Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Использование длинностержневых фарфоровых изоляторов

Оценка старения и электрические характеристики - Использование длинностержневых фарфоровых изоляторов

Оглавление
Использование длинностержневых фарфоровых изоляторов
Оценка старения и электрические характеристики
Оптимальная конфигурация и области их применения

Оценка старения длинностержневых фарфоровых изоляторов.

Для анализа процессов старения были проведены испытания длинностержневых фарфоровых изоляторов типов LP и LG 75/27 разных заводов. Испытывались изоляторы II поколения, новые и снятые с ВЛ после 20 и 35 лет эксплуатации (выпуска соответственно 1964 и 1966 гг.). Для статистической достоверности было испытано примерно по 20 единиц изоляторов каждого типа в каждой группе срока службы. Итого, получены данные примерно по 300 изоляторам II и по 180 I поколения.
Методика испытаний включала: определение скорости звука в фарфоре у верхнего конуса, в середине изоляционной детали и у нижнего конуса; испытание растягивающей нагрузкой до нормированного уровня, а затем, после минутной выдержки, - увеличенной нагрузкой до разрушения; маркировку участка разрушения и расчет разрушающей нагрузки с учетом площади сечения участка разрушения; определение предела прочности при изгибе; испытание на пористость с использованием фуксина в верхней, средней и нижней частях всех длинностержневых изоляторов.
В табл. 1 приведены результаты испытаний на растяжение изоляторов I и II поколений в зависимости от длительности их эксплуатации. Анализ данных по всем изоляторам с заделкой из сурьмянистого свинца (II поколения) не выявил какой-либо концентрации в зоне излома, т.е. в области передачи усилий около шапок. Испытания на герметичность фарфоровой изоляционной детали не показали проникновения фуксина. Ультразвуковые измерения были проведены на изоляторах, находившихся в эксплуатации 20 или 35 лет. Существенных различий между этими двумя группами не обнаружено.
Рис. 1, построенный по данным табл.1 и иллюстрирующий развитие старения во времени, показывает, что у всех изоляторов II поколения снижение предела механической прочности ∆Р от времени Т происходит плавно, а изолятор I поколения достаточно резко снижает механическую прочность с увеличением срока эксплуатации.
Снижение механической прочности изоляторов от длительности эксплуатации
Рис. 1. Снижение механической прочности изоляторов I и II поколений в зависимости от длительности эксплуатации Т

По рис. 1 можно определить снижение механической прочности за расчетный срок службы изолятора, равный 30 годам: так, изоляторы I поколения за 30 лет эксплуатации снизили механическую прочность примерно на 50%, изоляторы II поколения в среднем на 10%. Этим и объясняется высокий показатель надежности (10-7) у современных типов длинностержневых фарфоровых изоляторов.

Электрические характеристики длинностержневых фарфоровых изоляторов.

Для обоснования областей рационального применения длинностержневых изоляторов в России целесообразно использовать два критерия [3]: геометрический параметр (удельную эффективную длину пути утечки) и разрядное напряжение при различных степенях загрязнения.
Такой подход при выборе изоляции предусматривает проведение электрических испытаний изоляторов при искусственном увлажнении и загрязнении с целью определения поправочных коэффициентов на эффективность использования длины пути утечки, а также соответствия выбранной длины изолятора (гирлянды) нормированному значению испытательного напряжения.
Выбор изоляции с использованием двух критериев позволяет определять размеры гирлянд изоляторов с требуемой надежностью, но без излишних запасов.
Выбор изоляции по удельной эффективной длине пути утечки производится в зависимости от степени загрязнения (СЗ) [4, 5] в месте прохождения ВЛ и ее номинального напряжения. Длина пути утечки изоляторов ВЛ определяется по формуле [4]
(1)
где L - длина пути утечки, см; λ - нормированная удельная эффективная длина пути утечки, см/кВ; U - наибольшее рабочее линейное напряжение, кВ; KL - коэффициент эффективности использования длины пути утечки одиночного изолятора.
Выбранные с учетом поправочного коэффициента KL изоляторы проверяются в лабораторных условиях при переменном напряжении и искусственном загрязнении. Нормативы на испытания длинностержневых изоляторов в загрязненном и увлажненном состоянии при переменном напряжении включают нормированное испытательное напряжение и нормированную испытательную удельную поверхностную проводимость [4].
При выборе изоляции по разрядным характеристикам гирлянды ВЛ 110-500 кВ, расположенных в районах с I - IV СЗ, должны иметь 50%-ные разрядные напряжения промышленной частоты в загрязненном и увлажненном состоянии не ниже значений, приведенных в табл. 2. При этом испытательные значения удельной поверхностной проводимости слоя загрязнения в зависимости от СЗ должны соответствовать нормированным значениям, приведенным в табл. 3.
Испытывались три типа длинностержневых фарфоровых и три типа поддерживающих гирлянд, скомплектованных из тарельчатых стеклянных изоляторов. Длинностержневые изоляторы класса 110 кВ испытывались по одному, а поддерживающие гирлянды состояли из 10 тарельчатых изоляторов. При этом строительные длины длинностержневых изоляторов и гирлянд тарельчатых изоляторов были практически одинаковы.

