ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛИННОСТЕРЖНЕВЫХ ФАРФОРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ Л.Л. Владимирский, Е.Н. Орлова, Д.С. Печалин, Т.В. Яковлева ОАО «НИИПТ»

2 Длинностержневые фарфоровые изоляторы Надежность работы внешней изоляции электроустановок обеспечивается за счет использова- ния современных нормативно- технических документов применения современных эффективных изоляторов с высокими технико- экономическими параметрами применения надежных и экономически эффективных методов защиты от загрязнений

3 Длинностержневые фарфоровые изоляторы Подвесные тарельчатые (фарфор, стекло) фарфор – стекло – (Россия) Подвесные стержневые (полимерные) ЛК – (Россия) Международный опыт – 0, («Electra», 191, 2000) Подвесные длинностержневые (фарфоровые) фарфор – (Германия) Эксплуатационные характеристики изоляторов (количество отказов в год)

4 Длинностержневые фарфоровые изоляторы Рекомендуемые области применения подвесных изоляторов различной конфигурации по главе 1.9 ПУЭ 7-го издания Конфигурация изолятораХарактеристика районов загрязнения Тарельчатый с ребристой нижней поверхностью (L И /D 1,4) Районы с 1-й и 2-й СЗ при любых видах загрязнения Тарельчатый гладкий полусферический, тарельчатый гладкий конусный Районы с 1-й и 2-й СЗ при любых видах загрязнения, районы с засоленными почвами и с промышленными загрязнениями не выше 3-й СЗ Тарельчатый фарфоровыйРайоны с 4-й СЗ вблизи цементных и сланцеперерабатывающих предприятий, предприятий черной металлургии, предприятий по производству калийных удобрений, химических производств, выпускающих фосфаты, алюминиевых заводов при наличии цехов производства электродов (цехов анодной массы) Стержневой фарфоровый нормального исполнения (L И /h 2,5) Районы с 1-й СЗ, в том числе с труднодоступными трассами ВЛ Тарельчатый двукрылыйРайоны с засоленными почвами и с промышленными загрязнениями (2- я, 3-я и 4-я СЗ) Тарельчатый с сильно выступающим ребром на нижней поверхности (L И /D 1,4) Побережья морей и соленых озер (2-я, 3-я и 4-я СЗ) Стержневой фарфоровый специального исполнения (L И /h 2,5) Районы со 2-й, 3-й и 4-й СЗ при любых видах загрязнения; районы с труднодоступными трассами ВЛ (2-я и 3-я СЗ) Стержневой полимерный нормального исполнения Районы с 1-й и 2-й СЗ при любых видах загрязнения, в том числе районы с труднодоступными трассами ВЛ Стержневой полимерный специального исполнения Районы со 2-й и 3-й СЗ при любых видах загрязнения, в том числе районы с труднодоступными трассами ВЛ Примечание: D – диаметр тарельчатого изолятора, h – высота изоляционной части стержневого изолятора

5 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 ; 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.

6 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

7 Опыт внедрения на ВЛ изоляторов повышенной надежности Условия эксплуатации длинностержневых фарфоровых изоляторов в России Электро установ ка Район расположения Характеристика условий загрязнения СЗ (по ПУЭ-7) ВЛ 110 и 220 кВ Промышленная зона г. Череповца Выбросы металлургических и химических производств. Воздействие высокой температуры (несколько раз в сутки) от излучения расплавленного шлака, а затем воздействие пара, возникающего при тушении шлака. В течение 6 месяцев происходит разрушение от 30 до 50 % стеклянных тарельчатых изолятора более 4 ОРУ 330 кВ Балтийская электростанция в Эстонии Уносы сланцевой золы из дымовых труб БЭС, оседающей толстым слоем на поверхности изоляторов. Естественные осадки, обладающие повышенной электропроводностью. При неблагоприятных метеорологических ситуациях разрушается до 50-60% изоляторов в гирлянде. 3 ВЛ 330 кВ Городская и пригородная зона г. Санкт- Петербурга Умеренное загрязнение изоляции, характерное для крупных городов с развитой промышленностью и интенсивным движением транспорта 2

8 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.

9 Основные характеристики длинностержневых фарфоровых изоляторов Место установки Тип ДФИ Меха ничес кая прочн ость на разры в, кН Строи тельн ая высот а, Н стр, мм Изоля ционн ая высот а, Н из, мм Длина пути утечк и L, мм Диа мет р тел а, мм Диамет р по ребрам D, мм (больш ие / малые) Количе ство ребер (больш их / малых) Отно шение L/Н из Коэф фицие нт форм ы Балтийская электростанция в Эстонии LP60/14+13/ /17014/133,9712,0 Промышленная зона г. Череповца LP65/13+12/ /17513/123,7610,1 Городская и пригородная зона г. Санкт- Петербурга LP60/17+16/ /17517/164,0511,9

10 Характер загрязнения ДФИ, эксплуатировавшихся на ВЛ 220 кВ ЧЭС Слой загрязнения имеет плотность от 2 до 30 мг/см 2, 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.

11 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 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.

12 Результаты послеэксплуатационных испытаний ДФИ Результаты определения Uр и æ демонтированных ДФИ Тип изолятораLP60/14+13/1140 (ОРУ 330 кВ БЭС) Номер изолятора12345 Разрядное значение U р, кВ Удельная поверхностная проводимость æ, мкСм 1,40,60,50,10,3 Тип изолятораLP65/13+12/1140 (ВЛ 220 кВ ЧЭС) Номер изолятора Разрядное значение U, кВ Удельная поверхностная проводимость æ, мкСм

13 Зависимость разрядного напряжения U р от удельной поверхностной проводимости æ Основные геометрические размеры (L, Н стр, Н из ) 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:

14 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

15 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 ( Э ), характеризующую требуемый уровень изоляции для района эксплуатации изоляторов: где э – требуемое значение удельной длины пути утечки, см/кВ, Кз=U р /U фн – коэффициент запаса, характеризующий средний уровень изоляции (отношение среднего разрядного напряжения U р одной гирлянды с естественным слоем загрязнения, обеспечивающей надежную работу совокупности гирлянд ВЛ при ее увлажнении, к наибольшему значению рабочего напряжения U фн этой ВЛ), E L = U р /L – удельная разрядная длина пути утечки (кВ/см), L – длина пути утечки изолятора (гирлянды изоляторов); К – коэффициент эффективности использования длины пути утечки. Значение E L 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 К з =3 107/146=2,20, где U разр =107 кВ при æ=29 мкСм (наибольшее значение для исследуемого района).

16 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.

17 Оценка размеров гирлянд из ДФИ для эксплуатации на ВЛ 220 кВ в зоне с сильными (больше 4-й СЗ) загрязнениями (ЧЭС) Тип изолятора Выбор по геометрическому параметру Выбор по разрядному напряжению U нр, кВ U фн, кВ Требу емое значе ние э, см/кВ Коэф фицие нт К по ПУЭ- 7 Расчет ное значен ие L, см Расче тное колич ество изоля торов в гирля нде, шт. Расче тное значе ние э (по форму ле 1), см/кВ Расче тная длина изоля ционн ой части H из (по форму ле 2), см Расче тное колич ество изоля торов в гирля нде, шт. LP 65/13+12/ ,71,312123,23,53003

18 ВЫВОДЫ 1.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. 2.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. 3.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.

Спасибо за внимание 19