зачем на лэп стеклянные кольца
Для чего нужны изоляторы на опорах линий электропередач?
Устройство сети энергоснабжения является сложной и опасной технической задачей. Передача электроэнергии на большие расстояния требует больших финансовых затрат и соблюдения особых мер безопасности.
А Вы знаете, что для уменьшения потерь энергии ток передаётся под очень большим напряжением от 10 до 700 кВ. Такое напряжение требует надёжной изоляции от пробоя.
Для безопасной передачи электроэнергии по проводам применяют изоляторы. Безопасная работа ЛЭП и сохранение жизни и здоровья людей во многом зависит от качества материалов опор, проводов и особенно изоляционных материалов.
Классификация изоляторов
Изоляторы разделяются по нескольким техническим характеристикам:
Промышленность выпускает изоляторы из стекла, фарфора и из полимерного материала. До недавнего времени изоляторы в большинстве случаев устанавливались из фарфора. Однако в последнее время их вытесняют изоляторы из закалённого стекла, которые имеют лучшие технические характеристики и дешевле в производстве.
Изоляторы из закалённого стекла
Важно то, что стеклянные изоляторы не нуждаются в плановых испытаниях под большим напряжением. Любое повреждение тела изолятора можно обнаружить визуально. При этом разрушение одного изолятора в гирлянде не приводит к пробою электроэнергии. Технология производства стеклянных изоляторов полностью автоматизирована.
Если дефект проявляется в механической части и гирлянда обрывается, то требуется немедленный ремонт подвески. Всё это относится и к изоляторам из фарфора, но гораздо трудней увидеть дефект и пробой. Как недостаток применения изоляторов из стекла, отмечается их большой вес и хрупкость.
К преимуществам относится:
Фарфоровые изоляторы
Изоляторы из фарфора не меняют своих химических и физических свойств за весь период эксплуатации. Тук же, как и стеклянные они обладают отличными диэлектрическими свойствами. Они не хуже стеклянных, но дороги в производстве и обслуживании. Недостатками являются большой вес и хрупкость.
Изоляторы из полимерных материалов
Полимерные изоляторы обладают более низкими характеристиками и применяются только в электросетях с напряжением до 220 кВ. Даже при локальных повреждениях тел полимерных изоляторов значительно снижает их диэлектрические характеристики. Полимерные материалы имеют свойство старения, а при больших температурах снижается их механическая прочность.
У любых изоляторов, применяемых на ЛЭП, проявляются свои положительные и отрицательные свойства.
Совет профессионалов, — применяйте изоляторы из стекла. В рейтинге по эксплуатации изоляторов их можно поставить на первое место по эффективности, безопасности и дешевизне в производстве.
Как устроены изоляторы ВЛ
К достоинствам стеклянных изоляторов относится и то, что в случае электрического пробоя или разрушающего механического или термического воздействия закаленное стекло изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора в гирлянде и тем самым позволяет отказаться от трудоемких профилактических замеров на линиях.
На опорах штыревые изоляторы крепят при помощи крючков и штырей. В том и другом случаях на стрежни крючков или штырей, снабженных насечками, накручивают слой палки (пеньки), смоченной суриком, растертым в олифе, после чего на паклю по резьбе, имеющийся в фарфоре, навертывают изолятор.
В обозначениях типов изоляторов буквы и цифры означают: Ш – штыревой, Ф – фарфоровый, С – стеклянный, Н – низкого напряжения, цифра – номинальное напряжение, кВ, или минимальная электромеханическая нагрузка в кН, буквы А, Б, В, Г – вариант конструкции изолятора.
Для воздушных линий напряжением 35 кВ с проводами средних и больших сечений, а также для линий более высокого напряжения применяют только подвесные изоляторы (рис. 2 ).
Подвесные изоляторы состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части и металлических деталей – шапок и стержней, соединяемых с изолирующей частью посредством цементной связки.
