Mikä on eristysten keskeinen käyttöalue sähköverkoissa?

Eristysten perustehtävä ja ominaisuudet sähköverkoissa

Sähköeristimien toiminta ja tarkoitus sähköverkoissa

Sähköeristimet ovat kriittisessä roolissa luomalla esteitä jännitteisten osien ja maadoitettujen rakenteiden välille, estäen sattuman sähkövirran, joka voisi aiheuttaa laiterikkeitä tai vaarallisia tilanteita. Nämä materiaalit pitävät sähkönsiirron toimivana jopa silloin, kun jännitteet nousevat yli 500 kilovoltin, ja ne pitävät vuotovirrat alle noin 10 mikroampeerin kilometriä kohti vuonna 2021 julkaistun IEEE-standardin mukaisesti. Nykyään sähköverkkojen eristysmateriaalien täytyy olla myös riittävän vahvoja kestämään kovia olosuhteita. Jään muodostuminen ja likakerrostuma ovat todellisia ongelmia, erityisesti rannikkoalueilla, joissa nämä tekijät voivat pudottaa pintojen resistanssia puoleen tai kolmeen neljäsosaan CIGRE:n vuonna 2022 julkaiseman tutkimuksen mukaan.

Ydineristin ominaisuudet: Resistanssi, dielektrinen lujuus ja mekaaninen kestävyys

Kolme keskeistä ominaisuutta määrittää eristimen toimintaa:

1. Vastuskyky : Resistanssi: Kova-aineet, kuten karkaistu lasi, voivat saavuttaa tilavuusresistanssin, joka on yli 1×10¹³ Ω·cm lämpötilassa 25 °C.
2. Dielektrinen kestävyys : Polymeerikomposiitit kestävät sähkökenttiä jopa 30 kV/mm ennen läpilyöntiä
3. Mekaaninen kantavuus : Ripustuseristinketjut tukivat pystysuoria kuormia yli 160 kN vähäisellä muodonmuutoksella (<0,5 %)

Keraamiset eristimet tarjoavat 30–40 % korkeamman läpilukonkestävyyden kuin polymeerityypit syklisten kuormitusten alaisina, mutta nykyaikaiset komposiitit tarjoavat paremman ylijännitessuorituskyvyn likaisissa ja kosteissa olosuhteissa (EPRI Grid Report 2023).

Ripustuseristimet korkeajännitelinjoissa

Tukemaan ilmajohtimia pitkien johdonsiirtöverkkojen

Välitystulpat ovat erittäin tärkeitä pitämään sähkölinjoja paikallaan pitkien matkojen sähkönsiirtoversostoissa. Näiden komponenttien on kestettävä melko suuria mekaanisia rasituksia, usein yli 70 kN:n voimia, samalla säilyttämällä sähköinen eristysominaisuutensa. Ilman niitä johdot koskisivat tukirakenteita, mikä on erityisen ongelmallista pitkien johdonpituuden väleissä. Näissä väleissä riipumisen on oltava alle 3 % kokonaisvälin pituudesta estämään vaaralliset ylijännitteet. Useimmat modernit suunnittelut käyttävät modulaarisia kiekkojärjestelmiä, jotka mahdolluttavat verkkoyhtiöille säätää vuorovesiväliä riippuen tekijöistä, kuten jännitettä vaaditaan (joka voi nousta jopa 1 100 kV AC:ksi) ja kuinka likaista ympäröivä ympäristö on. Katsottaessa äskettäisiä markkinatrendejä vuoden 2024 korkeajänniteeristetutkimuksesta, erikoistuneiden välitystulppien kysyntä on lisääntynyt huomattavasti, erityisesti suurille alueellisille HVDC-siirtokäytäville, joiden kasvu on noin 12 % vuosittain alan asiantuntijoiden mukaan.

Luotettavuuden varmistava kehitystyö ja rakenteen optimointi

Erilähteen pituuden määrittämiseksi käytetään seuraavaa peruslaskentaa: yksiköiden lukumäärä on yhtä kuin jännitetaso kerrottuna turvatekijällä ja jaettuna levyn kestojännitteellä. Useimmilla sähkölinjoilla on noin 8 eristinlevyä 230 kV järjestelmissä, mutta 765 kV:n korkeajännitelinjoissa voi tarvita jopa yli 24 yksittäistä eristintä, jotka on liitetty yhteen. Myös tasausrenkaat vaikuttavat merkittävästi. Nämä renkaat tasaavat sähkökenttää tasaisemmin erilähteen läpi, mikä vähentää koronapurkauksia etenkin kun kosteus on korkealla tasolla. Näemme myös ilmiönä, että anturitekniikka on viime aikoina yleistynyt osaksi standardieristimien suunnittelua. Yritykset upottavat laitteita, jotka seuraavat mekaanista rasitusta ±2 %:n tarkkuudella ja mittaavat vuotovirtoja. Tällainen valvonta auttaa voimalaitosoperaattoreita havaitsemaan mahdolliset ongelmat ennen kuin ne muuttuvat vakaviksi ongelmiksi tavanomaisissa tarkastuksissa.

