Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вопрос, из какого материала делают изоляторы, имеет несколько правильных ответов: исторически и до сих пор массово применяются электротехнический фарфор и закалённое стекло, а с конца XX века в высоковольтных сетях и контактной сети железных дорог быстро расширяется доля полимерных (композитных) конструкций с защитной оболочкой из кремнийорганической резины. Отдельную нишу занимает техническая керамика с повышенным содержанием оксида алюминия — для аппаратных изоляторов и установок с высокими механическими нагрузками.
Выбор материала всегда подчинён комплексу требований: высокая диэлектрическая (электрическая) прочность и низкие диэлектрические потери, стойкость к атмосферным воздействиям и ультрафиолету, термостойкость в широком диапазоне температур, механическая прочность под рабочую нагрузку, поведение в условиях загрязнения и увлажнения. Ниже разбираем основные материалы — фарфор, стекло, полимеры, керамику — их состав, свойства, ограничения и характерные области применения.
Изолятор — электротехническое изделие, обеспечивающее электрическую изоляцию и одновременно механическое крепление токоведущих частей: проводов воздушных линий, ошиновки распределительных устройств, контактного провода железных дорог, выводов трансформаторов и аппаратов. Конструкция работает на нескольких уровнях: объёмная электрическая прочность диэлектрического тела, поверхностная разрядная прочность по пути утечки, механическая прочность на растяжение, изгиб, сжатие и ударные нагрузки в условиях натурной среды.
Материал изоляционной части и арматура должны выдерживать сочетание факторов: высокое рабочее и испытательное напряжение, грозовые и коммутационные импульсы, токи утечки во влажной и загрязнённой атмосфере, перепады температур, ультрафиолетовое излучение, химически активные среды и вибрацию. Для линий электропередачи и распределительных устройств требования к рабочему диапазону температур и степеням загрязнения задаются нормативно — соответственно по ГОСТ 15150 (климатические исполнения) и ГОСТ 9920-89 (длина пути утечки внешней изоляции, степени загрязнения I–IV).
Базовых материалов для изоляторов исторически и нормативно три: керамика (прежде всего электротехнический фарфор), стекло (закалённое) и полимеры (композитные конструкции со стеклопластиковым стержнем и эластомерной оболочкой).
Самый традиционный материал для изоляторов — электротехнический фарфор: алюмосиликатная керамика, спекаемая до состояния плотного стеклокерамического черепка с глазурованной поверхностью. По ГОСТ 20419-83 «Материалы керамические электротехнические» фарфоры выделены в группу 100 (на основе щелочных алюмосиликатов): подгруппа 110 — силикатный фарфор (массовая доля Al2O3 до 30%), 120 — глинозёмистый (от 30% до 50%), 130 — глинозёмистый высокой прочности (свыше 50%). Согласно ГОСТ 8608-96, изоляционные детали опорных штыревых фарфоровых изоляторов на напряжение свыше 1000 В изготавливают из электротехнического фарфора группы 100 по ГОСТ 20419 (то есть из алюмосиликатных фарфоров — силикатного, глинозёмистого или их вариантов).
Шихта на основе глинистых компонентов (каолин, огнеупорные глины), полевого шпата и кварца спекается при высокой температуре. Основной типовой состав электротехнического фарфора по массе — около 70% SiO2 и около 25% Al2O3, остальное — оксиды калия, натрия, кальция, железа и иные примеси. После спекания структура состоит из кристаллических фаз (муллит, кварц или корунд — в зависимости от типа) и стеклофазы. Стеклофаза обеспечивает плотность и водонепроницаемость, кристаллические фазы — прочность.
Поверхность изоляционной детали фарфорового изолятора, за исключением мест, указанных в чертеже, должна быть покрыта глазурью (ГОСТ 8608-96). Глазурь снижает водопоглощение, облегчает смыв загрязнений и уменьшает поверхностные разряды.
Сильные стороны фарфора — высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам, тепловая стабильность, длительный срок службы и устойчивость к ультрафиолету. Главные ограничения — хрупкость и большая удельная масса; при дефектах глазури в условиях глубокого увлажнения возможно развитие поверхностных разрядов. Скрытые дефекты (трещины, нарушения структуры) в фарфоре практически не обнаруживаются визуально — это отличает его от стеклянных изоляторов.
Стекло для изоляторов — это специальные силикатные составы, отличающиеся от бытового стекла повышенной электрической прочностью и термостойкостью. Применяются преимущественно малощелочные стекла; обычное щелочное стекло для подвесных изоляторов непригодно — оно склонно к растрескиванию, помутнению и имеет худшие электрические характеристики.
