книги из ГПНТБ / Цимберов, А. И. Стеклянные изоляторы

б) определение сухоразрядных и мокроразрядных ха­ рактеристик гирлянд подвесных изоляторов при про­ мышленной частоте и коммутационных перенапряже­ ниях;

в) определение 5 0 % - н о г о влагоразрядного напряже­ ния загрязненного подвесного изолятора при промыш­ ленной частоте;

20 разрядов частоты 50 гц в сухом состоянии и под дож­ дем, а также импульсных разрядов при предразрядном времени 2 мксек;

ж) определение напряжения по уровню радиопомех от короны на одиночном подвесном изоляторе.

Механические и электромеханические характеристики

Подвесные стеклянные изоляторы должны выдержать следующие испытания: 1) одноминутной механической растягивающей нагрузкой, равной 50% нормируемой разрушающей; 2) одночасовой электромеханической на­ грузкой равной 75% нормируемой разрушающей с приложением напряжения промышленной частоты, равного 75% одноминутного испытательного напряже­

ческой испытательной нагрузкой, равной 60% нормируе­ мой разрушающей нагрузки; 5) минимальной разрушаю­ щей электромеханической нагрузкой; 6) механической нагрузкой арматуры подвесных изоляторов, которая должна быть на 10% выше нормируемой разрушающей нагрузки соответствующего класса изолятора.

Все требования к механическим и электромеханиче­ ским характеристикам подвесных стеклянных изоляторов идентичны тем же требованиям к фарфоровым подвес­ ным изоляторам за исключением требования к прочно­ сти остатка стекла в шапке изолятора (после разрушения его тарелки). Это требование является специфиче­ ским для стеклянных подвесных изоляторов тарельчато­ го типа, так как в эксплуатации при электрическом про­ бое или при сильном ударе весь изоляционный, стек­ лянный корпус полностью разрушается, превращаясь

50

в мелкие осколки. При этом осколки тарелки изолятора падают на землю, а остаток (головка) стеклянного эле­ мента остается зажатой в пространстве между шапкой и стержнем (между клиньями цементно-песчаной связ­ ки), удерживая тем самым гирлянду и провод от паде­ ния на землю. Минимально допустимая прочность остат­

ставляет 50% разрушающей нагрузки, что обеспечивает надежность работы линий электропередачи.

По шведским нормам прочность остатка стекла в стеклянном изоляторе по разрушении тарелки послед­ него должна составлять не меньше 80% установленной механической прочности изолятора.

Штыревые изоляторы при выпуске из производства подвергаются выборочной проверке на механическую прочность путем приложения изгибающей нагрузки—до разрушения изолятора.

Все выпускаемые из производства фиксаторные стержневые изоляторы испытываются одноминутной рас­ тягивающей нагрузкой и выборочно доводятся до разру­ шающей нагрузки при растяжении, а опорные — при изгибе.

Термостойкость и термомеханическая прочность

Подвесные стеклянные изоляторы тарельчатого типа должны выдержать испытания на термостойкость путем пятикратного резкого изменения температуры при пере­ паде 70 °С. Эти испытания определяют термостойкость стеклянного элёмента изолятора в статическом состоя­ нии, т. е. без динамических нагрузок.

Другой вид термических испытаний подвесных изоля­ торов носит название «термомеханических», целью кото­ рых является проверка термостойкости подвесных изо­ ляторов при одновременном трехкратном воздействии смены температуры от —60 до +50 °С и механической нагрузки, равной 50% нормированной разрушающей на­ грузки для данного класса изолятора. Эти требования впервые в мировой практике были включены в ГОСТ 6490-53 на фарфоровые подвесные изоляторы на основа­ нии исследований ВЭИ им. В. И. Ленина.

Штыревые и опорно-штыревые изоляторы, изготавли­ вающиеся из малощелочного стекла 1Зв, без закалки,

подвергаются двукратному резкому изменению темпера­ туры при перепаде не менее 45 °С, а также плавному изменению температуры от +50 до —50 °С.

