VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Электрическая энергия универсальна: она удобна для дальних передач, легко распределяется по отдельным потребителям и с помощью сравнительно не­сложных устройств преобразуется в другие виды энергии. Электрическая энергия универсальна: она удобна для дальних передач, легко распределяется по отдельным потребителям и с помощью сравнительно не­сложных устройств преобразуется в другие виды энергии [2,3,11,12]. Изоляция линий электропередачи в процессе эксплуатации подвергается как длительному воздействию рабочего напряжения, так и кратковременному воздействию грозовых и коммутационных перенапряжений.

Воздушные линии электропередачи (с напряжением более 1 000 В) в нашей стране строятся на номинальные напряжения: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ. Кабельные линии электропередачи строятся также на все напряжения до 500 кВ. Изоляцией проводов воздушных линий электропередачи между собой, от земли и заземленных элементов опор служат фарфоровые и стеклянные изоляторы и атмосферный воздух.

Лине́йный изоля́тор - устройство для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушных линий электропередач (ВЛ) или воздушных линий связи (ВЛС).

Электрические изоляторы классифицируются по назначению, конструктивному исполнению, материалу изготовления, техническим характеристикам и условиям эксплуатации [5,7,8].

По назначению:

• Опорный.

  • Для работы в помещениях - с гладкой поверхностью и ребристые.

  • Для работы на открытом воздухе - штыревые, стержневые.

• Проходной.

  • Для работы в помещениях - с токоведущими шинами (токопроводами), без токоведущих шин.

  • Для работы на открытом воздухе - с нормальной и усиленной изоляцией.

• Высоковольтные вводы для работы на открытом воздухе - в герметичном и негерметичном исполнении.

• Линейный для работы на открытом воздухе - штыревой, тарельчатый, стержневой, орешковый, анкерный.

• Защитный - полый изолятор, предназначенный для использования в качестве изолирующей защитной оболочки электротехнического оборудования.

• Такелажный изолятор для установки между работающими на растяжение тросами оттяжек антенных мачт, подвесками контактной сети, проводами антенн.

По материалу изготовления изоляторы подразделяются на фарфоровые, стеклянные и полимерные:

• Фарфоровые изоляторы изготавливают из электротехнического фарфора, покрывают слоем глазури и обжигают в печах.

• Стеклянные изоляторы изготавливают из специального закалённого стекла. Они имеют бо́льшую механическую прочность, меньшие размеры и массу, медленнее подвергаются старению по сравнению с фарфоровыми, но имеют меньшее электрическое сопротивление.

• Полимерные изоляторы изготавливают из специальных пластических масс.

  • предназначен для изоляции и механического крепления токоведущих частей в электрических аппаратах и для монтажа токоведущих шин распределительных устройств электрических станций и подстанций.

По способу крепления на опоре изоляторы подразделяются на штыревые и подвесные:

• Штыревые изоляторы (крепятся на крюках или штырях) применяются на воздушных линиях до 35 кВ.

• Подвесные изоляторы (собираются в гирлянду и крепятся специальной арматурой ) применяются на ВЛ 35 кВ и выше.

• Линейные опорные изоляторы (крепятся к траверсам или стойкам опор ЛЭП с помощью болтов ) применяются на ВЛ до 154 кВ (в отечественной практике - на ВЛ 6-10 кВ).

В обозначение изоляторов входят:

• буквы, которые указывают на их конструкцию: Ш - штыревой, П - подвесной

  • материал: Ф - фарфор, С- стекло, П – полимер.

  • назначение: Т - телеграфный, Н - низковольтный, Г - грязестойкий (для подвесных), Д - двухъюбочный (для подвесных), или Дельта (для штыревых), О - ответвительный, Р - для радиотрансляционной сети (проводного радио).

  • типоразмер: А, Б, В, Г (для штыревых).

• цифры, которые у штыревых изоляторов указывают на номинальное напряжение (10, 20, 35) или диаметр внутренней резьбы (для низковольтных), а у подвесных - на гарантированную механическую прочность в кН.

  • В старых обозначениях у низковольтных изоляторов указывался типоразмер, ТФ-1 - самый большой, ТФ-4 - самый маленький.

