Turli turdagi izolyatorlar ishlash jihatidan bir-biridan qanday farq qiladi?

Izolyator turlarining material tarkibi va strukturaviy dizayni

Fayans izolyatorlar: tarkibi va ishlab chiqarish protsessi

Porcelain izolyatorlar dunyo bo'ylab yuqori kuchlanishli uzatish liniyalari uchun standart jihozga aylangan. Ushbu an'anaviy izolyatorlarda odatda 40% kaolin, 30% kvarts va yana 30% shpat aralashtirilgan holda mavjud. Taxminan 1400 gradus Selsiy haroratda pishirilganda, ushbu materiallar 60 kilon'yuton gacha bo'lgan siqilish kuchlariga chidaydigan, bir-biriga ulangan alumosilikat kristallaridan tashkil topgan keramik tuzilmani hosil qiladi. Silinjli pokrovka sirtga chang va boshqa ifloslantiruvchilarning yopishishini oldini oladi, shu sababli ham porcelan izolyatorlar sanoat maydonlariga yaqin yoki ifloslanish darajasi yuqori bo'lgan magistral yo'llar bo'ylab o'rnatilganda ham juda ishonchli ishlaydi. Biroq, bitta muammo bor. Ushbu izolyatorlar juda uzoq xizmat qilsa ham, ular etarlicha kuchli urilganda, shikastlanish yoki sindirilish ega bo'ladi. 2023-yildagi elektr energiyasi sohasidagi so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, mavjud infratuzilmaning taxminan uchdan ikki qismi hali ham porcelan texnologiyasiga tayanadi, chunki nosozliklar muhandislarning boshqara olishi mumkin bo'lgan basharti oldindan aytib beriladigan usullarda sodir bo'ladi. Shunday bo'lsada, porcelan izolyatorlarning liniyaning har bir kilometri uchun og'irligi sakkizdan o'n besh kilogrammacha bo'lib, yangi loyihalarda afzal ko'riladigan yengil materiallarga nisbatan juda og'ir hisoblanadi.

Shaffof oynali izolyatorlar: Tuzilishi va o'z-o'zidan portlash xususiyatlari

Tez sovutilish orqali mustahkamlangan shaffof oynali izolyatorlar sirtida siqilish kuchlanishini yaratish tufayli 1 santimetr uchun taxminan 140 kV dielektrik mustahkamlikka erishadi. Bu izolyatorlarni ajratib turadigan narsa — ular xavfsizlik qurilmasi sifatida ishlashidir. Agar biror narsa noto'g'ri ketib, ular shikastlanganda, oddiy porcelinlar singari treshinak qolmasdan butunlay parchalanib ketadi. 2024-yilda EPRI tomonidan o'tkazilgan so'nggi tadqiqotlarga ko'ra, bu haqiqatda yoy uzilish hodisalarini taxminan 93 foizga kamaytiradi. Mustahkamlangan oynaning shaffofligi texniklar uchun muammolarni ko'z bilan tekshirish imkonini beradi, garchi bitta kamchiligi ham bo'lsa. Poytaxt hududlarida qum va chang doim ularga urilayotgan joylarda turgandan so'ng, izolyatorlarning sirtida maydaroq chandqalar paydo bo'la boshlaydi. Vaqt o'tishi bilan bu keramik analoglardagiga qaraganda taxminan 17 foizga yuqori quvvat qurollarini oshiradi.