Фиксаторные и опорные изоляторы для железных до­ рог, изготовляемые из стеклофарфора, должны выдер­ живать двукратный перепад температуры не менее 50 °С и плавное изменение температуры от +50 до —50 °С.

Надежность работы изолятора в значительной мере определяется конфигурацией и размерами головки стерж­ ня, сопрягаемой с шапкой изолятора или с арматурой, которые должны соответствовать ГОСТ 11619-65. Что касается головки стержня, заделываемой в стеклянном элементе изолятора, то его форма и размеры зависят от принятой конструкции « размеров внутренней полос іи головки изолятора.

В подвесных изоляторах способ заделки стержня в полости стеклянного элемента и принятые конфигура­ ции стержня и полости изолятора в сочетании с опорной нижней поверхностью шапки являются решающими фак­ торами для обеспечения запроектированной механиче­ ской прочности изолятора. В мировой практике сущест­ вуют две основные формы головки подвесного изолято­

и цилиндрическая форма головки, причем в изоляторах на небольшие и средние нагрузки (6 000, 11 000 кгс) вну­ тренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы — заплечики (рис. 2-10,s). Такие опорные вы­ ступы обеспечивают лучшее распределение усилий от па­ раллельно расположенных к выступам наклонных по­ верхностей головки стержня и шапки. Благодаря этому удается снизить высоту головки таких изоляторов.

Толщина чугунной шапки в наиболее тонком месте принимается обычно не меньше 5 мм и зависит от при­ нятой марки чугуна. Геометрические размеры захвата шапки и нижней головки стержня должны соответство­ вать ГОСТ 11619-65. Угол отклонения головки стержня в захвате шапки должен быть в пределах 2—6° при на­ груженной гирлянде и в пределах 8—12° при ненагру­ женной. Нижняя (выступающая из изолятора) часть стержня должна обеспечить свободное сцепление изоля­ торов между собой и с линейной арматурой.

Наибольший интерес представляет конструкция под­ весного изолятора с цилиндрической формой головки,

52

принятая многими зарубежными фирмами США, Японии и др. (рис. 2-10,6). Как показывает многолетний опыт выпуска таких подвесных изоляторов как с фарфоровым, так и со стеклянным элементами, в конструкциях с ци­ линдрической формой головки удается получить лучшие техноэкономические показатели, чем в подвесных изоля­ торах с конической формой головки. За счет снижения высоты и диаметра головки изоляционного элемента изо­ лятора уменьшается конструктивная высота изолятора.

Рис. 2-10. Конструкции головок стеклянных подвесных изоляторов,

Достигается это благодаря более равномерному распре­ делению механических напряжений по внутренней по­ верхности диэлектрика через цементный камень при при­ ложении нагрузки к стержню изолятора. При комической же форме головки изоляционного элемента изолятора напряжение сосредоточивается в основном на головке стержня. Изложенное подтверждается исследованиями на моделях, выполненных в ВЭИ [Л. 24].

В табл. 2-3 приведены сравнительные данные стек­ лянных подвесных изоляторов с конической и цилиндри­ ческой формами головки, из которой видны преимуще­ ства по массе изоляторов с цилиндрической головкой для одних и тех же классов изоляторов, в особенности эхо касается изоляторов среднего и тяжелого типов.

Все большее внедрение линий электропередачи на вы­ сокие и сверхвысокие напряжения (500, 750 кв и выше)

53

потребовало глубоких исследовании и разработок мето­ дов борьбы с радиопомехами от короны на различных конструктивных элементах линий, в том числе и на изо­ ляторах. Как показал« исследования и опыт эксплуата­ ции, генерирование помех на подвесных изоляторах мо­ жет иметь место в воздушном зазоре между краем шап­ ки и тарелки стеклянного элемента изолятора и между стержнем и стеклянным элементом в месте выхода стержня из армировочной связки. В целях обеспечения безперебойное радиоприема установлены общесоюзные нормы допускаемых индустриальных радиопомех [Л. 54]. Следует отметить, что разработка методов измерения уровней помех в зависимости от различных атмосферных и других факторов, а также способов бчрьбы с радиопо­ мехами является весьма сложной и требующей глубоких исследований.

