Стеклянные изоляторы - Выбор изоляции для районов с загрязненной атмосферой

Вопросы механизма загрязнений, характеристик различных загрязнений, процесса перекрытий загрязненных изоляторов и методики выбора изоляции для районов с усиленными загрязнениями атмосферы в последние годы стали предметом исследований многочисленных организаций. К ним относятся ряд работ ЛПИ им. М. И. Калинина [Л. 14], ВЭИ им. В. И. Ленина [Л. 23], НИИПТ, ОРГРЭС и др., а также зарубежных авторов. Такое большое внимание к работе изоляция в условиях загрязнения объясняется все возрастающей необходимостью строительства электростанций и линий электропередачи в различных районах при условии прохождения линий электропередачи большой протяженности через промышленные районы, вдоль берегов морей и др. Повреждения линий из-за перекрытия линейной изоляции достигают значительных величии, например в Англии в сетях 132 кВ за 1950—1955 гг. аварийность из-за перекрытия изоляции достигла 0,37 случаев на каждые 100 км линий в год. Такое же положение имеет место в ФРГ и во многих других странах.
В Советском Союзе из-за загрязнений имели место перекрытия линейной изоляции: 1948 г.— 3,6% из общего числа повреждений; 1949 г. — 5,5%; 1950 г. — 5,6%; 1951 г. —8,8%; 1952 г. —6,1%; 1967 г. —14,2%; 1969 г. —  28,6%.
Из перечисленных повреждений наибольшее количество произошло из-за загрязнения изоляторов морской солью и химическими уносами предприятий.
Виды загрязнений весьма разнообразны и зависят от источника загрязнения; так, в промышленных районах преобладают газовые уносы заводов: металлургических, химических, коксохимических и др., уносы пылевые: топочные, цементные и др.; солевые отложения морей и солончаков. При сухих пылевых отложениях изоляторы могут самоочищаться ветром, такая же самоочистка некоторых отложений может производиться и сильным дождем. При увлажнении же отложений (например, цемента, солончаковой пыли, топочных уносов и др.) туманом, росой на изоляторе образуется проводящая пленка, плохо поддающаяся очистке, по такой пленке протекают 

Рис. 3-12. Зависимость величины влагоразрядного напряжения и поверхностного сопротивления от степени увлажнения загрязненной поверхности изолятора.
Uвр — влагоразрядное напряжение: R — поверхностное сопротивление.
токи утечки, могущие вызвать перекрытие, а при деревянных опорах и возгорание опор. При приложении напряжения к такому изолятору, под действием тока утечки загрязненный и увлажненный слой подсушивается. Это вызывает рост напряжения на подсушенных участках и частичные перекрытия, могущие перейти в полное перекрытие.

Перекрытие изоляторов может произойти при рабочем напряжении. При перенапряжениях же перекрытия может и не произойти в виду того, что загрязненный слой за весьма короткий промежуток времени (доли секунды) не успеет подсохнуть и напряжение не поднимется до критического.
Перекрытие гирлянды загрязненных изоляторов происходит в случае, когда один из изоляторов, высохший раньше других, перекрывается под воздействием фазного напряжения (например, первый от провода).
Влияние степени увлажнения загрязненной поверхности влагоразрядного напряжения Uвр приведено на рис. 3-12.
Как видно из рис. 3-12, Uвр при увлажнении до 10 мг/см² резко снижается, затем даже несколько повышается при увлажнениях 16—18 мг/см². Это значит, что при очень сильном увлажнении (например, дожде), загрязненный слой начинает сползать с поверхности изолятора, вследствие чего напряжение повышается.
Это положение подтверждается и второй кривой, выражающей зависимость поверхностного сопротивления загрязненного слоя R, которая также имеет ту же тенденцию, что и кривая Uвр.
При выборе изоляции линии, проходящей по загрязненным районам, необходимо знать характеристику загрязнений. Руководящими указаниями [Л. 17] рекомендуются минимальные удельные длины пути утечки изоляции для каждого района в зависимости от степени загрязнения, которые приведены в табл. 3-10.