Komposiittieristimien ja polymeeri-eristimien edut modernisoiduissa sähköverkoissa

• Painonpudotus : 60 % kevyempi kuin porsernia, mikä alentaa tornirakenteiden vaatimuksia
• Sahkala kerrostumiselle : Piirikumieristimet estävät suolan ja pölyn kertymistä, mikä tekee ne ihanteelliseksi rannikkoalueisiin
• Hydrofobinen pinta : Itsetuhoutuvat ominaisuudet vähentävät huoltotarvetta 70 % verrattuna keraamisiin eristimiin
• Värinöiden hillintä : Polymeerimatriksit imevät tuulivärähtelyä, jolloin johdinikä pitenee 15–20 vuotta

Tukieristimet sähköasemien sovelluksissa

Kriittinen käyttö vaihtojohdoissa, sähkökatkaisijoissa ja jäykissä johdinjärjestelmissä

Tukieristimet tarjoavat olennaisen rakenteellisen tuen sähkön sisällä pitämiseksi sähköasemaympäristöissä. Nämä komponentit pitävät jäykkiä väyläjohdinta, jotka yhdistävät muuntajat ja sähkönsuljettimeen, luoden tarpeelliset välit johtavien osien välille, jotta vaaralliset ylijännitteet eivät tapahdu sähkönsuurtulvon aikana. Useimmissa korkeajänniteasennuksissa noin 500 kV:n alueella tarvitaan neljästäkymmenestä kuuteenkymmeneen tällaista eristintä, jotka on levitetty laitoksen eri osiin. Valmistettu joko perinteisistä keraameista tai uusista polymeeriyhdisteistä, nykyaikaiset tukieristimet voivat kestää jopa neljää tuhatta ampeeria suurta jatkuvaa sähkövirtaa osoittamatta lämmönsiirtymisen merkkejä ajan kuluessa. Materiaalin valinta riippuu usein paikallisista ilmastonoloista ja huoltotapojen mieltymyksistä eri alueilla.

Mekaanisen kuorman ja ympäristön rasituksen hallinta sähköasemoiden layoutsuunnittelussa

Nämä eristimet kestävät äärimmäisen kovia tuulenvauhteja (>150 km/h) ja lämpötilan vaihteluita -40 °C:sta +80 °C:een. Komposiittipolymeerimallit hallitsevat rannikkoasennuksissa niiden korroosionkestävyyden vuoksi; silikonia kumitietyt versiot vähentävät suolaisen sumun aiheuttamia vikoja 72 % verrattuna porse-liinaan. Keskeiset suunnitteluharkinnat vaihtelevat ympäristön mukaan:

Porse-liini vs. Silikoni kumi: Suorituskyvyn ja huoltotarpeen vertailu

Vaikka porserani tarjoaa luotettavan dielektrisen lujuuden (30–40 kV/cm), piirobotti komposiitit tarjoavat merkittäviä etuja:

• 45 % kevyempi paino helpomman käsittelyn ja asennuksen vuoksi
• Kolminkertainen murtumisvastus
• Hydrofobiset, itsetuhkautuvat pinnat

CIGREn vuoden 2022 tutkimus osoitti, että polymeerieristimiä vaatii 60 % vähemmän huoltoa kuin porserania saastuneissa olosuhteissa. Kuitenkin porserania suositaan edelleen erittäin korkeajännitteisiin sovelluksiin (>800 kV) sen stabiilin lämpölaajenemisominaisuuksien vuoksi.

Jännityseristimet päättyviin ja korkeajännitteisiin asennuksiin

Johtimien ankkurointi linjan päätyihin ja jyrkkiin reitin poikkeamiin

Jännityseristimet kiinnittävät johtimet linjan päätyihin ja jyrkkiin suunnanmuutoksiin, kestävät vetojä yli 50 kN samalla estäen sähkövuotoa. Nykyaikaiset komposiittiversiot ovat 40 % kevyempiä kuin porseran vastaavat versiot ja ne ylläpitävät dielektristä lujuutta yli 150 kV/m, mikä tekee niistä hyvin soveltuvia päätetolppiin kaupunkiympäristöissä.

Käyttö vaikeakulkuisten maastojen alueilla: jokien ylitykset ja vuoristot

Jänniteeristimiä käytetään suojaamaan sähkölinjoja vaikeakulkuisten maastojen, kuten vuoristojen ja jokejen, läpi. Niissä eristimiä uhkaavat jäätymät, kovat tuulet ja maanjäristykset. Viime vuonna julkaistun tutkimuksen mukaan polymeerieristimet vähensivät sähkökatkoja noin kaksi kolmannesta enemmän rannikkoalueilla verrattuna perinteisiin lasieristimiin. Markkinatrendien perusteella eristinmarkkinat kasvavat nopeasti ja niiden arvo on nyt yli 2 miljardia dollaria ennusteiden mukaan. Kasvu seuraa kysynnän lisääntymistä materiaaleille, jotka kestävät ympäristön rasituksia ja likaantumista vastustavat, erityisesti kaukana tai äärimaastoissa sijaitsevien infrastruktuurien osalta.

