Кіріспе
Қуат электр жүйесінде, изолятор – электр тогын өткізгіштің, мысалы, трансформатор немесе автоматты ажыратқыш корпусы сияқты тоқ өткізгіш кедергі арқылы қауіпсіз өтуіне мүмкіндік беретін қуыс электр оқшаулағыш құрылғы. Изоляторлар көбінесе фарфордан жасалады, бірақ басқа оқшаулағыш материалдар да қолданылады.
In electric power, a bushing is a hollow electrical insulator that allows an electrical conductor to pass safely through a conducting barrier such as the case of a transformer or circuit breaker without making electrical contact with it. Bushings are typically made from porcelain, though other insulating materials are also used.
Түсіндірме
Электр заряды бар барлық материалдар электр өрісін жасайды. Қуаттандырылған өткізгіш, жерге қосылған материалға жақын болғанда, өте жоғары өріс күшін тудыруы мүмкін, әсіресе өріс сызықтары жерленген материалдың айналасында тік бұрылуға мәжбүр болған жерде. Бұрандау өрістің пішіні мен күшін реттейді және оқшаулағыш материалдағы электрлік кернеуді азайтады.
Бұшақ конденсаторы
Бұранда жерленген материалдың қатысуымен оқшаулауда туындайтын электр өрісінің күшіне төтеп бере алатындай етіп жобалануы тиіс. Электр өрісінің күші артқан сайын, оқшаулау ішінде ағып кету жолдары пайда болуы мүмкін. Егер ағып кету жолының энергиясы оқшаулаудың диэлектрлік беріктігін басып өтетін болса, ол оқшаулауды бұзып, электр энергиясының ең жақын жерленген материалға өтуіне мүмкіндік береді, соның салдарынан күю және доға пайда болады. Типик бұранда конструкциясы өткізгіштен тұрады, әдетте мыс немесе алюминийден жасалған, кейде басқа өткізгіш материалдардан да жасалуы мүмкін, және терминалдық ұштарын қоспағанда, оқшаулаумен қоршалған. Шинаның (busbar) жағдайында өткізгіш терминалдары шинаны оның орнында ұстап тұрады. Бұранда болған жағдайда, оқшаулауды бекіту үшін бекіту құрылғысы да орнатылады. Әдетте, бекіту нүктесі оқшаулаудың бір бөлігі болып табылады немесе оқшауланған беттің бір бөлігін қоршап тұрады. Бекіту нүктесі мен өткізгіш арасындағы оқшауланған материал ең жоғары кернеуге ұшырайтын аймақ болып табылады. Кез келген электр бұрандасының конструкциясы оқшауланған материалдың электрлік беріктігінің өткізгіш арқылы өтетін "электр энергиясына" төтеп бере алатындай, кез келген жоғары кернеуге ұшырайтын аймақтар арқылы қамтамасыз етілуі тиіс. Ол сондай-ақ, қалыпты үздіксіз қызметтік кернеумен қатар, кездейсоқ және ерекше жоғары кернеу моменттеріне де төтеп бере алуы керек, өйткені ағып кету жолдарының пайда болуын және дамуын бақылайтын – ток емес, кернеу. Оқшауланған бұрандаларды ішкі немесе сыртқы ортада орнатуға болады, ал оқшаулаудың таңдалуы орнату орнына және бұрандадағы электрлік қызметтің түріне байланысты болады. Бұранданың көп жылдар бойы сәтті жұмыс істеуі үшін оқшаулау өз құрамы мен конструкциялық пішіні бойынша тиімді болуы керек және оның өміршеңдігінің кілті болып табылады. Сондықтан бұрандалар материал мен дизайн стилі жағынан айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін.
