Расчет числа и типа изоляторов ВЛ напряжением 220кВ

Наибольшее количество отложений  имеет место на поверхности изоляторов с большим количеством близко расположенных ребер или с развитой нижней поверхностью ребер. В результате изучения процессов загрязнения различных конструкций опорных стержневых изоляторов установлен критерий оценки загрязняемости, названный коэффициентом аэродинамики . Получена эмпирическая формула для определения этого коэффициента в зависимости от конструктивных параметров изоляторов[5]:

 

         (1.1)

 

где D - средний диаметр  по ребрам; d - средний диаметр по телу; h - средняя толщина ребер у основания; b - среднее расстояние между ребрами; а - средний вылет ребер; и - углы наклона верхней и нижней поверхностей ребер[5].

Из формулы видно, что  основным конструктивным фактором, оказывающим влияние на загрязняемость, является форма ребра.

Самоочистка ветром. При обдуве загрязненной поверхности ветром на слой загрязнения действует отрывающая сила . Прочность этого слоя зависит от силы адгезии к поверхности и слипаемости самих частиц, т.е. силы автогезии . При условии будет наблюдаться адгезионный отрыв слоя, а при - автогезионный отрыв частиц. Известно, что для адгезионного отрыва требуется скорость ветра, превышающая 100 м/с. Ввиду того что максимальная скорость ветра, встречающаяся в эксплуатации, составляет примерно 45 м/с, адгезионный отрыв слоя загрязнения в эксплуатации не имеет места.

Так как в эксплуатации может произойти только автогезионный  отрыв частиц загрязнения, полной очистки ветром загрязненной поверхности изоляторов не происходит, но плотность слоя загрязнения уменьшается. Автогезионный отрыв частиц загрязнения зависит от силы, приложенной к частице, и направления ее действия. При нормальном приложении сил к запыленной поверхности для отрыва частиц необходимо, чтобы ; при тангенциально направленной силе действует момент сил (где r - радиус частицы). Первой стадией отрыва в этом случае будет качение или скольжение частицы, т.е. преодоление не только сил прилипания, но и сил трения. В эксплуатации приложение силы отрыва (ветер) происходит в большей части под углом. В данном случае имеют место обе вышеуказанные составляющие сил отрыва. Известно, что отрыв прилипших частиц с поверхности зависит от угла встречи с поверхностью . Максимальный отрыв наблюдается на боковых поверхностях, расположенных в секторах от 30 до 120°, где имеет место увеличение скорости основного потока. Меньшее число удаляется с лобовой поверхности; с тыльной поверхности отрыва частиц не происходит.

Самоочистка дождем. При очистке дождем поверхности  изоляторов происходит не только удаление с нее твердых загрязнений и уменьшение плотности загрязняющего слоя, но и вымывание из слоя загрязнения растворимых солей и уменьшение его проводимости. Вымывание растворимых солей имеет место как при сцементировавшемся, так и при несцементировавшемся слое загрязнения. Эффективность очистки дождем зависит от числа дождевых капель, ударившихся о поверхность изолятора, их массы и скорости падения. Механизм отрыва твердых частиц загрязнения с поверхности изоляторов объясняется следующим образом. Капли дождя в зависимости от их массы имеют различную скорость падения. При контакте падающей капли с загрязненной поверхностью и достаточной скорости ее падения происходит захват каплями частиц загрязнения. При захвате каплями дождя слипшихся или прилипших к поверхности частиц загрязнения воздушное прилипание заменяется жидкостным. При ударе о поверхность изолятора капля дождя сплющивается. Возникает радиальная составляющая скорости растекания капли, производящая отрыв частиц от поверхности.

Удаление этих частиц загрязнения с поверхности изолятора  зависит от скорости водного потока , образующегося после соударения капель дождя с поверхностью изолятора, определяемой интенсивностью дождя Н. Установлен критерий оценки очистки дождем, выраженный через коэффициент очистки дождем . Получена эмпирическая формула для определения этого коэффициента в зависимости от конструктивных параметров изоляторов[5]:

 

              (1.2)

 

где - длина смачиваемой части изолятора; - длина пути утечки; - угол наклона верхней поверхности реба.

В силу происходящих процессов  загрязняемости и очистки ветром и дождем плотность и проводимость слоя загрязнения на поверхности изоляторов не нарастают беспредельно, а приближаются к некоторым установившимся значениям. Для достижения предельного значения загрязнения изоляторов требуется не менее 3 лет.

