Чтобы электричество дошло до наших домов, его мало просто пустить по проводам — нужно еще не дать ему «сбежать» по дороге. Рассказываем, как с этой задачей справились материалы, которые не боятся высокого напряжения и крепких морозов.
На опорах линий электропередачи можно заметить гирлянды из небольших «тарелок» или «колокольчиков». Это изоляторы — детали из материалов с высоким электрическим сопротивлением, которые почти не пропускают ток. Они отделяют провода от опоры и не дают электричеству «сбежать» через нее в землю.
Первые изоляторы появились в XIX веке, когда электроэнергия пришла в дома людей и на крупные предприятия. Поначалу ее передавали по оголенным проводам, протянутым между деревянными опорами. В сухую погоду древесина почти не проводила ток, но после дождя намокала, и часть энергии уходила в землю. Чтобы избежать таких утечек, провода стали отделять от опор фарфоровыми насадками, похожими на колокольчики.
Такие «колокольчики» крепили к опорам с помощью металлических штырей, поэтому их называли штыревыми. С ростом напряжения изоляторы становились все крупнее — требовалось больше фарфора, чтобы не дать току пройти к опоре. Увеличивать детали бесконечно было нельзя: большие шары из фарфора становились тяжелыми и хрупкими, а иногда просто лопались от напряжения.
В начале XX века американский изобретатель Эдвард Хьюлетт нашел выход: он предложил отказаться от одного большого изолятора и подвешивать провод на цепочке из нескольких фарфоровых звеньев. Чем выше было напряжение, тем больше элементов добавляли в цепочку. Со временем фарфоровые звенья стали плоскими — так появились знакомые многим гирлянды из «тарелок», которые и сегодня можно увидеть на высоковольтных линиях.
Фарфор долго оставался главным материалом для высоковольтных изоляторов. Его широко использовали и при электрификации Советского Союза по плану ГОЭЛРО. Поначалу фарфоровые «гирлянды» закупали за границей, но в 1927 году их производство наладили на московском заводе «Изолятор».
Были у фарфора и недостатки. Со временем в нем появлялись микротрещины, которые почти не были заметны снаружи. Изолятор выглядел целым, хотя постепенно терял прочность и мог неожиданно разрушиться.
В 1963 году в СССР разработали тарельчатый изолятор из закаленного стекла. Он был прочным и компактным, а внутренние повреждения такой «тарелки» было проще заметить при осмотре линии. К тому же стекло лучше подходило для массового выпуска: его отливка занимала меньше времени, чем формовка, сушка и обжиг фарфора.
К началу 2000-х стеклянными изоляторами оснащали большинство новых ЛЭП в России. Однако полностью вытеснить фарфор такие «гирлянды» не смогли: они подвержены загрязнениям, которые ухудшают изоляцию, а сами детали чувствительны к ударам при перевозке и монтаже. Фарфор по-прежнему применяют там, где особенно важны механическая прочность и долгий срок службы, в том числе в условиях Крайнего Севера.
Развитие нефтехимии открыло инженерам доступ к новым материалам — полимерам. В СССР полимерные изоляторы начали разрабатывать в конце 1970-х годов. В отличие от фарфоровых и стеклянных «тарелок», их конструкция представляет собой единый стержень: внутри — прочный стеклопластик, снаружи — защитная силиконовая оболочка.
Такой изолятор легче, а значит, его проще перевозить и устанавливать на труднодоступных участках. Силикон отталкивает воду: она собирается на поверхности каплями, а не растекается сплошной пленкой.
Полимеры хорошо переносят и арктические морозы с температурой ниже −60 градусов. Как рассказал «Энергии+» начальник участка электрообеспечения одного из северных месторождений «Газпром нефти» Павел Волков, на Крайнем Севере при выборе материалов и конструкций для ЛЭП учитывают множество параметров.
«Для надежной фиксации опор их монтируют на свайное основание. Это система из одной или нескольких свай, которые устанавливают на глубину порядка 14 метров. Также применяют специальные устройства, которые охлаждают грунт и не позволяют ему оттаивать — термостабилизаторы», — объяснил Павел Волков.
По словам эксперта, на этом подготовка линий электропередачи к северным условиям не заканчивается. Металлические конструкции покрывают цинком для защиты от коррозии, а на провода устанавливают специальные кожухи, чтобы сделать их безопаснее для птиц. Так выбор изолятора становится частью более широкой задачи — подготовки ЛЭП к работе в экстремальных условиях Севера.
Хотите узнать больше? ИИ-ПОИСК поможет разобраться.
