твн / литература / Лисина,ТВН

На классы напряжения более 110 кВ допустимые нагрузки не установлены, они определяются техническими условиями на изделие, выпускаемое предприятием.

2.3. Наружная изоляция электроустановок

Наружная высоковольтная изоляция работает в непосредственном контакте с атмосферным воздухом. В условиях эксплуатации такая изоляция (изоляторы) подвергается воздействию электрического поля, механических усилий и вибрации, метеорологических (атмосферных) факторов.

По назначению изоляторы делятся на линейные и станционно-аппаратные, которые, в свою очередь, делятся на опорные и проходные.

Станционно-аппаратные изоляторы могут изготавливаться не только для наружных, но и для внутренних установок, предназначенных для работы в закрытых помещениях. Для наружной установки изоляторы изготавливают с нормальной и усиленной внешней изоляцией, т. е. с увеличенной длиной пути утечки тока по поверхности изолятора (за счет применения ребер). Изоляторы внутренней установки имеют обычно гладкую или слаборебристую поверхность.

Изолятор состоит из диэлектрика (фарфор, стекло, стеатит, ситалл) и металлической арматуры для крепления изолятора в условиях эксплуатации. В последнее время в качестве наружной изоляции применяются полимерные изоляторы на основе эпоксидных компаундов, кремнийорганических и полиэфирных смол с минеральными наполнителями. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность, малый вес и достаточную трекингостойкость (один из показателей диэлектрика сопротивляться электрическому разрушению).

С целью повышения механической прочности изоляторов производится их армирование стекловолокном (стеклопластиковые изоляторы).

Наибольшее распространение в электроэнергетике получили изоляторы из фарфора и стекла.

2.3.1. Изоляция воздушных линий электропередачи.

Провода линий электропередачи крепятся на металлических, железобетонных, деревянных и смешанного типа опорах при помощи линейных изоляторов. По конструктивному исполнению линейные изоляторы делятся на штыревые и подвесные.

Штыревые изоляторы. Применяются на ЛЭП до 35 кВ и монтируются на опорах с помощью штырей или крюков. Конструкция штыревого изолятора на напряжение 6…10 кВ представлена на рис. 3.1.

71

Изолятор крепится в вертикальном положении на штыре или крюке специального полиэтиленового колпачка. Провод крепится в верхней или боковой канавке с помощью проволочной вязки. Штыревые изоляторы выполняются с резко выступающими ребрами, обращенными книзу, что повышает мокроразрядное и сухоразрядное напряжение изолятора.

Рис. 2.1. Линейный штыревой изолятор типа ШФ10-В

Подвесные изоляторы. При Uном 35 кВ на ЛЭП применяют подвесные изоляторы, которые можно разделить на тарельчатые (шарнирные), стержневые (с кольцевыми или винтовыми ребрами) и стержневые гладкие (или палочные) изоляторы.

Подвесной шарнирный изолятор с конусной головкой (рис. 2.2) состоит из фарфора или закаленного стекла 1, армированных металлическими элементами – шапкой 2 из ковкого чугуна и стержня 3 из стали, которые во избежание коррозии оцинковываются.

Металлическая арматура соединяется с изоляционной «тарелкой» посредством заполнения цементно-песчаной смесью 4. Во избежание повреждения тела изолятора при ударах между арматурой и изоляционным телом помещаются демпферные прокладки 5 из картона, пробки или кирзы. Изоляторы из фарфора в процессе их изготовления покрываются глазурью (белая, коричневая), что улучшает их механические свойства на 15…20 %, повышает влагостойкость, способствует самоочистке под действием ветра и дождя, повышает электрические характеристики, улучшает внешний вид.

Все более широкое распространение находят изоляторы с цилиндрической головкой (рис. 2.3), которые имеют более высокую механическую прочность, более

72

высокие технико-экономические показатели, меньшую строительную высоту. Процесс изготовления таких изоляторов легче поддается механизации.

При разряде по загрязненной и увлажненной поверхности изолятора важным параметром является длина пути утечки изолятора – кратчайшее расстояние вдоль поверхности изолятора между металлическими частями, находящимися под различными потенциалами.

На рис. 2.4 представлены некоторые типы изоляторов, предназначенных для работы в условиях интенсивного загрязнения атмосферы.

Подвесной стержневой изолятор (рис. 2.5, а) представляет собой сплошной стержень из изоляционного материала (фарфор, ситаллы, стекло), армированный с обоих концов металлическими шапками с помощью цементной связки с

для оттяжек воздушных выключателей, а также в качестве фиксаторных изоляторов для электрифицированного железнодорожного транспорта. В последние годы разработаны стеклопластиковые длинностержневые изоляторы (гладкие и с ребрами на U = 35…220 кВ), которые имеют незначительный вес и обладают хорошей стойкостью к удару, в частности к расстрелу из ружей (рис.2.5,

б).