Kompozit izolyatorlar: Silikon rezina va epoksi qobiq texnologiyasi

Kompozit izolyatorlarda odatda silikon rezina yoki EPDM sovunlar fibra bilan mustahkamlangan epoksi yadrosiga mahkamlangan bo'ladi. Bu dizaynlar an'anaviy keramik analoglar bilan solishtirganda vaznni taxminan yarmiga kamaytiradi. Yadro o'zining o'sish kuchini 120 kilon'yutondan ham yuqori darajada saqlaydi va halokatdan oldin taxminan 15 gradus harakatga imkon beradi, bu esa ularni yer quyilish ehtimoli bo'lgan hududlarga ayniqsa mos qiladi. Ishlab chiquvchilar UV himoya qobiliyatini oshirish uchun formulalarga maydaroq mikrosfera zarrachalarni kiritishni boshladilar. Maydonda o'tkazilgan sinovlar shuni ko'rsatdiki, ushbu o'zgartirilgan namunalar qattiq sharoitlarda kamida 25 yil davomida suvni itarib yuborish xossasini saqlab turadi. Biroq, turli brendlar elektr izlanish zararidan qanchalik xavfsizligi jihatidan hali ham sezilarli farqlar mavjud. Shu sababli, IEC 61109 ko'rsatmalarga amal qilish mahsulot tanlash jarayonida mutlaqo zarurdir.

Materiallarning afzalliklari va cheklovlari bo'yicha solishtirma ko'rib chiqish

Ushbu materiallar ierarxiyasi optimal tanlovni boshqaradi: statik, yuqori yukli ilovalar uchun porcelan; korrozionga moyil bo'lgan sohil tarmoqlari uchun shaffof oyna; og'ir ifloslangan yoki og'irligi muhim bo'lgan muhitlar uchun kompozitlar.

Kuchlanish darajalari va atrof-muhit sharoitida elektr ishlash

Yuqori kuchlanishdagi qot'lik kuchi va izolyatsiya mosligi

Dielektrik mustahkamlikka kelganda, porcelan izolyatorlar 50 kV/mm bilan ajoyib ko'rsatkichga ega bo'lib, raqobatdoshlardan ancha yuqori turadi. Shakllantirilgan oynalar taxminan 40 kV/mm yaqinida, kompozitsion materiallar esa taxminan 35 kV/mm atrofida ortda qoladi. Shu sababli ham porcelan 800 kV dan oshuvchi ultra yuqori kuchlanish tizimlari bilan ishlayotganlar uchun afzal tanlovdir. Sir asosan alumina miqdori boy tarkibida yashirin, bu kuchlanishning sakkizinchi oshishida qisman chiqish hodisalarini samarali kamaytiradi. Ko'pchilik sanoat qo'llanmalarida haqiqiy ish sharoitiga qarab kerakli miqdordan 15% dan 20% gacha xavfsizlik zaxirasini saqlash talab etiladi. Bu 2023-yilgi IEEE standart 1313.2 da belgilanganidek, uskunalar haqiqiy dunyo elektr ta'sirlarida himoyalangan holda qolishini ta'minlaydigan to'g'ri izolyatsiya mosligini yaratadi.

O'tish kuchlanishi: Toza va iflos sirt sharoitlari

2024-yilda Scientific Reports nashr etgan so'nggi o'rganish shuni ko'rsatdiki, ifloslanish deyarli barcha izolyatorlarning elektr uzilish kuchlanishini 40 dan 60 foizgacha kamaytiradi. Axborotlar iflos bo'lganda, kompozit izolyatorlar tozalangan holatidagi ish faoliyatining taxminan 85% ini saqlab qoladi, bu an'anaviy namunalarga qaraganda ancha yaxshiroq natija. Porcelain taxminan 55%, shaffof oynasi esa taxminan 60% gina natija beradi. Tuzli tuman sinovlari ham qiziqarli natijalarni ko'rsatdi. Bu kompozit materiallar elektr uzilishi sodir bo'lishidan oldin kvadrat santimetriga 0,25 mg gacha bo'lgan cho'kindilarni chidashi mumkin. Bu ularni doimiy ravishada havo tarkibida tuz bo'ladigan dengiz yaqinidagi hududlar uchun ayniqsa yaxshi tanlov qiladi.

Past kuchlanishdan ultra-yuqori kuchlanishgacha: Izolyator turiga qarab mos kelish xususiyati

Bu moslama ishlash ishonchliligi uchun materialga xos afzalliklardan foydalanish bilan birga standart kuchlanish klassifikatsiyasini aks ettiradi.

