Изоляторы, применяемые на контактной сети, по своему назначению делят на подвесные, секционные, фиксаторные и консольные. Подвесными изоляторами осуществляется изоляция отдельных проездов и несущих тросов в точках подвеса от заземленных поддерживающих устройств.
Рис. 17. Тарельчатые изоляторы:
а— подвесной с пестиком ПФ70-В; б — подвесной с серьгой ПТФ70; в — фиксаторный ФТФ40; 1 — фарфоровая тарелка; 2 — цементный раствор; 3 —шапка под пестик; 4 — пестик, 5 — стержень; 6 — серьга, 7 — шапка с муфтой
Секционные изоляторы включают в несущие тросы и нерабочие контактные провода в местах раздела секций; их используют также в конструкциях некоторых секционных изоляторов, включаемых в рабочие контактные провода. Отделение фиксаторов от консольных опор и фиксаторных стоек на жестких поперечинах осуществляется посредством фиксаторных изоляторов. Консольные изоляторы включают в кронштейны изолированных консолей (см. рис. 12).
По конструктивному выполнению изоляторы подразделяют на тарельчатые и стержневые.
Тарельчатый подвесной изолятор (рис. 17 а,б) состоит из шапки из ковкого чугуна, изолирующего элемента (тарелки) из фарфора или стекла, или стеклофарфора и стального стержня, заканчивающегося пестиком либо серьгой. Изолирующий элемент соединен с шапкой и стержнем с помощью цементного раствора. Формы гнезда в верхней части шапки и пестика позволяют соединять несколько изоляторов в гирлянду; при этом обеспечивается некоторая шарнирность соединения. С целью предотвращения расцепления изоляторов гирлянды каждый тарельчатый изолятор укомплектовывается изоляторным замком в виде скобы, вставляемым в гнездо шапки после соединения изоляторов.
Фиксаторный тарельчатый изолятор отличается от рассмотренного тем, что его шапка имеет патрубок с резьбой для жесткого соединения со стержнем фиксатора (рис. 17, в).
Стержневой изолятор представляет собой фарфоровый цилиндрический стержень с кольцевыми ребрами (юбками), армированный по концам двумя шапками из ковкого чугуна. Конструктивное выполнение шапок зависит от назначения изолятора (рис. 18): у секционного обе шапки снабжены ушками; у фиксаторного одна шапка с ушком, другая имеет муфту с резьбой; у консольного одна шапка также с ушком, но другая оборудована хомутами для присоединения трубчатой консоли.
Изоляторы должны удовлетворять определенным требованиям в отношении электрической и механической прочности.
Рис. 18. Стержневые изоляторы: а — секционный ССФ70, б - фиксаторный ФСФ70, в — консольный КСФ70; 1 — фарфоровый стержень, 2 — юбка, 3 — шапка с ушком; 4 — цементный раствор: 5— шапка с муфтой
Электрическая прочность изолятора характеризуется сухоразрядным, мокроразрядным и пробивным напряжениями при частоте 50 Гц, минимальным импульсным разрядным напряжением при определенной форме волны и длиной пути утечки. Механическая прочность изолятора характеризуется механическими нагрузками при растяжении, сжатии и изгибе, а также изгибающим моментом.
Для контактной сети электрифицированных железных дорог промышленность выпускает в настоящее время специальные фарфоровые изоляторы типов ПТФ70, ССФ70, ФСФ70, КСФ70 π ФТФ40. В обозначениях этих изоляторов первая буква указывает на назначение изолятора (П—подвесной, С — секционный, Ф - фиксаторный, К -консольный), вторая -на конструктивное выполнение его (Т — тарельчатый, С--стержневой), третья — на материал изолирующего элемента (Ф — фарфор); цифры означают нормированную разрушающую нагрузку при растяжении в килоньютонах (1 кН=100 кгс).