Для защиты стеклопластикового стержня от образования науглероженных дорожек на поверхность изолятора наносится трекингостойкое покрытие из фторопласта или кремнийорганической резины.

73

Крепление фланцев производится путем опрессовки. Изоляторы могут использоваться как в качестве поддерживающих, так и натяжных изолирующих подвесок при рабочем напряжении 35…220 кВ.

Рис. 2.5. Стержневой фарфоровый изолятор типа СФ-110/2,25 (а) и стеклопластиковый стержневой изолятор (б)

Гирлянды изоляторов и выравнивающая арматура.

а

б

Рис. 2.6. Схема замещения гирлянды (а) и распределение напряжения по гирлянде (б):

1 – нормальное распределение напряжения; 2 – распределение напряжения по гирлянде при дефектном пятом изоляторе

74

На линиях 35 кВ и выше для обеспечения заданного изоляционного расстояния подвесные изоляторы тарельчатого типа соединяются в гирлянды.

где n – число элементов (изоляторов) в гирлянде; Н – строительная высота изолятора.

Благодаря шарнирному соединению изоляторов гирлянда приобретает гибкость, которая способствует снижению механических нагрузок на изоляторы при сильном ветре и обрыве провода.

На промежуточных опорах используются поддерживающие гирлянды, воспринимающие вес прикрепленного провода, а на анкерных, угловых и концевых опорах – натяжные, которые воспринимают тяжение провода. Гирлянду изоляторов можно представить в виде цепочки емкостей (рис. 2.6, а), где продольная емкость С имитирует емкость изолятора, а С1 и С2 – емкость изолятора на металлическую опору (землю) и на провод соответственно. Поскольку частичные емкости изоляторов С1 на землю больше, чем емкость на провод С2, распределение напряжения по изоляторам гирлянды неравномерно и наибольшее падение напряжения приходится на ближайшие от провода изоляторы (рис. 2.6, б).

Высокие напряженности поля на изоляторах вблизи провода могут приводить к коронированию, вызывающему старение изоляционного тела изолятора и окислительные процессы на металлической арматуре. Из опыта установлено, что по указанной причине максимальное напряжение на изоляторе не должно превышать 25…30 кВ. Для выравнивания распределения напряжения вдоль гирлянды на ЛЭП напряжением 220 кВ и выше применяется защитная арматура в виде колец, восьмерок, овалов, рогов. Но при Uн 750 кВ защитная арматура не применяется, т. к. выравнивание напряжения вдоль гирлянды достигается за счет наличия расщепленных проводов в фазе и специальной («утопленной») подвеской гирлянды, при которой провода фазы располагаются на уровне тарелки первого изолятора или выше.

75

Разрядное напряжение гирлянды подвесных изоляторов не представляет собой сумму разрядных характеристик отдельных элементов, т. к. разряд по гирлянде развивается несколько иначе, чем на отдельном элементе (рис. 2.7).

Из рис. 2.7 видно, что путь разряда изолятора в гирлянде lР несколько отличается от пути разряда

одиночного изолятора l P/ и длины пути утечки изолятора L. Разрядное напряжение гирлянды зависит от числа и типа изолятора, а также от наличия защитной арматуры. Для увеличения

разрядного напряжения гирлянды на практике принимают lР/Н 1,3. В этом случае разряд пойдет по пути АВСF, т. е. по воздуху. Выдерживаемое напряжение гирлянды в сухом состоянии (Uсхв) при этом будет наибольшим.

Перспективные разработки в области линейной изоляции.

Внастоящее время в отечественной и зарубежной энергетике разрабатываются

иуспешно внедряются новые изоляционные конструкции на воздушных ЛЭП, которые принципиально отличаются от традиционных конструкций, используемых в качестве изоляции линий электропередачи.

Вряде стран (Италия, ФРГ, СНГ и др.) используются изоляционные траверсы на основе стеклопластиков, которые позволяют отказаться от традиционно применяемых изоляторов и уменьшить массу и габариты опор.

Разновидностью изоляционных траверс являются траверсы из электроизоляционного бетона, разработанные в СибНИИЭ (г. Новосибирск). Траверсы различной формы (трехлучевая звезда, треугольная рама) крепятся на железобетонных опорах.

Применение изоляционных траверс позволяет предотвратить гибель птиц от поражения электрическим током.

Всвязи с освоением сверхвысоких и ультравысоких напряжений все острее ставится вопрос о путях развития воздушных ЛЭП. Уже сейчас отдельные варианты ЛЭП на металлических опорах с подвесной изоляцией имеют габариты по высоте и ширине до 50 м и более, а масса опоры достигает более 20 тонн.

