Ялгаатай төрлийн дамжуулагч бус материалиуд гүйдлийг яаж өөр өөрөөр дамжуулах вэ?

Тусгаарлагчийн төрлүүдийн материал, бүтэц болон загварчлал

Газрын чанасан тусгаарлагч: Бүрдэл ба үйлдвэрлэх технологи

Цахилгаан дамжуулах өндөр хүчдэлийн шугамуудад порцелан изоляторууд дэлхийн хэмжээнд стандарт тоног төхөөрөмж болон нэвтэрсэн. Эдгээр уламжлалт изоляторуудын найрлаганд ихэвчлэн ойролцоогоор 40 хувь каолин, 30 хувь кварц, мөн 30 хувь бусад фельдспатийг хольж ашигладаг. Ойролцоогоор 1,400 градус Цельсийн температурт шатаахад эдгээр материалын хооронд хоорондоо холбогдсон алтун цахиур силликатын кристаллуудаас бүрдсэн керамик бүтэц үүсдэг бөгөөд энэ нь 60 килоньютон хүртэлх шахалтын хүчийг тэсвэрлэх чадвартай байдаг. Гадаргуугийн гладийн жигд давхарга нь бохир, бусад бохирдуулагчдыг наалдахаас сэргийлдэг тул индустрийн бүс нутаг эсвэл бохирдол ихтэй замын дагуу суурилуулсан үед ч гэсэн порцелан изоляторууд маш найдвартай ажилладаг. Гэсэн хэдий ч энд нэгэн асуудал байдаг. Изоляторууд урт хугацаагаар үйлчилдэг ч гэсэн хангалттай хүчтэй зүйл хүртэл тэдгээрт трещин үүсэх, эсвэл хагарах явдал гардаг. 2023 оны цахилгааны салбарын сүүлийн өгөгдлөөр одоо байгаа бүх дэд бүтцийн ойролцоогоор гурван хоёр нь порцелан технологид тулгуурладаг байна. Учир нь инженерүүд эдгээр гэмтлийг урьдчилан таамаглаж, удирдах арга замыг мэддэг. Хэдийгээр тийм боловч порцелан изолятор нь шугамын километрт 8-15 килограммын хооронд жинтэй байдаг тул шинээр барьж буй олон дамжуулах төслүүдэд илүү хөнгөн материалуудыг илүүд үздэг учраас тэднийг хэт хүнд гэж үздэг.

Хурдасгалаагүй шилэн изоляторууд: Бүтэц ба өөрөө тэсрэх шинж чанар

Хурдан хөргөлтөөр хурдасгалаагүй шилэн изоляторууд гадаргуун дээрх шахалтын хүчийг бий болгох замаар нэг сантиметрт ойролцоогоор 140 кВ-ийн цахилгаан тусгаарлах хүчийг олж авдаг. Эдгээр изоляторуудыг онцлог болгож буй зүйл бол аюулгүй байдлын төхөөрөмж болон ажиллах зарчим нь юм. Хэрэв юу нэгэн буруу болон изолятор гэмтвэл энэ нь энгийн порцелонтой адил трещин үүсгэхийн оронд бүхэлдээ мэдээж задардаг. Сүүлийн үеийн EPRI-ийн 2024 оны судалгаагаар үзүүлбэл, энэ нь аюултай цахилгаан нум үүсэх явдлыг ойролцоогоор 93 хувиар бууруулдаг. Хурдасгалаагүй шилний тунгалаг чанар нь техникчид визуал байдлаар гэмтэл илрүүлэх боломжийг олгодог ч нэг сул тал байна. Цөлөнд эсвэл элс, тоос байнга унах нөхцөлд изоляторын гадаргуу дээр жижиг хонхорууд үүсэж эхэлдэг. Хугацаа өнгөрөх тутамд энэ нь керамик изоляторуудтай харьцуулахад ойролцоогоор 17 хувиар илүү их хураангуй гүйдэл үүсгэх шалтгаан болдог.

