Лекции

Штыревые линейные изоляторы

Применяются на напряжение 6-10 кВ и состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь (рис. 3.17). Обозначение:

Ш Ф 6

Штыревой, фарфоровый, Uнон. кВ

Рис. 3.17 Штыревой

линейный изолятор на напряжение 10 кВ

Подвесные изоляторы тарельчатого типа

Рис. 3.18 Подвесной

изолятор тарельчатого типа.

Широко применяются на ВЛ 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. 3.18). Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Гирлянды благодаря шарнирному соединению работают только на растяжение.

Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия.

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

Обозначение: П С - 16Б

подвесной стеклянный

гарантированная электромеханическая прочность 160 кН

вид конструктивного исполнения

Подвесные стержневые изоляторы Представляют собой стержень из

изолирующего материала с выступающими на нём ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками (рис.

3.19).

Рис. 3.19 Стержневые подвесные изоляторы

Стержневые изоляторы из фарфора не нашли широкого применения вследствие невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением провода на землю.

Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов.

Проходные изоляторы

Применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций РУ и аппаратов

(рис.3.19)

Рис. 3.20. Проходной изолятор на напряжение 35 кВ Для внутренней установки

Обозначение:

П Н Ш - 35 / 3000 - 2000

проходной

наружной установки шинный

Uн

Iнон, А

механическая прочность 20 кН

3.3.3 Изоляция воздушных линий электропередачи на опорах

Провода ВЛ должны быть изолированы друг от друга и от земли. Для этого они с помощью изоляторов подвешиваются на опорах таким образом, чтобы соблюдались определенные расстояния между проводами, а также между каждым проводом и землёй. Таким образом, изоляцию линий электропередачи образуют воздушные промежутки.

В пролётах между опорами:

-провод – провод;

-провод – земля;

-провод – трос.

На опорах:

-провод – стойка опоры (оттяжка);

-изоляторы.

Опоры в отношении изоляции являются слабыми точками линии электропередачи (изоляторы загрязняются и увлажняются, что приводит к снижению их разрядных напряжений, провода ближе всего подходят к заземленным металлическим конструкциям), и ее надёжная работа во многом определяется правильным выбором числа изоляторов в гирляндах и изоляционных расстояний между проводами и опорой.

Рис. 3.21 Металлическая опора	Рис. 3.22 Деревянная опора линии
портального типа с оттяжками	электропередачи 110 кВ.
(линия 750 кВ)

3.3.3.1 Выбор числа изоляторов в гирлянде

Определяющим для выбора числа изоляторов является обеспечение надёжной работы в условиях тумана, росы или моросящего дождя в сочетании с загрязнением поверхности изоляторов. Проверка выбранного количества изоляторов производится по условиям работы гирлянд под дождём при воздействии внутренних перенапряжений.

Выбор изоляторов в зависимости от степени загрязненности атмосферы

Значение влагоразрядного напряжения изоляторов зависит от характеристик загрязняющего слоя, толщины и удельного сопротивления. При одинаковых загрязнениях оно пропорционально длине пути утечки изолятора Lу.

Lу - Длина пути утечки изолятора – наименьшее расстояние по поверхности изолирующей части между двумя электродами.

Разряд на отдельных участках изолятора может отрываться от поверхности и развиваться в воздухе. В результате этого влагоразрядные напряжения оказываются пропорциональны на Lу, а эффективной длине утечки:

		Lэф =	Lу	(3.25)
	где:		K
		- коэффициент эффективности изолятора.
	K≥1

Значения К определяются экспериментально. Для подвесных тарельчатых изоляторов К может быть оценен по эмпирической формуле:

		Lу
K =1			−1		(3.26)
	+0,5	D

где:

D- диаметр тарелки изолятора

К=1÷1,3

Вкачестве характеристики надёжности изоляторов при рабочем напряжении принята удельная эффективная длина пути утечки:

		λэф =	Lэф	(3.27)
			Uнаиб. раб.
λэф	-	нормируется	в зависимости от степени загрязненности
		атмосферы и номинального напряжения установки.

Таблица 3.3

Нормированные удельные эффективные длины пути утечки (высота до 1000 м)

	Степень			λýô , см/кВ (не менее)
	загрязненности
		для воздушных линий при			для открытых
	атмосферы
		номинальном напряжении, кВ			распределительных
					устройств при
					номинальном напряжении,
						кВ
		35	110-220 330-750		35	110-750
	I	1,7	1,3	1,3	1,7	1,5
	II	1,9	1,6	1,5	1,7	1,5
	III	2,25	1,9	1,8	2,25	1,8
	IV	2,6	2,25	2,25	2,6	2,25*
	V	3,5	3,0	3,0	3,5	3,0**
	VI	4,0	3,5	3,5	4,0	3,5**

*Кроме напряжения 750 кВ.

