Hogyan válasszon megfelelő szigetelőt magasfeszültségű vezetékekhez?

A legfontosabb szigetelőtípusok és anyagválasztékok megismerése magasfeszültségű alkalmazásokhoz

Felfüggesztő, oszlop-, hosszú rúd- és feszítő szigetelők: funkcióik és szerkezeti szerepük a magasfeszültségű rendszerekben

Négy fő típusú szigetelő létezik, amelyek kritikus szerepet játszanak a nagyfeszültségű távvezetéki rendszerekben. A felfüggesztési szigetelők vezetők súlyát egyedi korongokból álló láncok segítségével tartják meg. Ez a felépítés lehetővé teszi az építőmérnökök számára, hogy különböző alakú tornyokat építsenek, és megkönnyíti a vonalak vezetését nehéz terepen. Az oszlopszigetelők eltérő megközelítést alkalmaznak, szilárd támasztékot biztosítva az alállomásokban található vastag sínvezetékekhez. Ezek olyan erősek, hogy több száz kilovoltos feszültséget is elbírnak. A hosszú rúdszigetelők azért különböznek, mert egyetlen folyamatos darabból, porcelánból vagy kompozit anyagból készülnek. Különösen jól ellenállnak a szennyeződés felhalmozódásának, ezért gyakran használják őket IHV-alkalmazásokban, ahol a hosszabb felületek segítenek megakadályozni a veszélyes átíveléseket az alkatrészek között. A feszítő szigetelőket a távvezetékek végén helyezik el, hogy minden összetartozzon annak ellenére, hogy különféle erők hatnak rájuk, például tengerszint feletti magasságkülönbségek, nagy hófelhalmozódás vagy az országot átsöprő erős szélek. Mindegyik típust kifejezetten arra tervezték, hogy különböző kihívásokkal szembenézzen, beleértve a szélterhelést, jégfelhalmozódást, sőt akár földrengéseket is. Érdekes módon a kutatások azt mutatják, hogy a hosszú rúdszigetelők körülbelül 30 százalékkal tovább bírják ki az ismétlődő terheléseket, mint a régebbi korongláncos kialakítások, így sok modern berendezésnél okos választásnak számítanak.

Porcelán, Üveg és Kompozit Szigetelők: Teljesítmény, Tartósság és Alkalmazási Illeszkedés

Nagyon fontos, hogy milyen anyagot használnak, ha az eszközök teljesítményéről és élettartamáról beszélünk magas feszültségű körülmények között. A porcelán régóta ismert anyag, mivel viszonylag jól kezeli az elektromosságot, dielektromos szilárdsága több mint 150 kV lábonként, emellett hőmérsékletváltozások hatására is stabil marad. A probléma? Könnyen eltörik, ha valami nekicsapódik, ami komoly aggályt jelent olyan helyeken, ahol a karbantartás nem mindig egyszerű vagy biztonságos. A megerősített üveg izolátorok öntisztító hatásúak, és repedéseket mutatnak még teljes meghibásodásuk előtt, ami biztonsági szempontból előnyös. Ezek az üveg izolátorok azonban nem tartósak partvidéki területeken, ahol a levegőben sok a só, így felületük idővel lebomlik. A kompozit polimer izolátorok napjainkban egyre népszerűbbek, különösen szennyezett vagy nedves környezetekben. Belső részük üvegszálas, kívülről szilikongumival vannak bevonva, vízlepergető tulajdonságaik miatt kb. 40%-kal gyorsabban távolítják el a szennyeződést, mint a hagyományos anyagok. Néhány terepi jelentés szerint ezek a kompozit izolátorok száraz klímában akár körülbelül 15 évvel tovább is tarthatnak, mint a hagyományos porcelán megoldások. Ugyanakkor hosszú ideig tartó UV-sugárzás hatására speciális formulákat kell kidolgozni, hogy túl gyors lebomlásukat megelőzzék. Ha azt nézzük, mi történik jelenleg az extrém nagyfeszültségű rendszerek terén, új hibrid megközelítéseket látunk, amelyek a hagyományos üveg vagy porcelánmagok legjobb tulajdonságait kombinálják a kompozit burkolatok időjárásállóságával.