Elektr maydon taqsimoti va tashqi chark etish mexanizmlari

Kompozit izolyatorlar o'ziga xos gradatsiya halqalari orqali elektr maydon gradientini 30–40% ga kamaytiradi, 765 kV dan yuqori kuchlanishlarda koronaga chidamli bo'lish ehtimolini pasaytiradi. Chegaraviy elementlar usuli tahlili quyoshli sharoitda porcelan izolyatorlarning sirt gradienti 12–15 kV/sm bo'lishini, bu esa ko'mir rezinaga nisbatan 20% yuqori ekanligini, bo'ron paytida tashqi chark etish ehtimolini oshirishini ko'rsatadi.

Munozara: Kompozit izolyatorlar ultra-yuqori kuchlanishda boshqalarga qaraganda ishonchlimi?

Kompozit materiallar 69 dan 230 kV gacha bo'lgan tizimlarda hamma joyda uchraydi, lekin 900 kV dan yuqori bo'lgan ultra yuqori kuchlanishdagi o'rnatmalarga kelganda, ular haqiqatan ham eski porcelinlarga qaraganda taxminan 18% ko'proq ishdan chiqadi. Muammo — materiallarning isish paytida turlicha kengayishiga bog'liq. Ayniqsa, elektr tokini uzilib-uzilmas ishlatish davrlaridan keyin, silikon korpuslar va shishali tolali asoslar vaqt o'tishi bilan bir-biri bilan mos kelmaydi. Bu masala o'tgan yili CIGRE Elektr tarmog'i chidamliligi hisobotida alohida ta'kidlangan edi. Garchi kompozit materiallar yengil bo'lishi va ifloslanishga chidamli bo'lishi uchun afzallikka ega bo'lsalar ham, ushbu yashiringan kamchiliklar ularning eng qattiq yuqori kuchlanish sharoitlarida uzoq muddatli foydalanishda chidamliligini pasaytiradi.

Mexanik Mustahkamlik, Chidamlilik va O'rnatish Jihatlari

Materiallardagi Cho'zilish va Siqilish Yuklamalari Qarshiligi

Porcelain siqilganda juda yaxshi ishlaydi va 300 dan 400 MPagacha bo'lgan bosimlarga chidaydi, lekin u umuman cho'zilishga chidamaydi. Cho'zilish chidamliligining ushbu kamchiligi tufayli porcelan komponentlari orqali yuklarni to'g'ri uzatish uchun metall armatura kerak. Biroq aralash izolyatorlar boshqacha yondashuvni qo'llaydi. Ular asosan 100 kN dan ortiq bo'lgan cho'zilish kuchiga chidashi mumkin bo'lgan shishali tolali yadrolarga ega. Shuningdek, ular kerak bo'lganda biroz egiladi, bu esa doimiy ravishda o'zgarib turadigan yuklar mavjud bo'lgan vaziyatlarda ularni yanada moslashtirilgan qiladi. Shakllantirilgan shisha esa o'rtada joylashgan. Ishlab chiqarish jarayonida maxsus usulda isitilishi va sovutilishi tufayli shaffof qatlam doimiy zararlanishsiz 200-250 MPa atrofida bo'lgan siqilish kuchlariga yaxshi chidamaydi.

Sintetik izolyatorlarning og'irligi, boshqarilishi va o'rnatilish afzalliklari

Polimer asosidagi izolyatorlar keramikaga qaraganda tuzilma og'irligini 60–80% ga kamaytiradi, bu esa bir ishchining ishlashiga imkon beradi va minor o'rnatishni tezlashtiradi. Ularning modulli tuzilishi sement germetiklari kabi nozik komponentlarni olib tashlaydi va maydon sinovlarida obyektda montaj vaqtini 40% ga qisqartiradi.