Таблица 1

Усредненные данные по механической прочности на растяжение длинностержневых фарфоровых изоляторов в зависимости от срока эксплуатации


Поколение

Механическая прочность на растяжение, кН,

при сроке эксплуатации, лет

Материал изоляционной части

0

20

25

30

35

I

137,3

81,4

78,4

64,2

 

Чистый кварцевый фарфор

II

242,9

220,6

 

 

224,7

Чистый глинозем

II

180,5

167,1

 

 

176,3

Кварцевый фарфор с добавлением глинозема

II

182,9

161,0

 

 

150,0

Глинозем с добавлением кварца

II

183,0

178,0

 

 

158,7

Чистый кварцевый фарфор

Конфигурация изоляционной детали длинностержневых изоляторов: А - чередующиеся наклонные гладкие ребра большого и малого диаметров; В - наклонные гладкие ребра одного диаметра; С - наклонные ребра одного диаметра с капельницей по краю ребра. Испытывавшиеся тарельчатые изоляторы имели следующую конфигурацию изоляционной детали: D - ребристая сильноразвитая нижняя поверхность с вытянутым вторым от края ребром; E - двукрылая; F - ребристая слаборазвитая нижняя поверхность.

Таблица 2
Нормированные 50%-ные разрядные напряжения гирлянд изоляторов ВЛ 110 — 500 кВ в загрязненном и увлажненном состоянии


Номинальное напряжение линий электропередачи, кВ

50%-ные разрядные напряжения, действующие значения, кВ

110

110

150

150

220

220

330

315

500

460


Рис. 2. 50%-ное разрядное напряжение для трех типов длинностержневых фарфоровых изоляторов в зависимости от удельной поверхностной проводимости слоя загрязнения

Основные размеры изоляторов приведены в табл. 4 и 5.
Испытания проводились по методу твердого загрязнения изоляторов способом длительного приложения испытательного напряжения при непрерывном увлажнении [6, 7]. Для каждого испытуемого типа изолятора определялась зависимость 50%-ного разрядного напряжения U50% от удельной поверхностной проводимости слоя загрязнения  U50% позволяет рассчитать требуемую длину гирлянды изоляторов с требуемой надежностью без излишних запасов. Оценка работоспособности изоляторов по выдерживаемому напряжению позволяет только сделать вывод о пригодности или непригодности данного типа изолятора в конкретных условиях загрязнения.
На рис. 2 и 3 для трех типов длинностержневых фарфоровых изоляторов и трех типов гирлянд стеклянных тарельчатых изоляторов построены зависимости U50% от ж.
В качестве примера выбор изоляции по разрядным характеристикам выполнен для ВЛ 110 кВ, потому что испытывались одиночные изоляторы этого класса напряжения, а также вследствие того, что электрические сети этого класса номинального напряжения наиболее распространены в энергосистемах России (их общая протяженность на 2000 г. составляет около 300 тыс. км) и расположены в районах с более разнообразными и тяжелыми загрязнениями по сравнению с ВЛ 220 кВ и выше.
Разрядное напряжение гирлянд изоляторов в загрязненном состоянии растет пропорционально с увеличением длины гирлянды, по крайней мере, для длин гирлянд, характерных для ВЛ 500 кВ включительно. Поэтому результаты, полученные при испытаниях длинностержневых изоляторов класса 110 кВ, можно использовать для выбора и оценки областей применения этих изоляторов на ВЛ 220 - 500 кВ.
Наибольшая СЗ в районе, с которой можно применять длинностержневые изоляторы класса 110 кВ, определялась из экспериментальной зависимости 50%-ного разрядного напряжения этих изоляторов (рис. 2). На оси ординат для 50%- ного (нормированного) разрядного напряжения,
равного 110 кВ (табл. 2), находится значение удельной поверхностной проводимости ж. По экспериментальному значению ж и табл. 3 определяется наибольшая СЗ, при которой данный изолятор будет работать надежно. При этом значение ж, полученное по результатам испытаний, должно быть не менее наибольшего нормированного значения, указанного в табл. 3.
Из рис. 2 видно, что для испытательного напряжения 110 кВ значение ж для изоляторов А, В и С составляет 30, 24 и 17 мкСм соответственно. С учетом табл. 3 определяется наибольшая СЗ, при которой допустимо использовать испытанные изоляторы на ВЛ с номинальным напряжением 110       кВ (для изолятора С - II СЗ, для изоляторов В - СЗ, А - IV СЗ). Выбор изоляции по геометрическому параметру, т.е. удельной эффективной длине пути утечки, дал результаты, близкие выбору изоляции по разрядному напряжению: для изолятора С определены II СЗ ( 2,12 см/кВ), В - III СЗ (= 2,51 см/кВ), А - III СЗ ( 2,65 см/кВ). Параметр V определялся из выражения (1).

