Нові напрямки в створенні ізоляційних конструкцій для пл і рп підстанцій
В наш час удосконалення ізоляційних конструкцій для розподільних пристроїв підстанцій і повітряних ліній електропередачі ведеться у двох напрямках:
1. Оптимізація форм ізолюючих деталей з порцеляни і стекла та покриття їх напівпровідними і водовідштовхувальними складами.
2. Залучення в сферу конструювання зовнішньої ізоляції принципово нових технологій і матеріалів на основі склопластикового волокна та трекинго-атмосферостійких полімерних композицій.
У першому випадку для конструювання ізоляторів використовуються традиційні технології і матеріали на основі порцеляни та скла, а удосконалюється форма ізоляційних конструкцій, що забезпечує найбільш ефективне використання довжини шляху витоку ізолятора при експлуатації в районах з різною структурою і хімічним складом забруднюючих речовин і способів їхнього зволоження, а також покриття поверхонь ізолюючих деталей напівпровідними і водовідштовхувальними складами, що забезпечують більш рівномірний розподіл напруги по елементах ізоляційних конструкцій і підвищення розрядних характеристик при найбільш важких видах зволоження – туманом і дощем, що мрячить. Одночасно з цим розробляються ізолятори, що мають більш високу механічну міцність, а ізолюючій деталі надається форма, що забезпечує найменшу забрудненість у заданому районі експлуатації і високий ступень самоочищення поверхні вітром і зливовим дощем. Найбільш перспективні конфігурації цих ізоляторів представлені на рис. 13-15. Тут приведені скляні ізолятори нормального виконання ПС 120-Б і ПС 160-Д (рис. 14 а, б), призначені для роботи в районах з відносно чистою атмосферою, однак вони мають збільшену довжину шляху витоку струму, а також брудостійкі ізолятори поліпшеної конфігурації, призначені для роботи в районах із сильно забрудненою атмосферою. До таких ізоляторів відносяться приведені на рис. 14в і рис. 13б скляний і порцеляновий ізолятори ПСД 70-1 та ПФД 70 (Д- двокрилий), призначені для роботи в районах з не цементуючими видами забруднень, а тому їхні поверхні володіють високими аеродинамічними характеристиками, добре доступними впливові вітру і дощу, а також ізолятори ПСВ 120-У (У- з витягнутим ребром зовнішньої поверхні), зображений на рис. 14г і рис. 14б, призначений для роботи в районах з цементуючими видами забруднень, а тому більш розвиненою нижньою поверхнею ізолятора.
На рис. 15 зображені скляні ізолятори, що підтвердили позитивний досвід експлуатації, з гладкою поверхнею ізолюючої деталі типу ПСС 120-Б (а), ПСК 300-А (б) і ПСС/ДО 120 (в), З, ДО, З/ДО – відповідно зі сферичною, конічною та сферично-конічною формою ізолюючої деталі, призначені для роботи в сильно забруднених районах з не цементуючими видами забруднюючої речовини і періодично повторюваними сильними вітрами, що забезпечує їм гарне самоочищення поверхні. Основні технологічні характеристики найбільш перспективних типів ізоляторів, розроблених та
виготовлених за останні роки в нашій країні приведені в табл. 4.
Рисунок 14 – Ізолятори підвісні скляні з поліпшеною конфігурацією ізоляційної деталі
Великі перспективи і можливості очікуються від широкого впровадження в електромережне будівництво розроблених у Науково-дослідному інституті високих напруг (м. Слов’янськ) по принципово нових технологіях ізолюючі конструкції з композиційних і полімерних матеріалів, що виготовляються для різних класів напруг та різного цільового призначення.
Полімерний ізолятор складається зі склопластикового стрижня, ребристої захисної оболонки з кремнійорганічної гуми гарячої вулканізації і металевих кінцівок. Для зниження максимальної напруженості електричного поля і захисту від впливу силової дуги лінійні ізолятори на напругу 110 кВ та вище оснащаються металевими екранними дисками й екранами.
Лінійні ізолятори до напруги 500 кВ включно виконані у вигляді одного елемента, на напругу 750 і 1150 кВ застосовуються гірлянда, що складається з двох ізоляторів на напругу 330 і 500 кВ відповідно.