**Кроме напряжения 500 и 750 кВ.

Примечание: При высотах 1000÷2000м н.у.м: λэф =1,05 λэф.табл При высотах 2000÷3000м н.у.м: λэф =1,1 λэф.табл

При высотах 3000÷4000м н.у.м: λэф =1,15 λэф.табл I – сельскохозяйственные районы, луга, леса, болота, тундра;

II– районы с сильной ветровой эрозией почвы, сельскохозяйственные районы, в которых применяются химические удобрения, промышленные

города;

IIIVI – вблизи источника промышленного загрязнения. 300-900м – минимальный защитный интервал.

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

Lу ≥ КλэфU наиб. раб.

(3.28)

Применительно к гирляндам изоляторов условие (3.28) означает, что число изоляторов гирлянде должно быть:

		n ≥ KλэфU наиб. раб.	(3.29)
	где:	Lу1
		геометрическая длина пути утечки одного изолятора
	Lу1 -
	Uнаиб. раб.	- наибольшее рабочее	междуфазное напряжение, т.е.
		линейное.

В связи с возможностью выхода из строя отдельных изоляторов во время эксплуатации и относительно большой трудоёмкостью их замены

количество изоляторов, определенное по (3.29), увеличивается на один для линий 110, 220 кВ и на два для линий 330 кВ и выше. На сложных переходах через реки количество изоляторов может быть увеличено на 5 штук. Таким образом, условие выбора изоляторов в зависимости от степени загрязнения атмосферы запишется как:

для ВЛ 110, 220 кВ:	n ≥	KλэфU раб.наиб. +1	(3.30)
		Lу1
для ВЛ 330÷1150 кВ:	n ≥	KλэфU раб.наиб. + 2	(3.31)
		Lу1

Нормированная удельная эффективная длина пути утечки в загрязненных районах обеспечивается увеличением в гирлянде числа

изоляторов обычного исполнения ( с Lу1=28÷42 см) или, что бывает целесообразнее, применением специальных грязестойких изоляторов (рис.

5.10), обладающих достаточно развитой поверхностью (с Lу1=40÷57 см).

Рис. 3.23 Подвесные изоляторы для районов с загрязненной атмосферой: а – для натяжных гирлянд; б – для поддерживающих гирлянд

Проверка выбранного количества изоляторов производится по условиям работы гирлянд под дождём при воздействии внутренних перенапряжений.

Определение числа изоляторов в гирлянде производится по формуле:

				n ≥ kpUíàèá . ðàá.(ô )	(3.32)
	где:			Eìð H
		- расчетная кратность внутренних перенапряжений
	kp
	Uнаиб.раб.(ф)			- наибольшее рабочее фазное напряжение, кВ
	Емр	-	расчетная мокроразрядная напряженность, кВ/см (табл. 3.4)
	Н	-	строительная высота изолятора, см

Рекомендуемое ПУЭ количество изоляторов в гирляндах для металлических и ж/б опор в районах с U степень загрязненности приведено в табл. 3.5.

								Таблица 3.4
Характеристики подвесных линейных изоляторов
	Строительная высота, Н, мм	ДиаметрD, мм	Длинапути утечкиl	Коэффициент эффективности	k	Действующее напряжение короны, кВ	Расчетнаяcредняя мокроразрядная напряженность Е
Тип			мм ,				см/кВ,
			у					Примечание
изоляторов							мр
ПФ6-В	140	270	324	1,1		35	2,5	Фарфоровый
ПФ16-А	173	280	365	1,2		-	2,4	«»
ПФ20-А	194	350	420	1,1		-	2,4	«»
ПС6-А	130	255	255	1,0		28	2,6	Стеклянный
ПС12-А	140	260	325	1,2		35	2,3	«»
ПС16-Б	170	280	387	1,2		40	2,3	«»
ПС22-А	200	320	390	1,1		40	2,3	«»
ПС30-А	190	320	425	1,1		45	2,0	«»
ПС40-А	190	330	445	1,1		50	2,0	«»
ПФГ5-А	194	250	450	-		-	-	Для районов с
ПФГ6-А	198	270	455	-		-	-
ПФГ8-А	214	300	470	-		-	-	повышенным
ПСГ16-А	160	320	480	-		-	-	уровнем
ПСГ16-Б	180	350	555	-		-	-	загрязнения
ПСГ22-А	185	370	570	-		-	-

