1. Выбор числа изоляторов в гирлянде

Провода воздушных линий электропередач должны быть надежно 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.

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.

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.

1. Выбор числа 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 L_у.

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 L_у, а эффективной длине утечки:

(1.1)

где K1 - коэффициент эффективности изолятора

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

(1.2)

где D - диаметр тарелки изолятора, мм;

L_у - длина пути утечки изолятора, мм

Для подвесных тарельчатых изоляторов значения коэффициента К лежат в пределах 1,0-1,3.

В качестве характеристики надёжности изоляторов при рабочем напряжении принята удельная эффективная длина пути утечки l_эф:

(1.3)

Удельная эффективная длина пути утечки нормируется в зависимости от степени загрязненности атмосферы и номинального напряжения установки (см. табл. 1.1)

Таблица 1.1

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

Степень загрязненности атмосферы	, см/кВ (не менее)
	для воздушных линий при номинальном напряжении, кВ			для открытых 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: =1,05

При высотах 20003000м н.у.м: =1,1

При высотах 30004000м н.у.м: =1,15

I – сельскохозяйственные районы, луга, леса, болота, тундра;

II – районы с сильной ветровой эрозией почвы, сельскохозяйственные

районы, в которых применяются химические удобрения, промышленные

города;

III- VI – вблизи источника промышленного загрязнения.

300-900м – минимальный защитный интервал.

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

(1.4)

Применительно к гирляндам изоляторов условие (1.4) означает, что число изоляторов гирлянде должно быть:

(1.5)

где L_у1 – геометрическая длина пути утечки одного изолятора, см

U_{наиб.раб} - наибольшее рабочее междуфазное напряжение, кВ

Значения наибольших рабочих напряжений приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2

Номинальные и наибольшие рабочие напряжения электрических систем

Uном, кВ	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Uраб.нб, кВ	23	40,5	126	172	252	363	525	787,5	1200

П р и м е ч а н и е. Расчет максимального рабочего напряжения производится по

формуле:

U_{раб. макс}=1,15U_ном для номинальных напряжений 3-220 кВ;

U_{раб. макс}=1,1U_ном для 330 кВ;

U_{раб. макс}=1,05U_ном для 500-1150 кВ.

В связи с возможностью выхода из строя отдельных изоляторов во время эксплуатации и относительно большой трудоёмкостью их замены количество изоляторов, определенное по (1.5), 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: (1.6) (3.30)

для ВЛ 3301150 кВ: (1.7) (3.31)

Нормированная удельная эффективная длина пути утечки в загрязненных районах обеспечивается увеличением в гирлянде числа изоляторов обычного исполнения рис.1.1 (с L_у1=2842 см) или, что бывает целесообразнее, применением специальных грязестойких изоляторов (рис. 1.2), обладающих достаточно развитой поверхностью (с L_у1=4057 см). Основные характеристики подвесных линейных изоляторов приведены в табл.1.3.

Рис. 1.1 Подвесной изолятор тарельчатого типа.

Рис. 1.2 Подвесные изоляторы для районов с загрязненной атмосферой:

а – для натяжных гирлянд; б – для поддерживающих гирлянд

Таблица 1.3

Характеристики подвесных линейных изоляторов

Тип изолятора	Строительная высота, Н, мм	Диаметр D, мм	Длина пути утечки Lу, мм	Коэффициент эффективности К	Действующее напряжение короны, кВ	Расчетная cсредняя мокроразрядная напряженность Емр, кВ/см	Примечание
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 повышенным уровнем загрязнения
ПФГ6-А	198	270	455	-	-	-
ПФГ8-А	214	300	470	-	-	-
ПСГ16-А	160	320	480	-	-	-
ПСГ16-Б	180	350	555	-	-	-
ПСГ22-А	185	370	570	-	-	-