Изоляционная деталь подвесного стеклянного изолятора подвергается закалке — резкому регулируемому охлаждению поверхности после нагрева. На поверхности формируются сжимающие напряжения, в сердцевине — растягивающие. В результате растёт механическая прочность и термостойкость, а в случае механического повреждения деталь самопроизвольно разрушается на мелкие осколки. Это даёт ключевое эксплуатационное свойство: дефектный стеклянный изолятор виден визуально, без специальных приборов.
Требования к качеству стекла и поверхности изоляционных деталей линейных подвесных и штыревых изоляторов установлены ГОСТ 18328-73. Стандарт регламентирует прозрачность, отсутствие критических открытых пузырей, инородных включений, свилей.
Основные преимущества — удобство диагностики, стабильность электрических свойств во времени (стекло не подвержено «электрическому старению» в той мере, как фарфор), простота поточного производства методами стеклоформования. Недостатки — большая масса, хрупкость, чувствительность к резким перепадам температур у незакалённого или дефектного стекла.
Согласно ГОСТ 27661-2017, линейные подвесные тарельчатые изоляторы (стеклянные и фарфоровые) предназначены для эксплуатации в районах с атмосферой различной степени загрязнённости при температуре воздуха от минус 60 °C до плюс 50 °C на воздушных линиях и в распределительных устройствах переменного и постоянного тока напряжением свыше 1000 В.
Полимерные (композитные) изоляторы — изделия с многослойной конструкцией: несущий стеклопластиковый стержень воспринимает механические нагрузки, эластомерная защитная оболочка с рёбрами (юбками) формирует путь утечки и защищает стержень от воздействий внешней среды, металлические оконцеватели соединяют изолятор с арматурой.
Основу изоляционной части составляет стержень, армированный непрерывным стекловолокном (стеклоровингом) в полимерной матрице. В качестве связующего применяют эпоксидные, фенолформальдегидные или циклоалифатические смолы. Стержень обеспечивает основную механическую прочность на растяжение или изгиб, а в продольном направлении — высокую электрическую прочность.
По ГОСТ Р 55189-2012 (линейные подвесные стержневые полимерные) и ГОСТ Р 52082-2023 (опорные полимерные изоляторы наружной установки на 3–750 кВ) в качестве материала защитной оболочки применяются:
ГОСТ Р 52082-2023 распространяется именно на опорные полимерные изоляторы наружной установки с кремнийорганической защитной оболочкой — то есть на сегодня это основной материал оболочки для опорных изоляторов наружной установки переменного тока 3–750 кВ. По ГОСТ Р 55189-2012 нормированная механическая разрушающая сила при растяжении линейных подвесных стержневых полимерных изоляторов выбирается из ряда: 25, 40, 70, 100, 120, 160, 210, 300, 400, 600 кН.
Главное эксплуатационное преимущество кремнийорганической резины — устойчивая гидрофобность поверхности: вода на оболочке сохраняется в виде капель, а не сплошной плёнки. В результате токи утечки в условиях увлажнённого загрязнения существенно меньше, чем у фарфора и стекла, а склонность к развитию перекрытий снижается. Силикон обладает уникальной способностью передавать гидрофобность даже через слой осевшего загрязнения — это используется и при нанесении кремнийорганических защитных покрытий на штатные фарфоровые и стеклянные изоляторы.
Помимо традиционного фарфора, для изоляторов применяются керамические материалы с повышенным содержанием оксида алюминия и иными кристаллическими фазами — глинозёмистый фарфор и корундовая керамика. По ГОСТ 20419-83 это подгруппы 120 и 130 группы 100, а также материалы группы 200 (на основе оксидов — корундовая и иная высокоглинозёмистая керамика).
Повышение содержания Al2O3 ведёт к росту механической прочности и тепловой стойкости при сохранении или улучшении электрических характеристик. Такие материалы применяют для аппаратных изоляторов высокого напряжения, проходных и опорных конструкций, где требуется повышенная разрушающая нагрузка, а также для изоляторов специального назначения. Изоляторы опорные из керамики и стекла на напряжение свыше 1000 В охватываются ГОСТ Р 52034-2023.
Главное отличие технической керамики от обычного фарфора — снижение доли стеклофазы и щелочных оксидов, рост содержания кристаллических фаз корунда (Al2O3) или муллита, что повышает механические и термические показатели.
