Впервые в России: стеклянный штыревой изолятор на 20 кВ

Традиционно для изоляции высоковольтных проводов на напряжение 10-20 кВ применяются штыревые изоляторы.

Все штыревые изоляторы в России до 2005 года изготавливались из фарфора. Фарфор является наиболее древним электроизоляционным материалом. До 70?х годов прошлого века все изоляторы изготавливались из фарфора. Основной областью применения электротехнического фарфора было изготовление подвесных тарельчатых изоляторов типа ПФ-6, ПФ-70, ПФ-12 и др. С разработкой в 1970-х годах стеклянных изоляторов фарфор стал все меньше применяться в качестве электроизоляционного материала. Последние исследования выявили неизбежное старение фарфора и возникновение микротрещин в электроизоляционном теле. Этого недостатка полностью лишены изоляторы из электротехнического стекла.

При возникновении мельчайших внутренних дефектов происходит полное разрушение стеклянной детали. При этом сам изолятор остается механически прочным.

В стеклянном изоляторе исключено возникновение микротрещин и других дефектов. В настоящее время сложно найти на высоковольтных линиях 11-750 кВ подвесные фарфоровые тарельчатые изоляторы. Однако на линиях электропередачи 10-20 кВ до последнего времени наиболее массовым изолятором оставался штыревой фарфоровый изолятор ШФ-10, ШФ-20.

Ситуация изменилась, когда Лыткаринский арматурно-изоляторный завод в 2005 году освоил производство стеклянного изолятора ШС-10Д. На заводе при освоении было многое сделано впервые в России. Например, впервые в России было сварено электротехническое стекло малощелочного состава С-9, идентичного применяемому составу для высоковольтных изоляторов во Франции. Для производства высоковольтных изоляторов впервые была запущена автоматизированная, роботизированная линия немецкого производства. Впервые при варке электротехнического стекла было применено принудительное перемешивание для лучшего осветления стекломассы, впервые был произведен штыревой стеклянный изолятор в России.

Преимущества нового изолятора первыми оценили специалисты нефтегазового сектора. Они первыми применили этот тип изоляторов в проектах для вдольтрассовых линий электропередачи, а именно там, где очень сложно обслуживать и где требуется надежность работы электрической изоляции в сложных климатических и природных условиях. Изолятор использовался для класса напряжения 10 кВ; на линии электропередачи 20 кВ изолятор был не рассчитан. С 2005 года завод выпустил более миллиона изоляторов этого типа.

Успешное применение и опыт эксплуатации стеклянных изоляторов на напряжение 10 кВ типа ШС-10Д и пожелания электроэнергетиков дали возможность Лыткаринскому арматурно-изоляторному заводу в начале 2009 года разработать и освоить высоковольтный стеклянный изолятор на 20 кВ типа ШС-20Д. Изолятор сразу нашел применение не только у нефтегазовых компаний. Возможность применения на класс напряжения 20 кВ, а также возможность прямой замены изоляторов ШФ-20 на современные стеклянные сделала этот изолятор популярным у электроэнергетиков во всех районах нашей страны.

Неоспоримым преимуществом стеклянных изоляторов является:
• отсутствие скрытых дефектов внутри изоляционного тела. Каждый изолятор проходит оптический контроль на отсутствие пузырьков в силовой головке изолятора;
• контроль изоляторов на угол поляризации проходящего света позволяет гарантировать отсутствие внутренних напряжений, стабильные электроизоляционные свойства, недостижимые в керамике;
• стеклянные изоляторы не стареют, в теле изолятора со временем не появляются микротрещины;
• стеклянные изоляторы можно быстро идентифицировать на линии при их выходе из строя.

Автоматизированное производство методом прессования стеклянной массы является высокопроизводительным. Ручной труд полностью исключен. Производство же фарфорового изолятора методом обточки валюшки производится вручную. Это позволяет значительно снизить стоимость стеклянного изолятора.

Лыткаринский арматурно-изоляторный завод в настоящее время разрабатывает штыревые изоляторы из закаленного стекла с возможностью сигнализации о месте пробоя на линии электропередачи. Разрабатываются также изоляторы, совмещенные с ограничителями перенапряжения для эффективной защиты линий 10?20 кВ от ударов молний во время грозового периода.

Приглашаем все заинтересованные организации к сотрудничеству.

Изоляторы типа ШПУ

В 2005 году арматурно-изоляторный завод (город Лыткарино) по заказу предприятий нефтегазового сектора освоил производство полимерных изоляторов
типа ШПУ.

