Эксплуатационные характеристики изоляторов. Выбор изоляторов при проектировании
Эксплуатационные характеристики изоляторов зависят от аэродинамических свойств изолирующей детали (тарелки). Хорошее обтекание изолятора способствует уменьшению загрязнения, лучше происходит его самоочистка дождем и ветром и, как следствие, уровень изоляции всей гирлянды не снижается значительно [3, 6, 11, 13]. Основными характеристиками изолятора являются:
- механическая разрушающая сила - наименьшее значение силы, приложенной к изолятору в определенных условиях, при которой он разрушается, кН;
- электромеханическая разрушающая сила - наименьшее значение силы, приложенной к изолятору в определенных условиях и находящемуся под действием электрических потенциалов, при которой он разрушается, кН;
- длина пути утечки - кратчайшее расстояние или сумма кратчайших расстояний по контуру наружной изоляционной поверхности между частями, находящимися под разными электрическими потенциалами, мм.
При проектировании выбор изоляторов производится на основании требований [13], определяющих необходимую механическую и электрическую прочность.
Исходными данными для выбора изоляторов при проектировании являются:
- напряжение воздушной линии;
- район прохождения трассы линии (особое внимание уделяют высоте над уровнем моря, наличию или отсутствию участков с загрязненной атмосферой);
- материал и тип опор;
- нормативные механические нагрузки на изоляторы.
Нормативную механическую нагрузку на изоляторы характеризует коэффициент запаса прочности n, который является отношением разрушающей нагрузки к нормативной, действующей на изоляторы в соответствующем режиме.
Коэффициенты запаса прочности изоляторов в различных режимах работы воздушной линии приведены в [Приложении 2, табл. 2.1].
Выбор типа изоляторов для гирлянд промежуточных опор в нормальном режиме работы линии производят при наибольшей нагрузке:
(2.52)
(2.53)
где нф - число проводов в расщепленной фазе, шт;
Р - электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора [Приложение 2, таблица 2.2], Н;
l вес - наибольший весовой пролёт линии. В проектах для типовых опор принимают l вес = 1,251 габ, м;
G г - средний вес гирлянды изоляторов, принимаемый в зависимости от номинального напряжения воздушной линии [Приложение 2 , табл. 2.3], Н;
F пр - полное поперечное сечение провода, мм .
Натяжные гирлянды изоляторов крепятся на анкерных опорах и воспринимают нагрузку от собственного веса гирлянды и от тяжения провода. Весовые пролёты для стальных анкерных опор в справочных данных обычно не указываются, поэтому необходимо ориентироваться на длину весового пролёта промежуточной опоры.
Выбор изоляторов производится при наибольшей нагрузке:
(2.54)
и при среднеэксплуатационных условиях:
(2.55)
где σΗб и аэ- напряжения в проводе при наибольшей нагрузке и при среднеэксплуатационных условиях, соответственно, Н/мм2.
Количество изоляторов в поддерживающих гирляндах является главным визуальным показателем, по которому можно определить класс напряжения воздушной линии. В [Приложении 2, табл. 2.4] приведены данные по количеству изоляторов в гирляндах в условиях обычной незагрязненной атмосферы, а в [6, стр. 65-68, табл. 1.64-1.67] - технические характеристики различных типов изоляторов.
Пример 2.6
Пользуясь исходными данными и результатами предыдущих примеров, для строящейся воздушной линии 220 кВ подобрать изоляторы для комплектования гирлянд, подвешиваемых на промежуточных и анкерных опорах.
Решение
В примере 2.5 для опоры с шифром П220-2 было получено l габ = 268 м, тогда l вес = 1,251 габ = 1,25 · 268 = 335 м. Согласно [Приложению 2, табл. 2.3] средний вес гирлянды изоляторов составляет 800 Н. Электромеханическая разрушающая нагрузка изолятора при номинальном напряжении линии составляет для поддерживающих гирлянд P = 60000 Н, для натяжных гирлянд - P = 120 000 Н [Приложение 2, табл. 2.2].
Используя формулы (2.52) и (2.53), определим тип изоляторов для поддерживающих гирлянд промежуточных опор в нормальном режиме работы линии при наибольшей нагрузке:
Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает, что в данном случае выбор изоляторов для поддерживающей гирлянды должен производиться по режиму наибольшей нагрузки.
Опираясь на таблицу в [6, стр. 65, табл. 1.65], выбираем стеклянные подвесные изоляторы тарельчатые высоковольтные типа ПС-40А с разрушающей электромеханической нагрузкой 40 кН (40 000 Н). Строительная высота одного звена в гирлянде составляет 110 мм (0,11 м), а масса одного изолятора - 1,7 кг.
При стальных опорах и напряжении линии 220 кВ в условиях обычной незагрязненной атмосферы, таких изоляторов в гирлянде должно быть 14 штук, тогда длина поддерживающей гирлянды изоляторов λ п = 14 · 0,11 = 1,54 м, а вес одной гирлянды на промежуточной опоре G г пр = 14 · 1,7 = 23,8 кг.
Нормативные нагрузки, приложенные к натяжным гирляндам изоляторов анкерных опор, находим по формулам (2.54) и (2.55). В формулу (2.55) подставляется значение σэ, соответствующее весовому пролёту для заданного типа опоры. Так как определяющими климатическими условиями являются условия наибольшей нагрузки, то для определения аэ воспользуемся кривой 1 графической зависимости изменения напряжения в проводе в зависимости от длины пролёта (рис. 2.18), полученной в примере 2.4. При lвес = 335 м, σэ = 3,5 даН/мм2.
При наибольшей нагрузке:
Сравнение полученных значений нормативных нагрузок показывает, что выбор изоляторов для натяжной гирлянды должен производиться при действии наибольшей нагрузки.
Из [6, стр. 65, табл. 1.65] выбираем стеклянные подвесные изоляторы, тарельчатые высоковольтные типа ПС-40А, с разрушающей электромеханической нагрузкой 40 кН (40 000 Н). Строительная высота одного звена в гирлянде составляет 110 мм (0,11 м), а масса одного изолятора - 1,7 кг. При стальных опорах и напряжении линии 220 кВ в условиях обычной незагрязненной атмосферы таких изоляторов в натяжной гирлянде должно быть 12 штук, тогда длина натяжной гирлянды изоляторов λ ан = 12 · 0,11 = 1,32 м, а вес одной гирлянды на анкерной опоре G г ан = 12 · 1,7 = 20,4 кг.
