6 Особливості конструювання ізоляторів для пл і рп станцій та подстанцій, розташованих у районах із забрудненою атмосферою

Часто електричні установки розташовані поблизу промислових підприємств, у районах, де атмосфера забруднена викидами цих підприємств. При осіданні на поверхні ізоляторів твердих провідних опадів (вугілля, пил, сажа, цемент, соляні відкладення й інші) і зволоженні опадів дощем і туманом розрядні напруги ізоляторів різко знижуються.

Боротьба з забрудненнями зовнішньої ізоляції зводиться до наступних заходів:

1. Будівництво об’єктів поза забрудненими зонами або застосування ЗРП. Цей захід має обмежене застосування і може стосуватися головним чином апаратної ізоляції.

2. Міри, прийняті по очищенню забрудненої в експлуатації ізоляції. Сюди відносяться – обмивка ізоляції під напругою або з вимиканням лінії, обтирання ізоляторів щітками і, нарешті, змащення ізоляторів різними пастами, наприклад, кремнійорганічними й інші. Усі ці заходи трудомісткі, багато коштують і не дають належного ефекту.

3. Застосування ізоляції спеціальних конструкцій і посилення ізоляції шляхом збільшення ізоляційних відстаней. Посилення ізоляції шляхом збільшення кількості ізоляторів іноді застосовують як змушене рішення, тому що збільшує габарити, а, отже, вартість установки, ускладнює її конструкцію і здорожує експлуатацію.

Найбільш ефективним є застосування в районах з посиленими забрудненнями спеціальних ізоляторів.

Установлено, що вирішальний вплив на величину вологорозрядної напруги ізоляторів при забрудненнях робить довжина шляху витоку: волого розрядні і брудорозрядні напруги прямо пропорційні довжині витоку по ізоляторах.

Утих випадках, коли посилення нормальної ізоляції не дає потрібного ефекту, застосовують спеціальні типи ізоляторів, що мають збільшену довжину шляху витоку в порівнянні зі звичайними ізоляторами і форму, що полегшує змивання дощем і здування забруднень вітром. На рис. 13 наведені деякі типи ізоляторів для забруднених районів. Такі ізолятори мають спеціальне маркування. Наприклад, ППБ-60А – підвісний, порцеляновий, брудостійкий, тобто призначений для роботи з забрудненою атмосферою, на 60 кН (6м) руйнівного навантаження, або ПСБ-60А – підвісний, скляний, брудостійкий і тому подібне. У районах із сухими, що не прилипають забрудненнями краще застосовувати ізолятори з гарними аеродинамічними характеристиками, поверхня яких доступна дії дощу і вітру (двокрилі ізолятори). У районах з цементуючими видами забруднень, що забруднюють верхню поверхню ізолятора, краще застосовувати ізолятори із сильно розвинутою нижньою поверхнею.

а) б)

Рисунок 13 – Лінійні підвісні ізолятори для районів із забрудненнями

а) ППБ-50;

б) ППБ-60.

7Вибір ізоляції для повітряних леп і рп станцій і підстанцій

При використанні стандартного устаткування ізоляторів проектування ізоляторів повітряних ПЛ і РП зводиться до визначення необхідних ізоляційних відстаней по повітрю та вибору числа ізоляторів для кріплення проводів і шин.

Електрична міцність зовнішньої ізоляції лінійних і апаратних ізоляторів істотно залежить від стану їхніх поверхонь і від виду напруги, що впливає.

Перекриття ізолятора зовнішньої установки може відбутися і при робочій напрузі, якщо його поверхні досить сильно забруднені і зволожені. Як показали дослідження в цьому випадку напруга прямо пропорційна довжині L_y шляху витоку по поверхні ізолятора. У зв’язку з тим, що поверхня ізолятора забруднюється і воложиться нерівномірно й у процесі свого розвитку не завжди повторює форму ізолятора, то в результаті ефективно використовується не вся геометрична довжина шляху витоку L_y, а тільки частина його. Тому напруга перекриття в реальних умовах експлуатації пропорційна не геометричній, а ефективній довжині шляху витоку.

, (1)

де - поправочний коефіцієнт (таблю1) на ефективність використання шляху витоку ізолятору.

, (2)

де - геометрична довжина шляху витоку одного ізолятора, що входить до складу гірлянди або стовпчика.