Нийлмэл изолятор: Шилийн резин ба эпоксид смолын цөмийн технологи

Нийлмэл изоляторууд нь ихэвчлэн шилийн резин эсвэл EPDM-ээс хийсэн булангуудтай байдаг бөгөөд эдгээр нь уламжлалт керамик изоляторуудтай харьцуулахад жингийн хувьд ойролцоогоор хагасаар багасгадаг. Цөм өөрөө 120 килоньютонхоос илүү чангарлын хүчийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд газар хөдлөлтийн бүсэд тохиромжтой болгохын тулд гэмтэхээс өмнө ойролцоогоор 15 градус хөдөлгөөнтэй байдаг. Үйлдвэрлэгчид UV-гаас хамгаалах чадварыг сайжруулах зорилгоор томьёондоо жижиг микросферын жижиг хэсгүүдийг нэмж эхэлсэн. Талбайн шалгалтаар эдгээр өөрчлөгдсөн хувилбарууд хатуу нөхцөлд дор хаяж 25 жилийн турш усны шүүрлийг саатуулах чанарыг хадгалж чаддаг байна. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн брендүүдийн цахилгааны дараалалд гэмтэхээс хамгаалах чадвар ялгаатай байдаг. Иймээс бүтээгдэхүүнийг сонгох үед IEC 61109 зааврыг мөрдөх нь маш чухал болдог.

Материалын давуу болон дутагдалтай талуудын харьцуулалт

Энэхүү материалд суурилсан шатлал нь статик, их ачаалалтай хэрэглээнд порцелан; коррозид өртөмтгий далайн ойролцоох торонд закалён шил; жин хамааралтай эсвэл хүнд бохирдлын орчинд нийлмэл материалыг сонгоход зориулж зөвлөж байна.

Цахилгаан гүйдлийн ажиллагаа хүчдэлийн түвшин болон орчны нөхцөл байдлаас хамааран

Өндөр хүчдэлийн хэрэглээнд диэлектрик хүч ба цахилгаан тусгаарлалтын координаци

Диэлектрик бат бөхөөр харьцуулахад порцелан тусгаарлагч нь 50 кВ/мм-ийн гайхалтай үзүүлэлтэйгээр өрсөлдөгчидөөс илүү давуу талтай. Харин хүчирхийлсэн шил нь ойролцоогоор 40 кВ/мм, найрмал материал нь ойролцоогоор 35 кВ/мм-ээр араас нь дагалдана. Иймээс порцелан нь 800 кВ-аас дээш хүрэх цахилгааны маш өндөр хүчдэлтэй ажилладаг системийн хувьд сонгогдох гол сонголт болсон хэвээр байна. Нууц нь чичирхийлэлттэй цахилгааны хүчдэлийн гэнэт нэмэгдэл дээр хэсэгчилсэн цэнэгийн гарцыг үр дүнтэй багасгадаг алуминийн агууламжийг баяжуулсан найрлага дахиндаг. Ихэнх мэргэжлийн зааварчилалууд нь бодит ажиллагааны нөхцөлд шаардагдах хэмжээнээс 15%-20% хооронд аюулгүй байдлын буферийг хадгалж байхыг шаарддаг. Энэ нь бодит цахилгааны стрессийн нөхцөлд тоног төхөөрөмжийг хамгаалахыг хангахын тулд 2023 оны IEEE стандарт 1313.2-д тусгагдсан зөв тусгаарлалтын координацийг бий болгодог.

