Miten valita oikea eristin korkeajännitejohtoihin?

Ymmärrä keskeiset eristintyypit ja materiaalivaihtoehdot korkeajännitesovelluksiin

Ripustus-, tukipylväs-, pitkätanko- ja kiinnityseristeet: Toiminnot ja rakenteelliset roolit korkeajännitejärjestelmissä

Korkeajännitetransmissiojärjestelmissä on neljä päätyyppiä eristeitä, joilla on keskeinen rooli. Riippueristeet kannattelevat johtimien painoa yksittäisistä kiekkoista koostuvilla ketjuilla. Tämä rakenne mahdollistaa erilaisten tornien rakentamisen ja helpottaa linjojen asettamista vaikeaan maastoon. Pystyeristeet puolestaan tarjoavat lujaa tukea substaatioiden paksuille vaihtamille. Ne on suunniteltu kestämään jännitteitä, jotka voivat nousta satoihin kilovolttiin. Pituussauvaeristeet eroavat muista, koska ne on valmistettu yhdestä jatkuvasta palasta joko porseliinia tai komposiittimateriaalia. Ne kestävät erityisen hyvin likakerrostumista, minkä vuoksi niitä käytetään usein EHV-sovelluksissa, joissa pidemmät pinnat estävät vaarallisia läpilyöntejä komponenttien välillä. Jännituseristeet sijaitsevat siirtojohtojen päädyissä pitäen kaiken koossa kaikenlaisten voimien vaikuttaessa niihin, kuten korkeuserojen, raskaiden lunta-akselointien tai maastoa ylittävien kovien tuulten vuoksi. Jokaista tyyppiä on erityisesti suunniteltu vastaamaan erilaisiin haasteisiin, kuten tuulikuormiin, jään kertymiseen ja jopa maanjäristyksiin. Mielenkiinnollisesti tutkimukset osoittavat, että pituussauvaeristeet voivat kestää noin 30 prosenttia pidempään toistuvissa kuormituksissa verrattuna vanhempiin kiekkojen ketjumuotoisiin ratkaisuihin, mikä tekee niistä viisaan valinnan moniin moderniin asennuksiin.

Porcellaaniset, lasi- ja komposiittieristeet: suorituskyky, kestävyys ja soveltuvuus

Materiaali, jota käytetään, on erittäin tärkeä tekijä, kun puhutaan laitteiston suorituskyvystä ja kestävyydestä korkeajännitetyökaluissa. Porcellaania on käytetty ikuisesti, koska se kestää sähköä melko hyvin – sen läpilyöntilujuus on yli 150 kV jalkaa kohti – ja se säilyttää stabiilisuutensa myös lämpötilan vaihdellessa. Ongelma? Se murtuu helposti, jos sitä isketään, mikä on todellinen huolenaihe paikoissa, joissa kunnossapito ei aina ole helppoa tai turvallista. Tummaistutut lasieristeet puhdistuvat luonnollisesti ja näyttävät halkeamia ennen kuin ne täysin pettävät, mikä on hyvä turvallisuussyistä. Mutta nämä lasielementit eivät kestä yhtä hyvin rannikkoalueilla, joissa ilmassa on paljon suolaa, jolloin niiden pinnat kuluvat ajan mittaan. Komposiittipolymeerieristeet ovat viime aikoina yleistyneet, erityisesti likaisissa tai kosteissa olosuhteissa. Ne sisältävät lasikuitua ja ovat päällystetty silikonikumilla, ja niiden veden hylkivät ominaisuudet auttavat poistamaan likaa ja tahraa noin 40 % nopeammin kuin tavallisilla materiaaleilla. Joidenkin kenttärakennusten raporttien mukaan komposiitteja voidaan arvioida kestävän noin 15 vuotta pidempään kuivilla alueilla verrattuna perinteisiin porcellaanieristeihin. Kuitenkin pitkän aikaa auringon UV-säteilyn vaikutuksesta vaaditaan erityisiä kaavoja estämään liian nopea haurastuminen. Tarkasteltaessa nykytilannetta erittäin korkeajännitesysteemeissä, alkamme nähdä uusia hybridiratkaisuja, jotka yhdistävät lasin tai porcellaanin etuja ydinosassa komposiittipäällysteiden säänkestävyyden kanssa.