Методы основных электрических испытаний. Отобранные для испытания изоляторы должны быть чистыми и сухими. Поверхность изделий, предназначенных для электрических испытаний под дождем, должна быть тщательно обезжирена. Испытания проводят после того, как испытуемые изделия примут температуру помещения, в котором проводят испытания. Испытания обычно проводят при нормальных или близких к ним климатических условиях. Нормированные значения испытательных напряжений указаны в ГОСТ 1516.1-76 для нормальных атмосферных условий. Условия пересчета этих значений при отличии внешних климатических факторов от нормальных приведены в П.1.3 ГОСТ 1516.1-76 и разд. 1 ГОСТ 1516.2-76. При подготовке и проведении испытаний изоляторов не всегда уделяется должное внимание расположению изолятора и размерам подводящих напряжение проводов. Поэтому стандартами регламентированы следующие условия подготовки.[6]

Опорные изоляторы при  испытании должны устанавливаться  в вертикальном положении на горизонтальную заземленную металлическую плиту, ширина которой примерно равна диаметру арматуры изолятора, а длина - не менее двойной высоты изолятора. При этом должна быть соблюдена метровая высота установки плиты над уровнем пола. Определенные ограничения накладываются и на расположение и диаметр подводящих напряжение проводов: нижний фланец изолятора заземляют, а испытательное напряжение подводят к верхнему фланцу изолятора перпендикулярно продольной стороне металлической плиты при помощи закрепленного в горизонтальной плоскости и выступающего на 1 м с каждой стороны изолятора проводника с диаметром 2-3% высоты изолятора, но не менее 0,012 м.

В отечественной практике одним из основных методов проверки электрической прочности изоляторов (за исключением покрышек и опорно-стержневых изоляторов) до процесса их армирования является метод испытания непрерывным потоком искр Испытательная установка должна обеспечивать искровую фазу разряда по поверхности изделий, а расположение электродов - имитировать арматуру и токоведущие части изоляторов. Опорно-штыревые изоляторы (или их элемент) погружают в опрокинутом положении в металлический колпак так, чтобы верхний край колпака был на уровне части изолятора, подлежащей армированию.

Критерием годности изолятора  является отсутствие пробоя, растрескивания или наиболее часто встречающегося явления - нагревания.

Определение электрической  прочности стенки является ответственным  видом электрических испытаний  изоляторов. Метод испытания электрической  прочности стенки покрышек, склеенных  из частей, по месту склейки (ГОСТ 5862-79) осуществляется с помощью плотно прилегающих электродов в виде металлической цепи, или проволоки, или влажной ткани с наружной стороны и тонкой жести или плотной металлической сетки с внутренней стороны покрышки. Подъем напряжения должен быть равномерным, а выдержка под напряжением после достижения испытательного напряжения - 5 мин. Если места склейки не пробьются, то изолятор считается выдержавшим испытание.

Определение электрической  прочности изоляционного тела опорных  и изоляторов производится в резервуаре с изолирующей средой (удельное объемное электрическое сопротивление которой должно быть в пределах 10-100 Ом∙м). Обычно эта среда представляет собой смесь из 99,6% трансформаторного масла (ГОСТ 982-80) с пробивным напряжением не менее 25 кВ в стандартном разряднике и 0,4-0,5% дистиллированной .воды или другого жидкого диэлектрика с пробивным напряжением 25 кВ (ГОСТ 6581-75). Испытательное напряжение плавно повышают до нормированного пробивного и до возникновения пробоя со скоростью, позволяющей производить отсчет показаний измерительного прибора. Изолятор считают выдержавшим испытание, если пробой происходит при напряжении, равном или выше нормированного пробивного напряжения.

Установка для определения  пробивного напряжения (трансформатор  и резервуар с изолирующей средой) должна обеспечивать приложение к изолятору напряжений, не менее чем в 1,5 раза превышающих пробивное напряжение (ГОСТ 1516.1-76).

