Использование длинностержневых фарфоровых изоляторов Высоковольтные линии электропередач ЛЭП

Страница 1 из 3

Использование длинностержневых фарфоровых изоляторов в районах с различной степенью загрязнения

Владимирский Л. Л., ПечалинД.С., Тиходеев Н. Н., Брюкнер М., Кёниг П., Фрезе Г. Ю., Ольман Г.

Длинностержневые фарфоровые изоляторы широко используются за рубежом наряду с тарельчатыми для изоляции и крепления проводов воздушных линий электропередачи (ВЛ), ошиновки ОРУ и подстанций (ПС). Преимущества применения длинностержневых фарфоровых изоляторов по сравнению с гирляндами из тарельчатых изоляторов заключаются в том, что у них зафиксирована рекордно высокая надежность (10 7 отказов в год); они электрически непробиваемы и потому не нуждаются в периодических испытаниях в процессе эксплуатации, устойчивы к вандализму (расстрелу), имеют высокую коррозионную стойкость.

Недостатком длинностержневых изоляторов является возможность их механического разрушения, однако вероятность такого события очень мала. При достигнутой надежности нет необходимости их дублировать в гирляндах. Например, если на двухцепной опоре ВЛ 500 кВ предполагается иметь по шесть вертикальных гирлянд, состоящих из трех последовательно соединенных длинностержневых изоляторов, то общее число таких изоляторов на участке двухцепной ВЛ длиной 500 км с длиной пролета 0,45 км составит 6 · 3 · 500/0,45 « 2 · 104 шт. При вероятности механического разрушения по фарфору одного длинностержневого изолятора за год, равной 10 -7, на 500-километровом участке ВЛ можно ожидать лишь 2 · 104 · 10 7 « 2 · 10 - 3 повреждений изоляторов в год, или одного повреждения в 500 лет.

Для ВЛ 145, 245 и 345 кВ применение одинарных гирлянд длинностержневых фарфоровых изоляторов еще более оправдано.

Очевидно, что при использовании одинарных гирлянд их экономические показатели будут значительно более благоприятными. Кроме того, гирлянды из длинностержневых изоляторов не будут нуждаться в ремонтах, как это следует из многолетнего опыта эксплуатации таких изоляторов.

В СССР, Германии, Австрии, Швейцарии и других странах длинностержневые фарфоровые изоляторы применяются с 50-х годов, где они очень хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. На ВЛ 110 кВ в СССР эксплуатировались длинностержневые фарфоровые изоляторы типа СП-110/1,5. Эти изоляторы, однако, не получили широкого распространения вследствие неудовлетворительных результатов их эксплуатации [1]. Более высокой надежностью в эксплуатации обладали стержневые фарфоровые изоляторы типов VKLS-75/21 и VKLS-85/21, поставлявшиеся в СССР из ГДР. Однако их разрядные характеристики и механическая прочность принципиально не отличались от аналогичных по длине и классу механической нагрузки гирлянд тарельчатых изоляторов, поэтому в СССР длинностержневые изоляторы первого поколения получили ограниченное применение.

С 1963 г. в Германии освоены производство и выпуск длинностержневых изоляторов из глиноземистого фарфора подгруппы С-120 (около 50% каолина, 20% полевого шпата и 30% глинозема). Переход с кварцевого фарфора на глиноземистый проходил в течение нескольких лет, при этом соотношение сырьевых составляющих менялось постепенно.

При переходе в 1963 г. на глиноземистый фарфор встал вопрос о материале для заделки длинностержневых фарфоровых изоляторов. Портландцемент вполне годился для существовавших в то время требований к механическим нагрузкам. Однако в эксплуатационных условиях, сопровождающихся многократными перепадами температуры, различие в коэффициентах теплового расширения материалов изолятора вызывает сжимающие усилия, передающиеся от шапки вместе с заделкой на керамический ствол изолятора, что приводит к росту приложенного к нему радиального давления.

Поэтому был выполнен переход на заделку из сурьмянистого свинца.

Этот материал выгодно отличается тем, что благодаря податливости пластичного сурьмянистого свинца не возникают сосредоточенные нагрузки на конусе керамической изоляционной детали. Последующий опыт подтвердил исходные предпосылки.

Длинностержневые изоляторы второго поколения изготавливаются из тщательно обработанных заготовок, в которых отсутствуют неоднородности, пустоты и включения. Изготовление таких заготовок стало возможным благодаря внедрению вакуумных экструдеров, обеспечивающих однородную структуру при любой длине заготовки, что позволило отказаться от традиционной технологии вытачивания стержневых изоляторов. Кроме того, при изготовлении глиноземистого фарфора усовершенствована техника обнаружения пустот и инородных включений с помощью ультразвука, благодаря тщательному закруглению конусной части изолятора предупреждается появление мелких трещин, проводятся испытания изоляторов ударной нагрузкой при сплошной проверке их механической прочности.

Изоляторы из глиноземистого фарфора очень ровно покрываются глазурью для придания гладкости и тем самым снижения загрязняемости. Кроме того, глазурное покрытие повышает механическую прочность изолятора, оказывая предварительное сжимающее напряжение.

Изоляторы первого поколения изготавливались из кварцевого фарфора C-110 и имели заделку из портланд-цемента или (частично) сернистого цемента. Кроме того, было изготовлено небольшое число изоляторов из стеатитового фарфора C-220 с заделкой портланд-цементом. Изоляторы второго поколения применяются с 1963 г. с заделкой из сурьмянистого свинца. Одновременно заводы-изготовители перешли от кварцевого фарфора C-110 к глиноземистому фарфору C-120.

Протяженность электрических сетей 110, 220 и 380 кВ, где велось обобщение опыта эксплуатации длинностержневых фарфоровых изоляторов, составила около 20 000 км. В эксплуатации в Германии находилось около 300 тыс. длинностержневых фарфоровых изоляторов I поколения и 1 млн. II поколения. Всего в электрических сетях высокого и сверхвысокого напряжения Германии было смонтировано около 13 млн. длинностержневых изоляторов I и II поколений.

При определении среднегодовой интенсивности отказов учтено, что из-за разрушения из строя вышли только два изолятора II поколения. При средней продолжительности эксплуатации 17,5 лет и при 1 млн. длинностержневых изоляторов на

ВЛ интенсивность отказов составляет 2 отказа на 17,5 млн. изоляторов-лет (1,14 · 10-7 = 10-7).

Более часто повреждались изоляторы I поколения. За последние 10 лет из-за разрушения из строя выходило ежегодно от 5 до 10 таких длинностержневых изоляторов. Как правило, разрушения происходили из-за пористости керамического материала и вследствие напряжений, возникающих в керамическом конусе под шапкой [2].