Склопластикові стрижні різних діаметрів і довжини виготовляються шляхом протягання через формуючу фильеру склоровінга, що обігрівається, попередньо просочену епоксидним компаундом.
Захисна оболонка складається з окремих елементів (ребер), що виготовляються за технологією, прийнятої при виробництві гумовотехнічних виробів.
г) д)
Рисунок 15 – Підвісні скляні і порцелянові ізолятори в брудостійкому виконанні
Таблиця 4 – Основні характеристики скляних і порцелянових ізоляторів звичайного, брудостійкого та спеціальних виконань
| Тип ізолятора | Механіч-на руйнівна сила,кН | Діаметр тарілки,мм | Буді-внельна висота,мм | Довжи-на шляху витоку ,мм | Ма-са,кг | Напруга, кВ | ||||||||||
| Витри-мування на імпульсну напругу | Витри-мування при 50Гц під дощем | По рівню радіо-пе-решкод | ||||||||||||||
| Скляні та порцелянові ізолятори нормального виконання | ||||||||||||||||
| ПС-40 ПС-70-Е ПС-120-Б ПС-160-Д ПС-210-В ПС-300-В ПС-400-В ПФ-70-Д | 1,7 3,4 3,8 6,0 7,3 10,0 15,0 4,5 | |||||||||||||||
| Ізолятори для районів із забрудненою атмосферою | ||||||||||||||||
| ПСД-70-Е ПСВ-120-Б ПСВ-160 ПФД-70 | 4,6 5,7 8,5 6,0 | |||||||||||||||
| Ізолятори спеціального призначення | ||||||||||||||||
| ПСС-70-Б ПСС-120-Б ПСС-210-Б ПСК-300-А ПСС/К-70 ПСС/К-120 ПФС-70-А ПФК-70-А ПФС/К-70 | 4,0 5,0 9,0 4,0 5,0 4,5 5,5 4,5 | |||||||||||||||
| Антивандальні ізолятори | ||||||||||||||||
| ПСА-70 ПСА-120 | 4,8 4,8 | -- | ||||||||||||||
Лінійні ізолятори спеціального призначення наведені на рис.16.
Рисунок 16 – Конструкція лінійних ізоляторів спеціального призначення
Відформовані ребра послідовно насаджуються на склопластиковий стрижень. З’єднання ребер між собою, зі склопластиковим стрижнем і металевими кінцівками здійснюється кремнійорганічним компаундом холодного отвердіння .
У залежності від призначення ізолятора металеві кінцівки виготовляють зі сталі або чавуна, а їхнє з’єднання зі склопластиковим стрижнем робиться або обтисненням або під час заливання епоксидним компаундом.
Найбільш характерні конструкції лінійних полімерних ізоляторів із кремнійорганічної гуми з нормальним руйнівним навантаженням 70 кН, напругою 110 кВ (ЛК 70/110-3) нормального (третій ступінь забруднення атмосфери) і брудостійкого виконання (6-7 ступінь забруднення) представлені на рис. 17. На рис. 18 представлені полімерні опорні ізолятори стрижневого типу (ОСК) на напругу 35 і 110 кВ. Технічні характеристикиполімерних ізоляторів для ПЛ і ВРП підстанцій на різні класи напруг у нормальному та брудостійкому виконанні представлені в табл. 5.
Рисунок 17 – Полімерні ізолятори з кремнійорганічною оболонкою для повітряних ліній електропередач нормального і брудостійкого виконання
Рисунок 18 – Опорні полімерні ізолятори стрижневого типу на напругу 35 і 110 кВ
У конструкціях усіх цих типів ізоляторів застосовані:
- електротехнічний довгострижневий склопластик, що сполучить високі електричні і механічні характеристики, що є механічною основою;
- кремнійорганічна гума, як матеріал захисної оболонки;
- кінцева арматура зі сталі і високоміцного чавуна з антикорозійним
покриттям.
Конструкція, матеріали і технологія їхнього виготовлення забезпечують високі показники експлуатаційної надійності.
