Како одабрати прави изолатор за високонапонске линије?

Разумевање кључних типова изолатора и опција материјала за високонапонске примене

Суспензиони, стубни, дуги шипки и натегни изолатори: функције и структурне улоге у ВН системима

Постоје четири главне врсте изолатора који имају кључне улоге у системима преноса високог напона. Суспензиони изолатори функционишу тако што подржавају тежину проводника преко низова појединачних дискова. Ова конфигурација омогућава инжењерима да граде куле различитих облика и олакшава рад када линије морају да прате неправилан релјеф. Изолатори у облику стубова имају другачији приступ, обезбеђујући чврсту подршку дебелим шинама које се налазе у трансформаторским станицама. Они су изграђени довољно чврсто да поднесу напоне који достижу стотине киловолти. Дуги шипки изолатори се истичу зато што су направљени од једног непрекидног дела, било од порцелана или композитног материјала. Посебно су добри у отпорности према накупљању прљавштине, због чега се често користе у ЕВН применама где дуже површине спречавају опасне прескоке између компонената. Затим постоје напонски изолатори који се постављају на крајевима линија преноса како би задржали све на месту упркос разним силама које делују на њих, као што су промене надморске висине, нагомилавање снега или јаки ветрови који дувају преко терена. Свака врста је специфично дизајнирана да се бори са различитим изазовима, укључујући притисак ветра, накупљање леда и чак земљотресе. Занимљиво је да истраживања показују да дуги шипки изолатори могу трајати око 30 процената дуже под понављајућим оптерећењем у поређењу са старијим конструкцијама низова дискова, чинећи их паметним избором за многе модерне инсталације.

PorceLan, Staklo i Kompozitni Izolatori: Performanse, Izdržljivost i Pogodnost za Primenu

Када се говори о перформансама и трајности опреме у условима високог напона, материјал који се користи има велики значај. Порцелан се користи већ дуго времена јер добро проводи електрицитет, са диелектричном чврстоћом преко 150 kV по стопи, а истовремено остаје стабилан чак и при промени температуре. Проблем? Лако се поломи ако га нешто удари, што је стварни проблем на местима где одржавање није увек лако или безбедно. Изолатори од закаљеног стакла самостално се чисте и показују пукотине пре него што потпуно престану да функционишу, што је добродошло с обзиром на безбедност. Међутим, ови стаклени изолатори нису довољно отпорни у близини обала где је ваздух врло слан, услед чега им се површина временом троши. Композитни полимерни изолатори су постали популарни последњих година, нарочито у прљавим или влажним срединама. Направљени су са унутрашњошћу од стаклених влакана и прекривени су силиконским гумом, а због својства одбијања воде они уклањају прљавштину око 40% брже него обични материјали. Неки извештаји са терена указују да ови композитни изолатори могу трајати око 15 година дуже у сувим климама у поређењу са традиционалним порцеланским варијантама. Ипак, након вишегодишњег излагања УВ зрачењу Сунца, потребно је развијати специјалне формуле како би се спречило превише брзо старење. Ако погледамо тренутни развој система ултра високог напона, почињемо да примећујемо нове хибридне приступе који комбинују најбоље особине језгара од стакла или порцелана са временски отпорним карактеристикама композитних прекривача.

Procena zahteva za električnim i mehaničkim performansama

Dielektrična čvrstoća i napon: Usklađivanje izolatora sa 110 kV-UHV i HVDC sistemima

Одабир одговарајућег изолационог материјала захтева пажљиво разматрање напона система и стварних електричних напона присутних у систему. За АЦ системе између 110 kV и 800 kV, стандардни порцелански изолатори углавном подносе око 10 до 12 kV по центиметру. Међутим, када дођемо до ултра високог напона (UHV) и система високог напона једносмерне струје (HVDC), захтеви се значајно повећавају. Овакви системи захтевају материјале који могу да поднесу најмање 15 kV по цм, јер електрична поља постају много јача. Рад са HVDC системима доноси и додатне проблеме. Расподела електричних поља зависи од поларитета, а ови системи имају тенденцију бржег накупљања површинских загађивача у односу на друге. Проблем загађења заправо убрзава процесе старења и доводи до већих струја цурења током времена. Већина инжењера уноси додатни капацитет од око 20 до 30 процената више од нормалних радних услова система, само да би били сигурни против повремених скокова напона. Узмимо за пример UHV изолаторе – често се тестирају на напону од 1800 kV током целог минута како би се проверило да ли ће издржати под притиском. Многе компаније сада прелазе на композитне полимерне изолаторе за HVDC примену. Они распоређују електрично поље једнолиције по површини и боље отпорни су на пробоје изазване прљавштином и загађењем у поређењу са традиционалним решењима.