Примечание. Таблица приводится и сокращенном виде.

 Некоторые авторы классифицируют районы по другим показателям. Так, Р. Т. Левшунов и А. П. Новиков [Л. 19] предлагают определять районы в зависимости от удельных электрических сопротивлений слоя загрязнения (табл. 3-11).
Как показал эксплуатационный опыт и исследования ВЭИ [Л. 15], наиболее опасным для изоляции являются увлажненные отложения солевых уносов морен, солончаков и уносов промышленных предприятий.
Электрические характеристики таких отложений приведены в табл. 3-11.
Из табл. 3-12 видно, что наиболее низкое разрядное напряжение имеют солевые отложения. По адгезии к поверхности изоляторов различаются следующие виды загрязнений:
а)  сухие — хорошо сдуваемые ветром;
б)  липкие — цементируются на поверхности и плохо сдуваются ветром.
Промышленные уносы, химические удобрения на пашнях наносятся на поверхность изоляторов обычно сверху, уносы же солончаковые, песчаные — снизу. Однако большею частью уносы бывают комбинированные.

Борьба с загрязнениями наружной изоляции сводится к следующим мероприятиям:

1. Строительство объектов вне загрязняемых зон или применение закрытых распредустройств. Это мероприятие имеет ограниченное применение и может касаться главным образом аппаратной изоляции.
2. Меры, принимаемые по очистке загрязнений в эксплуатации. Сюда относятся обмывка изоляции под напряжением или с выключением линии, обтирка изоляторов щетками и, наконец, смазка изоляторов различными пастами, например кремний-органическими и др.

Таблица 3-12

Все эти мероприятия трудоемки, дорогостоящи и не дают должного эффекта.

1. Применение изоляторов специальных конструкций и усиление изоляции путем увеличения изоляционных расстояний.

Усиление изоляции путем увеличения количества изоляторов иногда применяется как вынужденное решение, так как усложняет установку и удорожает эксплуатацию. Наиболее эффективным является применений в районах с усиленными загрязнениями специальных изоляторов. Такие изоляторы для линий электропередачи существуют и применение их значительно упрощает эксплуатацию, так как периоды чистки изоляторов значительно удлиняются, а надежность работы линий увеличивается во много раз. Особенностью конструкций грязеустойчивых изоляторов являются высокие удельные пути утечки, т. е. отношения Ly/H, Ly/Lг, Ly/Upаб в отдельных элементах и в гирляндах.

Таблица 3-13

В табл. 3-13 приведены параметры и основные соотношения размеров гирлянд из специальных стеклянных изоляторов и для сравнения некоторых обычных и специальных фарфоровых изоляторов.
Из приведенных в табл. 3-13 данных следует, что гирлянда из семи специальных стеклянных изоляторов типа ПСГ6-А при Н=13 см и Ly=37 имеет отношения: ; гирлянда из такого же количества обычных изоляторов типаПС6-А с /7=13 см, но с Ly=25,5 см имеет:—3,50.
Гирлянды из семи фарфоровых однотипных изоляторов 

ПФГ-5 имеют отношения:=2,50.
Сравнивая данные табл. 3-13 с рекомендациями Руководящих указаний, изложенными в табл. 3-10, следует отметить, что стеклянные изоляторы специальной конструкции (ПСГ) удовлетворяют требованиям для промышленных районов (группа II) с умеренными загрязнениями, кроме изолятора ПСГ30-А, могущего быть использованным и в районах группы I. Что касается стеклянных подвесных изоляторов обычного исполнения (ПС), то в загрязняемых районах можно использовать их только при соответствующем усилении гирлянд. Указанное положение вызывает необходимость продолжить конструкторские работы по стеклянным линейным изоляторам, ориентируясь на специальные конструкции с увеличенными длинами путей утечки.
Определив характеристику местности и степень загрязненности атмосферы, можно по табл. 3-10 установить минимальную длину пути утечки гирлянды и исходя из каталожных данных изоляторов определить требуемое количество изоляторов в гирлянде.
На основании установленного при испытании влагоразрядного 50%-ного напряжения линий и промышленной длины пути утечки изолятора можно проверить правильность расчетов по табл. 3-13.
Согласно рекомендациям Руководящих указаний при конструировании линейных изоляторов следует ориентироваться на эффективную длину пути утечки:
(3-12)
где К — поправочный коэффициент, учитывающий развитость поверхности и приведенный в табл. 3-14.