Таблица 3
Нормированные значения для различных СЗ


Степень загрязнения

 мкСм, не менее

I

5

II

10

III

20

IV

30

Стойкость разных типов изоляторов противостоять различным загрязнениям (грязестойкость) определяется по удельному разрядному напряжению Ен (отношение 50%-ного разрядного напряжения к строительной длине изолятора) при одинаковых значениях ж, характерных для районов с различной СЗ.

Рис. 3. 50%-ное разрядное напряжение для трех типов гирлянд стеклянных тарельчатых изоляторов в зависимости от удельной поверхностной проводимости слоя загрязнения
Ряды грязестойкости длинностержневых фарфоровых изоляторов
Рис. 4. Ряды грязестойкости длинностержневых фарфоровых изоляторов

Таблица 4
Основные размеры длинностержневых изоляторов


Параметр

Изолятор

А

В

С

Минимальная механическая нагрузка, кН

120

100

160

Строительная высота Ястр, см

128

127

125

Изоляционная высота Нш, см

112,9

111,9

106,8

Длина пути утечки Lm см

434

363

295

Коэффициент формы Кф

12,5

10,6

8,7

По экспериментальным данным построены ряды грязестойкости (зависимость Ен от ж) для всех испытанных типов стержневых изоляторов и гирлянд тарельчатых изоляторов (рис. 4 и 5). Данные, представленные на рисунках, показывают, что преимущество в грязестойкости длинностержневых изоляторов по сравнению с тарельчатыми изоляторами реализуется во всем диапазоне изменения и соответствующим им степеням загрязненности: при слабых загрязнениях (I и II СЗ) Ен у длинностержневых изоляторов выше, чем у тарельчатых изоляторов, примерно на 25%; при средних загрязнениях (III СЗ) на 15% и при сильных загрязнениях (IV СЗ) на 10%. Преимущество длинностержневых изоляторов по отношению к тарельчатым можно объяснить их более совершенной конструкцией: в условиях увлажнения и загрязнения у таких изоляторов распределение напряжения по изоляционной детали более равномерное, чем у гирлянд тарельчатых изоляторов, что, как правило, приводит к повышению разрядного напряжения. Можно полагать, что при естественном загрязнении преимущество длинностержневых фарфоровых изоляторов по сравнению с тарельчатыми будет еще больше за счет меньшей их загрязняемости и лучшей самоочистки.
Наименьшую грязестойкость из длинностержневых изоляторов имеет изолятор типа С, тем не менее, он уступает только на 5 - 7% грязестойким тарельчатым изоляторам (типа D и E) как при слабых, так и при сильных загрязнениях.
Для оценки областей применения длинностержневых изоляторов по длине пути утечки требуется определить их коэффициенты эффективности KL. На основе лабораторных исследований и критериев по определению KL, изложенных в [8], в табл. 6 предлагаются значения коэффициента KL для длинностержневых фарфоровых изоляторов, увеличивающего требуемую геометрическую длину пути утечки в зависимости от безразмерного параметра Lи/Hиз.
В общем случае значения поправочных коэффициентов определяются всей совокупностью геометрических параметров изолятора, однако для изоляторов с однотипной конфигурацией поправочные коэффициенты могут быть приближенно связаны с некоторыми обобщенными геометрическими параметрами изоляторов. Для длинностержневых изоляторов значение поправочного коэффициента можно оценить по формуле
K1 =0,2(2,5 + L/Низ).                                                                                                             (2)

Таблица 5
Основные размеры тарельчатых стеклянных изоляторов


Параметр

Изолятор

D

E

F

Минимальная механическая разрушающая нагрузка, кН

120

70

70

Строительная высота
Нстр, см

14,6

12,7

12,7

Длина пути утечки Lи, см

44,2

41,1

30,3

Диаметр тарелки D, см

29,0

27,0

25,5

Коэффициент формы Кф

0,97

1,00

0,78

Ряды грязестойкости стеклянных тарельчатых изоляторов
Рис. 5. Ряды грязестойкости стеклянных тарельчатых изоляторов

Таблица 6
Коэффициент эффективности для длинностержневых изоляторов


Отношение Lи/Низ

Kl

Менее 2,5

1,0

2,5-3,00

1,10

3,01-3,30

1,15

3,31-3,50

1,20

3,51-3,70

1,25

3,71-4,00

1,30



 
« Достоинства и недостатки различных типов изоляторов для ЛЭП   Использование СИП при строительстве ВЛ распределительной сети »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.