Эксплуатационные характеристики длинностержневых фарфоровых изоляторов

Длинностержневые фарфоровые изоляторы

Длинностержневые фарфоровые изоляторы
Подвесные
тарельчатые
(фарфор, стекло)
фарфор – 10-2
стекло – 10-4
(Россия)
Подвесные
стержневые
(полимерные)
ЛК – 10-4 (Россия)
Международный опыт – 0,5⋅10-4
(«Electra», № 191, 2000)
Подвесные
длинностержневые
(фарфоровые)
фарфор – 10-7
(Германия)

Длинностержневые фарфоровые изоляторы
Рекомендуемые области применения подвесных изоляторов различной конфигурации по главе 1.9 ПУЭ 7-го издания

Длинностержневые фарфоровые изоляторы
Особенности длинностержневых фарфоровых изоляторов:
не подвержены электрическому пробою;
в отличие от гирлянд тарельчатых изоляторов не нуждаются в замене в процессе эксплуатации, что исключает необходимость осмотров и ремонтных работ, в том числе под напряжением;
ежегодная повреждаемость не превосходит 10-7;
обладают высокой устойчивостью к вандализму (расстрелам);
обладают высокой устойчивостью фарфоровой изоляционной детали к действию химически агрессивных выбросов промышленных предприятий;
не подвержены электрокоррозии;
могут надежно и эффективно эксплуатироваться в районах с любыми условиями загрязнения, что рекомендовано в главе 1.9 ПУЭ.

Пример внедрения на ВЛ изоляторов повышенной надежности
Поддерживающая гирлянда
из длинностержневых фарфоровых
изоляторов типа LP 60/17+16/1320
на ВЛ 330 кВ ПС Восточная – ПС Волхов – Северная (№16) МЭС Северо-Запада

Опыт внедрения на ВЛ изоляторов повышенной надежности
Условия эксплуатации длинностержневых фарфоровых изоляторов в России

Опыт внедрения на ВЛ изоляторов повышенной надежности
Внедрение ДФИ:
– Балтийская электростанция (3-я СЗ) ОРУ 330 кВ – 10 лет;
– Череповецкий промышленный комплекс (4-я СЗ) ВЛ 110 и 220 кВ – 12 лет;
– г. Санкт-Петербург (2-я СЗ) ВЛ 330 кВ – 2 года.
В указанных трех районах опыт эксплуатации ДФИ целиком положительный. За весь период эксплуатации на ВЛ 110, 220 и 330 кВ и на ОРУ 330 кВ перекрытий и разрушений изоляторов не наблюдалось.

Основные характеристики длинностержневых фарфоровых изоляторов

Характер загрязнения ДФИ, эксплуатировавшихся на ВЛ 220 кВ ЧЭС
Слой загрязнения имеет плотность от 2 до 30 мг/см2, местами наблюдается отслаивание загрязняющего вещества. Поверхностная плотность слоя загрязнения в пересчете на эквивалентное количество поваренной соли составило от 0,6 до 1 мг/см2, что характеризуется как очень сильное загрязнение.

Испытания ДФИ после эксплуатации
Для демонтированных изоляторов с естественным слоем загрязнения определялось разрядное напряжение (Uр) и удельная поверхностная проводимость (æ), а также поверхностная плотность слоя загрязнения. Методика испытания изоляторов соответствовала требованиям ГОСТ 10390. Для определения разрядного напряжения был выбран метод ЕЗ – загрязнение в естественных условиях. Каждый испытуемый объект (один ДФИ) увлажнялся в испытательной камере мелкокапельной влагой в виде тумана с измерением æ. При испытании использовался метод приложения напряжения ПП – плавный подъем напряжения при увлажнении поверхности изолятора.