Elektromos és mechanikai teljesítményjellemzők értékelése

Dielektrikus szilárdság és feszültségjelölés: Szigetelők illesztése 110 kV-UHV és HVDC rendszerekhez

A megfelelő szigetelőanyag kiválasztásához alaposan figyelembe kell venni a rendszerfeszültséget és a tényleges villamos terhelést. 110 kV és 800 kV közötti váltakozó áramú (AC) rendszerek esetén a szabványos porcelán szigetelők általában körülbelül 10–12 kV-ot bírnak el centiméterenként. Amikor azonban az extrém nagy feszültségű (UHV) és nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) alkalmazások területére lépünk, a követelmények jelentősen megnövekednek. Ezekhez a rendszerekhez olyan anyagokra van szükség, amelyek legalább 15 kV/cm-t képesek elviselni, mivel az elektromos mezők sokkal erősebbek lesznek. Az HVDC-vel járó munka további nehézségeket is jelent. Az elektromos mezők eloszlása függ a polaritástól, és ezek a rendszerek hajlamosak gyorsabban felhalmozni a felületi szennyeződéseket, mint mások. Ez a szennyeződési probléma gyorsítja az öregedési folyamatokat, és idővel növekvő szivárgóáramokhoz vezet. A legtöbb mérnök a normál üzem során tapasztalt értéknél körülbelül 20–30 százalékkal nagyobb tartalékkal tervez, hogy biztonságosan lehessen kezelni az esetleges feszültségcsúcsokat. Vegyük például az UHV-szigetelőket: gyakran kivizsgálják őket 1800 kV-os feszültségen egész percen keresztül, hogy ellenőrizzék, megbírkóznak-e a nyomással. Egyre több vállalat jelenleg kompozit polimer szigetelőket használ HVDC-munkákhoz. Ezek egyenletesebben osztják el az elektromos mezőt a felületeken, és jobban ellenállnak a szennyeződés és a szmog okozta átíveléseknek, mint a hagyományos megoldások.

Mechanikai terhelhetőség: Szél, jég, húzás és terepkihívások ellenállása

A mechanikai teljesítmény kritikus fontosságú a megbízható működéshez durva környezetben. A nagyfeszültségű szigetelőknek ellen kell állniuk:

• Szél- és jégterheléseknek : Konzolos szilárdság 70 kN felett 345 kV-os vonalakhoz jégfelhalmozódásra hajlamos területeken
• Vezető húzófeszültségének : Húzószilárdság 120 kN felett, hogy megelőzze a láncreakció-szerű meghibásodásokat hiba vagy extrém időjárási viszonyok esetén
• Szeizmikus és terepi igénybevételnek : Rezgéselnyelők alkalmazása földrengésveszélyes övezetekben és rezgésmentesített tervezés hegyvidéki vagy nyílt terepen
  A kompozit szigetelők kiváló húzószilárdsággal rendelkeznek – több mint 500 MPa, szemben a porcelán kb. 40 MPa-jával –, miközben a szilikon gumi házak javítják a jég lepattanási teljesítményt. Tengerparti területeken a szigetelőknek 25–30 mm/kV közötti átvezetési távolságra és hidrofób felületre van szükségük, hogy ellenálljanak a só okozta nyomvonal-képződésnek. Az IEC 61109 és az ANSI C29.11 szabványoknak való megfelelés biztosítja a mechanikai és villamos teljesítményt a valós körülmények között, támogatva a több évtizedes megbízható üzemeltetést.

Környezeti ellenállás és hosszú távú megbízhatóság értékelése durva körülmények között

Átvezetési távolság és szennyeződési teljesítmény tengerparti, ipari és száraz éghajlaton