Mexanik kuchlanish ostida xarakatlanishning tipik shakllari

Asosiy mexanik vaza etish mexanizmlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Shisha yoki porcelanda noto'g'ri o'rnatish paytida buruvchi kuchlanish ta'sirida shikastlanish tarqalishi shisha yoki porcelanda noto'g'ri o'rnatish paytida buruvchi kuchlanish ta'sirida shikastlanish tarqalishi
• Qattiq sovuq (-40°C) ta'sirida eskirgan aralash birliklarda asosning nozikligi qattiq sovuq (-40°C) ta'sirida eskirgan aralash birliklarda asosning nozikligi
• Metall-polimer ulanish joylaridagi korroziya sohil atrofidagi hududlarda mexanik vaza etishlarning 34% ni tashkil etadi (2023-yilgi Mexanik muhandislik hisoboti)

Qattiq ish sharoitida uzoq muddatli konstruktiv mustahkamlik

Cho'l muhitida qum abrazivlari porcelan emalini yiliga 0,1–0,3 mm miqdorida o'ziga tortadi. Kislotali yomg'ir kimyoviy ta'sir tufayli shishaning uzilish xavfini 18% ga oshiradi. Boshqacha tarzda, sili­kon rezina kompozitlari IEC 62217 tezkor yoshlanish sinovlarida ko'rsatilganidek, sohil tumanlaridagi tuman zonasida 15 yildan keyin gidrofoblikning 85% ini saqlab qoladi.

Izolyatorlarning ishlashiga ifloslanish chidamliligi va atrof-muhit ta'siri

Quvvat uzilishi rivojlanishi va ifloslanishdan kelib chiqqan elektr uzilish mexanizmlari

2023-yildagi Energy Systems Research maʼlumotlariga ko'ra, sohillardagi quvvat tarmog'ining taxminan 38% uzilishi aslida ifloslanish tufayli sodir bo'ladi. Tuz, uskunalar sirtidagi chang va sanoat ifloslanishi bilan aralashganda elektr tokini kerakli joydan chiqarib yuboradigan o'tkazuvchan yo'llarni yaratadi. Bu esa xavfli elektr yoylanish hodisalariga olib keladi. Porcelain izolyatorlar ayniqsa bundan jiddiy ta'sirga uchraydi - ularning dielektrik mustahkamligi shunday sharoitlarda kompozit izolyatorlarga qaraganda 14 dan deyarli 30% gacha pasayadi. Muhandislar ishlab chiqarish jarayonida tushiriladigan tuz miqdorini sozlash katta farq yaratishini aniqlashgan. O'tkazilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, tuz cho'kish zichligi nisbatini sozlash yorug'lik havo o'tishiga (flashover) qarshi himoyani taxminan 26% ga oshiradi, ya'ni dengiz yaqinidagi jamoatchiliklarda kutilmagan uzilishlar kamroq sodir bo'ladi.

Sohil, sanoat va cho'l muhitlaridagi ishlash

Porcelain izolyatorlar tuz hamma narsaga kirib, korroziya muammolariga sabab bo'ladigan sohillar bo'ylab silikon rezadan uch marta tezroq ishdan chiqadi. Chol hududlarida vaziyat boshqacha, lekin shishali sirtlar uchun ham yomon. Qattiq shamollar va chang iste'mol jarayonini tezlashtiradi, natijada sirt vaqt o'tishi bilan juda g'ovtakayib ketgani uchun xavfli korona razryadlari vujudga keladi. Sanoat ifloslanishida oltingugurt dioksid (SO2) uskunalar ustida o'tkazuvchan kislotali plyonkalar hosil qilgani uchun ayniqsa muammo. Haqiqiy ishlash ko'rsatkichlariga qarasak, qiziquvli ma'lumotga ega bo'lamiz. Silikon kompozit materiallari shu sharoitlarga ta'sir etilganda asl elektr uzatish qobiliyatining taxminan 92% ini saqlab turadi, standart porcelan esa atigi 74% atrofida bo'lib qoladi. Bu fabrikalar yoki boshqa ifloslanish manbalariga yaqin joylashgan elektr tizimlarining ishonchliligi uchun katta farq yaratadi.

Ultrabinafsha nurlanish, ob-havo ta'siri va ichki hamda tashqi foydalanishdagi degradatsiya oqibatlari

Ochiq jo'lda saqlash turli xil degradatsiya tezligiga olib keladi:

Ichki joylardagi o'rnatishlar ultrabinafsha nurlardan kelib chiqadigan shikastlanishlarni oldini oladi, lekin nam, yopiq muhitlarda qisman razryad eroziyasiga duch kelish ehtimoli saqlanib qoladi.