Цахилгааны нэвтрэх хүчдэл: Цэвэр ба бохирдсон гадаргуугийн нөхцлүүд

2024 онд Scientific Reports-д нийтэлсэн саяхны судалгаа нь бохирдлын улмаас бүх төрлийн изоляторын цахилгаан сарнилтын хүчдэл 40-60 хувийн хооронд буурдаг гэж олжээ. Изолятор бохирдох үед нийлмэл изолятор нь цэвэр байх үеийнхаа үзүүлэлтийн талаар 85%-ийг хадгалдаг бөгөөд энэ нь уламжлалт хувилбараас илүү дээ. Цахиур ялзар 55% ба шилэн изолятор ойролцоогоор 60% хадгалдаг. Давстай хийн туршилт ч гэсэн сонирхолтой зүйлийг харуулж байна. Эдгээр нийлмэл материал нь цахилгаан сарнилт болохоос өмнө квадрат сантиметр тутамд 0.25 мг хүртэлх хэмжээний бохирдлыг тэсвэрлэж чаддаг. Иймээс далайн агаарт байнгын давс ихтэй байдаг газруудад тэдгээрийг ашиглах нь илүү тохиромжтой.

Бага хүчдлээс Маш өндөр хүчдэл хүртэлх ажиллагаа: Изоляторын төрлөөр тохирох чанар

Энэ тохируулга нь стандарт хүчдлийн ангиллыг тусгаж, ажиллагааны найдвартай байдлыг хангахад материалд шаардагдах давуу талуудыг ашиглана.

Цахилгаан орны тархалт ба гадаад цахилгаан сарнилтын механизм

Нийлмэл изоляторууд нь интеграцлагдсан тархалтын цагирагуудын тусламжтайгаар цахилгаан орны чийдийг 30–40%-иар бууруулж, 765 кВ-с дээш хүчдэл дээр короны цахилгаан гарах эрсдэлийг багасгадаг. Төгсгөл хязгаарын элементийн шинжилгээ нь чийглэг нөхцөлд порцелан изоляторууд гадаргуугийн 12–15 кВ/см-ийн чийдийг үүсгэдэг бөгөөд силикон каучук изоляторуудаас 20%-иар өндөр байдаг тул бороо цасны үед гадаад цахилгаан сарнилтанд илүү их өртөмтгий болдог.

Хэлэлцүүлэг: Нийлмэл изоляторууд маш өндөр хүчдэл дээр илүү найдвартай юу?

69-230 кВ системүүдээс эхлэн бүх газарт композит материалаар хийсэн байдаг ч 900 кВ-аас дээшхи их хүчдэлийн системд шилжих үедээ тэд нарын гэмтэл гарах магадлал нь хуучин цайны шохойноос хийсэн баганатай харьцуулахад 18%-иар илүү их байдаг. Энэ асуудал нь халах үед янз бүрийн материал яаж тэлэгдэхтэй холбоотой. Цагаар силикон бүрхүүл ба шилэн шовхон голын хооронд сайн харилцах боломжгүй болдог, ялангуяа цахилгааны ачааллыг олон удаа ачаалж, ачаалал буулгах явцад илүү ихээр илэрдэг. Энэ асуудал нь өнгөрсөн жилийн CIGRE Сүлжээний Тэсвэрт чанарын тайлангийн анхаарлыг ихэд татсан юм. Композит материал нь хөнгөн бөгөөд бохирдлоос илүү сайн тэсвэрлэдэг учраас давуу талтай ч гэсэн эдгээр далд сул талууд нь хамгийн хүнд нөхцөлд урт хугацаанд тэсвэртэй байх чадварыг бууруулдаг.

