «интеллектуальные» изоляторы со встроенными датчиками для контроля механической нагрузки, температуры, утечек тока, что позволяет перейти к обслуживанию по фактическому состоянию (ТоСиМ). Повышаются требования к экологической безопасности материалов.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем принципиально отличается изоляция от изолятора?
Изоляция – это слой диэлектрического материала (на проводе, кабеле), нанесенный непосредственно на токоведущую часть. Изолятор – это отдельное, конструктивно законченное устройство, предназначенное для механического крепления и электрической изоляции токоведущих частей. Изолятор сам по себе состоит из изоляционного материала и часто имеет внутреннюю изоляцию.
Как выбрать тип изолятора для ВЛ в приморском районе?
Для районов с высокой степенью загрязнения (III-IV) необходимо применять изоляторы с повышенной удельной длиной пути утечки (УХЛ). Предпочтение часто отдается полимерным изоляторам с развитой ребристой поверхностью и гидрофобными свойствами, либо подвесным фарфоровым изоляторам с глазурованной поверхностью специального профиля. Обязателен расчет необходимого количества тарелок в гирлянде или длины стержневого изолятора по критерию УХЛ.
Почему полимерные изоляторы могут выйти из строя, и как это диагностировать?
Основные причины отказов: «хрупкое» разрушение стеклопластикового стержня из-за проникновения влаги и кислот при повреждении герметизации (трещины в оболочке); эрозия и старение резиновой оболочки под действием УФ и разрядов; пробой. Диагностика включает визуальный осмотр на наличие трещин, сколов, отслоений, потерю гидрофобности, измерение распределения потенциала по гирлянде, тепловизионный контроль в режиме нагрузки.
Что такое «перекрытие изолятора» и чем оно опасно?
Перекрытие – это электрический разряд по поверхности изолятора, соединяющий токоведущую часть с землей. В отличие от пробоя (сквозного разрушения объема), после перекрытия изолятор может сохранить механическую целостность. Опасность заключается в возникновении дуги на землю, которая может привести к короткому замыканию, отключению линии, повреждению оборудования и созданию шагового напряжения, угрожающего персоналу.
Как часто нужно чистить изоляторы на подстанции?
Периодичность чистки (обмыв, обтирка, нанесение гидрофобных покрытий) устанавливается местной инструкцией и графиком ППР в зависимости от местных условий (загрязненность, солончаковость, промышленные выбросы). Контроль осуществляется визуально и по записям в журнале эксплуатации. Внеплановая чистка проводится при обнаружении значительных загрязнений, снижающих длину пути утечки ниже допустимой.
Допустимо ли использовать бывшие в употреблении изоляторы?
Использование БУ изоляторов в электроустановках выше 1000 В, как правило, не рекомендуется и часто прямо запрещено правилами безопасности. Их электрическая и механическая история неизвестна: возможны микротрещины, снижение разрядных характеристик, скрытые повреждения. Для ВЛ и ОРУ допускается применение снятых с других линий изоляторов только после проведения полного цикла приемо-сдаточных испытаний в электротехнической лаборатории, что часто экономически нецелесообразно.