Изоляторы и арматура

В 1912 году в Богородском уезде Московской губернии начало свою деятельность общество «Электропередача». Целью этого предприятия была постройка мощной электростанции, работающей на недорогом местном топливе - торфе. Большинство технических задач, с которыми столкнулись инженеры Общества, решались впервые в истории российской электроэнергетики. Одной из таких задач было создание крупной сети высоковольтных линий для выдачи мощностей потребителям. До того момента в отечественных распределительных сетях не применялось напряжение выше 6,6 кВ, линии Общества же должны были работать на напряжении 30 кВ. Первые воздушные линии были протянуты от электростанции в посёлке Электропередача к Большим Дворам, Зуево, Павловскому Посаду и другим населённым пунктам Богородского уезда, где располагались различные частные заводы и фабрики. Вторым шагом стало строительство в 1915 году линии электропередачи 70 кВ на Москву для связи Богородской станции с МОГЭС на Раушской набережной и заводами Гюжона через подстанцию в Измайлово. ЛЭП 70 кВ связала станции Москвы и «Электропередачу» в первую в России энергосистему. Безаварийная работа ЛЭП напрямую зависит от качества применяемой на ней арматуры и изоляции. Телеграфные и низковольтные изоляторы в Российской Империи производились с 1862 года, а массово - с конца XIX века. Их выпускали такие фирмы, как товарищество М.С. Кузнецова, товарищество Братьев Корниловых, стекольные мастерские Нечаева-Мальцова, завод Ф.Е. Емельянова в Морье. Однако, технология производства высоковольтной изоляции имеет свои особенности, подобной продукции отечественные заводы не выпускали. В связи с этим изоляция для линий Общества закупалась у немецкой фирмы «Keramische Werke Hermsdorf» (ранее - «Pоrzellanfabrik Hermsdorf-Klosterlausnitz» одна из лучших в мире фирм, производивших в то время электротехнический фарфор), которая в течение долгого времени поставляла в Россию различные типы изоляторов для линий напряжением выше 1000 В, а также e фирмы «Розенталь» (Rosenthal & CO).

Заказ на арматуру (крепительные зажимы, серьги и ушки) был размещён на заводе Вильгельма Гофманна (J. Wilhelm Hofmann) в Кёцшенброде (Electroarmaturenwerk JWH), старейшей фирмы, производившей высоковольтную линейную арматуру в Европе.

Низковольтные изоляторы разных фабрик, производившиеся в Российской Империи:

Штыревой изолятор типа «Дельта» образца 1907 года завода Гермсдорф, применявшийся на линиях 30 кВ, и зажим для крепления медных проводов к гирляндам оттяжных изоляторов:

В начале ХХ-го века происходило стремительное увеличение напряжения, применяемого для передачи электроэнергии. Штыревые фарфоровые изоляторы, до недавних пор устанавливаемые на всех высоковольтных линиях, не подходили для использования в сетях напряжением выше 60 кВ, так как при данных параметрах вес штыревого изолятора возрастает пропорционально квадрату напряжения. Производство и монтаж таких изоляторов неоправданно дороги. В связи с этим был изобретён новый тип линейных изоляторов — подвесной. Стоит отметить, во избежание путаницы, что в начале ХХ века подвесные изоляторы выпускались в двух исполнениях — для поддерживающих и натяжных гирлянд, при чём первые назывались, собственно, подвесными, а вторые — оттяжными. С конца 1920х - начала 1930х годов изоляторы, которые изначально применялись только в поддерживающих гирляндах, стали применять и в натяжных, и термин «оттяжной изолятор» вышел из употребления.

Первые подвесные тарельчатые изоляторы имели ряд слабых мест в конструкции, однако их вес рос почти пропорционально напряжению линии, что и стало определяющим фактором для их использования. Существовали две основные конструкции подвесных высоковольтных изоляторов — «цепочечная», запатентованная Хьюлеттом (Hewlett), и являющаяся первой, и конструкция «с шапкой и стержнем» (cap and pin), запатентованная заводом «Огайо-Брэсс» (Ohio-Brass) и Джоном Дунканом. Подвесные изоляторы собираются в гирлянды и присоединяются к опорам и проводам специальной арматурой.

Основные типы цепочечных изоляторов, производившихся заводом Keramische Werke Hermsdorf (KWH).