Механик Бат бөх чанар, Батамжлал болон Суурилуулах Асуудлууд

Материалуудын Хуваагдсан Чангалах ба Шахах Ачааллын Эсэргүүцэл

Порцелан шахалтанд маш сайн ажилладаг бөгөөд 300-400 МPа-ийн даралтыг тэсвэрлэх чадалтай, гэхдээ хуваарилалтанд маш муу тэсвэрлэнэ. Хуваарьлах хүчний сул талын энэхүү шинж чанараас үүдэн порцелан элементүүдийн хооронд ачааллыг зөв дамжуулахын тулд металл холбоос хэрэгтэй болдог. Гэхдээ найрмал изоляторууд өөр арга хэмжээ авдаг. Тэдэнд 100 кН-с илүү хуваарилалтын хүчийг тэсвэрлэх чадалтай шилэн ширмийн цөмүүд байдаг. Мөн шаардлагатай үед нугалах чадвартай тул ачаалал тогтмол өөрчлөгдөх нөхцөлд илүү тохиромжтой. Харин хүчирхийлсэн шил дунд зэргийн байрлалд оршдог. Үйлдвэрлэлийн явцад шилийг тусгай аргаар халааж, хөргөснөөр бүхний мэдэх бат бөх гадаргуугийн давхарга үүсдэг бөгөөд иймээс 200-250 МPа шахалтын хүчний дор байнгын гэмтэлгүйгээр тэсвэрлэнэ.

Хиймэл изоляторын жин, зохицуулалт ба суурилуулалтын давуу тал

Полимерийн суурьтай изоляторууд нь керамикаас харьцулахад бүтцийн жинг 60–80%-иар бууруулдаг тул нэг ажилтан гараар зөөж, цахилгаан дамжуулах баганыг илүү хурдан суурилуулж боломжтой болгодог. Модуль бүтэц нь цементэн шовхор зэрэг муруйдаг хэсгүүдийг арилгаж, талбайн туршилтаар тогтоосноор суурилуулалтын цагийг 40%-иар бууруулсан.

Механик ачаалал дор гарах эвдрэлийн гол хэлбэрүүд

Гол механик эвдрэлийн механизмүүдэд дараахь зүйлс орно:

• Хугарлын тархалт буруу суурилуулалтын үед удаашрах хүчний үйлчлэл доор шил эсвэл порцеланд
• Цөлдөөт (-40°C) нөхцөлд өртсөн нас барсан нийлмэл нэгжүүдийн зүрхэвчийн хүнд цөлдөөт (-40°C) нөхцөлд өртсөн нас барсан нийлмэл нэгжүүдийн зүрхэвчийн хүнд
• Метал-полимерийн холболтын зах дахь исэлдэлт хөндийн хэсгүүдэд механик эвдрэлийн 34%-ийг эзэлдэг (2023 оны Механик Инженерчлэлийн Тайлан)

Хатуу ажиллагааны орчинд урт хугацааны бүтцийн бат бөх чанар

Цөлөн орчимд элсний зүсэлт жилдэд 0.1–0.3 мм-ийн хооронд порцелан шохойг зүсдэг. Хүчиллэг бороо нь химийн идэвхжлийн улмаас шилэнд трещин үүсэх эрсдэлийг 18%-иар нэмэгдүүлдэг. Харин цайрын хатах тосны найрмал нь далайн хашааны хатах тосны бүсэд 15 жилийн турш 85% ус түрэх чадвараа хадгалж, IEC 62217 стандартын хурдасгасан нас баруулах туршилтанд илүү сайн тэсвэрт чадвартай байдал үзүүлсэн.

Таслагчийн ажиллагааны бохирдолоос хамгаалах чадвар ба орчин үеийн нөлөө

Урсгалын гэмтэл үүсэх болон бохирдлын цахилгааны цэвэршүүлэлтийн механизм

2023 оны Energy Systems Research-ийн мэдээллээр, цахилгаан шугамын гэмтэлд далайн эрэг ойролцоох бохирдол хариуцлага нь 38% байдаг. Давс, тоос болон үйлдвэрийн бохирдол тоног төхөөрөмжийн гадаргуу дээр хуримтлагдахад цахилгаан гэнэт урсах зам үүсч, энэ нь бид бүгд мэдэх аюултай цахилгаан нум гарах үзэгдэлд хүргэдэг. Энэ асуудал ихэвчлэн порцелан изоляторуудад илүү их нөлөөлдөг - эдгээр нөхцөлд композит изоляторуудтай харьцуулахад тэдгээрийн диэлектрик бат бөх чанар 14%-иас бараг 30%-иор мууддаг. Инженерүүд үйлдвэрлэлийн үед ямар хэмжээний давс сууснаас хамаарч их зөрүүтэй байж болохыг олж мэдсэн. Судалгаа нь эдгээр давсны хуримтлалын нягтын харьцааг тохируулах нь цахилгаан нум үүсэхээс 26% хамгаалах чадварыг сайжруулдаг тул далайн эрэг ойролцоох бүрэн хангамжийн системд хүртэл цахилгаан алдагдал багасдаг гэж харуулсан.

