SREDNJA STRUKOVNA ŠKOLA

TOMISLAVGRAD

Mario Andrić

IZOLATORI U ELEKTROENERGETSKIM

POSTROJENJiMAMaturalni rad

Mentor: Stanko Čamber

Tomislavgrad, 2015.

SADRŽAJ

UVOD...........................................................................................................................3

1. IZOLATORI.............................................................................................................4

2. PROVODNI IZOLATORI..........................................................................................7

3. POTPORNI IZOLATORI..........................................................................................10

4. VISEĆI IZOLATORI...............................................................................................13

ZAKLJUČAK.............................................................................................................15

POPIS LITERATURE..................................................................................................16

POPIS SLIKA.............................................................................................................17

2

UVOD

Električni izolator je materijal u kojem nema slobodnih nosilaca električnog naboja, pa

zbog toga vrlo slabo vodi električnu struju. U ovom radu ćemo obraditi sve što je bitno kako

bismo bolje razumjeli važnost izolatora u elektroenergetskim postrojenjima. U radu smo

obradili 4 poglavlja. Prvo poglavlje smo posvetili općenitim stvarima koje se tiču izolatora, u

prvom pogledu podjele, definicije te svojstava,a i funkcija. Drugo poglavlje rada nam opisuje

provodne izolatore. Sljedeće poglavlje tj. Treće dotiče se stvari vezanih za potporne izolatore,

te naravno posljednje poglavlje, točnije četvrto, je rezervirano za viseće izolatore.

3

1. IZOLATORI

Električni izolator je materijal u kojem nema slobodnih nosilaca električnog naboja, pa

zbog toga vrlo slabo vodi električnu struju. Izolatori su u širokoj uporabi u tehnici, od

porculanskih visokonaponskih izolatora za visokonaponske vodove, preko izolacijskih

materijala kojima se presvlače električni vodiči, do raznih umjetnih materijala za kućišta

električnih uređaja i alata, tijela elektroinstalacijskog materijala, izolacije rastavljača u

rasklopnim uređajima jake struje, ploča za izradu tiskanih pločica za elektroniku, izolirajućih

folija za izradu kondenzatora i dr. U izuzetnim slučajevima,kada se zahtijeva vrlo velika

mehanička čvrstoća, upotrebljavaju se steatitni izolatori.Tijelo porculanskog izolatora izrađuje

se od smjese kaolina (oko 50%), kvarca (oko25%) i gline (25%). Masa dobijena od tih

sirovina, primjenom više operacija, seoblikuje, suši i glazira. Tijelo staklenog izolatora

dobija se presovanjem istopljenehomogene mase, a zatim se oplemljenjuje.Postoji više vrsta

izolatora poput potpornih, zvučnih, žičanih, visećih, transformatorskih itd.

Slika 1. Izolatori.

4

Funkcija izolatora mogu biti:

–međusobno električno odvajanje vodova pod naponom,

–električno odvajanje vodiča od stuba i njegovih uzemljenih dijelova,

–težinu vodova i dodatnog tereta prenose na stub.

Da bi izolatori odgovarali svojoj namjeni od njih se zahtijevaju sljedeća svojstva:

-Da imaju visoku izolacionu moć, što se postiže na taj način da se onemogući apsorpcija

vode.

-Da imaju veliku mehaničku čvrstoću, jer su opterećeni silama energetskihvodova. To se

postiže pravilnim izborom strukture materijala od kojeg se izrađuju.

-Da su otporni na sve hemijske uticaje. U tu svrhu se površina izolatora prevačiglazurom,

tako da vlaga, so i hemijski gasovi ne prijanjaju lahko za njih.Glazura treba da je glatka, bez

pukotina i otporna na hemijske uticaje. Spojglazure sa porculanskim tijelom izolatora

mora biti homogen.

-Da su neosjetljivi na iznenadne promjene temperature okoline kojima suenergetski vodovi

izloženi.

- ekonomični.

Što se tiče nosača izolatora, možemo reći da za pričvršćivanje izolatora na stub, drvo, zid ili

konzolu upotrebljavaju se čelični nosači izolatora. Oni moraju biti pocinkovani ili nekim

premazom pouzdano zaštićeni od korozije. Nosači izolatora se dijele na nosače izolatora za

niski napon i nosače izolatora za visoki napon. Za pričvršćivanje NN potpornih izolatora na

drveni stub ili zid koriste se tri tipa savijenih nosača izolatora sa oznakom NSN, i to:

- nosači tipa E za uvrtanje u drvo,

- nosači tipa F za pritezanje navrtkom,

- nosači tipa G za učvršćivanje u zid.

