Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Работа изоляторов при увлажненных загрязнениях поверхности




Внешняя изоляция и ее выбор

Общая характеристика внешней изоляции

 

Атмосферный воздух как диэлектрик.Основным диэлектрическим «материалом» для создания внешней изоляции электроустановок служит атмосферный воздух. Изолируемые электроды (шины распределительных устройств, провода линий электропередачи, наружные токоведущие части электрических аппаратов) располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей установок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов. Изоляционные расстояния по воздуху зависят от значений напряжения, воздействию которого подвергается установка, и от электрической прочности воздуха. Расстояние в свету при жестких шинах между токоведущими (АФ-4) и заземленными (АФ-3) частями разных фаз приведены в табл. 1 и показаны на рис. 1.

 

Изоляционные расстояния между токоведущими частями разных фаз. Таблица 1.

  10 кВ 35 кВ 110 кВ 220 кВ 330 кВ 500 кВ
АФ-3
АФ-4

 

 

Рис. 1. Наименьшее расстояние при жестких шинах между токоведущими частями разных фаз в ЗРУ и между заземленными частями (по табл. 1)

 

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков невелика и в однородном поле при межэлектродных расстояниях более 1 см имеет значение, не превышающее 30 кВ/см. В большинстве изоляционных конструкций при приложении высокого напряжения создается резко неоднородное электрическое поле. Электрическая прочность воздуха в таких полях еще меньше и при расстояниях между электродами порядка 1…2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при расстояниях 10…20 м снижается соответственно до 2,5…1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных линий электропередачи и распределительных устройств в значительной мере определяются электрической прочностью воздуха и при увеличении номинального напряжения очень быстро возрастают.

На разрядные напряжения воздушных промежутков оказывают влияние давление р, температура Т и абсолютная влажность gвоздуха, поэтому изоляционные расстояния по воздуху выбираются таким образом, чтобы они имели достаточную электрическую прочность при неблагоприятных атмосферных условиях. В частности, электрооборудование обычного исполнения предназначено для работы на высотах до 1000 м над уровнем моря и при температурах окружающего воздуха до +40°С. В связи с этим при проектировании внешней изоляции электрооборудования учитывается, что подъем на каждые 100 м над уровнем моря дает снижение разрядных напряжений примерно на 1% и такое же снижение дает увеличение температуры на каждые 3 °С сверх нормальной. В качестве нормальной температуры принимается Т0 = 293 К (t0 = 20°С), в качестве нормального давления, соответствующего уровню моря, – давление
p0 = 101,3 кПа ≈ 100 кПа (760 мм рт. ст.); в качестве нормальной влажности воздуха – абсолютная влажность (g0 = 11 г/м3). Уменьшение абсолютной влажности воздуха в два раза приводит к снижению разрядных напряжений внешней изоляции на 6…8%. Следует отметить, что приведенные данные, характеризующие изменение разрядных напряжений под влиянием атмосферных условий, относятся к межэлектродным расстояниям до 1 м. При расстояниях между электродами больше 1 м влияние атмосферных условий снижается по мере увеличения расстояния. Дождь практически не оказывает влияния на разрядные напряжения промежутков с неоднородным полем.

Назначение и типы изоляторов.Диэлектрики, из которых изготавливаются изоляторы, должны обладать высокой механической прочностью, поскольку изоляторы, являясь элементом конструкции, несут значительную нагрузку. Изоляторы линий электропередачи, например, несут нагрузку от тяжения проводов, исчисляемую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоляторы, на которых крепятся шины распределительных устройств, выдерживают громадные нагрузки от электродинамических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.

Диэлектрики должны иметь высокую электрическую прочность, позволяющую создавать экономичные и надежные конструкции изоляторов. Нарушение электрической прочности изолятора может происходить или при пробое твердого диэлектрика, из которого он изготовлен, или в результате развития разряда в воздухе вдоль внешней поверхности изолятора. Пробой твердого диэлектрика означал бы отказ изолятора, тогда как разряд по поверхности при условии быстрого отключения напряжения причиняет изолятору незначительные повреждения. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе должно быть примерно в 1,5 раза выше, чем напряжение перекрытия по поверхности, которым и определяется электрическая прочность изолятора.

Диэлектрики должны быть негигроскопичными и не должны изменять своих свойств под действием различных метеорологических факторов. При неблагоприятных условиях (дождь, увлажненные загрязнения) на поверхностях изоляторов, устанавливаемых на открытом воздухе (изоляторов наружной установки), могут возникать частичные электрические дуги. Под их действием поверхность может обугливаться и на ней могут появляться проводящие следы-треки, снижающие электрическую прочность изоляторов. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингостойкостью.

Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурованный электротехнический фарфор и стекло, получившие широкое распространение, а также некоторые пластмассы.

Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30…40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая прочность стекла при тех же условиях – 45 кВ/мм.

Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, прочность фарфоровых образцов диаметром 2…3 см составляет при сжатии 450 МПа, при изгибе – 70 МПа, а при растяжении – всего 30 МПа. Поэтому наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие.

Стекло по механической прочности не уступает фарфору и тоже лучше всего работает на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергаются закалке: нагреваются до температуры примерно 700 °С и затем обдуваются холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла твердеют значительно раньше внутренних, поэтому при последующей усадке внутренних слоев в толще стекла образуются растягивающие усилия. Такая предварительно напряженная конструкция имеет высокую прочность на сжатие. Стеклянные подвесные изоляторы та рельчатого типа для линий электропередачи изготовляются на нагрузки до 530 кН.

Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми: технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован; прозрачность стекла позволяет легко обнаружить при внешнем осмотре мелкие трещины и другие внутренние дефекты; повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части изолятора, которое легко можно обнаружить при осмотре линии электропередачи эксплуатационным персоналом.

Полимерные изоляторы (рис. 2) наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоолифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекингостойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов.

Рис. 2. Стержневой полимерный изолятор ЛК-70/35-3

 

Технические характеристики стержневого полимерного изолятора приведены в табл.2.

Технические характеристики стержневого полимерного изолятора. Таблица 2.

Тип Размеры Длина пути утечки (минимальная) Нагрузка на растяжение Номинальное напряжение Выдерживаемое напряжение Масса
D H d d1 в сухом состоянии под дождем импульсное
мм мм мм мм даН кВ кВ кВ кВ кВ кг
ЛК70/35-3 - 1,7

 

В закрытых помещениях изоляторы не подвержены влиянию атмосферных осадков, поэтому для их изготовления в некоторых случаях используется бакелизированная бумага. Для уменьшения гигроскопичности такие изоляторы покрываются снаружи водостойкими лаками. Однако наибольшее распространение для внутренней установки получили изоляторы из фарфора и стекла, отличающиеся от изоляторов наружной установки более простой формой.

Поскольку перекрытие изоляторов происходит в результате развития разряда в воздухе вдоль поверхности, на разрядные напряжения изоляторов оказывают влияние те же факторы, которые влияют на разрядные напряжения воздушных промежутков, т.е. давление, температура и абсолютная влажность воздуха. Помимо этого, на разрядные напряжения изоляторов влияет состояние их поверхности. Условия развития разряда по поверхности изоляторов наружной установки существенно изменяются, если на их поверхностях имеются увлажненные загрязнения или же они смачиваются дождем. Тогда разрядные напряжения значительно уменьшаются. В связи с этим по существующей методике испытаний изоляторы подвергаются воздействию напряжения в сухих условиях (сухоразрядное напряжение), под дождем (мокроразрядное напряжение) и при увлажненном загрязнении (влагоразрядное напряжение).

Сухоразрядные напряжения определяются при сухой и чистой поверхности изоляторов и приводятся к нормальным атмосферным условиям. При измерениях мокроразрядных и влагоразрядных напряжений искусственный дождь и увлажненные загрязнения создаются по стандартным методикам. Это обеспечивает возможность сопоставления результатов, полученных в разное время или в разных лабораториях, и объективность оценки изоляторов различной конструкции.

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные – на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями
(рис. 3). Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна.

Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т.е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора.

Рис. 3. Опорно-стержневой изолятор на напряжение 6 кВ для внутренней установки

 

Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение изоляторов, например, ОФ-35-375 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 375 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35…110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами (рис. 4). Обозначение, например, ОНС-35…2000 расшифровывается следующим образом: опорный, наружной установки, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы не могут применяться. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6…10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ – двух- или трехэлементной
(рис. 5). В установках напряжением 110 кВ и выше используются колонки, состоящие из нескольких установленных друг на друга опорно-штыревых изоляторов на напряжение 35 кВ. В обозначение изоляторов введена буква Ш (штыревой).

а) б)

Рис. 4. Опорно-стержневой изолятор на напряжение 35 кВ (а ) и опорный
полимерный изолятор на 10 кВ (б) для наружной установки

 

Рис. 5. Опорно-штыревой изолятор на напряжение 35 кВ

 

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6…10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь (рис. 6). Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например, ШФ10, означает: штыревой фарфоровый на 10 кВ. Буква С в обозначении (ШС) указывает на то, что изолятор стеклянный.