Кроме этих изоляторов, на контактной сети широко применяют также изготовляемые промышленностью для высоковольтных линий электропередачи тарельчатые подвесные фарфоровые изоляторы типов ПФ6 (старое обозначение П-4,5), ПΦ16 и ПΦ20 и стеклянные ПC6 (ПС-4,5) и ПС12; цифры в обозначении указывают здесь гарантированную электромеханическую нагрузку в тонно-силах.
Стержневые изоляторы имеют ряд преимуществ перед тарельчатыми: они электрически непробиваемые, благодаря чему сокращаются расходы на содержание, технологичнее в изготовлении и требуют меньше металла и фарфора, чем несколько тарельчатых, устанавливаемых вместо одного стержневого. Однако стержневые изоляторы менее надежны в механическом отношении, из-за чего при термическом воздействии электрической дуги в момент перекрытия изолятора или при ударах часты их разрушения.
Рис. 19. Натяжной полимерный изолятор 1 — стеклопластиковый стержень, 2 — ребро; 3 — металлический оконцеватель
Стеклянные тарельчатые изоляторы обладают важным достоинством: в случае электрического пробоя или сильного механического воздействия закаленное стекло рассыпается, и эксплуатационному персоналу по отсутствию тарелки легко найти поврежденный изолятор. Такой изолятор при достаточном внимании может быть обнаружен и из кабины движущегося локомотива.
В последнее время при изготовлении изоляторов контактной сети начали использовать полимерные материалы. Так, в секционных изоляторах брусковые изолирующие элементы выполняют из пресс-материала АГ-4С, круглые стержни из стеклопластика с защитным фторопластовым покрытием. Разработаны и выпущены опытные партии полимерных ребристых изоляторов, основой которых являются стеклопластиковые стержни; устанавливаемые на них диски, образующие ребра, выполнены из кремний-органической резины (рис. 19). Полимерные изоляторы отличаются малой массой и хорошо противостоят воздействию ударных механических нагрузок
На линиях постоянного тока в точках подвеса на заземленных поддерживающих устройствах (заземленных консолях, жестких и гибких поперечинах) при незагрязненном воздухе устанавливают по два тарельчатых изолятора; в районах с высокой степенью загрязнения число изоляторов в подвесных гирляндах увеличивают до трех. В анкеровках контактной сети в нормальных условиях ставят по три изолятора, а в районах с загрязненной атмосферой - по четыре. Для обеспечения надежности изоляции в условиях сильных загрязнений, например на путях постоянной погрузки или выгрузки удобрений, применяют специальные грязестойкие изоляторы ПГС70.
На линиях переменного тока число тарельчатых изоляторов в каждой гирлянде увеличено на одни по сравнению с указанным для контактной сети постоянного тока.
Для снижения уровня грозовых перенапряжений и тем самым предотвращения разрушений изоляторов контактной сети и повреждений электрооборудования э.п.с. на опорах устанавливают разрядники, при пробое которых провода контактной сети соединяются с тяговыми рельсами. На линиях постоянного тока применяют роговые разрядники, обычно с двумя искровыми промежутками по 5 мм (рис. 20).
На линиях переменного тока ранее устанавливали трубчатые разрядники с внешним искровым промежутком. В таком разряднике внутри бакелитовой трубки расположена фибровая трубка со стержневым электродом; между этим электродом и одним из металлических наконечников бакелитовой трубки имеется зазор, который образует внутренний искровой промежуток. При грозовом перенапряжении внутренний искровой промежуток перекрывается и под действием высокой температуры возникшей электрической дуги фибра выделяет большое количество газов; под действием этих газов дуга выбрасывается из открытого конца бакелитовой трубки и гасится. Внешний искровой промежуток предусмотрен для предохранения изоляции разрядника от разрушения токами утечки.
Рис. 20. Роговый разрядник
В настоящее время на дорогах переменного тока трубчатые разрядники устанавливают только на питающих линиях и линиях системы ДПР. В остальных же местах применяют роговые разрядники, аналогичные разрядникам постоянного тока, но с увеличенными до 45 мм искровыми промежутками.