Далайн эрэг, үйлдвэрлэлийн болон цөлөнд ажиллах үзүүлэлт

Шохойн изоляторууд нь давс их байдаг хөндийд гурван дахин хурдан эвдэгддэг ба коррозийн асуудал үүсгэдэг. Цөл газар нөхцөл байдал өөр боловч шилэн гадаргуунаас илүү муу байдаг. Хатуу салхи, тоос жижиг хэсгүүд элэгдэлтийг хурдасгаж, гадаргуу тэгш бус болсоноор ноцтой короны цахилгаан сарнилтыг үүсгэдэг. Индустрийн бохирдолд хүхрийн диоксид (SO2) ялангуяа асуудалтай учир нь тоног төхөөрөмж дээр дамжуулагч хүчиллэг бүрхэвч үүсгэдэг. Бодит ажиллагааны тоон мэдээллийг харвал силикон нийлэмлэг материал нь ийм нөхцөлд анхны цахилгаан дасгал зурамтгай байдлын 92%-ийг хадгалдаг бол шохойн изолятор зөвхөн ойролцоогоор 74%-ийг л хадгалдаг. Энэ нь фабрик эсвэл бусад бохирдуулагчийн эх сурвалж ойролцоо ажиллаж буй цахилгаан системийн найдвартай байдлын хувьд том ялгааг үзүүлдэг.

Хэт ягаан туяа, цаг агаарын нөлөө ба Дотоод болон Гадаа газрын элэгдлийн нөлөө

Гадаа байрших нь янз бүрийн хурдтай элэгдэлд хүргэдэг:

Дотор орчинд суурилуулсан тохиолдолд шингэнтэй, хаалттай орчинд цахилгаан сарнилтын улмаас элэгдэлд өртөх боломжтой байдаг бол UV-ийн хор нөлөөнөөс зайлсхийдэг.

Жишээ судалгаа: Цэвэр шорооноос хийсэн изоляторын түрэмжлэлт далайн эргийн бүс нутагт

Гурван жилийн торны шинжилгээгээр далайн эрэг дээр 2 км-ийн дотор цэвэр шорооноос хийсэн изоляторын 63% түрэмжилсэн байна. Түрэмжилсний дараах шалгалтаар илрүүлсэн зүйлс:

• Зуурмагийн найрлага дахь давсны кристалчлал (тохиолдлын 82%)
• Короны нөлөөгөөр глазурын чанар муудах (тохиолдлын 67%)
• химийн идэвхжилтэй байх нь механик хүчийг 40% -иар алдагдуулдаг

Эдгээр бүс нутагт нийлмэл тусгаарлагч руу шилжих нь 18 сарын дотор зогсонги болох давтамжийг 58% -иар бууруулсан.

Хуучиралт, Засвар үйлчилгээ, Хугацаа хэтэрсэн үйл ажиллагааны найдвартай байдал

Шохойн чулуун, шилэн болон нийлмэл тусгаарлагчийн элэгдлийн механизм

Порцелан тусгаарлагч нь хэсэгчилсэн цахилгаан сарнилтын улмаас гадаргуугийн элэгдэлд өртөмхтэй бөгөөд давсны бохирдол нь 15 жилийн дараа диэлектрик хүчийг 30% -иар бууруулдаг (IEEE Тайлан 2023). Шилэн элементүүд чийглэг орчинд стрессийн нөхцөлд коррозийн цооролтод өртөмхтэй байдаг бол нийлмэл материалын хувьд УВ туяаны нөлөөгөөр хатуурсан, силикон каучукын исэлдэлтийн хуучралт явагддаг.