Arvioi sähköiset ja mekaaniset suorituskykyvaatimukset

Eristyslujuus ja jännitetaso: Eristimien sovittaminen 110 kV - UHV- ja HVDC-järjestelmiin

Oikean eristemateriaalin valinta edellyttää huolellista harkintaa sekä järjestelmän jännitetasoista että todellisista sähköisistä rasituksista. Vaihtojännitejärjestelmissä, joiden jännite on 110 kV:n ja 800 kV:n välillä, standardiporseruineristeet kestävät yleensä noin 10–12 kV per senttimetri. Kun päästään erittäin korkeajännitteisiin (UHV) ja tasavirtakorkeajännite (HVDC) -sovelluksiin, vaatimukset nousevat merkittävästi. Näissä järjestelmissä tarvitaan materiaaleja, jotka kestävät vähintään 15 kV/cm, koska sähkökentät ovat paljon voimakkaampia. HVDC-järjestelmien kanssa työskentely tuo mukanaan myös ylimääräisiä haasteita. Sähkökenttien jakautuminen riippuu navuudesta, ja nämä järjestelmät keräävät pintasaasteita nopeammin kuin muut. Tämä saastumisongelma puolestaan kiihdyttää vanhenemisprosesseja ja johtaa ajan myötä suurempiin vuotovirtoihin. Useimmat insinöörit varautuvat noin 20–30 prosenttia suurempaan kapasiteettiin kuin mitä järjestelmä normaalisti kokemassa, jotta voidaan varmistua turvallisuus tilanteissa, joissa esiintyy äkkijännitehuippuja. Otetaan esimerkiksi UHV-eristeet: niitä testataan usein kovalla paineella 1800 kV:n jännitteellä koko minuutin ajan, jotta nähdään kestävätkö ne kuormitusta. Monet yritykset siirtyvät nykyisin käyttämään komposiittipolyymeerieristeitä HVDC-sovelluksiin. Ne jakavat sähkökentän tasaisemmin pinnalle ja kestävät paremmin likaa ja saastetta vastaan syntyviä läpilyöntejä verrattuna perinteisiin vaihtoehtoihin.

Mekaaninen kuormituskapasiteetti: Tuulen, jään, jännityksen ja maastohaasteiden kestävyys

Mekaaninen suorituskyky on keskeistä luotettavalle toiminnalle kovissa olosuhteissa. Korkeajänniteeristeiden on kestettävä:

• Tuuli- ja jääkuormat : Taivutuslujuus yli 70 kN 345 kV linjoilla alueilla, joilla esiintyy jään kertymistä
• Johdinjännitys : Vetolujuus yli 120 kN estämään ketjureaktiot vikatilanteissa tai äärioLOSUHTEISSA
• Maanjäristys- ja maastojännitykset : Värähtelynvaimentimien käyttö maanjäristysalttiilla seuduilla ja ratsastuksenvastustavat ratkaisut vuoristoisissa tai avoimissa maastoissa
  Komposiittieristeillä on huomattavasti parempi vetolujuus – yli 500 MPa verrattuna noin 40 MPa:een porseliania vastaan – ja silikonia koteloiden ansiosta ne parantavat jään irtoamista. Rannikkoalueilla eristeillä tulee olla vuotoväli 25–30 mm/kV ja hydrofobiset pinnat estämään suolasta aiheutuvaa jäljitystä. IEC 61109- ja ANSI C29.11 -standardien noudattaminen takaa mekaanisen ja sähköisen suorituskyvyn oikeissa käyttöolosuhteissa, mikä mahdollistaa kymmenien vuosien mittaisen luotettavan käytön.