Сравнение позволяет понять, почему ни один материал не является «универсальным»: разные группы изоляторов в одной и той же сети могут быть собраны из разных материалов в зависимости от назначения, класса напряжения, степени загрязнения атмосферы и условий монтажа.
Выбор материала изолятора определяется не свойствами самого материала, а комбинацией: классом напряжения, климатическим исполнением (ГОСТ 15150), требуемой степенью загрязнения атмосферы по ГОСТ 9920, типом конструкции (подвесной/опорный/штыревой/проходной), назначением (ВЛ, РУ, контактная сеть). Ниже — нормативные степени загрязнения и порядок проектного выбора.
По условиям работы изоляции ГОСТ 9920-89 устанавливает четыре степени загрязнения внешней атмосферы: I — лёгкая, II — средняя, III — сильная, IV — очень сильная. Для каждой степени и каждого класса напряжения нормируется удельная длина пути утечки внешней изоляции в см/кВ; общая длина пути утечки изолятора получается умножением удельной длины на номинальное напряжение.
Lуд = L / Uном
При проектировании внешней изоляции необходимо одновременно учитывать электрические (разрядные напряжения сухие и под дождём, грозовое и коммутационное импульсные), механические (растяжение/изгиб с нормативным запасом), климатические (температурный диапазон, гололёд, ветер) и эксплуатационные (загрязнение, доступность для обслуживания) требования. Игнорирование любого из этих факторов приводит к ускоренному старению или отказу.
Массово применяются три класса материалов: электротехнический фарфор, закалённое силикатное стекло и полимерные композиты (стеклопластиковый стержень с защитной оболочкой из кремнийорганической резины). Для аппаратных изоляторов высокого класса напряжения используется также глинозёмистая и корундовая керамика.
Фарфор — спечённая алюмосиликатная керамика с глазурованной поверхностью; дефекты в нём, как правило, скрыты и требуют приборного контроля. Стеклянный изолятор изготавливается из закалённого силикатного стекла: при повреждении изоляционная деталь разрушается с образованием мелких осколков, что позволяет обнаружить дефект визуально при обходе линии.
Защитная оболочка из кремнийорганической резины обладает устойчивой гидрофобностью: вода на её поверхности существует в виде капель, а не сплошной плёнки. Это уменьшает токи утечки во влажной загрязнённой атмосфере и снижает вероятность поверхностных перекрытий.
Из несущего стеклопластикового стержня (армирующее стекловолокно в эпоксидной, фенолформальдегидной или циклоалифатической матрице), защитной полимерной оболочки с рёбрами (кремнийорганическая, этиленпропиленовая или сэвиленовая композиция) и металлических оконцевателей, обеспечивающих присоединение к арматуре.
По ГОСТ Р 55189-2012 и ГОСТ Р 52082-2023 в условном обозначении используются буквы: К — кремнийорганическая, Э — этилен-пропиленовая, С — сэвиленовая композиция. Например, в обозначении подвесного стержневого изолятора типа ЛК 70/110 буква К указывает на кремнийорганическую защитную оболочку.
Базовый — ГОСТ 20419-83 (классификация керамических электротехнических материалов). Для конкретных типов изделий: ГОСТ 1232-2017, ГОСТ 30531-97, ГОСТ 8608-96, ГОСТ 12670-99, ГОСТ 27661-2017 (керамика и стекло), ГОСТ 18328-73 (требования к качеству стекла), ГОСТ Р 55189-2012, ГОСТ Р 52082-2023, ГОСТ 28856-90 (полимерные), ГОСТ Р 52034-2023 (опорные из керамики и стекла свыше 1000 В). Условия эксплуатации и длина пути утечки — ГОСТ 9920-89, климатические исполнения — ГОСТ 15150.
По ГОСТ 27661-2017 линейные подвесные тарельчатые стеклянные и фарфоровые изоляторы предназначены для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от минус 60 °C до плюс 50 °C на воздушных линиях электропередачи и в распределительных устройствах постоянного и переменного тока напряжением свыше 1000 В.
Учитываются класс напряжения, степень загрязнения атмосферы по ГОСТ 9920-89, климатическое исполнение по ГОСТ 15150, требования к массе, механическим нагрузкам и удобству диагностики. Фарфор и стекло — традиционный выбор для типовых ВЛ; полимер с силиконовой оболочкой — для тяжёлых условий загрязнения и при ограничениях по массе; техническая керамика повышенной прочности — для аппаратных и опорных изоляторов с высокими механическими требованиями.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.