Результаты послеэксплуатационных испытаний ДФИ
Результаты определения Uр и æ демонтированных ДФИ

Зависимость разрядного напряжения Uр от удельной поверхностной проводимости æ
Основные геометрические размеры (L, Нстр, Низ) у ДФИ, эксплуатировавшихся на БЭС и ЧЭС, практически не отличаются, и поэтому оказалось возможным построить обобщенную зависимость разрядного напряжения Uр от удельной поверхностной проводимости æ, приведенную на рисунке:

Зависимости удельного разрядного напряжения от поверхностной проводимости æ
Используя обобщенную зависимость Uр от æ из предыдущего рисунка можно построить зависимость удельного разрядного напряжения по длине пути утечки (ЕL) от поверхностной проводимости æ (рис.5) и по изоляционной высоте Eh от æ (рис.6).
Рис. 5 Обобщенная зависимость ЕL от æ изолятора для ДФИ типа LP60/14+13/1140 и LP65/13+12/1140 с естественным загрязнением
Рис. 6 Обобщенная зависимость Eh от æ для ДФИ типа LP60/14+13/1140 и LP65/13+12/1140 с естественным загрязнением

Выбор оптимальных размеров гирлянд из ДФИ
Полученные экспериментальные зависимости можно использовать для выбора оптимальных размеров гирлянд из ДФИ.
По результатам испытаний ДФИ можно определить удельную эффективную длину пути утечки (λЭ), характеризующую требуемый уровень изоляции для района эксплуатации изоляторов:
где λэ – требуемое значение удельной длины пути утечки, см/кВ, Кз=Uр/Uфн – коэффициент запаса, характеризующий средний уровень изоляции (отношение среднего разрядного напряжения Uр одной гирлянды с естественным слоем загрязнения, обеспечивающей надежную работу совокупности гирлянд ВЛ при ее увлажнении, к наибольшему значению рабочего напряжения Uфн этой ВЛ), EL= Uр/L – удельная разрядная длина пути утечки (кВ/см), L – длина пути утечки изолятора (гирлянды изоляторов); К – коэффициент эффективности использования длины пути утечки. Значение EL можно определить по экспериментальной зависимости (рис.5).
При малом количестве объектов испытания, что характерно при проведении испытаний изоляции с естественным слоем загрязнения, коэффициент запаса определяют по минимальному разрядному напряжению, полученному по результатам испытаний всех изоляторов.
Коэффициент запаса для ДФИ, эксплуатирующихся на ВЛ 220 кВ (ЧЭС) составляет Кз=3⋅107/146=2,20, где Uразр=107 кВ при æ=29 мкСм (наибольшее значение для исследуемого района).

Выбор оптимальных размеров гирлянд из ДФИ
Длина изоляционной части гирлянды изоляторов Hиз определяется из выражения:
где – удельное разрядное напряжение по изоляционной высоте изоляторов в гирлянде для заданной СЗ.
Произведем выбор гирлянды изоляторов для эксплуатации в условиях загрязнения на ВЛ 220 кВ ЧЭС (т.е. больше 4-й СЗ) по двум критериям:
– по геометрическому параметру, т.е. по удельной эффективной длине пути утечки в соответствии с требованиями ПУЭ-7;
– по разрядному напряжению в соответствии с формулами 1 и 2 для расчетного значения æ=29 мкСм, ЕL =0,28 кВ/см и Eh=1,07 кВ/см.
Выбор по геометрическому параметру производился по формулам (ПУЭ-7) и , где Lи – длина пути утечки одного изолятора.

Оценка размеров гирлянд из ДФИ для эксплуатации на ВЛ 220 кВ в зоне с сильными (больше 4-й СЗ) загрязнениями (ЧЭС)

ВЫВОДЫ
Опыт эксплуатации длинностержневых фарфоровых изоляторов нового поколения на ВЛ 110, 220 и 330 кВ, расположенных в районах с различными условиями эксплуатации, в том числе, в течение 9 лет в районе с очень сильными загрязнениями (больше 4-й СЗ) целиком положительный.
На основе новых данных по загрязняемости современных типов длинностержневых фарфоровых изоляторов в районах с различными условиями эксплуатации получена зависимость разрядного напряжения от удельной поверхностной проводимости для этих изоляторов, позволяющая определять оптимальные размеры (длину) гирлянды в районах с различной степенью загрязнения.
Практическое использование длинностержневых фарфоровых изоляторов в электрических сетях ОАО «ФСК ЕЭС» может быть реализовано двумя путями: приобретением изоляторов у ведущих зарубежных фирм и сборкой изоляторов в России на базе закупаемых за рубежом изоляционных деталей. Недостатком первого пути является относительно высокая стоимость изоляторов, что сдерживает их более широкое применение в России. Для реализации второго пути требуется организация предприятия по изготовлению металлической арматуры и сборки (армирования) изоляционных деталей, поставляемых из-за рубежа. Такой путь несколько лет назад был реализован в Китае.