Arvioi ympäristönsietoa ja pitkäaikaista luotettavuutta kovissa olosuhteissa

Vuotoväli ja saasteen kestävyys rannikko-, teollisuus- ja aavikkoilmastoissa

Eristimien suorituskyky ja kesto riippuvat paljolti niiden ympäröivästä ympäristöstä. Kun on kyse ulottuvuudesta, eli todellisesta lyhyimmästä reitistä eristimen pinnalla kahden elektrodin välillä, tämä on säädettävä alueilla, joilla esiintyy runsaasti saastumista, jotta vaaralliset läpilyönnit voidaan välttää. Rannikkoalueet aiheuttavat erityisiä ongelmia, koska ajan mittaan suola kerrostuu ja luo johtavia kerroksia pinnoille. Siksi monet valmistajat käyttävät nykyään hydrofobisia silikonikumikomposiitteja, jotka toimivat erittäin hyvin kosteuden ja likan pitämisessä poissa kriittisiltä komponenteilta, mikä vähentää näitä ikäviä vuotovirtoja, joita kaikki haluamme minimoida. Teollisuusalueet aiheuttavat toisenlaisia haasteita, kun eristimiin kohdistuu kemiallisia saasteita, kuten rikkiyhdisteitä ja sementtipölyä. Nämä aineet muodostavat usein johtavia polkuja, kun ne ovat kosteaan, mutta uritetut profiilisuunnittelut yhdistettynä säännöllisiin puhdistusmenettelyihin auttavat merkittävästi tämän ongelman ratkaisemisessa. Aavikko puolestaan aiheuttaa omat ainutlaatuiset vaikeutensa: hiekka kuluttaa materiaaleja jatkuvasti samalla kun voimakkaat UV-säteet heikentävät niitä entisestään. Tutkimukset osoittavat, että kovettunut lasi kestää noin 30 prosenttia paremmin näitä ankaria olosuhteita verrattuna perinteisiin porseelinvaihtoehtoihin. Varmistaakseen asianmukaisen toiminnan saastuneissa olosuhteissa insinöörit seuraavat tarkasti vuotovirtoja ja pyrkivät pitämään ne alle 50 mA:n rajan, estääkseen termin tilanteet korkean ilmankosteuden aikana. Testausmenettelyihin kuuluu kiihdytetty ikääntymissimulointi, joka jäljittelee kymmeniä vuosia kestäviä äärimmäisiä lämpötilan vaihteluita miinus 40 asteesta Celsius-asteikolla aina plus 80 asteeseen asti, antaen valmistajille luottamusta materiaalien kestävyyteen ajassa. Ja kyllä, suositellut ulottuvuudet muuttuvat riippuen siitä, mihin nämä eristimet lopulta asennetaan.

Ilmaston optimoimien profiilien valitseminen eristeille varmistaa luotettavan toiminnan yli 25 vuoden ajan, tasapainottaen pintavastusta, hydrofobisuutta ja itsetuhoutumiskykyä.

Käytä jännite- ja käyttöpohjaista valintakehystä

Eristeiden valinta 33 kV–345 kV AC:lle vs. UHV/HVDC:lle: Ketjukokoonpano, yksiköitä per kV ja luotettavuuden vertailuarvot

Oikeiden eristeiden valinta riippuu pitkälti käsiteltävästä jännitetasosta ja siitä, miten niitä todella käytetään kentällä. Kun työskennellään 33 kV:n ja 345 kV:n välisillä vaihtojärjestelmillä, tarvitaan sopeutuvia ketjukonfiguraatioita sekä hyvää vastustuskykyä saasteiden kertymiselle. Yleensä noin 8–10 porseelina- tai lasiyksikköä 100 kV:ta kohden riittää alueilla, joissa ympäristöolosuhteet eivät ole liian kovat. Tilanne muuttuu kuitenkin tarkasteltaessa erittäin korkean jännitteen (UHV) ja korkean jännitteen tasavirtajärjestelmien (HVDC) osalta. Näihin asennuksiin tarvitaan jotain kestävämpää, yleensä komposiittipolyymeerieristeitä, jotka tarjoavat pidemmät vuotovälit yli 25 mm/kV ja paremman suojauksen likakerrostuman varalta. Näissä järjestelmissä tarvitaan myös noin 1,5 kertaa enemmän eristinyksiköitä verrattuna vastaaviin vaihtojärjestelmiin, jotta voimakkaita sähkökenttiä voidaan hallita asianmukaisesti. Täällä luotettavuusvaatimukset ovat myös melko tiukat, useimmissa UHV-hankkeissa pyritään alle 0,05 % vuotuisiin vioihin. Äläkä unohda mekaanista lujuutta, erityisen tärkeää alueilla, joilla esiintyy runsasta jääkuormitusta tai voimakkaita tuulia ja joissa eristeet voivat kohdata yli 50 kN:n staattisia jännityksiä. Teollisuuden ammattilaiset noudattavat yleensä IEC 60383 -standardia vuotoväleissä ja ANSI C29 -määräyksiä mekaanisissa kuormissa, jotta kaikki toimii moitteettomasti ajan mittaan ja ylläpidetään kokonaisvaltaista sähköverkon vakautta.

UKK