Измерения напряжения помех от изоляторов впервые были разработаны в США Национальной ассоциацией энергопромышленииков (NEMA), а позднее несколько видоизменена и рекомендована в качестве международ­ ной— схема CISPR (Международный специальный ко­ митет по радиопомехам — Публикация № 308, октябрь, 1960 г.). Для измерения величины радиопомех сущест­ вуют специальные приборы различной конструкции [Л. 52].

В Советском Союзе разработай ГОСТ 11001-69 на измеритель помех. Следует отметить трудности, возни­ кающие при попытке определить долю радиопомех от изоляторов от общих помех на линии электропередачи. Такие испытания проводились рядом исследователей [Л. 26, 52], в результате чего были установлены следую-

54

Щие предельные напряжения для подвесных изоляторов в гирлянде, выше которых начинаются корониірования и интенсивные радиопомехи: 30 кв у стеклянного изолято­ ра ПС16, 32 кв у изолятора ПС12. Интересно отметить, что те же исследования определили вышеуказанные по­ казатели для идентичных фарфоровых подвесных изоля­ торов несколько выше, а именно: 35 и 40 кв у изолято­ ров ПФ6-Б и ПФ14. Это объясняется более равномерным распределением напряжения по гирлянде фарфоровых изоляторов. Стандартом на стеклянные подвесные изоля­ торы (ГОСТ 14197-69) установлены следующие мини­ мально допустимые напряжения уровня радиопомех от короны на одиночных изоляторах в сухом состоянии: 28 кв для ПС6, 35 кв для ПС12, 40 кв для ПС16 и ПС22 и 45 кв для ПСЗО.

Глава третья

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ и ВЫБОРА СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

3-1. ПОРЯДОК КОНСТРУИРОВАНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ

Для проектирования изолятора разрабатывается тех­ ническое задание, содержащее следующие сведения: тип изолятора (штыревой, подвесной тарельчатый или стерж­ невой и т. д.), расчетные механические нагрузки в нор­ мальном и аварийном режимах, номинальное напряже­ ние установки, атмосферные и климатические условия, тип гирлянды для подвесных изоляторов, материал опор для штыревых изоляторов, высота расположения уста­ новки над уровнем моря и отношение Іу/Н для подвес­ ных изоляторов. Однако техническое задание может быть ограничено только некоторыми показателями, например могут быть заданы номинальное напряжение установки, данные атмосферных и климатических условий, марка провода и материал опор линии.

В этом случае предстоит установить тип изолятора, величину механических нагрузок на изолятор и другие данные, необходимые для разработки конструкции.

Порядок разработки новых конструкций изоляторов состоит в следующем.

После предварительных расчетов и разработки новой конструкции изготовляются опытные образцы, которые

55

подвергаются испытаниям. На основании результатов испытаний вносятся коррективы в конструкцию для изго­ товления опытной партии изоляторов. Эти изоляторы на­ правляются в различные климатические районы и уста­ навливаются для опытной эксплуатации. По.получении результатов полных исследований в специальных лабо­ раториях и данных эксплуатации новые конструкции и техническая документация к ним утверждаются соответ­ ствующими организациями для пуска изоляторов в се­ рийное производство.

При разработке новых конструкций стеклянных изо­ ляторов необходимо также учитывать особенности сте­ кольного производства, как-то: технологичность изготов­ ления принятой формы изолятора, возможность закалки, простоту процессов производства и их экономичность.

3-2. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ИЗОЛЯТОРОВ

Первоочередной задачей при конструировании изоля­ торов является определение основных размеров: конст­ руктивной высоты, длины гирлянды подвесных изолято­ ров или, точнее, сухоразрядного расстояния, наибольше­ го диаметра, длины пути утечки и толщины диэлектрика в наиболее электрически напряженном месте.