  • А — изолятор для поддерживающих гирлянд («подвесной»)
  • Б — изолятор для натяжных гирлянд («оттяжной» по старой классификции»)
  • В — натяжная гирлянда с арматурой в сборе
  • Г — поддерживающая гирлянда с арматурой в сборе

Цепочечные изоляторы обладают следующим преимуществом: при разрушении одного из изоляторов гирлянда не распадается, так как соединительные скобы или тросики закольцованы и остаются закрытыми. Недостаток состоит в том, что соединительная арматура, находящаяся в пустом пространстве фарфора, сильно коронирует, что может привести к её повреждению или разрушению.

Основные типы изоляторов с шапкой и стержнем, производившиеся заводом Keramische Werke Hermsdorf (КWН):

  • A — изолятор для поддерживающих гирлянд («подвесной»)
  • Б — изолятор для натяжных гирлянд («оттяжной» по старой классификации»)
  • В — натяжная гирлянда с арматурой в сборе
  • Г — поддерживающая гирлянда с арматурой в сборе

Тарельчатые изоляторы с шапкой и стержнем разрабатывались почти одновременно с цепочечными, однако первые образцы имели существенный недостаток — из-за трудности подбора цементной связки для армирования данные изоляторы часто выходили из строя. Однако у изоляторов с шапкой и стержнем существовали очевидные и весомые преимущества: отсутствие сложной сцепной арматуры и пустот в изолирующей детали, большая выдерживаемая механическая нагрузка, большая технологичность при производстве. В связи с этим совершенствование цементной связки и конструкции изоляторов продолжалось. Работы велись многими фирмами и к 1914-1920 годам уже существовали надёжные типы подвесных изоляторов с шапкой и стержнем. За счёт высокого качества связки и фарфора лучшими считались изоляторы германских заводов KWH и «Розенталь». Шарнирные изоляторы с шапкой и стержнем со временем стали основными на высоковольтных линиях всех классов напряжений.

На линиях 30 кВ общества «Электропередача» на промежуточных опорах применялись штыревые фарфоровые изоляторы типа «Дельта» производства KWH, а на угловых и анкерных, где требовалось более надёжное закрепление проводов, — фарфоровые оттяжные изоляторы KWH и «Розенталь». Оттяжные изоляторы собирались в гирлянды по 3-4 штуки. На ЛЭП 70 кВ применялись подвесные и оттяжные изоляторы с шапкой и стержнем в гирляндах по 5-6 штук. Шапка и стержень закреплялись на фарфоровой детали таких изоляторов с помощью специальной мастики. Конструкция силового узла у изоляторов KWH была цилиндрической, у «Розенталь» - конической. Для присоединения гирлянд изоляторов к опорам и проводам применялась различная линейная арматура, это были ушки, коромысла, серьги и зажимы фирмы JWH.


В 1920-м году был принят план ГОЭЛРО, предполагавший введение в строй новых мощных электростанций и строительство новых линий электропередачи, планировалось сооружение сетей новых классов напряжений - 115, 110 и 220 кВ. Для этого требовались надёжные изоляторы и арматура. 13 июля 1920 года на заседании Чрезвычайной Комиссии по электроснабжению обсуждался вопрос о производстве высоковольтных изоляторов в России. В 1920-1923 годах на Дулёвском заводе шли работы по созданию штыревых изоляторов для ЛЭП 35 кВ, также были разработаны нормы ЦЭС на производство и испытание изоляторов. Дулёвские изоляторы были впервые применены в 1921 году на линии 35 кВ от Сормовского завода до Чернораменского болота, принадлежавшего Гидроторфу. Однако, несмотря на то, что эти изоляторы прошли испытания в лаборатории, через год работы линии оказалось, что они никуда не годны, подвержены отсыреванию и частым пробоям в дождь и влажную погоду. Фарфор оказался недостаточно качественным, и изоляторы пробивались от штыря к проводу через головку. Российским заводам пока что не удавалось создать фарфоровый изолятор, не подверженный старению. В этой связи невозможно было отказаться от поставок изоляторов из-за границы. Заказы делались у ряда фирм, в их числе: завод HESCHO (Hermsdorf-Schomburg isolatoren gesellschaft, бывший KWH, Гермсдорф, Тюрингия), «Розенталь» (Rosenthal & CO, Зельб, Бавария), «Норден» («Norden», Копенгаген, Дания), «Тельтов» («Teltow», Тельтов близ Берлина), «Томас-Хьюлетт» («Thomas-Hewlett», США). Вплоть до начала 1930-х годов доля импорта составляла 50% и более от общего числа закупаемых для сетей изоляторов.

