Основные характеристики фарфоровых изоляторов

Свойства фарфоровых изоляторов высокого напряжения оцениваются по их электрическим и физико-механическим характеристикам. Одной из важнейших электрических характеристик является их сухоразрядное напряжение. Оно представляет напряжение, приложенное к электродам изолятора (арматуре), при котором по поверхности изолятора наступает искровой разряд.

Название «сухоразрядное» характеризует уровень напряжения, при котором происходит электрический разряд в воздухе по «сухой» поверхности изолятора, при нормальных условиях (температура 20±5°С, давление 760 мм рт. ст. и относительная влажность воздуха 65±5%). Второй электрической характеристикой, важной для изоляторов наружных установок, является мокроразрядное напряжение, т. е. напряжение, при котором происходит перекрытие изолятора при воздействии на него струй дождя, падающих под углом 45° к горизонту. При этом сила дождя должна быть равной 5 мм/мин, а удельное объемное сопротивление воды в пределах 9,5—10,5 ком-см при 20°С. При измерении мокроразрядного напряжения изолятор должен находиться в нормальном рабочем положении, например, штыревой изолятор устанавливается на траверсе в вертикальном положении, а на его шейке закрепляется отрезок провода определенных размеров.

Мокроразрядное напряжение всегда меньше сухоразрядного, так как участки поверхности изолятора, смачиваемые дождем, естественно снижают величину разрядного напряжения. Разряд будет происходить только в промежутках, где поверхность изолятора не смачивается дождем благодаря защитному действию выступающих крыльев изолятора.

Третьей электрической характеристикой изоляторов высокого напряжения является их пробивное напряжение, при котором изолятор пробивается. Пробой происходит через толщу изолятора, соединяя его электроды (например, у подвесного изолятора шапку и стержень). Путь пробоя в фарфоре представляет собой сквозной канал, заполненный стекловидной массой, способной проводить ток. В результате пробоя чаще всего наступает полное повреждение изолятора. Пробивное напряжение изолятора выше его сухоразрядного и тем более мокроразрядного напряжения.

Рассмотренные электрические характеристики изоляторов определяются на переменном напряжении промышленной частоты (50 гц). Кроме этих характеристик, у изоляторов определяются импульсные разрядные характеристики при 20 ±5° С при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и при относительной влажности 65±5%; Для этого к электродам, т. е. к арматуре изоляторов, прикладываются волны быстро возрастающего напряжения. Время возрастания волны напряжения до своего максимального (амплитудного) значения исчисляются миллионными долями секунды (микросекунды). При какой-то амплитудной величине заданной волны напряжения наступает искровое перекрытие. При этом измеряется амплитуда приложенной к изолятору волны напряжения.

Обычно изоляторы испытывают при полной и срезанной (деформированной) волне напряжения. Эти испытания имеют большое значение для линейных изоляторов (штыревые, подвесные), подвергающихся воздействиям волн перенапряжений, возникающих иногда на линиях электропередач. Значения рассмотренных выше электрических характеристик определяются размерами и формой изоляторов, а также качеством материала, из которого они изготовлены.

Кроме перечисленных электрических характеристик, для полной оценки пригодности того или иного изолятора необходимо еще знать его механические и некоторые физические характеристики. Для оценки механической прочности изоляторов у них определяются разрушающие усилия (нагрузки). Так, при определении величины разрушающей нагрузки подвесного изолятора к его шапке и стержню прикладывается растягивающее усилие, которое плавно увеличивают до полного или частичного разрушения изолятора.

При механических испытаниях опорных, опорно-штыревых и проходных изоляторов к ним (к колпачку или шапке) прикладываются изгибающие усилия. Сами изоляторы (опорно-штыревые) надежно закрепляются фланцем или штырем. При этом усилия также доводятся до значений, при которых наступает полное или частичное разрушение фарфорового элемента изолятора или его арматуры. Разрушающие усилия не должны быть ниже значений, установленных ГОСТ для данного типа изолятора. Кроме механических характеристик, у изоляторов определяют еще термостойкость и пористость их черепка.

Очень важной характеристикой изоляторов является их термостойкость. По этой характеристике оценивают сопротивляемость изолятора резкому изменению температур. Это особенно необходимо для изоляторов, предназначенных для работы в наружных установках. Термостойкость изоляторов оценивается двукратным нагревом и охлаждением изолятора в воде при разности температур горячей и холодной воды в 70° С. После этого испытания изоляторы должны выдерживать без повреждений трехминутное воздействие напряжения, при котором на поверхности изолятора образуется непрерывный поток искр.

Пористость черепка (тела) изолятора тщательно определяют, так как наличие ее в изоляторе может привести к преждевременному пробою. Для определения отбирают куски фарфора из наиболее толстых участков стенки изолятора. Их подвергают пропитке в 0,5%-ном растворе фуксина в этиловом спирте в течение 24 ч при атмосферном давлении. В результате этого испытания в черепке фарфора не должны наблюдаться окрашенные прожилки, проникающие в глубь фарфорового черепка на глубину не более 0,5 мм.

Приведенных характеристик изоляторов достаточно, чтобы понять, насколько серьезны требования, предъявляемые к этим фарфоровым конструкциям.

Производство фарфоровых изоляторов требует большого внимания, а главное хорошо подготовленных кадров: керамиков и электриков, специализирующихся в области электрической изоляции. Наряду с этим должны тщательно разрабатываться составы фарфоровых масс и глазурей, а также технологические процессы изготовления изоляторов, в особенности режимы их сушки и обжига.