При испытании внешней  изоляции изоляторов грозовыми импульсами напряжения за значение испытательного напряжения полного импульса принимается его максимальное значение, а при срезанном импульсе - максимальное значение, если разряд произошел на максимуме напряжения и за ним, и напряжение в момент разряда (среза), если разряд произошел на фронте импульса. Перед проведением этого испытания должна проводиться градуировка генератора импульсов напряжения (ГИН). Градуировка осуществляется при напряжении 90-100% нормированного испытательного и при присоединенном изоляторе с помощью пикового вольтметра и делителя напряжения или шарового разрядника по ГОСТ 1516.2-76 стандартный полный грозовой импульс обозначается 1,2/50 и имеет параметры: длительность фронта 1,2±0,36 мкс; длительность импульса 50±10 мкс, допуск на максимальное значение импульса ±3%.[6]

Испытание внутренней изоляции изоляторов грозовым импульсом проводится одновременно с испытанием внешней изоляции.

Изолятор считается  выдержавшим испытание, если во время  испытаний произошло не более  двух перекрытий. При большем количестве перекрытий испытания повторяются, и если при этом выполняется оговоренное условие (не более двух перекрытий), то изолятор считается выдержавшим испытания.

 

1.2 Расчёт изоляторов воздушной  линии

 

Необходимо определить число подвесных тарельчатых  изоляторов в гирлянде, выполненных  из стекла (тип ПС), напряжение воздушной линии 220 кВ, степень загрязнённости IV. Выберем линейный подвесной изолятор с увеличенным вылетом ребра ПСВ160А , у которого длина пути утечки L_и = 54см, диаметр D = 32см, строительная высота H = 14,6 см.

Длина пути утеки L (см) изоляторов и изоляционных конструкций из стекла и фарфора должна определиться по формуле[2]:

 

L = λ_э ∙ U ∙ k,         (1.3)

 

где λ_э - удельная эффективная длина пути утечки, см/кВ; U - наибольшее рабочее междуфазное напряжение, кВ (по ГОСТ 721); k - коэффициент использования длины пути утечки.

Удельная эффективная  длина пути утечки поддерживающих гирлянд  изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах в зависимости от СЗ и номинального напряжения (на высоте до 1000 м над уровнем моря) должна приниматься по таблице 1.4[2]

Таблица 1.4 Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах, внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ

Степень загрязнения	λэ см/кВ (не менее), при номинальном напряжении, кВ
	До 35 включительно	110-750
1	1,90	1,60
2	2,35	2,00
3	3,00	2,50
4	3,50	3,10

 

Удельная эффективная  длина пути утечки поддерживающих гирлянд и штыревых изоляторов ВЛ на высоте более 1000 м над уровнем моря должна

быть увеличена по сравнению с нормированной в таблице 1.4:

 

от 1000 до 2000 м - на 5 %;

от 2000 до 3000 м   на 10%;

от 3000 до 4000 м - на 15 %.

 

Согласно (1,3) определяем длину пути утеки L[2]:

 

L = λ_э ∙ U ∙ k = 3,1 ∙ 220 ∙ 1,2 = 818,4 см.

 

Количество подвесных  тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах и в последовательной цепи гирлянд специальной конструкции (V-образных, Λ-образных, Y - образных и др., составленных из изоляторов одного типа) для ВЛ на металлических и железобетонных опорах должно определяться по формуле[2]:

 

m = L / L_и ,      (1.4)

 

где L_и - длина пути утечки одного изолятора по стандарту или техническим условиям на изолятор конкретного типа, см. Если расчет m не дает целого числа, то выбирают следующее целое число.

На ВЛ напряжением 6-20 кВ с металлическими и железобетонными  опорами количество подвесных тарельчатых  изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12 и независимо от материала опор должно составлять не менее двух. На ВЛ напряжением 35-110 кВ с металлическими, железобетонными и деревянными опорами с заземленными креплениями гирлянд количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах всех типов в районах с 1-2-й СЗ следует увеличивать на один изолятор в каждой гирлянде по сравнению с количеством, получением по 1-9.12.

На ВЛ напряжением 150-750 кВ на металлических и железобетонных опорах количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12, на ВЛ напряжением 35-27,0 кВ с деревянными опорами и районах с 1-2-й СЗ количество подвесных тарельчатых изоляторов из стекла или фарфора допускается принимать на 1 меньше, чем для ВЛ на металлических или железобетонных опорах. На ВЛ напряжением 6-20 кВ с деревянными опорами или деревянными траверсами на металлических и железобетонных опорах в районах с 1-2-й СЗ удельная эффективная длина пути утечки изоляторов должна быть не менее 1,5 см/кВ.