76

Поэтому предлагается решение о замене подвесной изоляции на таких линиях опорной, т. е. изоляция каждой фазы и закрепление ее на определенном расстоянии от земли осуществляется с помощью отдельных изолирующих колонн (стоек) из электроизоляционного бетона. Для большей устойчивости «опора-изолятор» крепится к земле с помощью изоляционных растяжек.

Применение стеклопластиковых полых опор (Япония, США) позволяет увеличить срок годности стоек ЛЭП до 100 лет. Масса опоры при высоте 10,5 м составляет 60 кг.

2.3.2. Опорные изоляторы

Опорные изоляторы предназначены для механического крепления шинопроводов, деталей аппаратов и проводов, находящихся под различными потенциалами, а также для изолирования их от заземленных конструкций и между собой в закрытых и открытых РУ.

В зависимости от условий работы опорные изоляторы бывают внутренней и наружной установки.

Опорные изоляторы внутренней установки. Изоляторы внутренней установки являются изоляторами стержневого типа, которые можно разделить на изоляторы с внутренней (рис.2.8, а) и наружной (рис. 2.8, б) заделкой арматуры. Они изготавливаются из фарфора и применяются до напряжения 35 кВ. Арматура у изоляторов с внутренней заделкой выполняет роль внутреннего экрана. Внутренний экран и ребро увеличивают разрядное напряжение изолятора. Как наружная, так и внутренняя поверхности изолятора покрываются белой глазурью. Изоляторы с внутренней заделкой арматуры на 35…40 % меньше по высоте, чем изоляторы с наружной заделкой, они имеют меньшую массу фарфора и арматуры.

Рис. 2.8. Опорные стержневые изоляторы для внутренней установки:

1 – тело изолятора; 2 – металлическая арматура изолятора; 3 – цементно-песчаная заделка; 4 – прокладка

Опорные изоляторы наружной установки. Опорные изоляторы для наружной установки делятся на штыревые и стержневые. Основным материалом

77

таких изоляторов является фарфор, но имеются штыревые изоляторы из стекла на напряжение 6…10 кВ.

Опорные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют развитые ребра, существенно повышающие мокроразрядное напряжение. Форма ребер показана на рис. 2.9.

Кромки ребер отогнуты книзу, образуя так называемую капельницу. Вода с капельницы скатывается, как показано на рисунке, жирными стрелками, оставляя сухой нижнюю поверхность ребер. При наклонном дожде верхние ребра частично защищают от влаги нижние ребра. Оптимальное соотношение между вылетом

ребра а и расстоянием между ребрами l лежит в пределах 0,5 < a < 1,0.

l

Штыревые опорные изоляторы. Такие изоляторы используются в тех случаях, когда требуется большая механическая прочность на изгиб, которая обеспечивается, в основном, штырем из стали 1. Изолятор состоит из изоляционной детали 2, которая с помощью цементной связки 4 скрепляется с металлической арматурой – штырем и колпачком или шапкой 3. Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжение 6…10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ – двухили трехэлементной (рис. 2.10).

В установках на напряжение 110 кВ и выше используются колонки, состоящие из нескольких, установленных друг на друга опорных изоляторов на 35 кВ.

Стержневые опорные изоляторы. На напряжение 35 кВ и выше применяются опорные изоляторы в виде сплошных фарфоровых стержней (рис.

2.11, а).

78

Такие изоляторы являются практически непробиваемыми, поэтому для них отсутствует расчет электрической прочности фарфора. Выбор числа ребер ведется по формуле n = 1,5…0,065 Uн, шт. (Uн – номинальное напряжение, кВ).

С учетом загрязнения атмосферы число ребер может быть увеличено. Между вылетом ребра а и расстоянием l желательно выдерживать соотношение а 0,5 l.

Рис. 2.11. Эскизы опорно-стержневых изоляторов:

а– сплошной стержневой типа ОНС;

б– колонка из пустотелых стержневых

изоляторов типа КО

На U 110 кВ собираются колонки из отдельных пустотелых стержневых изоляторов (рис. 2.11, б).

Для предупреждения возникновения разрядов в полости изоляторы, собираемые в колонки, изготавливают с фарфоровыми перегородками. Иногда внутренние полости заполняются трансформаторным маслом, компаундом или газом.

Отечественная промышленность освоила выпуск стержневых опорных изоляторов до 110 кВ из комбинированной полимерной изоляции, состоящей из стеклопластикового цилиндра с оребренным покрытием из кремнийорганической резины.

На напряжение 500 кВ и выше для одиночных опорных колонок требуются изоляторы весьма высокой механической прочности, изготовление которых представляет большие трудности. В связи с этим в установках напряжением 500 кВ и выше применяются опорные конструкции, состоящие из нескольких параллельных колонок опорных изоляторов.

79