Рис. 3. Гирлянда из подвесных изоляторов
Количество изоляторов в гирлянде зависит от рабочего напряжения линии, степени загрязненности атмосферы, материала опор и типа применяемых изоляторов. Так, для линии напряжением 35 кВ – 2-3, для 110 кВ – 6-7, для 220 кВ- 12-14 и т.д.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Применение дугозащитных и полевыравнивающих устройств для высоковольтных линейных изоляторов
Статистика повреждаемости линейной изоляции в сетях России
Характерные следы теплового воздействия силовой дуги на линейные изоляторы показаны на рис. 1.
Более детальные результаты обследования отказов изоляторов приводит институт «Энергосетьпроект». Согласно 2 в 1997-2007 годы на ВЛ 110-500 кВ было зарегистрировано 2808 случаев повреждения гирлянд изоляторов, что составило 29,7% от общего количества повреждений элементов ВЛ, причем 80% повреждений гирлянд изоляторов произошло на ВЛ 110 кВ.
В этой работе даны следующие соотношения между причинами и объемом повреждения гирлянд изоляторов:
Таким образом, чаще всего отказы (около 38 %) высоковольтной линейной изоляции происходят вследствие электрического перекрытия при грозовых перенапряжениях и по причине загрязнения.
К приведенным в табл. 2 отказам изоляторов относятся только те, которые были выявлены непосредственно после перекрытия изоляции, что, по сути, является «сегодняшним» дополнительным подтверждением значимости взаимосвязи между повреждением изоляторов и электрическими воздействиями. В сводном документе 3 отмечено, что повреждение верхнего и нижнего экранов идентифицировалось как отказ полимерных изоляторов (см. рис.1).
Дугозащитные и экранирующие устройства
Вектор скорости начального ствола дуги определяется кулоновской силой и совпадает с вектором электрического поля электрода, поэтому всегда направлен перпендикулярно к поверхности металла (см. рис. 3). Дальнейшая судьба ствола будет зависеть от соотношения термодинамических процессов расширения горячего газа и сил Лоренца, испытываемых заряженными собственным магнитным полем частицами. Очевидно, чем длиннее расстояние между электродами, тем сильнее скажется термодинамический фактор.Как известно, силовая дуга является следствием короткого замыкания сети, ток которого протекает по искровому каналу, образовавшемуся при перекрытии изоляции под действием грозовых перенапряжений или же при рабочем напряжении в условия критического загрязнения и увлажнения. Тепловой эффект дуги на изоляцию не только определяется током и длительностью горения, но и траекторией ее движения. Потоки плазмы могут иметь различное направление в зависимости от конструкции разрядного промежутка. Для наглядности на рис. 3 схематически показаны возможные движения потока заряженных частиц для случая короткой дуги 5,6 (полагается, что влияние ветра отсутствует). Когда поверхности электродов обращены одна к другой и расположены по одной линии (рис. 3а)
, то потоки плазмы, выходящие из электродов, направлены навстречу друг другу и при небольшом расстоянии между электродами могут сталкиваться, образуя расширение ствола дуги. Если поверхность одного из электродов повернута в сторону (рис. 3б), напряжение на дуге в этом случае заметно повышается, и условия ее гашения облегчаются. Можно так расположить поверхности электродов, чтобы потоки плазмы не сталкивались друг с другом (рис. 3в). Здесь потоки плазмы направлены в разные стороны и выбрасываются за пределы ствола дуги. Путь тока в стволе удлиняется, а сопротивление плазмы существенно повышается, что также способствует затуханию дуги.
Из опыта проведения электрических испытаний переменным напряжением известно, что, в случае изолирующей подвески с кольцевым экраном, опорная точка дуги, как правило, хаотично перемещается по поверхности экрана, обвивая изоляцию. Для того чтобы зафиксировать геометрическое место расположения опорной точки — основания разряда, окажется достаточным сделать разрез таким образом, чтобы создать на экране участок с явно выраженной повышенной напряженностью электрического поля.