Таблица 3-14

* К для изолятора ПСГ16-А указан авторами.

Таблица 3-15

В табл. 3-15 приведены К и соотношения размеров некоторых изоляторов. Из табл. 3-15 следует, что специальные изоляторы типов ПСГ6-А, ПГС16-А π ПФГ5 для загрязненных районов отличаются от других изоляторов более высокими значениями К и ly/D.
По поводу установленных Руководящими указаниями коэффициентов формы изоляторов К определились две основные точки зрения. Одни авторы считают, что усредненные коэффициенты К приняты Руководящими указаниями в зависимости только от Ly— правильно, что доказывается данными эксплуатации изоляторов с К, выбранным согласно Руководящими указаниями [Л. 20].
Другая точка зрения (Г. А. Лебедев и Е. И. Остапенко, Г. О. Лысаковский) предлагает пересмотреть Руководящие указания в этой части, приняв поправочный К при разработке и выборе изоляторов сложной формы для загрязненных районов в зависимости от сложности формы изолятора и условий загрязнения. Как показали исследования, проводящиеся в ВЭИ, при сложных формах изоляторов и больших загрязнениях (до 10 мг/см²) принятые Руководящими указаниями коэффициенты не. всегда соответствуют требованиям эксплуатации. Например, разрядные напряжения шестиэлементной гирлянды изоляторов (ПФ6-В) при повышенных загрязнениях ниже, чем у однотипных фарфоровых изоляторов (ПФ6-Б) [Л. 20].
Как рекомендуют авторы Руководящих указаний (С. Д. Мерхалев и др.), при выборе линейной изоляции следует уточнить принятые К после лабораторных исследований в эксплуатационных условиях.
Интересной является разработка С. Г. Соколовым в Сибирском научно-исследовательском институте энергетики нового принципа проектирования изоляторов для районов с повышенными загрязнениями и при воздействии сильных ветров, состоящего в том, что при разработке конструкции таких изоляторов учитываются аэродинамические условия, при которых изоляторы должны хорошо «продуваться». В связи с указанным изоляторам следует придавать «обтекаемую» форму, без ребер и канавок, а при необходимости устройства ребер расстояние между ними должно равняться вылету ребра или даже двум вылетам.

Несомненно, что в загрязненных районах, где господствуют сильные ветры, изоляторы должны иметь простейшие формы, без излишних выступов и канавок, затрудняющих «самоочистку» изоляторов от отложений.
В районе Новосибирска по данным метеостанции ветер достигает силы 5—15 м/сек, температура —30-:- —40 °C с резкими частыми изменениями за сутки до 20°C. Исследование влияния зимних отложений на электрические характеристики изоляторов, проведенных СИБНИИЭ в этом районе, показало, что при определенных условиях (загрязненная поверхность, подтаивание снежного покрова) снижаются электрические характеристики изоляторов [Л. 6]. Учитывая тенденцию к снижению уровня линейной изоляции (например, до 2Uφ), очевидно, следует учитывать при конструировании изоляторов для линий в северных условиях изложенные в [Л. 6] соображения, т. е. повысить запас электрической прочности*.

* Аналогичные исследовательско-конструкторские работы по аэродинамическим свойствам линейных изоляторов проводятся и другими организациями (СКТБ треста Электросетьизоляция, ВНИИЭ и др.).

Дальнейшие исследования «аэродинамических» свойств различных изоляторов, предназначенных для работы в особых климатических условиях, возможно внесут существенные поправки в конструкции таких изоляторов.