A szigetelők teljesítménye és élettartama nagyban függ a környezeti körülményektől. Amikor a szennyezettségi távolságról van szó – azaz a két elektróda közötti legrövidebb út hosszáról a szigetelő felülete mentén –, ezt magas szennyezettségi szintű területeken ki kell igazítani, hogy elkerüljék a veszélyes átíveléseket. A tengerparti területek különleges problémákat jelentenek, mivel az idő múlásával a só felhalmozódik, és vezető rétegeket hoz létre a felületeken. Ezért számos gyártó ma már hidrofób szilikon-gumi kompozitokhoz fordul, amelyek kiválóan hatékonyak a nedvesség és a szennyeződések kritikus alkatrészekről való távolításában, így csökkentve azokat a bosszantó szivárgó áramokat, amelyeket mind minimálisra szeretnénk csökkenteni. Az ipari területek másfajta kihívásokat is jelentenek, ahol a szigetelőket vegyi szennyeződések, például kénvegyületek és cementpor árasztják el. Ezek az anyagok nedvesen vezető pályákat hoznak létre, de a bordázott profiltervezések és a rendszeres tisztítási eljárások jelentősen hozzájárulnak az ilyen problémák megoldásához. A sivatagok is sajátos nehézségeket jelentenek: a homok folyamatosan kopasztja az anyagokat, miközben az intenzív UV-sugárzás tovább rontja azok állapotát. Tanulmányok kimutatták, hogy a megerősített üveg körülbelül 30 százalékkal ellenállóbb ezekkel a durva körülményekkel szemben, mint a hagyományos porcelán megoldások. A megfelelő működés biztosítása szennyezett környezetben érdekében az üzemeltetők szorosan figyelik a szivárgó áramokat, és azokat 50 mA alatti értéken tartani igyekeznek, hogy elkerüljék a hőfutást a magas páratartalmú időszakok alatt. A vizsgálati protokollok gyorsított öregedési szimulációkat tartalmaznak, amelyek évtizedeknyi extrém hőmérséklet-ingadozást utánoznak, mínusz 40 Celsius-foktól plusz 80 Celsius-fokig, így biztosítva a gyártók számára a bizalmat az anyagok időtállóságában. És igen, a javasolt szennyezettségi távolságok valóban változnak attól függően, hogy a szigetelőket hova telepítik.

Az éghajlathoz optimalizált profilú szigetelők kiválasztása a felületi ellenállás, a hidrofób jelleg és az öntisztuló képesség kiegyensúlyozásával megbízható működést biztosít 25+ év felett.

Feszültség- és alkalmazásalapú kiválasztási keretrendszer alkalmazása

Szigetelők kiválasztása 33 kV–345 kV AC és UHV/HVDC esetén: lánckonfiguráció, egységek száma kV-onként és megbízhatósági mutatók

A megfelelő szigetelők kiválasztása nagyban függ attól, hogy milyen feszültségszinttel dolgozunk, és hogy a gyakorlatban hogyan használják majd azokat a terepen. Amikor 33 kV-tól 345 kV-ig terjedő váltakozó áramú (AC) rendszerekkel dolgozunk, rugalmas lánckonfigurációkra és jó szennyeződés-ellenállásra van szükség. Általában körülbelül 8–10 porcelán vagy üveg elem 100 kV-onként elegendő olyan területeken, ahol a környezeti feltételek nem túl kemények. Azonban ez megváltozik az extrém magas feszültségű (UHV) és a nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) rendszerek esetében. Ezekhez az alkalmazásokhoz erősebb szerkezet szükséges, általában kompozit polimer szigetelők, amelyek hosszabb átcsapolási távolságot biztosítanak, legalább 25 mm/kV felett, valamint jobb védelmet a szennyeződés felhalmozódással szemben. Ezen rendszereknél azt is látjuk, hogy körülbelül 1,5-szer annyi szigetelő elemre van szükség, mint hasonló AC rendszerekhez, hogy megfelelően kezelhessék az ilyen intenzív villamos mezőket. A megbízhatósági előírások itt szintén elég szigorúak, a legtöbb UHV projekt évi 0,05%-nál alacsonyabb hibaszázalékot céloz meg. Ne feledjük el emellett a mechanikai szilárdságot sem, különösen fontos olyan területeken, ahol súlyos jégterhelés vagy erős széllökések fordulhatnak elő, és ahol a szigetelőkre ható statikus feszültség meghaladhatja az 50 kN-t. Az ipari szakemberek általában az IEC 60383 irányelveit követik a szivárgási távolságokkal kapcsolatban, valamint az ANSI C29 előírásait a mechanikai terhelésekre vonatkozóan, hogy hosszú távon minden zavartalanul működjön, és fenntartsa az egész hálózat stabilitását.

Gyakran Ismételt Kérdések