Одним из простых и эффективных способов ограничения теплового воздействия силовой дуги на твердый диэлектрик является установление роговых разрядников в параллель с защищаемым объектом. Вместе с тем на ВЛ России и странах СНГ практически не встречаются участки высоковольтных линий, оснащенных повсеместно такого рода устройствами. На проблемных по грозоупорности линиях рекомендуется применять быстродействующие коммутирующие аппараты, а также линейные разрядники и ограничители напряжений, что не всегда осуществляется по различным техническим и экономическим причинам.
Как правило, согласно действующему основополагающему для энергетиков документу ПУЭ-7 (см. также стандарт 7 ) преимущественно рога разрядные предусмотрены для отвода электрической дуги от изолятора в тросовых креплениях. Применяемые на ВЛ напряжением, начиная от 330 кВ, защитные кольца — экраны предназначены для выравнивания напряжения вдоль натяжных гирлянд изоляторов и подвесных гирлянд на ВЛ напряжением 500 кВ и выше. Такие экраны должны обеспечивать снижение уровней радиопомех и исключать появление видимой короны на элементах гирлянд в штатном режиме работы линии.
Поскольку в рассматриваемом примере принято, что заряды движутся от левого положительного электрода к правому с отрицательной полярностью, то магнитная сила, согласно векторному произведению скорости и магнитной индукции, будет направлена вверх, таким образом, отдаляя дугу от источника тока. Можно показать, что при перемене полярности электродов дуга также сместится в том же направлении. Выше рассмотренный положительный эффект был реализован при разработке так называемых «многосторонних устройств дуговой защиты» в связи с внедрением длинностержневых фарфоровых изоляторов. Еще в 1940 году были созданы роговые разрядники, пересекающиеся роговые разрядники, спиральные роговые разрядники и дугозащитные кольца. Эти устройства по-прежнему находят применение в сетях с небольшими токами короткого замыкания.
Особое внимание уделялось явлению эрозии металла с поверхности наконечника, на которой устанавливается основание дуги. В этой связи предусмотрена линейка изделий одной конструкции, но для разных по величине ожидаемых токов короткого замыкания ВЛ. Поэтому при выборе защитного устройства рекомендуют руководствоваться приведенной на рис. 7 зависимостью между сечением рабочего элемента устройства и током. Для относительно больших токов короткого замыкания, 40 кА и более, с целью экономии материала была разработана специальная конструкция, отличающаяся тем, что к наконечнику приварен дополнительный стальной элемент шарообразной формы, но с большим сечением (см. рис.5).
Для эффективности работы дугозащитных устройств немаловажное значение имеет пространственное их расположение в зависимости от конструкции опоры и от типа гирлянды изоляторов. Общая рекомендация сводится к тому, чтобы минимизировать термическое действие дуги на изолятор, при этом избежать возможности контакта дуги с соседними фазами и с элементами опоры. Наиболее важные из рекомендованных схем приведены на рис. 7. Очевидно, что для натяжной гирлянды опорные точки должны быть направлены вверх в открытое пространство.
Следует отметить, что, в соответствии с утвержденным в феврале 2017 г. Положением ПАО «Россети» «О единой технической политике в электросетевом комплексе», на ВЛ 220 кВ и выше гирлянды изоляторов должны быть снабжены защитной арматурой.
Оптимизация защитных экранов для линейных полимерных изоляторов
Результаты поиска оптимальных решений непосредственно зависят от обоснованности критериев оптимальности. В настоящее время на основе многолетних совместных работ, выполненных исследовательскими институтами STRI (Swedish Test Research Institute) и EPRI (Electric Power Research Institute, USA), приняты следующие предельно допустимые значения напряженности электрического поля 16 :
Следует отметить, что для обоснования критических параметров были использованы результаты анализа обширных данных опыта эксплуатации полимерных изоляторов. Был проведен комплекс экспериментальных исследований, выполненных на образцах и на полномасштабных моделях изоляторов различных по классу напряжения и по конструктивному исполнению. Устанавливались напряжения начала видимой короны с одновременным измерением уровней радиопомех согласно IEC 61284. Опыты проводились как в сухом состоянии, так и после обрызгивания поверхности изолятора водой с заданной проводимостью по новой методике «Water Drop Corona Induced». Экспериментальные данные сопоставлялись с результатами численных исследований.