Коефіцієнт визначається експериментально, тому що залежить не тільки від форми ізолятора, але і від багатьох інших факторів, зокрема від густини забруднюючої речовини на поверхні. При відсутності достовірних даних можна визначити приблизно по емпіричних формулах:

для ізоляторів стрижневого типу

, (3)

для ізоляторів тарілчастого типу

, (4)

де - довжина порцелянового тіла ізолятора стрижневого типу;

Д – діаметр тарілки ізолятора.

Ефективна довжина шляху витоку є найважливішою характеристикою ізолятора зовнішньої установки, що визначає його здатність довгостроково без перекриттів витримувати робочу напругу в умовах забруднень.

Для конкретної місцевості визначеними метеорологічними умовами, властивостями і інтенсивністю забруднення атмосфери імовірність перекриття ізолятора і, отже, середнє число відключень при робочій напрузі буде залежати від величини

,

де - найбільша лінійна робоча напруга.

Величина одержала назву удільної ефективної довжини шляху витоку. Для цілей проектування повітряних ЛЕП і РУ на підставі багаторічних експлуатаційних даних для районів з різними джерелами забруднення атмосфери і нормовані максимально припустимі значення, при яких забезпечується прийнятно мале число відключень під дією робочої напруги. Нормовані значеннязазначені в табл. 2.

У зв’язку з нормуванням величини для ізоляторів ПЛ і РП, у тому числі і для ізоляторів трансформаторів, комутаційних апаратів і іншого високовольтного устаткування, повинна дотримуватися умова:

(5)

Всі ізолятори й устаткування необхідно вибирати з урахуванням умови (5) і норм на величину , приведених у табл. 2.

Стосовно до гірлянд ізоляторів (5) означає, що число ізоляторів nу гірлянді повинно бути:

, (6)

де - ефективна довжина шляху витоку одного ізолятора.

Відповідно до (6) і параметрів стандартних підвісних ізоляторів (табл. 1) ПУЕ, рекомендовані конкретні числа ізоляторів різного типу для ВЛ і РП, розташованих у районах зі звичайними польовими забрудненнями на висоті до 1000м над рівнем моря.

У зв’язку з можливістю ушкодження ізоляторів в експлуатації число ізоляторів збільшене проти отриманого: на один для ЛЕП 110 – 220 кВ, а для ЛЕП 330 – 500 кВ – на два ізолятори. Число ізоляторів, що рекомендується ПУЕ у гірляндах для лінії і РП різних класів напруги з ізоляцією нормального виконання приведені в табл. 3. Для районів з іншими умовами забруднення число ізоляторів у гірляндах визначаються по (6).

Таблиця 2 – Нормовані значення питомої ефективної довжини шляху витоку для ПЛ і РП різних класів напруги в залежності від ступеня забруднення атмосфери

Ступінь Забруднення атмосфери	см/кВ (не менш)
	Для повітряних ліній при номінальній напрузі, кВ			Для устаткування РП при номінальній напрузі, кВ
	35	110-220	330-750	35	110-750
I II III IV V VI VII	1,7 1,9 2,25 2,6 3,5 4,0 4,5	1,3 1,6 1,9 2,25 3,0 3,5 4,0	1,3 1,5 1,8 2,25 3,0 3,5 4,0	1,7 1,7 2,25 2,6 3,5 4,0 4,5	1,6 1,5 1,8 2,25** 3,0** 3,5** 4,0

** - крім напруги 750 і 500 кВ

*- крім напруги 750 кВ

Слід зазначити, що в наш час методика вибору числа ізоляторів у гірляндах за умовою (6) не виключає перевірку електричної міцності гірлянд при перенапругах і різних метеорологічних умовах. Така перевірка необхідна при проектуванні лінії і РП, розташованих у районах з чистою атмосферою, для яких число ізоляторів , обране по робочій напрузі, може бути зменшене в порівнянні з даними табл. 3.

Перевірка за умовою роботи при внутрішніх перенапругах виробляється в такий спосіб:

Вологорозрядні напруги гірлянд повинні бути приблизно на 10%вище рівня внутрішніх перенапруг, тобто:

, (7)

де - вологорозрядна напруга в умовах експлуатації, кВ;

- коефіцієнт, що враховує можливість розкиду розрядних напруг;

- коефіцієнт обліку несприятливих атмосферних умов;

- найбільша лінійна робоча напруга, кВ;

- припустима кратність внутрішніх перенапруг.