Таблица 3.5

Количество изоляторов в гирляндах воздушных линий и открытых распределительных устройств (в скобках)

Тип				Число изоляторов при номинальном напряжении, кВ
		до
изолятора				20		35				110				150			220		330		500		750
		10
ПФ6-А		1		3 (4)		3 (4)				7 (8)			9 (10)				13		19 (20)		(29)		-
																	(14)
ПФ6-Б		1		3 (4)		3 (5)				7 (8)			10 (10)				14 (15)		20 (21)		27		-
																					(30)
ПФ6-В		1		3 (4)		3 (4)				7 (8)			9 (10)				13 (14)		19 (20)		26
																					(29)
ПФ16-А		-		-		-				6			8				11		17		23		-
ПФ20-А		-		-		-				-				-			10		14		20		-
ПС6-А		1		3 (4)		3 (4)				8 (9)			10 (11)				14 (16)		21 (22)		29		-
																					(33)
ПС12-А		-		-		3				7			9 (10)				13 (14)		19 (20)		26		(38)
																					(29)
ПС16-А		-		-		-				6			8				11		16		22		-
ПС16-Б		-		-		-				6			8				12		17		24		-
ПС22-А		-		-		-				-				-			10		15		21		30
ПС30-А		-		-		-				-				-			11		16		22		32
																						Таблица 3.6
Наименьшие изоляционные расстояния по воздуху на опорах
воздушных линий электропередачи
							Наименьшие изоляционные расстояния, см
Расчетные										при номинальном напряжении, кВ
условия					до		20		35			110			150			220		330		500		750
					10
По грозовым					20		40		40			100			130			180		260		320		-
перенапряжениям
По внутренним					10		15		30			80			110			160		215		300		410
перенапряжениям
Безопасный					-		-		150			150			200			250		350		450		-
подъём на опору

3.3.3.2 Изоляционные расстояния в пролётах ВЛ

В пролёте ВЛ длина воздушного промежутка между проводами оказывается больше, чем на опорах (отсутствуют стойки опор), поэтому междуфазная изоляция в пролёте имеет больший запас электрической прочности по сравнению с изоляцией на опорах. Расстояния между проводами и тросами в середине пролёта определяются условиями защиты от грозовых перенапряжений и зависят только от длины пролёта.

Таблица 3.7

Длина пролета, м.	150	200	300	400	500	600
Расстояние по вертикали
между проводом и тросом в
середине пролёта, м, не
менее	3,2	4	5,5	7	8,5	10

Промежуток провод-земля выбирается по уровню внутренних перенапряжений, исходя из условия безопасного проезда транспортных средств и допустимого значения напряженности электрического поля под линией на высоте 1,8 м.

Таблица 3.8 Наименьшие расстояния провод-земля в населенной местности

		Наименьшие расстояния, м, при номинальных
Условия				напряжениях линий, кВ
	6-20		35-	150	220	330	500	750	1150
			100
Проезд
транспорта	6,0		6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	-	-
высотой 4 м.
Допустимая
напряженность	-		-	-	-	-	7,0	12,0	14,0
поля под линией
Eдоп=15 кВ/м

Изоляционные расстояния в РУ

При определении изоляционных расстояний по воздуху между токоведущими частями, а также от токоведущих частей до заземленных элементов РУ руководствуются испытательными напряжениями, установленными для электрооборудования.

Таблица 3.9

Наименьшие изоляционные расстояния в свету от токоведущих частей до различных элементов распределительных устройств подстанций

				Наименьшие изоляционные расстояния, см
	Расчетные				при номинальном напряжении, кВ
	условия			до	20	35	110	150	220	330	500
				10
По		электрической
прочности:
-	между	токоведущими		20	30	40	90	130	180	250	375
	частями	разных	фаз
	при жесткой ошиновке;
-	между токоведущими и			22	33	44	100	140	200	280	420
	заземленными частями
	при жесткой ошиновке.
По		условиям
безопасности персонала:
-	от	неогражденных		290	300	310	360	400	450	520	645
	токоведущих частей до
	земли;
-	от токоведущих частей			220	230	240	290	330	380	450	575
	до ограждений, зданий
	и сооружений, а также
	между	токоведущими
	частями	разных	цепей
	(по горизонтали), если
	предусматривается
	работа одной цепи при
	отключенной другой;
-	от токоведущих частей			95	105	115	165	205	255	325	450
	до транспортируемого
	оборудования, а также
	от	контактов
	разъединителя		в
	отключенном
	положении		до
	заземленных		и
	токоведущих частей.