В работе 16 были выполнены расчеты поля изоляторов в комплекте с используемыми на сегодня стандартными защитными устройствами RIBE. Пример расчета поля изолятора класса 400 кВ в цветном отображении иллюстрирует рис. 8. По рисунку визуально можно провести качественный анализ распределения поля по поверхности исследуемого объекта, в данном случае, на поверхностях защитной арматуры. Там же приведена фотография начальной короны, по которой можно прогнозировать места опорной точки дуги и вектор ствола дуги в начальный момент развития, что согласуется с результатами расчета. По результатам исследований были сформулированы рекомендации по разработке новых и оптимизации существующих конструкций с учетом приведенных критериев. Отмечается необходимость во взвешенном подходе при выборе защитных устройств для полимерных изоляторов и целесообразность проведения испытаний на корону в соответствии с IEC 61284.
Выводы, рекомендации
Представляется оправданным введение в практику организации линейной изоляции обязательного применения дугозащитных устройств на участках линий ВЛ 35-110 кВ.
Экранная арматура для полимерных изоляторов должна быть изготовлена из стали и обеспечивать дугоотводящую функцию.
Целесообразно разработать нормативные документы, регламентирующие технические условия по разработке, выбору и эксплуатации устройств защиты изоляторов от теплового воздействия силовой дуги, одновременно обеспечивающих выравнивание электрического поля.
Литература
Источник: Ким Е. Д., д.т.н, член экспертного совета НП «ЭЛЕКТРОСЕТЬИЗОЛЯЦИЯ»
Для чего нужны изоляторы на опорах линий электропередач?
Устройство сети энергоснабжения является сложной и опасной технической задачей. Передача электроэнергии на большие расстояния требует больших финансовых затрат и соблюдения особых мер безопасности. А Вы знаете, что для уменьшения потерь энергии ток передаётся под очень большим напряжением от 10 до 700 кВ. Такое напряжение требует надёжной изоляции от пробоя.
Для безопасной передачи электроэнергии по проводам применяют изоляторы. Безопасная работа ЛЭП и сохранение жизни и здоровья людей во многом зависит от качества материалов опор, проводов и особенно изоляционных материалов.
Классификация изоляторов
Изоляторы разделяются по нескольким техническим характеристикам:
Промышленность выпускает изоляторы из стекла, фарфора и из полимерного материала. До недавнего времени изоляторы в большинстве случаев устанавливались из фарфора. Однако в последнее время их вытесняют изоляторы из закалённого стекла, которые имеют лучшие технические характеристики и дешевле в производстве.
Изоляторы из закалённого стекла
Важно то, что стеклянные изоляторы не нуждаются в плановых испытаниях под большим напряжением. Любое повреждение тела изолятора можно обнаружить визуально. При этом разрушение одного изолятора в гирлянде не приводит к пробою электроэнергии. Технология производства стеклянных изоляторов полностью автоматизирована.
Если дефект проявляется в механической части и гирлянда обрывается, то требуется немедленный ремонт подвески. Всё это относится и к изоляторам из фарфора, но гораздо трудней увидеть дефект и пробой. Как недостаток применения изоляторов из стекла, отмечается их большой вес и хрупкость.
К преимуществам относится:
Фарфоровые изоляторы
Изоляторы из фарфора не меняют своих химических и физических свойств за весь период эксплуатации. Тук же, как и стеклянные они обладают отличными диэлектрическими свойствами. Они не хуже стеклянных, но дороги в производстве и обслуживании. Недостатками являются большой вес и хрупкость.
Изоляторы из полимерных материалов
Полимерные изоляторы обладают более низкими характеристиками и применяются только в электросетях с напряжением до 220 кВ. Даже при локальных повреждениях тел полимерных изоляторов значительно снижает их диэлектрические характеристики. Полимерные материалы имеют свойство старения, а при больших температурах снижается их механическая прочность.
У любых изоляторов, применяемых на ЛЭП, проявляются свои положительные и отрицательные свойства.