У порівнянні з ізоляторами порцеляновими і скляними для ПЛ та ВРП підстанцій на відповідний клас напруг, ізолятори з захисною оболонкою з кремнійорганічної гуми на основі склопластикових стрижнів:
- мають значно меншу масу;
- стійкі до динамічних і ударних навантажень;
- в однакових експлуатаційних умовах значно менше забруднюються. На їхній поверхні не утворюється суцільна водяна плівка при дощі, що мрячить, тумані, випадінні роси і інею, що виключає електродугові перекриття ізоляторів при робочій напрузі в нормальному експлуатаційному режимі.
Ізолятори стійкі до впливу кліматичних факторів зовнішнього середовища виготовляються для експлуатації в районах з коливаннями температур від - 60 
до + 50 .
Багаторічний досвід експлуатації полімерних ізоляторів у різних кліматичних і експлуатаційних умовах показав їхню високу надійність, що досягається за рахунок значно більш високих електричних і механічних характеристик у порівнянні з ізоляторами з порцеляни і скла, високої
Таблиця 5 – Технологічні характеристики полімерних ізоляторів для ПЛ і ВРП підстанцій різних класів напруг
| Тип ізолятору | Меха- нічна руйнів- на сила, кН | Діа- метр таріл- ки, мм | Будів- на висота, мм | Довжи- на шляху витоку, мм | Маса, кг | Напруга, кВ | ||||||
| Грозово- го імпульсу з формою хвилі 1,2/50мкС | Комута- ційного імпульсу з формою хвилі 250/2500 мкС | |||||||||||
| Полімерні ізолятори для ПЛЕП | ||||||||||||
| Ізолятори нормального виконання | ||||||||||||
| ЛК-70/35-3 ЛК-70/110-3 ЛК-70/220-3 ЛК-70/330-3 ЛК-160/330-3 ЛК-160/220-3 ЛК-160/500-3 ЛК-300/330-3 ЛК-300/500-3 ЛК-300/500-А3 ЛК-800/330-3 | 130/95 150/120 | 1,8 3,65 5,6 7,7 9,1 12,4 16,0 17,5 21,8 22,8 31,2 | -- | |||||||||
| Ізолятори для районів з забрудненою атмосферою | ||||||||||||
| ЛК-70/35-7 ЛК-70/110-7 ЛК-70/220-7 ЛК-70/330-7 ЛК-160/220-7 ЛК-300/500-6 | 105/75 105/75 105/75 105/75 115/85 135/95 | 1,7 3,7 6,0 7,8 8,7 21,5 | -- | |||||||||
| Опорно-стрижньові ізолятори для підстанцій на напругу 35 і 110 кВ | ||||||||||||
| ОСК- 6-80-190-4 ОСК-10-200-457-4 ОСК-10-1000 | 1,4 6,5 67,0 | -- | ||||||||||
стійкості до ударів, динамічним, термічним і електродуговим впливам. Ці ізолятори не піддаються вандалізмові в порівнянні з порцеляновими і скляними ізоляторами. В експлуатації полімерні ізолятори не вимагають проведення чищення, дефектировки, незначно забруднюються і зберігають високі електроізоляційні властивості і механічну міцність, що підтверджується результатами післяексплуатаційних іспитів. Полімерні ізолятори мають низький рівень радіоперешкод, і, завдяки високим ізоляційним властивостям, у т. ч. у стані забруднення та зволоження, дають менші струми витоку. У порівнянні з порцеляновими і скляними ізоляторами, завдяки меншій масі, відсутності бою – знижуються витрати при монтажі, транспортуванні і збереженні.
Найважливішим елементом полімерної підвіски для лінії 330 кВ і вище є електростатичні екрани, виконані у виді металевих тороїдів. Екрани знижують максимальну напруженість електричного поля в склопластиковому стрижні і прикордонному шарі “стрижень – ребро” до номінальної величини, підвищують напругу виникнення коронних розрядів, знижують рівень радіоперешкод і забезпечують додатковий захист оболонки й окінцівок від впливу силової дуги.
Установка екранів на ізоляторі необхідна, тому що при їхній відсутності, можливе інтенсивне електричне старіння склопластикового стрижня, наслідком якого може бути зниження електричної і механічної міцності.
Приймаючи в увагу вищесказане, можна укласти, що широке застосування полімерної ізоляції дасть можливість значно підвищити експлуатаційні характеристики лінійної і підстанційної ізоляції, що забезпечить більш високий рівень надійності в електроенергетиці.