Nosači sva ova 3 tipa izrađuju se u dvije veličine, i to: NOSAČI TIPA NSN16, koji se

upotrebljavaju za izolatore, N80 i nosače tipa NSN19 koji se upotrebljavaju za izolatore N95.

5

Za pričvršćivanje niskonaponskih izolatora na konzole primjenjuju se pravi nosači sa

oznakom NPN. Pravih nosača ima dva tipa, i to:

-nosači tipa A, koji se postavljaju na konzole nosećih stubova,

-nosači tipa B, koji se postavljaju na konzole zateznih stubova.

Nosaći tipa A izrađuju se u dvije veličine, i to: nosaći tipa NPN16 za izolatore N80 i

nosaći tipa NPN19 za izolatore N95. Nosaći izolatora tipa B izrađuju se u 2 veličine:

NPN16 za izolatore N80 i NPN19 za izolatore N95. S obzirom na visinu konzole za

pričvršćivanje u svakoj veličini predviđene su po 2 dužine. Za postavljanje zateznih valjkastih

izolacija upotrebljavaju se stremeni. Izrađuju se 2 tipa stremena, i to: prav stremen sa

oznakom SP i kosi stremen sa oznakom SK.

Slika 2. Na slici prikazana su sva tri tipa savijenih nosača izolatora

6

Najčešće se izrađuju od porculana, steatita, silikona (u novije vrijeme lagani). Sada ćemo

objasniti glavne tri skupine izolatora a to su: potporni, viseći i provodni.

2. PROVODNI IZOLATORI

Provodni izolatori imaju ulogu da izoluju neizolovane provodnike od zida ili

metalanih delova u postrojenjima. Koriste se pri prolazu provodnika iz jedne prostorije u

drugu, iz jednog dela oklopljenog postrojenja u drugi ili iz postrojenja u slobodan prostor.

Mogu biti za unutrašnju montažu i oni kod kojih je bar jedna polovina napolju. Mogu biti za

okrugle provodnike i za

pljosnate provodnike. Oznaka provodnih izolatora se sastoji od pet simbola:

1. prvi simbol je slovo D i predstavlja opštu oznaku za provodne izolatore;

2. drugi simbol je slovo B ili C i predstavlja prelomnu silu izolatora;

3. treći simbol može biti slovo F i znači da se izolator dovodi u

prostoriju spolja;

4. četvrti simbol je broj i predstavlja napon izolatora u kV;

5. peti simbol je broj i predstavlja naznačenu struju u A.

Dva tipa: obje polovine unutar prostorija (a), barem jednom polovinom na otvorenom (b)

Razlikujemo provodne izolatore za okrugle vodiče te provodne izolatore za plosnate vodiče.

Slika 3. Provodni izolatori za plosnate vodiče

7

Razlikujemo: provodne izolatore za okrugle vodiče

provodne izolatore za plosnate vodiče obje polovine unutar prostorije (a)barem jedna polovina

na slobodnom (b)

Slika 4. provodne izolatore za okrugle vodiče

Izbor provodnih izolatora:

8

a) nazivni napon

b) maksimalna trajna struja u normalnom pogonu

c) mehaničko naprezanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

d) zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

Izvedba:

-za nazivne struje: 200, 400, 600, 1000, 1500 i 2000 A.

-Kontrola provodnih izolatora s obzirom na zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

provodi se na jednak način kao i za sabirnice.

- Za veće struje koriste se provodni izolatori s vodičima plosnatog presjeka.

Radi velikog kraka sile na provodni izolator proizvode se samo izolatori grupa B (Fp0=7358

N) i grupa C (Fp0=12273 N). Određivanje dopuštene sile (Fp) na provodni izolator provodi se

na jednak način kao i u slučaju potpornih izolatora.

Provodni izolatori su kompatibilni sa svim kabelskim završecima, konstruiranim za takav

način priključenja.