Термоконтракцийн шаван тусгаарлагчийн амьдралын хугацаанд үзүүлэх нөлөө

-40°C-ээс 50°C хүртэлх дахин давтагдах температурын хэлбэлзэл нь шаван тусгаарлагчид нийлмэл стрессыг үүсгэдэг. Судалгаа нь ийм нөхцөл байдал нь тогтвортой нөхцөл байдлаас харьцуулахад микроскопын трещины үүсэлтийг 2.7% -иар хурдасгадагийг харуулсан (CIGRE судалгаа 2021), ингэснээр бүрэлдэхүүн хэсгийн бүтэц муудаж, мөсөн цагт хагарах эрсдэл ихэсдэг.

Силикон каучукаар хийсэн давслын ус шүүрэх чанар алдагдах, сэргэх үзэгдэл

Хольцон тусгаарлагч дээрх бохирдол нь ус шүүрэх чанарыг хугацааны турш хязгаарлаж, давстай түүдгэрт 18 сарын турш усны хүрэлцэх өнцөг 120°-с 60° хүртэл буурдаг. Гэсэн хэдий ч силикон каучук нь автоматаар сэргэх чанартай байдаг: хуурай орчинд полимерийн гинжнүүд шилжих замаар анхны ус шүүрэх чанарын 85%-ийг 72 цагийн дотор сэргээдэг (EPRI судалгаа, 2022 он).

Ажиллах насны хугацааг хамгийн их байлгах зорилгоор хийх техникийн үйлчилгээний арга замууд

Үр дүнтэй техникийн үйлчилгээ нь халуун цэгийг илрүүлэхийн тулд 24 сард нэг удаа инфра улаан туяаны зураг авалт хийх, багана дахь хийг жил бүр шинжилж, бохирдлын зэрэглэлийг газрын зурагт оруулж цэвэрлэх график хөтлөхийг багтаадаг. Урьдчилан таамаглаж ажиллах системийг ашигладаг компаниуд нь хэвийн цаг хугацааны үндсэн техникийн үйлчилгээнээс харьцуулахад 40% цахилгаан тасалдал бага болоод 22% илүү их ажиллах насанд хүрдэг байна (NERC өгөгдөл, 2023 он).

НӨАТ-ын хэсэг

Ширэмэн тусгаарлагчийн гол давуу тал юу вэ?

Шавар изоляторууд нь гладкий шүлтлэг гадаргуутай байдгаас болж бохирдсон орчинд ч сайн ажиллах боломжтой ч, харьцангуй хүнд байдаг.

Хатуулагдсан шилэн изоляторыг яагаад илүү аюулгүй гэж үздэг вэ?

Хэрэв гэмтэлтэй бол хатуулагдсан шилэн изолятор бүрэн хугарах ёстой байдлаар зохион бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь аюултай цахилгаан нум үүсэх эрсдлийг ихэд бууруулдаг.

Нийлмэл изоляторыг газар хөдлөлт ихтэй бүс нутагт тохиромжтой болгодог юу вэ?

Нийлмэл изоляторууд том чангааныг тэвчих чадвартай бөгөөд хөдөлгөөнийг зөвшөөрдөг тул газар хөдлөлтийн улмаас механик ачаалал хэлбэлзэж болох бүс нутагт үр дүнтэй ажилладаг.

Бохирдол ба ХДТ-ийн нөлөө изоляторын тэсвэрт чадлыг хэрхэн нөлөөлөх вэ?

Бохирдол ба ХДТ-ийн нөлөө нь изоляторуудад янз бүрийн зэргийн элэгдэл үүсгэх боломжтой бөгөөд нийлмэл изоляторууд нь ихэвчлэн орчны хүчин зүйлсийн эсрэг илүү тэсвэртэй байдаг.