• В старых обозначениях у подвесных изоляторов (например: П-8.5) цифры обозначают электромеханическую одночасовую, буквы обозначают конструктивное исполнение изолятора:

  • П и ПЦ - фарфоровый изолятор обычного исполнения (П-2, П-3, П-4.5, ПЦ-4.5, П-7, П-8.5);

  • НС и НЗ - грязестойкий фарфоровый изолятор для натяжных гирлянд (НС-1, НС-2 и НЗ-6);

  • ПР - грязестойкий фарфоровый изолятор для поддерживающих гирлянд с развитой боковой поверхностью (ПР-3.5);

  • ПС - грязестойкий фарфоровый изолятор для поддерживающих гирлянд с увеличенным вылетом ребра (ПС-4.5).

Подвесные изоляторы состоят из:

• фарфоровой или стеклянной изолирующей детали - «тарелки»;

• шапки из ковкого чугуна;

• стержня в форме пестика.

Шапка и стержень скрепляются с изолирующей деталью портландцементом марки не ниже 500. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при формировании гирлянд. Число изоляторов в гирлянде обусловлено напряжением ЛЭП, степенью загрязнения атмосферы, типом изоляторов и материалом опор. Для крепления проводов могут применяться изолирующие конструкции из нескольких параллельно подвешенных гирлянд изоляторов.

Подвесные полимерные (композитные) изоляторы состоят из стеклопластикового стержня, полимерной оболочки и оконцевателей.

Опорный изолятор предназначен для крепления токоведущих частей в электрических аппаратах, распределительных устройствах электрических станций и подстанций, комплектных распределительных устройствах. По конструкции представляет собой деталь из изоляционного материала цилиндрической или конической формы, внутрь которой заделана металлическая арматура с резьбовыми отверстиями для крепления шин и монтажа изолятора. Для повышения рабочего (разрядного) напряжения изолятора на его боковой поверхности предусматриваются рёбра, увеличивающие длину пути утечки. Проходной изолятор предназначен для прово́да токоведущих элементов через стенку, имеющую другой электрический потенциал. Проходной изолятор с токопроводом содержит токоведущий элемент, механически соединенный с изоляционной частью.

От формы выступающих ребер и диаметра изолятора зависит длина пути утечки, т. е. кратчайшее расстояние между шапкой и стержнем по поверхности изолятора. Если для нормальной изоляции, применяемой в районах, удаленных от загрязняющих источников, отношение длины пути утечки к наибольшему линейному рабочему напряжению (минимальная удельная длина пути утечки) должно быть не менее 1,2 см/кВ, то для районов с загрязненной атмосферой длина пути утечки должна быть порядка 3-3,5 см/кВ.

Подвесные изоляторы для зон с загрязненной атмосферой, а - для оттяжных гирлянд (тип: НС-2); б, в - для подвесных гирлянд (типы ПР-3,5; ПСГ-16А).

Все линейные изоляторы характеризуются механической и электрической прочностью. К числу их электрических характеристик относятся: сухоразрядное напряжение при промышленной частоте; мокроразрядное напряжение при промышленной частоте; импульсное разрядное напряжение при стандартной волне 1,5/40 мксек (вольт-секундные характеристики); пробивное напряжение при промышленной частоте.

Величины разрядных напряжений для отдельных типов линейных изоляторов приведены в табл. 1.

Так как подвесные изоляторы применяются только в гирляндах, то для отдельных изоляторов импульсные разрядные напряжения не даются. Сухоразрядное напряжение является важной характеристикой для изоляторов, работающих в закрытых помещениях. Эта характеристика позволяет определить надежность работы изолятора при номинальном рабочем напряжении и перенапряжениях внутреннего происхождения. Мокро-разрядное напряжение характеризует работу изолятора на открытом воздухе, как в нормальных условиях, так и при внутренних перенапряжениях [2,3,5]. Импульсное разрядное напряжение характеризует надежность работы изоляторов при атмосферных перенапряжениях. Так как импульсные разрядные напряжения при дожде снижаются всего на 2-3%, то при выборе изоляции это не учитывается. Пробой изолятора часто приводит к его механическому разрушению и тяжелым авариям, поэтому все изоляторы имеют такую конструкцию, что их пробивное напряжение значительно превышает напряжение перекрытия.