Электрический расчет высоковольтных изоляторов в самый начальный период их создания производился на основе построения схематических электрических полей вокруг эскизных проектов изоляторов.

Основой для построения электрических полей изоля­ торов служит то обстоятельство, что каждый изолятор можно рассматривать как конденсатор с собственными

этом основании представляется возможным определить расчетным путем эти емкости и сопротивления, а также построить электрическое поле, т. е. найти количество и направление силовых линий вокруг изолятора. Проверка полученных расчетов может быть произведена на макете (образце) изолятора [Л. 24].

В настоящее время эти трудоемкие методы проектиро­ вания изоляторов не применяются, так как теорией и практикой изоляторостроения разработаны эмпирические

56

формулы и зависимости между отдельными параметра­ ми различных типов изоляторов, которые дают возмож­ ность создания подобных по форме изоляторов с требуе­ мыми характермстиками.

Как указывалось выше (§ 2-5), электрическая проч­ ность высоковольтного изолятора оценивается следую­ щими электрическими характеристиками: сухоразрядное, мокроразрядное, 50%-ное ,влагоразрядное напряжения промышленной частоты, сухоразрядное и мокроразряд­ ное напряжения гирлянд при

устанавливаются основные габаритные размеры изолято­ ров и в первую очередь сухоразрядное и мокроразрядное расстояние изоляторов.

Для определения сухоразрядного и мокроразрядного расстояний изоляторов рассмотрим разрядные явления на поверхности изоляторов. С известным приближением разрядное напряжение изолятора можно рассматривать как разрядное напряжение воздушного промежутка стер­ жень— заземленный стержень или стержень — зазем­ ленная плоскость.

Пробивные напряжения таких воздушных промежут­ ков в различных условиях (атмосферных и др.) изучены достаточно полно и освещены во многих литературных источниках [Л. 10, 51]. На рис. 3-1 приведена кривая за­ висимости разрядного напряжения от длины воздушного промежутка между электродами стержень — заземлен­ ный стержень при частоте 50 гц, нормальных атмосфер-

57

иых условиях 760 мм рт. ст., температуре 20 °С, влаж­ ности 11 г/мг.

Зависимость импульсного 50%-ного разрядного напря­ жения от длины воздушного промежутка между элек­ тродами стержень — заземленный стержень при волне 1,5/40 мксек приведена на рис. 3-2.

Как видно из обоих рисунков, разрядные напряжения

рис. 3-1 и 3-2, следует уточнить его основные размеры согласно кривым, представляющим зависимости разряд­ ных напряжений (сухоразрядного, мокроразрядного и импульсного) однотипных изоляторов от соответствую­ щих разрядных расстояний (см. ниже).

3-3. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОПОРНЫХ СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

Опорные изоляторы для внутренних установок на 6—10 кв

К опорным изоляторам для внутренних установок, связанным с воздушными линиями и подвергающимся коммутационным и атмосферным перенапряжениям, предъявляются требования по электрическим характери-

58

Стйкам согласно табл. 2-4, за исключением мокроразрйДных напряжений. Зависимость между сухоразрядным на­ пряжением и сухоразрядным расстоянием для опорных изоляторов на 6—10 кв выражается следующей эмпири­ ческой формулой (по ВЭИ):

г /с.н = 20 + 3,38L C.H

тренней полости опорных изоляторов с наружной арма­ турой от увлажнения к нижнему торцу изолятора при­ клеивается влагонепроницаемая прокладка.

На рис. 3-4 приведена кривая зависимости импульс­ ного напряжения опорных изоляторов от разрядного рас­ стояния при волне 1,5/40 мксек, по которой можно про­ верить разрядные расстояния изолятора при перенапря­ жениях. Определив тип изолятора (наружная или внутренняя заделка арматуры), сухоразрядное расстояние и длину пути утечки, устанавливают остальные размеры: верхний и нижний диаметры, толщину диэлектрика со­

59