Порцелан оқшаулау
Алғашқы бұрандалы конструкциялар ішкі және сыртқы қолданулар үшін фарфорды пайдаланады. Фарфор бастапқыда ылғалға өткізбейтін қасиеттері, күйдірілген глазурьмен бекітілгеннен кейін, және төмен өндірістік құны үшін қолданылған. Фарфордың басты кемшілігі – оның сызықтық кеңею шамасының аздығы, икемді тығыздамалар мен массивті металл бөлшектерін пайдалануды талап етеді, бұл екеуі де өндіріс және пайдалану кезінде қиындықтар тудырады. Типик фарфор бұрандасы – қабырға немесе металл корпусқа орналасатын, өткізгіштің ортасынан өтуіне және екі басында басқа жабдықтарға қосылуына мүмкіндік беретін қуыс фарфор пішіні. Осындай бұрандалар көбінесе ылғал процесімен күйдірілген фарфордан жасалады, содан кейін глазурь жағылады. Бұранда бойындағы электр потенциалы градиентін теңестіруге көмектесетін жартылай өткізгіш глазурь қолданылуы мүмкін. Фарфор бұранданың ішкі жағы көбінесе қосымша оқшаулау үшін маймен толтырылады және осы конструкциядағы бұрандалар 36 кВ дейін кеңінен қолданылады, онда жоғары ішінара разрядтарға рұқсат беріледі. Егер IEC 60137 стандарты бойынша ішінара разрядтарға сәйкес болу қажет болса, қағаз және шайыр оқшауланған өткізгіштер фарформен бірге, жылытылмаған ішкі және сыртқы қолдануларда қолданылады. Жоғары кернеуде қолдану үшін шайыр (полимерлік, полимерлі, композиттік) оқшауланған бұрандалар жиі қолданылады, бірақ көптеген жоғары кернеулі бұрандалар әдетте өткізгіштің айналасында шайырмен сіңдірілген қағаз оқшаулаудан жасалады, сыртқы және кейде ішкі жағында фарфор немесе полимерлік ауа райынан қорғайтын элементтерімен.
Қағаз оқшаулау
Оқшаулаудың тағы бір ерте түрі қағаз болды, алайда қағаз ғылымға сыймайтын және ылғалды сіңіретін, бұл оның зиянды екенін көрсетеді, сондай-ақ икемсіз сызықтық пішіндерге байланысты кемшіліктері бар. 1960 жылдан бері құймалы шайыр технологиясы оқшауланған өнімдерде басымдыққа ие, себебі ол пішіннің икемділігімен және жоғары диэлектрлік беріктігімен ерекшеленеді. Әдетте, қағаз оқшаулау кейіннен маймен (тарихи тұрғысынан) немесе қазіргі кезде жиі шайырмен сіңдіріледі. Шайыр қолданған жағдайда, қағаз фенолді шайырмен пленкаға жабылып, синтетикалық шайырмен байланысқан қағазға (SRBP) айналады, немесе құрғақ ораудан кейін эпоксидті шайырмен сіңдіріліп, шайырмен сіңдірілген қағаз немесе эпоксидті шайырмен сіңдірілген қағазға (RIP, ERIP) айналады. SRBP оқшауланған изоляторлар әдетте 72,5 кВ дейін кернеуде қолданылады. Дегенмен, 12 кВ жоғары кернеуде сыртқы электр өрісін бақылау және қағаз оқшаулаудың диэлектрлік беріктігін төмендететін ішкі энергияны теңестіру қажет. Қағазбен оқшауланған изоляторлардың жұмысын жақсарту үшін орау процесінде металл фольгалар енгізілуі мүмкін. Олар пайда болатын электр өрістерін тұрақтандырады және сыйымдылық әсерін пайдаланып, ішкі энергияны біркелкілендіреді. Осы мүмкіндік конденсаторлық/сыйымдылықты изолятордың жасалуына әкелді. Конденсаторлық изолятор орау процесінде қағазға өте жұқа металл фольга қабаттарын енгізу арқылы жасалады. Енгізілген өткізгіш фольгалар сыйымдылық әсерін тудырады, бұл электр энергиясын оқшауланған қағаздың ішінде біркелкі таратып, қуатты өткізгіш пен жерге қосылған материал арасындағы электр өрісінің күшін азайтады. Конденсаторлық изоляторлар бекіту жиегінің айналасында фольгасыз конструкцияларға қарағанда әлдеқайда әлсіз электр өрісін тудырады және шайырмен сіңдірумен қолданылғанда, бір миллионнан астам вольт жұмыс кернеуінде сәтті қолданылатын изоляторларды жасауға мүмкіндік береді.
