Изолятор

А. МОРОЗОВ

Электрический ток имеет весьма неприятную для человека особенность: он всегда стремится свернуть с предназначенного ему пути и найти более легкий.

Для борьбы с этим в каждой электрической цепи применяются изоляторы, оказывающие прохождению тока очень большое сопротивление и предохраняющие от электрических утечек.

Вначале предполагали, что изоляторы абсолютно не проводят тока, но дальнейшие исследования показали, что тел, непроводящих тока, в природе вообще нет. Однако ток в изоляторах настолько мал, что практически им можно пренебречь, пока не наступит состояние «пробоя». Пробой изолятора — это уже катастрофа. Поэтому электриками всех стран изготовлению изоляторов уделяется большое внимание.

Изоляторы делаются самых разнообразных размеров и форм, начиная от крошечного телефонного и кончая огромным «бушингом», внутри которого ток проходит по особому стержню. Бушинги — проходные изоляторы — своими размерами нередко значительно превышают человеческий рост.

Бушинг.

При высоких напряжениях, если расстояние между контактами, несущими ток, или контактом и землей небольшое, происходит поверхностный разряд. Ток словно «скользит» по поверхности изолятора от провода к металлической части, крепящейся к мачте, и уходит в землю. Изолятор и воздух на пути этого разряда нагреваются, создавая условия, необходимые для образования устойчивой электрической дуги, перекрывающей изолятор и несущей сотни ампер, что равносильно аварии.

Для предупреждения подобных явлений стараются увеличить поверхность изолятора, придавая ему грибообразную форму, делая ребристым. Благодаря большому расстоянию между токоведущими частями поверхностный разряд не образуется.

Поверхностная проводимость изоляторов (величина, обратная сопротивлению) резко меняется вследствие попадания влаги и загрязнения. Статистика показывает, что аварий при восходе солнца, когда обычно появляется роса, начинается таяние и т. д., в 40 раз больше, чем в другое время суток.

Образование электрической дуги на гирлянде изоляторов. 1 — направление дуги; 2 — разряд снаружи гирлянды; 3 — разряд внутри гирлянды.

Загрязнение поверхности изолятора особенно тяжело сказывается в районах фабрик и на линиях электропоездов, работающих совместно с паровозами. Электропроводящие частицы угольной пыли и копоти покрывают изолятор и облегчают путь образованию дуги.

Однако и здесь большую услугу оказывает форма изолятора, от которой зависит форма электрического поля, создаваемого током вокруг изолятора.

*

При конструировании изоляторов для высоких напряжений одних теоретических расчетов недостаточно. Огромное значение имеет эксперимент, позволяющий выбрать наиболее подходящую форму как фарфоровых, так и металлических частей изолятора.

Киноаппарат помогает электрикам сравнивать качество изоляторов в смысле образования электрической дуги. Фото на стр. 59 показывает кинопленку, запечатлевшую дугу при напряжении в 50 000 вольт и силе тока в 700 ампер, получающуюся вокруг разных изоляторов. На рис. ясно видно, что правые изоляторы удаляют от себя дугу, растягивая ее; наоборот, левые изоляторы все охвачены пламенем, разрушающим изоляторы.

Электрическая дуга на кинопленке.

При изготовлении изоляторов для электрических линий приходится считаться с рядом обстоятельств, на первый взгляд кажущихся странными. Имеет значение даже цвет изолятора. Оказывается, изолятор надо делать незаметным для птиц и любителей бросать камни в цель. Поэтому над защитной окраской изоляторов много работали и электрики к Германское общество защиты перелетных птиц — главных «вредителей» электропередач. Мачты и проводов высоколетящие птицы не видят, но изоляторы замечают издалека, целыми стаями опускаясь на опоры.

Возникает вопрос, какой вред могут принести птицы, ведь они сидят на одном проводе, а провода высокого напряжения всегда удалены друг от друга на значительное расстояние? Дело, однако, в том, что присевшие птицы при взлете и во время ссор уменьшают своими телами воздушный промежуток между проводами, а перья и тело птицы проводят электрический ток значительно лучше, чем воздух.