Типы изоляторов воздушных линий электропередачи
Вступление
Для закрепления проводов воздушных линий электропередач на опорах выпускаются и используются специальные диэлектрические изделия, называемые изоляторы. Про типы изоляторов воздушных линий электропередачи пойдёт речь в этой статье. В статье использованы материалы Компании «БИНАБИ», занимающейся поставкой высоковольтного оборудования, кабельно–проводниковой продукции, арматуры для СИП и ВЛ. Сайт компании https://binabi.ru/izolyatory/.
Что такое изоляторы
Изоляторы в аббревиатуре обозначений и маркировок этих электротехнических изделий обозначаются буквой «И».
Нужны изоляторы для изолированного крепления проводов линий электропередачи или проводов контактных сетей или шин и проводов в распределительных устройствах.
В основном используются для не изолированных проводов типа АС в ЛЭП и электротехнических шин ШМТ. Могут использоваться для крепления изолированных проводов СИП в ВЛИ.
Типы изоляторов по материалам
Для изготовления этих изделий используют довольно банальные, но от этого не менее функциональные и надёжные диэлектрические материалы: стекло, фарфор и полимеры. Последние из-за ряда особенностей композитного материала не используются на воздушных линиях электропередачи свыше 220 кВ.
Итак по материалу изоляторы ВЛ могут быть:
Изоляторы из стекла
Сразу отметим, что изоляторы из стекла стоят дороже аналогичных изделий из фарфора, но имеют перед ними ряд преимуществ.
Так как стеклянные изоляторы прозрачны и на них легко визуально обнаружить повреждения, в том числе внутренние, изолирующих тарелок. Это позволяет не проводить частых испытаний напряжением и упрощает обслуживание ЛЭП.
Фарфоровые изоляторы
Традиционные изоляторы не меняющиеся уже много лет. Имея все необходимые характеристики: диэлектрика, абсолютная прочность на изгиб, не горючесть, водонепроницаемость, «равнодушие» к ультрафиолету, они имеют преимущество по цене.
К недостаткам относим повышенную хрупкость, которая усиливает требования по безопасной упаковке и транспортировке.
Полимерные изоляторы
И золяторы из композитов пока не используются в линиях электропередачи свыше 220 кВ. Это связано со всеми недостатками присущими полимерам.
Они изгибаются при продольных нагрузках;
Типы изоляторов по назначению
Кроме деления изоляторов по материалу изготовления, есть типы изоляторов по назначению. Это изоляторы:
Изоляторы штыревые (ИШ)
С помощью штыревых изоляторов неизолированные провода АС и изолированные провода СИП-3 крепят к траверсам опор.
Подвесные изоляторы (ПС, ПСД, ПСВ)
Данные изоляторы подвешивают на опоры ВЛЭП для крепления методом подвеса проводов и кабелей. Чаще изготавливают из закалённого стекла.
Изоляторы опорные (ИО, ИОР, СА, ОНШП)
Данные изоляторы используют в распределительных установках и другом электрооборудовании для закрепления токопроводящих элементов. Работают на участках от 6 до 35 кВ.
Проходные изоляторы (ИП, ИПУ)
При необходимости провести провод или шину через стену, например, на вводе в подстанцию, используют проходные изоляторы.
Стержневые изоляторы (ИС, ИОС)
Опорно–стержневые (ИОС) и стержневые (ИС) изоляторы используются на электрических станциях и подстанциях напряжений больше 1000 Вольт. Изготавливаются из фарфора или стекла. Монтируется вертикально, имеет характерные винтовые ребра. Фото выше в опорных изоляторах.
Изоляторы для частного дома
Существуют отдельные типы изоляторов используемых в электрике частного дома. Например,
Изоляторы керамические для открытой проводки в стиле «Ретро».
Керамические изоляторы для электрического ввода в дом, монтируются на крюках или траверсах.
Заключение
Типы изоляторов воздушных линий электропередачи насчитывают десятки наименований. Выбирать изоляторы нужно по напряжению линии, и месту использования, включая климатические условия и загрязнение среды.