Таблица 1

Величины разрядных напряжений для отдельных типов линейных изоляторов

Тип изолятора	При напряжении промышленной частоты, кВ действ			При импульсном напряжений кВ макс
	сухоразрядное	мокроразрядное	пробивное	50%-ное разрядное	при 2 мксек
ШС-6	50	28 .	65	63	109
ШЛ-6	38	28	65	63	108
ШС-10	60	34	78	90	130
ШД-20	86	57	111	132	170
ШД-35	120	81	156	179	270
П-3	63	38	95	-	-
П-4,5	45	40	110	-	-
ПМ-4,5	45	40	110	-	-
П-7	85	45	125	-	-
П-8,5	85	55	125	-	-
П-11	85	55	125	-	-
ПВ-9	84	45	200	-	-
ПС-4,5	62	40	87	-	-
ПС-8,5	70	45	95	-	-
ПС-11	77	41	95	-	-
ЛПС-30	70	45	110	-	-

Примечание. Обозначения: Щ2 - штыревой сетевой; ШЛ - штыревой линейный; П - подвесной; ПМ - подвесной малогабаритны; ПВ - подвесной высокопрочный; ПС - подвесной стеклянный; ЛЛС - линейный подвесной стеклянный.

Мокроразрядные и импульсные разрядные напряжения штыревых изоляторов для воздушных линий электропередачи напряжением 6-35 кВ нормированы и должны быть не менее приведенных в табл. 2.

Таблица 2

Мокроразрядные и импульсные разрядные напряжения штыревых изоляторов

для воздушных линий электропередачи

Разрядное напряжение изоляторов	Номинальное напряжение воздушных линий, кВ
	6	10	20	35
				металлические н железобетонные опоры	деревянные опоры
Мокроразрядные, промышленной частоты, Кв действ	28	34	57	100	78
50%-ное импульсное лгвмакс	63	90	140	210	180

Изоляция линий электропередачи с напряжением 35 кВ и выше осуществляется гирляндами из подвесных изоляторов. Количество изоляторов в гирляндах для этих линий определяется исходя из того, что гирлянды не должны перекрываться под дождем при воздействии внутренних перенапряжений. Принятые величины мокроразрядных напряжений и кратность их по отношению к наибольшему рабочему фазовому напряжению указаны в табл. 3.

Таблица 3

Величины мокроразрядных напряжений и кратность их по отношению

к наибольшему рабочему фазовому напряжению

Номинальное напряжение линий, кВ.	20	з:	110	J50	220	330	500	750
Наибольшее рабочее напряжение, кВ действ.	23	40,5	127	173	253	347	525
Расчетная кратность внутренних перенапряжений	3,5	3,5	3,0	3,0	3,0	2,5	2,5	2,1
Мокроразрядное напряжение кВ действ.	57	78	215	295	430	550	750
Отношение мокроразрядного напряжения к наибольшему рабочему фазовому напряжению	4,3	3,65	3,0	3,0	3,0	2,5	2,5

Строительная длина гирлянды определяется из того расчета, чтобы на каждый сантиметр длины гирлянды приходилось (в зависимости от типа изолятора) не более 2,15-2,7 кВ напряжения рабочей частоты. Затем, зная строительную длину гирлянды и строительную высоту изоляторов, определяем число их в гирлянде.

Основным средством для ограничения перенапряжений являются вентильные разрядники, которые защищают изоляцию от грозовых перенапряжений, а при сверхвысоких напряжениях (330, 500, 750 кВ) и от внутренних перенапряжений. Поэтому уровни изоляции оборудования подстанций согласовываются с защитными характеристиками вентильных разрядников.

Выводы

В процессе эксплуатации может происходить повреждение и износ проводов, а также загрязнение и пробой изоляторов. При этом возникают межфазные утечки и замыкания, а также замыкания на землю. Кроме того, за счет старения проводов при нагревании протекающим током может происходить критическое провисание и касание проводов как земли, так и объектов рельефа. Большую часть повреждений воздушных линий составляют короткие замыкания и обрывы проводов. При этом определение места повреждения и восстановление поврежденных участков электролиний сети являются наиболее сложными и длительными операциями. Короткие замыкания и обрывы приводят к значительным потерям электроэнергии [1,4,6,9,10,13].