Kuorman jakautuminen ja rakenteellinen eheys moniyksikköisissä jännityseristimissä

Monikierrekkeisen suunnittelun ansiosta mekaaninen rasitus jakautuu tasaisesti useille yksiköille, joten koko järjestelmä pysyy toimivana myös, kun osat alkavat kulua ajan kuluessa. Viimeaikaiset kehitysaskelmat käsittävät kuituvahvistetut ydinosat, jotka itse asiassa parantavat kantavuutta noin kolmannes verrattuna perinteisiin teräsvahvistettuihin versioihin. Testit ovat osoittaneet, että nämä järjestelmät toimivat luotettavasti myös melko äärimmäisissä olosuhteissa, sillä ne kestävät sekä sähköisiä rasituksia jopa 765 kilovolttiin asti että mekaanisia kuormia jopa 15 kilonewtonia metriä kohti. Tämä tekee niistä erityisen arvokkaita pitkien sähkölinjojen yhteydessä, joissa toimimattomuus ei yksinkertaisesti ole vaihtoehto.

Muuntajan ja sähkövarustelujen eristepiipit: Erityissovellutukset eristimissä

Eristepiippien rooli muuntajan eristyksessä ja sähköisessä eheydessä

Korkeajänniteeristehylsynen toimii olennaisena yhteytenä korkkeajännitepuolijohdinliitännöiden ja ulkoisten johtimien välillä, säilyttäen eristeyden osien välillä, jotka kuljettavat korkeaa jännitettä ja maadoitettu tankki. Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että noin kolmannes kaikista muuntajan ongelmista johtuu itse asiassa vanhentuneista eristehylsyistä, joiden heikkeneminen johtuu joko eristevian tai yksinkertaisesti mekaanisesta kulumisesta (Power System Reliability Report toi esiin tämän mielenkiintoisen havainnon vuonna 2023). Nykyään valmistajat valmistavat eristehylsyjä paremmista materiaaleista, kuten edistetyistä keraameista yhdistettynä öljyyn kyllästetyn paperin kanssa, mikä mahdollistaa jännitteiden hallinnan yli 500 kilovoltin. Tämä päivitys auttaa vähentämään ärsyttäviä osittaispurkauksia, jotka voivat aiheuttaa paljon päänsärkyä sähköinsinööreille, jotka työskentelevät sähköverkkojen parissa.

Kapasitiivinen jännitejako ja sähkökentän hallinta korkeajänniteeristehylsyissä

Kapasitiivinen jännitejako kerrosrenkailla optimoi sähkökentän jakautumista, vähentäen jännitehuippuja 40–60 % verrattuna perinteisiin suunnitteluratkaisuihin. Tämä on erityisen tärkeää 800 kV+ järjestelmissä , jossa epätasaiset gradientit voivat aiheuttaa dielektrisen läpilyönnin. Tarkka kapasitanssitasapaino, joka saavutetaan vuorottelemalla johtavia ja eristäviä kerroksia, sisältää tehokkaasti sähkömagneettihäiriöt turvallisilla rajoilla.

Kehitys öljyä sisältävistä kui kui kuivatyypin epoksikierukoihin: Luotettavuus ja turvallisuus

Siirtyminen öljyä sisältävistä sykloalifatiikkapoksikierukoista ratkaisee merkittävät käyttöhaasteet:

• Palot riskit vähentyvät 89 % vähentämällä palavien öljyjen käyttöä
• Huoltokompleksi käyttöönotto kuivatyypin yksiköissä, joiden tarkastustarve on 75 % pienempi
• Ympäristön saastuminen estetty vuodattamattomilla öljykierroksilla vuodesta 2015 alkaen

Kenttätiedot 15 000 asennetusta laitteesta näyttää kuivatyyppisten eristystappien saavuttavan 98,3 %:n käyttövarmuuden kymmenen vuoden jälkeen – 22 % korkeampi kuin öljyllä täytetyillä vastaavilla.

UKK

Mikä on sähköeristimien tehtävä sähköverkoissa?

Sähköeristeet muodostavat esteitä estämään sattuman sähkövirran kulkeutumista, ylläpitämään järjestelmän eheyttä korkeiden jännitteiden ja vuotovirtojen hallinnalla sekä takaamaan turvallisen ja tehokkaan toiminnan.

Mikä ovat sähköeristimien keskeiset ominaisuudet?

Resistanssi, dielektrinen lujuus ja mekaaninen kuormituskapasiteetti ovat keskeisiä ominaisuuksia, jotka määrittävät sähköeristimien suorituskyvyn ja tehokkuuden.

Miksi jousitusjohdineristeet ovat tärkeitä korkeajännitelinjoissa?

Jousitusjohdineristeet tukivat ilmajohtimia, hallinnoivat mekaanista jännitystä ja varmistavat sähköeristyksen pitkien välejen siirtojärjestelmissä.

Mitä hyötyjä komposiittijousitusjohdineristeet tarjoavat?

Komposiittieristeet tarjoavat painonkevennyksen, saasteenkestävyyden, hydrofobiset pinnat ja värähtelyn vaimennuksen, mikä tekee niistä edullisia nykyaikaisiin sähköverkkoihin.