Рис. 6. Штыревой линейный изолятор на напряжение 10 кВ

 

Подвесные изоляторы тарельчатого типа широко применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (стеклянной или фарфоровой), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура – шапка и стержень (рис. 7). Технические характеристики подвесного изолятора ПФ80 приведены в табл. 3.

Технические характеристики подвесного изолятора ПФ 80 изолятора. Таблица 3.

Тип Размеры Длина пути утечки (минимальная) Электромеханическая разрушающая сила Пробивное напряжение Выдерживаемое напряжение Масса
D H d в сухом состоянии под дождем импульсное
мм мм мм мм кН кВ кВ кВ кВ кг
ПФ 80 4,5

 

Рис. 7. Подвесной изолятор тарельчатого типа

 

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжения сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора, соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5…10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной отказа тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-16Б, означает: П – подвесной, С – стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора – это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75…80% разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не нашли широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением провода на землю.

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения (рис. 8). Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

а) б)

Рис. 8. Проходные изоляторы на напряжение 35 кВ (а), 110 кВ (б)

 

Проходной изолятор имеет следующие обозначении, например, ПНШ-35/3000-2000; П – проходной, Н – наружной установки, Ш – шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 3 кА с механической прочностью 20 кН.

Проходные аппаратные изоляторы (вводы) на напряжения 110 кВ и выше имеют значительно более сложную конструкцию.

 

Работа изоляторов при увлажненных загрязнениях поверхности

 

Степени загрязненности атмосферы.Методика определения степени загрязненности атмосферы, учитывающая все возможные источники загрязнения – промышленные предприятия, тепловые электростанции, засоленные почвы и соленые водоемы – подробно изложена в «Руководящих указаниях по выбору и эксплуатации изоляции в районах с загрязненной атмосферой».

К первой, наименьшей степени загрязненности атмосферы относятся сельскохозяйственные районы, луга, леса, болота, тундра. Второй степени загрязненности соответствуют районы с сильной ветровой эрозией почвы, сельскохозяйственные районы, в которых применяются химические удобрения и гербициды,а также территория городов.

Степень загрязненности атмосферы вблизи промышленных предприятий устанавливается в зависимости от вида и объема производства. Источник промышленного загрязнения оказывает влияние на запыленность атмосферы в пределах определенной зоны вокруг предприятий. Размеры этой зоны – так называемый минимальный защитный интервал – для различных производств составляет 300…9000 м. За пределами защитного интервала загрязненность относится ко II или к I степени. В пределах же защитного интервала в зависимости от расстояния до источника загрязнения устанавливаются III–VI степени загрязненности.

В районах засоленных почв степень загрязненности атмосферы устанавливается с учетом солесодержания почвы и подверженности ее ветровой эрозии в зависимости от площади засоленного массива и расстояния до этого массива. Имеются карты с указанием районов, в которых необходимо учитывать засоленность почв. Это юг Западной Сибири, Прикаспийские области.

Загрязненность атмосферы в прибрежной зоне морей и соленых озер определяется в зависимости от солености воды и расстояния от береговой линии.

При наложении зон загрязнения (защитных интервалов) от двух источников степень загрязнения устанавливается по источнику, создающему большее загрязнение, если второй источник дает III степень загрязнения. Если оба источника дают IV степень загрязнения, то в зоне наложения устанавливается V степень, а во всех других случаях – VI степень. При наложении зон загрязнения трех и более источников степень загрязненности атмосферы определяется по двум источникам, создающим наибольшую степень загрязненности, а в некоторых случаях должны проводиться специальные исследования.

Выбор изоляторов в зависимости от степени загрязненности атмосферы.Как показывает опыт эксплуатации, определяющим для выбора изоляторов является обеспечение надежной работы в условиях тумана, росы или моросящего дождя в сочетании с загрязнением поверхности изоляторов. Значение влагоразрядного напряжения изоляторов зависит от характеристик загрязняющего слоя: толщины и удельного сопротивления. При одинаковых загрязнениях оно пропорционально длине пути утечки изолятора Ly, представляющей собой наименьшее расстояние по поверхности изолирующей части между двумя электродами. Для составных изоляторов (гирлянд и колонок) – это сумма длин пути утечки отдельных изоляторов.