Slika 5. Provodni izolator

Slika 6. Provodni izolator

9

Keramički provodni izolatori se ugrađuju na primaru transformatora, čime se reducira broj

ugrađenih komponenti potrebnih za izvedbu stupne transformatorske stanice. Prednosti

korištenja provodnih izolatora su: potpuno izolirani osigurači i spojno mjesto, jednostavna

montaža i demontaža, visoka mehanička dielektrična čvestoća, otpornost na UV-zračenje,

nepotrebno naknadno održavanje. Provodni izolator je vrlo važan element elektroenergetskih

postrojenja kao sastavni dio energetskih i mjernih transformatora te mrežnih prekidača. On

može biti uzrok vrlo skupih kvarova jer mu je životni vijek samo trećina vijeka

transformatora. Mogućnosti kvara u dugom trajanju između dva periodična ispitivanja nosi

veliki rizik i potrebno ga je smanjiti. Mjerenje faktora gubitaka se može odrediti kada neki

izolator treba mijenjati i prijeti li nam opasnost zbog toga kvara.

3. POTPORNI IZOLATORI

Potporni izolatori nose sabirnice i ostale neizolovane provodnike u postrojenju. Oni

izoluju provodnike od uzemljenih dijelova i preuzimaju na sebe sile koje djeluju na sabirnice

pa se biraju na osnovu tih sila i na osnovu naznačenog napona sabirnica. Oznaka potpornih

izolatora se sastoji od četiri simbola:

1. prvi simbol je slovo S i predstavlja opću oznaku za

potporne izolatore;

2. drugi simbol je slovo A, B ili C i predstavlja

prijelomnu silu izolatora;

3. treći simbol predstavlja oblik metalnog postolja i

10

može biti slovo R-okruglo postolje, O-ovalno

postolje, Q-kvadratno postolje);

4. četvrti simbol je broj i predstavlja napon izolatora u

kV.

Ako između treće i četvrte oznake stoji slovo «e» izolator je od epoksida (araldita) a inače je

od porculana.

Potporni izolator izolira goli vodič od uzemljenih dijelova i preuzima na sebe sile koje djeluju

na sabirnice.

Izbor potpornih izolatora:

a) nazivni napon sabirnica

b) veličina sile koja se prenosi na njih pri kratkom spoju

Ako je pri kratkom spoju f3s sila koja djeluje na sabirničkevodiče po jedinici njihove duljine,

sila koja se prenosi na potporne izolatore iznosi

Fp=f3sx1

Slika 7. Prikaz djelovanja sile na izolator

Za silu se može smatrati da joj je hvatište na polovini visine sabirnice. Pri izboru potpornih

izolatora mjerodavna je sila Fp koja djeluje na najviše opterećeni izolatorlfFs3p.

S obzirom na izvedbu i mehaničku čvrstoću razlikujemo dva tipa potpornih izolatora:

a) porculanski

b) umjetno smolni (npr. alraldit)

Porculanski potporni izolatori:

a) imaju kapu i podnožje od lijevanog željeza11

b)nemaju istu čvrstoću po cijeloj visini, stoga do pucanja može doći (kritična mjesta glede

čvrstoće) neposredno ispod kape (krak sile h+b1) ili neposredno iznad podnožja (krak sile

h+b2)

c) dopušteni moment savijanja M1za presjek neposredno ispod kape manji je (radi manje

površine presjeka) nego dopušteni moment savijanja M2za presjek neposredno iznad

podnožja

d) no to se sasvim općenito ne odnosi i na sile, tako da je potrebno odrediti obje sile

Slika 8. Porculanski potporni izolator

prema dopuštenom mehaničkom naprezanju potpornih izolatora, kojeje definirano silom Fpo,

razlikujem slijedeće tri grupe izolatora:

-grupa A: Fpo=3679 N

-grupa B: Fpo=7358 N

-grupa C: Fpo=12273 N

Izabrani potporni izolator zadovoljava glede mehaničkih naprezanja ukoliko je ispunjeno:

max{Fp1, Fp2}≤Fpo

Sada ćemo nešto reći i objasniti drugu vrstu potpornih izolatora.

12

Umjetno smolni potporni izolatori:

a) nemaju metalnu kapu niti podnožje

b) konstrukcija im je takva da su jednake čvrstoće i u gornjem i u donjem dijelu izolatora

c) za rebraste izolatore grupe su definirane silomFpokoja djeluje na visinihoiznad gornjeg

ruba izolatora (npr. grupa A:Fpo=3679 N, ho=30 mm)

Slika 9. Umjetno smolni potporni izolator

ako je b razmak između gornjeg ruba i najopterećenijeg presjeka pri dnu izolatora, dopuštena

sila na polovici visine sabirnice iznosi:

Fp=Fp0¿h 0+bh+b

Gdje je: h udaljenost hvatišta sile Fpdo gornjeg ruba izolatora. Za malu visinu h (h<h0) sila

Fpmože biti veća od Fp0. u nekim slučajevima, radi velikih sila, nije moguće koristiti niti

potporne izolatore grupe C, pa se tada postavljaju po dva potporna izolatora u svaku potpornu

točku.