Пропускная способность ВЛ ограничивается нагревом проводов и устойчивостью электропередачи. Причем с увеличением длины линий второй фактор (устойчивость) определяет предел передаваемой мощности. Провисание провода, характеризуемое стрелой провеса, в пролете ЛЭП возникает вследствие удлинения провода при нагревании и зависит как температуры воздуха, так и от нагревания самого провода вследствие протекания по нему тока.

В проектной документации на ЛЭП указаны допустимые параметры стрелы провеса для каждого пролета трассы. Стрела провеса может определяться как с помощью тензодатчиков, расположенных на опорах в точках подвеса проводов, так и косвенно, по данным датчиков акселерометров измерительных модулей, смонтированных непосредственно на проводе. При этом также учитываются температуры окружающего воздуха и провода и величина тока через провод. Наличие этих данных позволяет определять опасные режимы эксплуатации проводов в пролетах и при необходимости изменять ресурс допустимой токовой нагрузки.

Библиографический список

1. Чуйкин, С.В. Разработка программмы расчета ожидаемых нагрузок ветра на провода воздушных линий электропередачи / С.В. Чуйкин, Т.В. Дорофеева, Е.О. Кшевинская // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2015. - №1 (18). – С. 23-29.

2. Chuykin, S.V. Determination of velocity fields of air streams in ventilated rooms with conformal mappings / S.V. Chuykin, A.V. Loboda / Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. - 2013. - №3 (19). - С.39-51.

3. Чудинов, Д.М. Разработка алгоритма обоснования структуры энергокомплекса на базе возобновляемых источников энергии / Д.М. Чудинов, К.Н. Сотникова, М.Ю. Морозов, С.В. Чуйкин / Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2009. - №1. - С.147-154.

4. Кузнецова, Л.В. Энергосберегающая эксплуатация сооружений при эффективной пассивной защите строительных конструкций / Л.В. Кузнецова, О.А. Сотникова // Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 10. -С. 9-11.

5. Чудинов, Д.М. Влияние параметров оборудования гелиоустановок на эффективность альтернативного теплоснабжения зданий / Д.М. Чудинов, Т.В. Щукина, О.А. Сотникова // Промышленная энергетика. - 2008. - № 9. - С. 44-46.

6. Колосов, А.И. Разработка модели ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на инженерных системах энергетики / А.И. Колосов, О.А. Сотникова // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2006. - Т. 2. - № 4.- С. 27-31.

7. Сотникова, О.А. Рациональное послеаварийное восстановление систем теплоснабжения / О.А. Сотникова, Н.В. Колосова, Д.Н. Шабанов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2010. - № 2. - С. 121-124.

8. Сотникова, К.Н. Разработка модели синтеза состава традиционных систем теплоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии / К.Н. Сотникова // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2009. - № 3. - С. 25-31.

9. Петрикеева, Н.А. Пути снижения энергопотребления зданиями/ Н.А. Петрикеева, А.Н. Садовников, А.В. Никулин// Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. -2012. - № 1.- С. 13-17.

10. Петрикеева, Н.А. Оптимизация систем теплоснабжения зданий с использованием возобновляемых источников энергии/ Н.А. Петрикеева, Л.В. Березкина // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2010. - № 2. - С. 128-132.

11. Булыгина, С.Г. Вариантное проектирование систем теплоснабжения с учетом надежности тепловой сети/ Д.Н. Китаев, С.Г. Булыгина, М.А. Слепокурова // Молодой ученый. – 2010. – № 7(8). – С.46–48.

12. Булыгина, С.Г. Разработка критериев для обоснования выбора схем и параметров систем централизованного теплоснабжения / С.Г. Булыгина // Инженерные системы и сооружения. – 2011. – № 1 (4). – С.9–16.

13. Мартыненко, Г.Н. Применение методологии факторного анализа для моделирования дроссельных характеристик газораспределительных систем / Г.Н. Мартыненко, М.Я. Панов, И.С. Капошин // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2003. - № 7. - С. 99-103.

Код для цитирования: Скопировать