Резинді оқшаулау
1965 жылдан бері шайыр материалдары ең жоғары кернеуге дейінгі барлық типтегі бұталар үшін қолданылып келеді. Құю арқылы жасалатын изоляцияны пайдаланудың ыңғайлылығы көптеген өнімдерде қағаз изоляциясын ығыстырып, қазіргі изоляциялық бұталар нарығында басымдыққа ие. Қағаз изоляциясындағыдай, электр өрісін басқару маңыздылығын сақтайды. Шайыр изоляциясының диэлектрлік түзілу кернеуі қағазға қарағанда жоғары, сондықтан 25 кВ-тан төмен кернеуде кернеуді басқаруды азайтуға болады. Дегенмен, кейбір ықшам және жоғары қуатты коммутациялық жабдықтардың конструкциялары бұрынғыға қарағанда бұталарға жақын жерленген материалдарды орналастырған, сондықтан мұндай конструкцияларда 12 кВ кернеуде жұмыс істейтін шайыр бұталарында кернеуді басқару экраны қажет болуы мүмкін. Бекіту нүктелері көбінесе негізгі шайыр формасымен біріктірілген, бұл қағаз бұталарында қолданылатын металл фланцтарға қарағанда жерленген материалдармен жұмыс істеуді жеңілдетеді. Алайда, шайыр изоляцияланған бұталардың конструкциясында ішкі құю арқылы жасалған экрандарды пайдаланғанда, электр өрісін басқарудың тиімділігі құю процесінде экрандардың айналасындағы шайырдағы микро-қуыстарды жою қиындықтарынан туындаған ішінара разрядтың артуымен теңестірілмеуі керек. Шайырдағы қуыстарды жою қажеттілігі кернеудің өсуімен бірге артады, сондықтан 72,5 кВ-тан жоғары кернеулі бұталар үшін шайырмен сіңдірілген, фольгаланған қағаз изоляциясына қайта оралу жиі кездеседі.
Бұрандау бұзылуы
Кейде изоляторлар ішінара разрядтан зақымдануы мүмкін. Бұл көбінесе көп жылдық жұмыс кезінде изоляцияның баяу және прогрессивті тозуына байланысты болады; алайда, жақсы изоляторды бірнеше сағаттың ішінде жоятын жедел тозу да болуы мүмкін. Қазіргі уақытта электрмен жабдықтау саласы жоғары кернеулі изоляторлардың жағдайын қадағалауға үлкен қызығушылық танытуда. Дегенмен, кейбір изоляторлар қызмет етудің басында істен шығуы кернеуді басқаруға немесе қажетті техникалық қызмет көрсетуді жүргізбеуге байланысты, ал басқалары – өндірістегі бастапқы ақауларға байланысты туындайды. Бұл пікірге бүкіл әлемдегі изоляторлардың аздаған саны куә болады.
Электрлік және құрылымдық талдау
Жаңа жабдықта / орналасқан жерде қолдануға бұранданы жарамды деп тану үшін әдетте шекті элементтер әдісімен талдау жүргізіледі. Бұл жоғары кернеулі өткізгіштердің айналасындағы бұрандаларға ерекше қатысты. Электрлік талдау көбінесе өткізгіштің айналасындағы электр өрісінің қалыптасуына және бұранда пішінінің осы өріске қалай әсер ететініне бағытталды. Құрылымдық талдау бұранданың көтере алатын жүктемелерді (жел, қар, жер сілкінісі, жаңбыр және т.б.) ескереді.