4. VISEĆI IZOLATORI13

U postrojenjima u kojima su sabirnice izvedene od užeta, kao nosači sabirnica upotrebljavaju

se viseći izolatori. Viseći izolatori se dijele na:

a) kapaste,

b) masivne

c) štapne

Kapasti izolatori su u stvari današnje izolatorske jedinice od porculana ili stakla koje

se međusobno spajaju u izolatorske lance. Lančana izolatorska jedinica sastoji se od

porculanskoga ili staklenoga tijela, metalne kape koja je izgrađena od temper-liva i čeličnog

tučka. U njemu se nalazi gnijezdo za vezu sa tučkom, druge izolatorske jedinice, a rascjepka

služi da omogući sigurnu vezu između pojedinih izolatorskih jedinica u jednom lancu. Spoj

lančanih izolatorskih jedinica u jednom lancu ovisi od visine napona elektroenergetskog voda

i drugih uvjeta. Lanci su pokretni oko točke vješanja na stupu, dok veza između pojedinih

izolatorskih jedinica u lancu mora biti dosta gipka da bi se izbjeglo opterećenje lanca na

savijanje.

Slika 10. Kapasti izolatori

Slika 11. Kapasti, masivni i štapni izolator

14

ZAKLJUČAK

Iz svega što smo napisali možemo završiti rad s nekoliko rečenica, tj. možemo zaključiti temu

o kojoj smo pisali. Izolatori su elementi nazdemne mreže elektro energetskih vodova koji

služe da omoguće fizičko odvajanje provodnika i stuba i istovremeno omogućavaju montažu

provodnika na stub. Razlikujemo izolatore za:

niski

srednji i

visoki napon.

Izolatori se na stub montira preko nosača i može se mehanički i električno pojačati.

Mehanički pojačati izolator znači umjesto jednog upotrijebiti dva ili više, a električno pojačati

izolator znači povećati jednominutni podnosivi napon po kiši pri frekvenciji od 50 Hz, za

15 % u odnosu na jednominutni podnosivi napon preostalog dijela voda

Izolatori za niski napon:

U upotrebi su izolator za noseći stub Ņ95 i izolator za zatezni stub N80

U srednjenaponskim vodovima (10, 20, 35 kV) upotrebljavaju se potporni i viseći

izolatori. Potporni izolatori se pričvršćuju čvrsto u stubnu konstrukciju, a viseći se

upotrebljavaju u obliku izolatorskog lanca i slobodno se njišu oko tačke vješanja.

15

Potporni izolatori se primjenjuju smao u vodovima srednjeg napona dok se viseći

upotrebljavaju i u vodovima srednjeg i visokog napona.

Najpoznatiji potporni izolatori su: Ps i LSP. Ps izolatori su ređe upotrebljavaju u odnosu na

LSP, jer su LSP izolatori znatno bolje mehaničke čvrsoće i izolacione moći i mogu da idu na

sve vrste regulisanog i ne regulisanog terena.

POPIS LITERATURE

Končar, Električni aparati srednjega napona, Zagreb, 2012.

Končar, Potporni izolatori srednjega napona, Zagreb, 2012.

Mladenović, D., Električna postrojenja, Zagreb, 2011.

Požar, H., Visokonaponska rasklopna postrojenja, Zagreb, 1973.

Skupina autora, Glavni elementi postrojenja, Split, 2009.

Skupina autora, Izolatori, Sarajevo, 2002.

Tyce Electronics Energi, Izolatori, Split, 2011.

16

POPIS SLIKA

Slika 1. Izolatori.

Slika 2. Na slici prikazana su sva tri tipa savijenih nosača izolatora

Slika 3. Provodni izolatori za plosnate vodiče

Slika 4. provodne izolatore za okrugle vodiče

Slika 5. Provodni izolator

Slika 6. Provodni izolator

Slika 7. Prikaz djelovanja sile na izolator

Slika 8. Porculanski potporni izolator

Slika 9. Umjetno smolni potporni izolator

Slika 10. Kapasti izolatori

Slika 11. Kapasti, masivni i štapni izolator

17

18