Что касается арматуры, то в 1920-е годы она почти в полном объёме поставлялась заводом Гофмана, находившимся в городке Кёцшенброда близ Дрездена. Это была различная сцепная арматура, такая, как ушки, коромысла, серьги, а также зажимы множества модификаций для крепления проводов к подвесным и оттяжным гирляндам. Поддерживающие зажимы-«лодочки» поставлялись как обычные глухие, так и с ограниченной прочностью заделки провода, позволяющие уберечь промежуточные опоры от повреждения в случае одностороннего обрыва. Основным типом натяжных зажимов были клиновые с дополнительной болтовой фиксацией клина. Стоит отметить также соединительные зажимы оригинальной конструкции с применением заклёпок.

Фирма «Розенталь» была одним из наиболее крупных поставщиков изоляторов. В 1920-1925 годах на заводах «Розенталь» для применения на ЛЭП 35-115 кВ заказывались оттяжные и подвесные тарельчатые изоляторы с традиционной, конической конструкцией силового узла с применением цемента для армирования изолятора. Такие изоляторы, в частности, были закуплены в 1921 году для первой в России линии 115 кВ Кашира-Москва.

В 1921 году на фирме «Розенталь» был разработан подвесной изолятор бесцементной конструкции Кегелькопф (Kegelkopf). Причиной появления данной конструкции было то, что первые изоляторы с шапкой и стержнем имели слабое место в виде недостаточно надёжного цементого соединения стержня (пестика) с изолирующей деталью, Kegelkopf-isolator'ы были лишены этого недостатка. Конструкция Кегелькопф предусматривала следующее: стержень, имеющий на конце 4 «лапки», разогревался электрическим током и надевался на заранее помещённый в углубление изолирующей детали конус, лапки раскрывались и захватывали конус, в результате стержень расклинивался внутри изолирующей детали, зазор между изолирующей деталью и стержнем заливался свинцом. Таким образом устранялась возможность вырывания стержня из углубления в тарелке. Конструкция силового узла у изоляторов Кегелькопф - коническая. Во второй половине 1920-х годов изоляторы Кегелькопф поставлялись в СССР и применялись на различных линиях электропередачи, как то ЛЭП 110 кВ Электропередача-Москва, ЛЭП Московского кольца.


Другим крупным поставщиком был завод Hermsdorf-Schomburg. Данное предприятие поставляло несколько типов изоляторов. Самым массовым был подвесной Federring Mt-2030/HA-613, разработанный специалистами ГЕШО в 1922 году. Также поставлялся изолятор Mt-1175/HA-292 Kugelkopf для подвесных и оттяжных гирлянд и Mt-1175/HA-288 Kugelkopf для оттяжных. Конструкция kugelkopf (кугелькопф) была разработана в 1914 году фирмой Schomburg & Sohne и является бесцементной. Она представляла из себя следующее: внутрь головки изолирующей детали до обжига вкладывалась предварительно обожжённая часть фарфорового шара (шаровой слой), которая при обжиге изолятора, благодаря усадке фарфора, оказывалась захваченной в полости изолирующей детали. На вставленный в полость шар помещалась специальная полусферическая гайка, шар проворачивался таким образом, что гайка оказывалась внутри полости, затем в гайку вкручивался стержень, место крепления заливалось свинцом. Конструкция силового узла - коническая. В СССР изоляторы кугелькопф были впервые массово применены на линии электропередачи 115 кВ Шатура-Москва 1925 года постройки, однако ранее некоторое количество так же было закуплено для линии 115 кВ Кашира-Москва.


Наряду с HESCHO и «Розенталь», изоляторы поставляли и другие фирмы. Датская фирма «Norden» поставляла как тарельчатые изоляторы, так и изоляторы «Моторной» конструкции, разработанной в Германии и считавшейся в 1920-е годы передовой. Фирма Porzellanfabrik Teltow поставляла тарельчатые изоляторы, аналогичные Федеррингам ГЕШО. Отдельного упоминания заслуживают американские фирмы LOCKE и VICTOR. Их изоляторы поставлялись в СССР в 1944-1945 годах в рамках Ленд-Лиза. По сравнению с германскими и советскими, данные изоляторы отличаются меньшими габаритами и весом при аналогичных параметрах. Изоляторы LOCKE и VICTOR применялись на ЛЭП 110-220 кВ.



Зарубежные поставки не смогли бы полностью покрыть потребность в подвесных изоляторах и полагаться на них в будущем было нельзя. Как говорилось выше, работа над образцами шла с 1920 года, однако создатели первых отечественных высоковольтных изоляторов столкнулись со множеством трудностей. Основная работа шла на московском заводе «Изолятор». В 1925 году был сформирован Государственный Электротехнический Трест (ГЭТ) ВСНХ СССР, в который вошёл, в числе прочих предприятий, и «Изолятор». Силами работников завода в 1927 году был создан первый российский подвесной изолятор тарельчатого типа, рассчитанный на нагрузку 4,5 т. Конструкция была традиционной для тех лет - с коническим силовым узлом и свинцовым сплавом для заделки пестика. Изоляторы данного типа применялись на многих ЛЭП совместно с импортными образцами, но в начале 1930-х годов были вытеснены более совершенными П-4.5.