Механичка носивост: отпорност на ветар, лед, напон и изазове терена

Механичке перформансе су кључне за поуздан рад у непогодним условима. Изолатори високог напона морају да поднесу:

• Оптерећење ветром и ледом : Капијаста чврстоћа већа од 70 kN за 345 kV линије у подручјима склоним накупљању леда
• Напон проводника : Чврстоћа на истезање већа од 120 kN како би се спречиле ланчане кварове током кварова на линији или екстремних временских прилика
• Сеизмички и теренски напони : Употреба уређаја за гашење вибрација у сеизмички активним зонама и конструкције против галопирања у планинским или отвореним теренима
  Композитни изолатори имају изузетну чврстоћу на затег - преко 500 MPa у односу на око 40 MPa код порцелана - док кућишта од силиконске гуме побољшавају отпуштање леда. На обалским подручјима, изолатори захтевају пут између електрода од 25–30 mm/kV и хидрофобне површине како би се спречило стварање стаза услед сољи. Усклађеност са стандардима IEC 61109 и ANSI C29.11 осигурава механичку и електричну перформансу у реалним условима, омогућавајући деценије поузданог рада.

Процена отпорности на спољашњу средину и дугорочне поузданости у тешким условима

Пут између електрода и перформансе при загађењу у обалским, индустријским и аридним климама

На начин на који изолатори функционишу и њихов век трајања у великој мери утиче њихова околина. Када је реч о стази уз површину (најкраћем стварном путу дуж површине изолатора између два електрода), у подручјима са високим нивоом загађења неопходно је вршити прилагођавање како би се избегли опасни прескоки. Проблеми у обалним подручјима су посебни, јер се сол накупља током времена, стварајући проводљиве слојеве на површинама. Због тога многи произвођачи данас прелазе на хидрофобне композите од силиконске гуме, који се показали веома ефикасним у одржавању сувих и чистих критичних компонената, чиме се смањују досадне струје које желимо да минимизирамо. Индустријска подручја представљају други скуп изазова, јер су изолатори изложени хемијским загађивачима као што су једињења сумпора и цементски прашак. Ове супстанце имају тенденцију да стварају проводљиве стазе кад су мокре, али дизајни профила са ребрима у комбинацији са редовним чишћењем у великој мери доприносе решавању овог проблема. Пустошина има своје специфичне тешкоће – песак стално оштећује материјале, док их интензивни УВ зраци даље деградирају. Студије показују да је утврђено стакло отпорније овим суровим условима око 30 процената више у односу на традиционалне порцеланске опције. Да би се осигурала исправна радна способност у загађеним срединама, инжењери пажљиво прате струје у цурењу, с тежњом да их одрже испод границе од 50 mA како би се спречио топлотни пробој у периодима високе влажности. Протоколи тестирања обухватају симулације убрзаног старења које имитирају деценијама трајање екстремних флуктуација температуре, од минус 40 степени Целзијуса до плус 80 степени Целзијуса, чиме се произвођачима обезбеђује сигурност у односу на издржљивост материјала током времена. И да, препоручене дужине стазе уз површину се заиста мењају у зависности од тога где ће ти изолатори бити инсталирани.

Одабир изолатора са профилима оптимизованим за климу обезбеђује поуздан рад током више од 25 година, балансирајући отпор на површини, хидрофобност и способност самоочишћавања.

Примените оквир за одабир на основу напона и примене

Izbor izolatora za 33 kV-345 kV AC u odnosu na UHV/HVDC: konfiguracija lanca, jedinice po kV i referentni pokazatelji pouzdanosti

Izbor odgovarajućih izolatora u velikoj meri zavisi od nivoa napona sa kojim se radi i od toga kako će se izolatori zapravo koristiti na terenu. Kada se radi sa AC sistemima u opsegu od 33 kV do 345 kV, potrebne su prilagodljive konfiguracije lanaca, kao i dobra otpornost na taloženje zagađenja. Uobičajeno je da oko 8 do 10 porcelanskih ili staklenih elemenata po 100 kV daje zadovoljavajuće rezultate u područjima gde uslovi okoline nisu preterano strogi. Međutim, situacija se menja kada se posmatraju sistemi ekstremno visokog napona (UHV) i sistemi jednosmerne struje visokog napona (HVDC). Ove instalacije zahtevaju robusniju rešenja, obično kompozitne polimerni izolatore koji nude duže putove pregorevanja preko 25 mm po kV i bolju zaštitu protiv nakupljanja prašine. Takođe se uočava da ovi sistemi zahtevaju otprilike 1,5 puta više elemenata izolatora u odnosu na slične AC instalacije, kako bi se adekvatno upravljalo intenzivnim električnim poljima. Standardi pouzdanosti su ovde takođe vrlo strogi, pri čemu većina UHV projekata teži ka manje od 0,05% godišnjih kvarova. Ne treba zaboraviti ni na mehaničku čvrstoću, što je posebno važno u područjima sklonim jakom opterećenju ledom ili snažnim vetrovima, gde izolatori mogu biti izloženi statičkim zategama iznad 50 kN. Stručnjaci u industriji uglavnom prate smernice IEC 60383 u vezi sa rastojanjima curenja i ANSI C29 specifikacijama za mehanička opterećenja, kako bi se osiguralo neprekidno i stabilno funkcionisanje celokupne mreže.

Često postavljana pitanja