Изоляция воздушных линий электропередачи

Основной изоляцией воздушных линий (ВЛ) служит атмосферный воздух. Разрядные напряжения воздушных промежутков зависят отих длины, формы электродов, метеорологических условий, длительности воздействия и скорости нарастания напряжения.

Линейные изоляторы по конструкции разделяются на тарельчатые, штыревые и стержневые (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Линейные изоляторы: а − штыревой; б − тарельчатый; в − стержневой фарфоровый; г − стержневой стеклопластиковый

Тарельчатые и штыревые изоляторы изготавливаютиз электротехнического фарфора или закаленного стекла, стержневые − из высокопрочного фарфора или полимеров, В последнее время тарельчатые изоляторы, в основном, выпускают из закаленного стекла.

В ряде европейских стран нашли применение длинностержневые изоляторы из высокопрочного фарфора, которые практически не пробиваются. Так как фарфор работает в длинностержневых изоляторах на растяжение, то их механическая прочность меньше тарельчатых.

Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов. Электрическое поле провода на опоре определяется близостью земли, заземленных траверсы и стойки или стоек опоры.Наличие гирлянды несущественно искажает общую картину электрического поля, однако распределение напряжения вдоль гирлянды зависит от параметров изоляторов. Изоляторы в сухом состоянии представляют собой конденсаторы, емкость которых изменяется от 25 до 80 пФ. Металлические части изоляторов обладают, кроме того, емкостями относительно земли, провода и других изоляторов. Поскольку частичные емкости изоляторов относительно земли больше, чем относительно провода и соизмеримы со «сквозной» емкостью гирлянды С_г распределение напряжения по изоляторам неравномерно и наибольшее падение напряжения приходится на ближайшие от провода изоляторы. С увеличением длины гирлянды ее сквозная емкость уменьшается, а емкость относительно земли возрастает, что приводит к еще более неравномерному распределению напряжения. Для примера на рис. 2.2 приведено распределение напряжения в процентах по изоляторам гирлянды для ВЛ 500 кВ.

Рис. 2.2. Зависимость напряжения на изоляторе ΔU от напряжения на гирлянде из 22 изоляторов ПС120 ВЛ 500 кВ от порядкового номера изолятора при отсчете от провода

Для выравнивания распределения напряжения по длине натяжных гирлянд применяют тороидальные экраны, которые практически не изменяют разрядных напряжений гирлянды, но устраняют радиопомехи. В некоторых случаях для выравнивания распределения напряжения гирлянду около провода расщепляют на две, тем самым увеличивают эквивалентную сквозную емкость расщепленного участка гирлянды. Выравнить распределение напряжения можно также путем применения изоляторов с полупроводящим покрытием

При выборе изоляции в первую очередь необходимо обеспечить безопасность людей, животных и механизмов, передвигающихся под линиями и вблизи оборудования подстанций.

Практика проектирования ВЛ показала, что с экономической точки зрения целесообразно выбирать изоляцию из условия ее надежной и безопасной работы при рабочем напряжении. Если при расчете по коммутационным и грозовым перенапряжениям длины гирлянд изоляторов получаются больше рассчитанных из условия надежной работы по рабочему напряжению, то необходимо при проектировании электропередачи предусмотреть мероприятия, которые снижают перенапряжения (применение реакторов, ограничителей перенапряжений, выключателей с шунтирующими сопротивлениями, грозозащитных тросов и др.) до уровня, прикотором обеспечивается надежная работа изоляции при коммутационных и грозовых перенапряжениях.

Существуют два пути выбора изоляции. Первыйпредназначается для обычных линий электропередачи и подстанций и производится поПУЭи другим нормативным документам, которые были сформулированы врезультате обобщения многолетнего опыта эксплуатации и специальноорганизованных научно-исследовательских работ.

Второйприменяютдлянестандартных линий электропередачи и основывается на статистическом или комбинированном методах выбора изоляции.

Поскольку с уменьшением давления воздуха влагоразрядные напряжения загрязненных изоляторов снижаются, при выборе изоляции воздушных линий 110−750 кВ, проходящих на высотах от 1 до 2, от 2 до 3 и от 3 до 4 км, удельная длина пути утечки должнабыть увеличена на 5, 10 и 15 % соответственно.

Число изоляторов в гирлянде изменяется в следующих пределах табл. 2.1.

Таблица 2.1

Выбор изоляции линии на деревянных опорах имеет особенности.

В настоящее время деревянные опоры используются на линиях с номинальным напряжением до 220 кВ; сооружение таких линий обходится дешевле, чем линий на металлических опорах. У нас в стране длина линий на деревянных опорах составляет примерно одну треть общей протяженности сетей напряжением 35 кВ и выше.

Участки деревянных траверс на опорах оказываются соединенными последовательно с гирляндами изоляторов. Однако общая электрическая прочность такой комбинированной изоляции получается существенно ниже суммы прочностей отдельно взятых ее элементов. Объясняется это сложным характером распределения напряжения между гирляндой и участком траверсы, зависящим к тому жеотформы воздействующего напряжения.

По данным ВНИИЭ деревянная траверса увеличивает мокроразрядное напряжение линейной изоляции на 15−20 %. Этого вполне достаточно, чтобы сократить количество изоляторов в гирляндах на один элемент. На линиях 35−220 кВ с деревянными опорами количество изоляторов в гирляндах принимается на один меньше, чем на металлических опорах.