Сколько стоит смерть убитой током птицы, можно судить по следующему примеру.

На одной из московских подстанций произошла авария, потребовавшая выключения целого района. Выехавшие на линию монтеры нашли перегоревший сталеалюминиевый провод и двух мертвых ворон, очевидно, поссорившихся в пространстве между проводами. Убыток, вызванный простоем фабрик, был определен в 18 тыс. руб.

Учитывая все это, московский завод «Изолятор» начал выпускать «защитные» изоляторы. Но при производстве коричневых изоляторов, изготовленных из той же массы, что и белые, брак вместо узаконенных нескольких процентов достигал 70—80, а иногда и всех 100.

*

Проследим путь изолятора, начиная с массного цеха, где между бегунами размалываются твердые материалы, смешивающиеся потом с глиной.

Проверив формовку и сушку, удалось найти причину брака в горновом цехе, где изолятору в специальных печах дается своеобразная «закалка», необходимая для его суровой службы на морозе, ветре и дожде.

Ошибка заключалась в том, что белые и коричневые изоляторы подвергались одному и тому же режиму при термической обработке в печах. На заводе не приняли во внимание, что белая поверхность по отношению к тепловым лучам ведет себя иначе, чем поверхности, окрашенные в другие цвета. Коричневые изоляторы вынимались из печей еще недостаточно остывшими. На воздухе, на сквозняках, они, конечно, охлаждались неравномерно. Внутри получались невидимые глазом трещины, способствовавшие и механическому и электрическому разрушению, потому что в трещины попадала влага и давала возможность току пробить изолятор по самому короткому пути.

Изоляторы обычно собирают в гирлянды, так как нельзя сделать один изолятор достаточно большой величины для подвески магистральных проводов, несущих очень высокие напряжения.

Например, единая высоковольтная сеть Союза потребует «сверх-магистралей» под напряжением в 400 000 вольт.

Экспериментальная линия сверх-магистрали, построенная Ленинградским электро-физическим институтом, несет провода с сечением в 600 мм² (50 мм диаметром). Длина гирлянды из 20 изоляторов, поддерживающих эти провода, достигает 5 м, вес каждой гирлянды 500 кг.

Ко всем материалам, из которых изготовляются изоляторы, предъявляются очень строгие требования. Главными составными частями «массы» изоляторов служат полевой шпат, кварц и всевозможные глины. Прежде всего эти материалы должны быть тщательно размельчены, чтобы потом при формовании изоляторов получалась однородная, непористая масса.

О степени измельчения можно судить по ситу, употребляющемуся для проверки размола: на 1 см² приходится 10 000 отверстий.

Приготовленная масса поступает в специальные подвалы, она должна «вылежаться». Затем она идет в точильный цех, где изолятор принимает свойственную ему форму. Блестящая глазурь, покрывающая изолятор, получается из той массы, которая идет на изолятор, но к ней добавляют плавень (медь, магнезит). Благодаря этому верхний слой в печах быстро плавится и образует стекловидную поверхность.

Наиболее ответственным моментом является обжиг изолятора.

Здесь из него удаляется вся влага, выгорают все примеси. Регулировка температуры требует от рабочих большого опыта.

Чтобы защитить изолятор от прямого действия высокой температуры, его помещают в специальный горшок из огнеупорной глины (капсель), в котором изолятор сидит на штыре из шамота.

Готовые изоляторы подвергаются тщательному испытанию на заводской испытательной станции.

Изоляторы соединяются в гирлянды, к ним прикладывают напряжение, значительно превосходящее то, на котором будет работать передача. Изоляторы подогревают (потому что с повышением температуры пробой наступает легче), обливают искусственным дождем.

Каждому изолятору придется нести значительную нагрузку проводами, и поэтому на особом станке гирлянду растягивают при помощи гидравлического пресса и оставляют на несколько часов, одновременно включив и повышенное напряжение.

Только партия изоляторов, «представители» которой выдержали все испытания на «хорошо» и «отлично», получает диплом и выходит на территорию завода.