На ряду с изоляторным производством налаживалось и арматурное: основными изготовителями арматуры стали заводы треста «Армсеть». В короткие сроки были внедрены в производство все типы необходимой сцепной, поддерживающей и натяжной арматуры. Были разработаны отечественные клиновые и болтовые зажимы, зажимы с ограниченной прочностью заделки, гасители вибрации.

В 1930-х годах производство линейной изоляции было уже достаточно хорошо налажено, чтобы отказаться от крупных зарубежных поставок. В 1931-1932 годах появился изолятор П-4,5 (электромеханическая одночасовая - 4.5 т), который на долгое время стал основным для сетей до 220 кВ. П-4,5 выпускался московским заводом «Изолятор» и заводом им. Артема. Как и ГЭТ, он был выполнен по традиционной схеме с применением цемента или свинцового сплава для закрепления стержня, однако, имел меньшую массу. Геометрия изолятора П-4.5 менялась несколько раз за время его производства: изменялась форма тарелки, шапки, но общая конструкция оставалась неизменной - силовой узел конической формы и использование свинцового сплава для закрепления пестика. На момент своего создания изолятор П-4.5 обладал электрическими и механическими характеристиками на уровне иностранных аналогов. П-4.5 имел облегчённую версию для линий с лёгкими проводами, П-3.

Также на базе П-4.5 в середине 1930-х были созданы специальные изоляторы для загрязнённой атмосферы - НС-2, Пр-3.5, ПП-4.5, ПС-2, ПС-3. Кроме П-4.5 в 1931-1932 годах были разработаны изоляторы П-2 и П-7. П-2 обладал малыми размерами и весом и предназначался для ВЛ 35 кВ, а П-7, выдерживавший нагрузку в 7 т, использовался на линиях напряжением 220 кВ.

В 1950-е годы на базе П-4.5 был разработан изолятор ПЦ-4.5, аналогично были модернизированы все специальные типы изоляторов, созданные ранее, теперь они были выполнены на базе силового узла ПЦ-4.5, это были изоляторы ПФГ-6, ПФГ-5 (новые обозначения для НС-2 и ПР-3.5) и другие. В это же время были созданы новые изоляторы П-8.5, применявшиеся на линиях 400 и 500 кВ.

После окончания Великой Отечественной Войны фарфоровые изоляторы продолжали долгое время оставаться основными на ЛЭП разных классов напряжения. Несмотря на то, что новые фарфоровые подвесные изоляторы разрабатывались и устанавливались на ЛЭП вплоть до 1980-1990х годов, с конца 1960 - начала 1970-х их применение стало значительно сокращаться в связи с внедрением стеклянных тарельчатых изоляторов, значительно более лёгких при аналогичных с фарфоровыми параметрах и более удобных в монтаже и эксплуатации.


Автор:

Любитель истории энергетики, инженер Сухов Е.А.

Литература:

1. Инженер И.В. Линде «Справочная книга для электротехниковъ» 11-е издание, вторая государственная типография, 1920 г.
2. А.А. Смуров «Электротехника высокого напряжения и передача электрической энергии», типография им. Бухарина, Ленинград, 1925 г.
3. Техническая Энциклопедия, глав. ред. Мартенс, том 8, АО «Советская Энциклопедия», Москва, 1929 г.
4. А.А. Смуров «Электротехника высокого напряжения и передача электрической энергии» том 1 «Электрическое поле и передача энергии», ГНТИ Москва-Ленинград, 1931 г.
5. Л.Н. Баптиданов и В.И. Тарасов «Подстанции промышленных предприятий», ОНТИ Москва-Ленинград, 1937 г.
6. Электротехнический Справочник (подстанции и сети высокого напряжения ) под общ. ред. инженера М.В. Хомякова, ГЭИ Москва-Ленинград, 1942 г.
7. «Электрические изоляторы», под. ред. Н.С. Костюкова, Энергоатомиздат, Москва, 1984 г.
8. Кох «Электропередача высокого напряжения», издательство Бюро Иностранной Науки и Техники, Берлин, 1921 г.
9. Патент фирмы «О-ва изоляторов Гермсдорф-Шомбург с Огр. Отв.» №20177



Назад к списку очерков