Разряд на отдельных участках изолятора может отрываться от поверхности и развиваться в воздухе. Кроме того, поверхности изоляторов загрязняются и увлажняются неравномерно. В результате этого влагоразрядные напряжения оказываются в условиях эксплуатации пропорциональными не Ly, а эффективной длине пути утечки

(1)

 

где К ≥ 1 – поправочный коэффициент, называемый также коэффициентом эффективности изолятора.

Значения К определяются экспериментально. При отсутствии опытных данных коэффициент эффективности для подвесных тарельчатых изоляторов может быть оценен по эмпирической формуле:

(2)

где D – диаметр тарелки изолятора.

Значения коэффициента К для подвесных изоляторов тарельчатого типа лежат в пределах 1,0…1,3.

Для внешней изоляции электрооборудования и опорных изоляторов открытых распределительных устройств значения К приведены ниже:

Lу/H 1,5…2,0 2,0…2,3 2,3…2,7 2,7…3,2 3,2…3,5 ;
К 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 ,

где Н – строительная длина изоляционной части конструкции.

В качестве характеристики надежности изоляторов при рабочем напряжении принята удельная эффективная длина пути утечки. Необходимо чтобы выполнялось неравенство

(3)

Удельная эффективная длина пути утечки нормируется в зависимости от степени загрязненности атмосферы и номинального напряжения установки. Нормированные значения λэф приведены в табл. 4. Значения λэф увеличиваются с ростом степени загрязненности. Для сетей 35 кВ, работающих с изолированной нейтралью, λэф имеют большие значения, чем для сетей 110 кВ и выше, поскольку такие сети могут продолжительное время работать при замыкании одной фазы на землю. При высотах 1000…2000 м над уровнем моря значения нормированной удельной длины пути утечки для гирлянд изоляторов должны быть увеличены на 5%, при высотах 2000…3000 м – на 10 % и при высотах 3000…4000 м – на
15 % по сравнению со значениями, указанными в табл. 4. Для внешней изоляции электрооборудования и опорной изоляции открытых распределительных устройств, расположенных на высотах до 2000 м, λэф принимается в соответствии с табл. 4, а при высотах 2000…4000 м λэф берется для следующей степени загрязнения атмосферы.

 

Нормированные значения удельной эффективной длины пути утечки по отношению к наибольшему рабочему фазному напряжению (высота до 1000 м). Таблица 4.

  Степень загрязненности атмосферы λэф, см/кВ (не менее)
для воздушных линий при номинальном напряжении, кВ для открытых распределительных устройств при номинальном напряжении, кВ
110…220 330…750 110…750
I II III IV V VI 1,7 1,9 2,25 2,6 3,5 4,0 1,3 1,6 1,9 2,25 3,0 3,5 1,3 1,5 1,8 2,25 3,0 3,5 1,7 1,7 2,25 2,6 3,5 4,0 1,5 1,5 1,8 2,25* 3,0** 3,5**

 

* Кроме напряжения 750 кВ.

** Кроме напряжений 500 и 750 кВ.

 

Для надежной эксплуатации при рабочем напряжении геометрическая длина пути утечки изоляторов должна определяться как:

(4)

Применительно к гирляндам изоляторов условие (4) означает, что число изоляторов в гирлянде должно быть:

(5)

где Ly – геометрическая длина пути утечки одного изолятора; Uнаиб.раб – наибольшее рабочее междуфазное напряжение.

Нормированная удельная эффективная длина пути утечки в загрязненных районах обеспечивается увеличением в гирлянде числа изоляторов обычного исполнения или, что бывает целесообразнее, применением специальных грязестойких изоляторов, обладающих достаточно развитой поверхностью (рис. 9). Если длина пути утечки у обычных изоляторов составляет 28…42 см, то у грязестойких – 40…57 см. Хорошие результаты дает также применение гладких длинностержневых изоляторов из полимерных материалов, однако они недостаточно надежны под дождем. Технические характеристики изолятора ПФГ 80-1 приведены в табл. 5.

 

Технические характеристики подвесного изолятора ПФГ 80-1 изолятора. Таблица 5.

Тип Размеры Длина пути утечки (минимальная) Электромеханическая разрушающая сила Пробивное напряжение Выдерживаемое напряжение Масса
D H d в сухом состоянии под дождем импульсное
мм мм мм мм кН кВ кВ кВ кВ кг
ПФГ 80-1

 

Рис. 9. Подвесные изоляторы для районов с загрязненной атмосферой:

а – для натяжных гирлянд; б – для поддерживающих гирлянд

 

 

Для опорных изоляционных конструкций также применяются грязестойкие изоляторы, а для вводов – удлиненные покрышки.




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных