ИЗОЛЯТОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Особое значение для бесперебойной работы линий электропередач приобретают конструктивные особенности изоляторов. Изоляторы – это электротехнические изделия, которые способствуют изоляции разнопотенциальных частей электроустановки. Кроме того, при помощи изоляторов механически крепятся токоведущие части. Конструктивные особенности изоляторов отличаются значительным разнообразием, специалисты отличают тарельчатые, стержневые и штыревые изоляторы. Изоляторы отличают по виду установки и могут быть опорными, проходными и подвесными. Изоляторы отличаются по месту установки. Поскольку изоляторы устанавливаются на линиях электропередач, то они, несомненно, характеризуются номинальным напряжением, разрядным напряжением, геометрическими параметрами и механическими характеристиками. Все эти характеристики являются основой для работы конструкторов, так как преобразование различных моделей изоляторов способствует повышению надежности деятельности линий электропередач на железной дороге.

Изолятор – это, в своей основе, электроизоляционная конструкция, которая предназначена для крепления и изоляции токоведущих частей.

К современным изоляторам специалисты относят полимерные изоляторы. В конструкцию такого изолятора включают стеклопластиковый стержень или трубу. На трубе закрепляют на концах металлическую арматуру и защитную оболочку с ребрами.

В целом в задачи проектировщиков современных изоляторов касаются:

• повышения эксплуатационной надежности (до 1-10 отказов/год для подвесных изоляторов);
• разработка антивандальных изоляторов,
• разработка изоляторов для контактной сети электрифицированных железных дорог.

При этом, главная задача специалистов – обеспечить надежность электроснабжения. То есть, специалисты особо указывают на необходимость устойчивого функционирования линий электропередач. Так, В.А. Седнев [4, с.140-141] указывает на то, что подвесные изоляторы относятся к основным сооружениям магистральных ЛЭП. Автор указывает на то, что подвесные изоляторы могут быть штыревыми и собираются в гирлянды из нескольких отдельных изоляторов - от 2 до 20 штук в гирлянде. Наибольший ущерб ЛЭП наносится разрушением или падением опор с обрывом проводов, грозозащитных тросов и изоляционных гирлянд. И. А. Ефремова, О. Н. Козменков в своей публикации особое внимание уделяют анализу отказов технических средств в хозяйстве электрификации и электроснабжения железной дороги [3, с.19-21]. Авторы обращаются к необходимости обеспечения бесперебойной работы электрических сетей на железной дороге, ссылаясь на Стратегию развития холдинга «РЖД» на период до 2030 года [6] и Стратегию обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса в холдинге «РЖД» [5], которые разработаны для обеспечения гарантированной безопасности и надёжности перевозочного процесса. Авторы отмечают, что необходимо проводить контроль технических средств, в частности элементов хозяйства электроснабжения.

Основным и приоритетным направлением ОАО «РЖД» является обеспечение и повышение безопасности движения поездов, но из года в год фиксируются крушения, аварии, задержки и сходы поездных составов по практически одним и тем же причинам, что дает предпосылки для совершенствования методик и мероприятий по их устранению.

Следует отметить, что имеются публикации в научной литературе на предмет совершенствования конструктивных особенностей изоляторов. Например, группа авторов описывает работу птицезащитных изоляторов [3]. Авторы отмечают значение изобретения, особо обращая внимание на то, что в структуре отказов контактной сети, отказы по вине изоляторов разделяют «почетное» первое место c повреждениями контактного довода (по 20 % от общего числа отказов), поэтому увеличение нaдeжности контактной сети немыслимо без увеличения надежности применяемых изоляторов.

В связи с этим и в условиях, когда на самом высоком уровне речь идет о внедрении инноваций в деятельность современных компаний, особое внимание должно быть уделено внедрению разработок отечественных ученых. Например, представляет значительный интерес изобретение группы авторов А.М. Хорева и В.В. Смиронова [7]. Авторы предложили использовать изобретение на воздушных линиях связи железнодорожного транспорта или электропередачи в качестве подвески волоконно-оптического кабеля на опорах контактной сети ОАО «РЖД», например, на металлических опорах контактной сети ОАО «РЖД».

Однако, не смотря на имеющиеся разработки новых конструкций изоляторов, можно выделить недостаток большинства конструкций изоляторов - отсутствие доступных методов оперативного контроля состояния внутренней изоляции. Оперативный контроль возможен при использовании подвесных изоляторов из закаленного стекла. Такие изоляторы получили широкое распространение на практике, но они обладают значительными недостатками (слабую гидрофобность и трекингостойкость в сравнении с кремнийорганической резиной полимерных изоляторов,  низкую влагоразрядную характеристику в сравнении с полимерной изоляцией, невозможность изготовления опорной изоляции больших габаритов для подстанций и др.), что заставляет обратить внимание на диагностику состояния изоляции любых изоляционных конструкций, в том числе и полимерных изоляторов.

Для практики эксплуатации воздушных линий железных дорог необходимо простое и недорогое устройство для надежной диагностики состояния изоляции на ранних стадиях ухудшения ее диэлектрических свойств.

Очень важно учитывать возможности неблагоприятных погодных условий, в которых происходит эксплуатация железнодорожных составов. Целью индикатора, в том числе, является обнаружение и устранение существующих и возникающих дефектов высоковольтной изоляции. То есть, особое значение приобретает диагностика состояния опорных подстанционных, опорных линейных и подвесных изоляторов для высоковольтных подстанций и линий электропередачи. В целях диагностики актуально использование индикатора из закаленного стекла, который полностью может быть разрушен в случае пробоя. Такая ситуация будет свидетельствовать о выходе изоляции из строя и нарушении ее изоляционных свойств, так как до своего разрушения индикатор обладает электроизоляционными свойствами.

На рисунке 1 изображен пример индикатора для опорного стержневого полимерного изолятора.

Рисунок 1. Конструкция индикатора для опорного стержневого полимерного изолятора

На рисунке обозначены:

1 – внутренний промежуток индикатора;

2 – металлическая арматура;

3 - опорный стержневой полимерный изолятор 3;

4 – индикатор.

Инновация заключается в особенностях работы индикатора, который представляет собой лист закаленного стекла, электрическая прочность воздушного промежутка 4 которого больше внутренней электрической прочности промежутка А. Если выходит из строя опорный изолятор, который устанавливается  сверху индикатора, то к нему прилагается значительно большее напряжение. При этом, индикатор разрушится на мелкие части, так как его электрическая внутренняя прочность меньше электрической прочности воздушного промежутка, то есть изолятор выйдет из строя.

На рисунке 2 представлена несколько иная конструкция изолятора с индикатором.

Рисунок 2. Индикатор между металлической арматурой

На рисунке  изображен индикатор 1, который установлен между металлической арматурой 2. На рисунке 2 отмечены воздушный промежуток для индикатора 4 и внутренний изоляционный промежуток А. Однако, по сравнению с конструкцией на рисунке 1, индикатор представляет собой диск с закрепленными металлическими оконцевателями для крепления индикатора, а его конфигурация из закаленного стекла такова, что электрическая прочность воздушного промежутка 4 больше электрической прочности внутренней изоляции А.

На рисунке 3 изображен подвесной полимерный изолятор, к которому параллельно подключен индикатор состояния изоляции 1. Индикатор выполнен в виде запаянной колбы из закаленного стекла, внутри которой находятся электроды. Противоположные электроды соединены электрически. Это необходимо для выполнения условия, когда внутренняя прочность индикатора должна быть меньше электрической прочности снаружи по воздуху. В случае выхода из строя изоляции, неохваченной индикатором, все напряжение линии электропередачи будет приложено к участку изолятора, параллельно которому подключен индикатор.

Рисунок 3. Подвесной полимерный изолятор

Так как напряжение пробоя внешнего воздушного промежутка 4 больше напряжения пробоя двух участков А, произойдет внутренний пробой по участку А и индикатор из закаленного стекла разрушится. Участок изолятора, параллельно которому был подключен индикатор, будет продолжать работать до момента обнаружения поврежденного изолятора и его плановой замены.

Таким образом, предлагаемые конструкции изоляторов основаны на использовании электроизоляционного закаленного стекла.  Во всех случаях, в случае проблем в электрической сети индикатор полностью разрушается, что свидетельствует об этой проблеме и обращает внимание сотрудника по обслуживанию подвесной линии на железной дороге. В отличие от имеющихся стеклянных изоляторов  электрическая прочность индикатора меньше, чем электрическая прочность расстояния между местами приложения к нему потенциалов, то есть индикатор состояния высоковольтной изоляции, выполненный из закаленного электротехнического стекла при снижении диэлектрических свойств контролируемой изоляции разрушается в результате внутреннего пробоя, сигнализируя о выходе из строя контролируемой изоляции ,тем самым решая проблему ранней диагностики.

Список литературы:

1. Федеральный закон № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». СПС Консультант плюс [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www. consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978/. (Дата обращения: 07.11.2019);
2. Ефремова И.А., Козменков О.Н., Определение основных отказов и неисправностей в работе хозяйства электрификации и электроснабжения на железной дороге с разработкой мероприятий по их снижению // Вестник транспорта Поволжья/ 2018 - № 4 (70) – с.19-21
3. Квашнин М.В., Дубинников З.Х., Колмаков В. О., Птицезащитные изоляторы // Научно-практический электронный журнал Аллея Науки/ 2018 - №9(25) [Электронный ресурс] Режим доступа: Alley-science.ru (Дата обращения 10.11.2019)
4. Седнев В.А. Инженерно-технические мероприятия по подготовке электроэнергетических сооружений и систем к устойчивому функционированию // Технологии техносферной безопасности/ 2019 - № 1(83) – с.140-141
5. Стратегия обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса в холдинге «РЖД». Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 08.12.2015 № 2855р // Доступ из справочно правовой системы «КонсультантПлюс» [Электронный ресурс] (дата обращения: 10.11.2019)
6. Стратегия развития холдинга «РЖД» на период до 2030 года. Утв. решением совета директоров ОАО «РЖД» от 23.12.2013 № 19 [Электронный ресурс] Режим доступа:  http:/doc.rzd.rn (дата обращения: 10.11.2019)
7. Хорев А.М., Смирнов В.В. Узел подвески волоконно-оптического кабеля на опорах контактной сети участков железных дорог. Патент на полезную модель RUS 163555 09.02.2016 [Электронный ресурс] Режим доступа: https://elibrary.ru/query_results.asp (Дата обращения 10.11.2019)