Як показали дослідження величини вологорозрядних напруг гірлянд пропорційні їхній довжині, а, отже, і числу ізоляторів у гірлянді:

,(8)

де - середня вологорозрядна напруженість, кВ/м (табл.1);

n- число ізоляторів у гірлянді;

H- будівельна довжина ізолятора, м.

Із (7) з зазначенням (8) можна записати:

. (9)

Таблиця 3 – Число ізоляторів у гірляндах повітряних ліній електропостачання

Ізолятор	Число ізоляторів при номінальній напрузі, кВ
	10	20	35	110	150	220	330	500	750
Для повітряних ліній
ПФ-60-А ПФ-60-Б ПФ-60-В ПФ-160-А ПФ-200-А ПС-60-А ПС-120-А ПС-160-А ПС-160-В ПС-220-А ПС 300-А	1 1 1 -- -- 1 -- -- -- -- --	3 3 3 -- -- 3 -- -- -- -- --	3 3 3 -- -- 3 3 -- -- -- --	7 7 7 6 - 8 7 6 6 -- --	9 10 9 8 - 10 9 8 8 -- --	13 14 13 11 10 14 13 11 12 10 11	19 20 19 17 14 21 19 16 17 15 16	-- 27 26 23 20 29 26 22 24 21 22	-- -- -- -- -- -- -- -- -- 30 32
Для розподільних пристроїв
ПФ-60-А ПФ-60-Б ПФ-60-В ПС-60-А ПС-120-А	-- -- -- -- --	4 4 4 4 --	4 5 4 4 --	8 8 8 9 --	10 10 10 11 10	14 15 15 16 14	20 21 20 22 20	29 30 29 33 29	-- -- -- -- 38

Таким чином, вибір числа ізоляторів у гірлянді здійснюється по (6), а перевіряється по виразу (9). За остаточне число ізоляторів приймається більше з отриманих значень по (6) і (9) з урахуванням додаткових ізоляторів.

В електроустановках надвисокої напруги 500 кВ і вище, як показали дослідження, що визначає при виборі числа ізоляторів у гірлянді або колонку може виявитися не вологорозрядна, а сухорозрядна напруга. Це видно з того, що, як відомо, волого розрядна напруга росте прямо пропорційно довжині гірлянди, тоді як сухорозрядна напруга при великих відстанях між електродами зі збільшенням відстані зростає незначно. У зв’язку з цим при великій довжині гірлянди (більш 6м) сухорозрядна напруга стає менше волого розрядної.

У цьому випадку величина необхідної сухоророзрядної напруги за умовами внутрішніх перенапруг може бути визначене з виразу:

, (10)

де - коефіцієнт, що враховує вплив метеоумов на величину сухо розрядної напруги (приймається рівним, де коефіцієнт 0.96 враховує можливе зниження атмосферного тиску, а коефіцієнт 0.94 – можливе зниження абсолютної вологості повітря); інше дивись раніше. По знайденій величині сухорозрядної напруги, по кривих залежностівід довжини гірлянди (3) визначається будівельна висота гірлянди, а число ізоляторів у гірлянді при відомій будівельній висотіприйнятого ізолятора визначається з виразу:

(11)

Оскільки гірлянди не знижується при одному – двох пробитих ізоляторах, то при виборі числа ізоляторів понемає необхідності додавати в гірлянди запасні елементи.

На лініях електропередачі розряди можуть відбуватись не тільки по ізоляторах, але і по повітрю між струмоведучими і заземленими частинами опора – лінія. Повітряні ізоляційні проміжки ЛЕП повинні мати електричну міцність, принаймні, не менше, ніж ізолятори.

Величини повітряних проміжків для ЛЕП з підвісними ізоляторами визначаються з умови впливу робочої напруги, внутрішніх та атмосферних перенапруг. В усіх випадках ізоляційні проміжки повинні бути такими, щоб при відхиленні гірлянди під дією вітру розрядні напруги проміжків були на 10% вище впливаючих напруг і дорівнювати розрядним напругам по ізоляторах.

При визначенні ізоляційних відстаней по повітрю між струмоведучими частинами, а також від струмоведучих до заземлених елементів розподільного пристрою необхідно керуватися іспитовими напругами, установленими для електроустаткування. При цьому для РП напругою до 220 кВ за основу потрібно прийняти імпульсні іспитові напруги, а для РП 330 і 500 кВ – іспитові напруги промислової частоти.