При их разработке ставилась задача создания высоконадежных штыревых изоляторов, отвечающих высоким требованиям по электрической, термической, эрозионной, механической и дуговой стойкости, способных работать длительное время без затрат на обслуживание ВЛЭП, легких и удобных в монтаже. В фарфоровых изоляторах до 33 процентов выхода их из строя, как правило, связано с силовым узлом в месте соединения металлического штыря и фарфора. В усиленных полимерных изоляторах ШПУ использованы не только новые материалы, но и новые конструктивные решения, ранее нигде в мире не применявшиеся. Найденные технические решения заложили основу для создания на заводе нового класса полимерных подвесных и проходных изоляторов.

В результате научных исследований было создано «квазитвердое» состояние кремнийорганической резины при больших давлениях, что позволило заменить в изоляторах твердые диэлектрические материалы (стекло, фарфор, стеклопластик) на силиконовую резину. «Твердые» механические свойства резины, необходимые для безаварийной работы всей конструкции изолятора, достигаются благодаря тому, что резина между колпаком и штырем находится в напряженном сжатом состоянии. Механическую нагрузку от металлического колпака вниз и в стороны воспринимает металлический штырь через слой сжатой резины. В этом случае работа изоляционного тела аналогична работе сайлентблока в автомобильной подвеске.

В изоляторе ШПУ резина находится под большим давлением между колпаком и металлической трубой. Изолятор имеет минимально возможное количество деталей: металлическую трубу, надеваемую на штырь траверсы, которая заземлена, диэлектрическую трекингостойкую прокладку из силиконовой резины и металлического колпака, на котором монтируются провода под электрическим потенциалом. Термическая стойкость такого изолятора составляет более 350 градусов, и ограничена только термостойкостью силиконовой резины и температурой плавления металла колпака и металла трубы. Такая термическая стойкость недостижима ни одним традиционным изолятором.

Материалы, конструкции и методы монтажа выпускаемых заводом ШПУ защищены патентами на изобретения: № 2293388 «Высоковольтный штыревой изолятор», приоритет 14.06.2005 года, № 2291506 «Штыревой изолятор», приоритет 10.03.2006 года, № 2301470 «Штыревой полимерный изолятор», приоритет 20.07.2005 года, № 2319243 «Штыревой изолятор с креплением провода спиральной вязкой», приоритет 19.09.2006 года, № 2319244 «Штыревой изолятор со спиральной упругой проволокой для крепления провода», приоритет 14.09.2006 года, № 2320043 «Спиральный зажим с резьбовым креплением к штыревому изолятору» от 08.11.2006 года, № 2323495 «Штыревой кремнийорганический изолятор и способ его крепления на траверсу», приоритет 05.12.2006 года, № 2332740 «Штыревой кремнийорганический изолятор с оконцевателем», приоритет 13.12.2006 года.

Конструкция изолятора ШПУ позволяет отказаться от традиционных способов крепления изоляторов на штырях траверсы с помощью пропитанной суриком пакли или полиэтиленовых колпачков. Необходимость их применения была вызвана разнородностью материала штыря и изолятора (металла и фарфора), различными коэффициентами их термического расширения, невозможностью изготовления точной по размерам резьбы в фарфоровых изоляторах из?за их усадки во время обжига, хрупкостью фарфора и стекла.

Электроизоляционная деталь нового изолятора типа ШПУ сама является демпфирующей прокладкой, компенсирующей возможные разные коэффициенты температурного расширения материала колпака и трубы. Вследствие этого изолятор может выдерживать перепады температуры до 300 градусов, что на порядок выше, чем у всех существующих изоляторов. Монтаж изоляторов типа ШПУ осуществляется надеванием металлической трубы изолятора на штырь и затягиванием винта стягивающего хомута. Время монтажа не превышает 30 секунд. Упругие свойства изолятора и отсутствие хрупких деталей позволяют транспортировать изоляторы без боя. Уменьшение их веса дает экономию на транспортных расходах. Применение кремнийорганической оболочки из силиконовых резин позволяет применять изоляторы в регионах холодного климата.

Изоляторы применяются при ремонте линий электропередачи на напряжение 10-20 кВ взамен фарфоровых изоляторов типа ШФ-20. Монтаж изоляторов производится на те же штыри, на которых были установлены изоляторы ШФ-10, ШФ-20. Высокая надежность и долговечность подтверждены опытом эксплуатации. Возможность применения в труднодоступных районах делает изоляторы незаменимыми для использования в нефтяной и газовой промышленности. Более высокая стоимость изоляторов ШПУ в сравнении окупается уже на этапе монтажа, в дальнейшем их экономический эффект будет расти благодаря сокращению расходов на обслуживание.