Tadqiqot holati: Qirg'oqbo'ylar mintaqasida porcelan izolyatorlarning ishdan chiqishi

Uch yillik tarmoq tahlili qirg'oq chizig'ining 2 km ichida bo'lgan porcelan izolyatorlarning ishdan chiqishining 63% ni tashkil etganini aniqlagan. Ishdan chiqqandan keyingi tekshiruv natijalari quyagilarni ko'rsatdi:

• Sement birikmalaridagi tuz kristallanishi (hodisalarning 82%)
• Korona bilan keltirib chiqarilgan emalning buzilishi (67%)
• kimyoviy korroziya tufayli mexanik mustahkamlikning 40% kamayishi

Ushbu hududlarda kompozit izolyatorlarga o'tish 18 oy ichida uzilish chastotasini 58% ga kamaytirdi.

Eskirish, texnik xavfsizlik va uzoq muddatli ishlash ishonchliligi

Porcelain, shisha va kompozit izolyatorlarning buzilish mexanizmlari

Porcelain izolyatorlar qisman chiqishlar natijasida sirtining eroziyaga uchraydi, tuz ifloslanishi esa 15 yildan keyin dielektrik mustahkamlikni 30% ga kamaytiradi (IEEE Hisoboti 2023). Shisha elementlari nam muhitda korroziyaga uchraydigan taranglikka moyillikka ega, kompozitlar esa ultrabinafsha nurlanish bilan bog'liq noziklikka o'tish va organik rezaning oksidlanish jarayoni orqali buziladi.

Keramik izolyatorlarning xizmat muddatiga issiqlik almashinuvi ta'siri

-40°C dan 50°C gacha takrorlanuvchi harorat o'zgarishlari keramik izolyatorlarda kumulyativ taranglik hosil qiladi. Tadqiqotlar ushbu hodisaning barqaror sharoitga nisbatan mikrosariqalarning hosil bo'lishini 2,7% tezlashtirishini ko'rsatmoqda (CIGRE tadqiqoti 2021), bu esa muzlanish hodisalari paytida integral ma'lumotlarni buzilish xavfini oshiradi.

Gidrofoblikni Yo'qotish va Silikon Rezin Qoplamalarda Tiklanishi

Zamonaviy izolyatorlarda ifloslanish gidrofoblikni vaqtincha kamaytiradi, tuzli tuman ta'sirida 18 oy davomida suv kontakt burchagi 120° dan 60° gacha pasayadi. Biroq, silikon rezinada avtomatik tiklanish xususiyati mavjud: quruq sharoitda polimer zanjiri ko'chish tufayli dastlabki gidrofob xususiyatlarning 85% i 72 soat ichida tiklanadi (EPRI Xulosalari 2022).

Xizmat Muddatini Maksimal Darajada Uzaytirish uchun Texnik Xavfsizlik Choralarining Strategiyasi

Samaliy texnik xavfsizlik har 24 oyda issiq nuqtalarni aniqlash maqsadida infratizmasi termografiya tekshiruvlarini o'tkazish, yiliga bir marta bushinglar uchun erigan gaz tahlili va tozalash jadvalini optimallashtirish uchun ifloslanish darajasini xaritalashni birlashtiradi. Bashorat asosidagi usullardan foydalangan elektr tarmoqlari an'anaviy vaqt asosidagi texnik xavfsizlik bilan solishtirganda 40% kamroq uzilishlar va 22% uzunroq xizmat muddatini hisobot qilishmoqda (NERC Ma'lumotlari 2023).

Savollar boʻlimi

Porcelain izolyatorlarning asosiy afzalligi nima?

Porcelain izolyatorlar, zaxira sirti mutlaqo silliq bo'lgani uchun iflos muhitda ham ishonchli ishlaydi, garchi zamonaviy alternativlarga qaraganda og'irligi ko'proq bo'lsa ham.

Shaffof o'ta mustahkamlangan shishali izolyatorlar nima uchun xavfsiz hisoblanadi?

Shaffof o'ta mustahkamlangan shishali izolyatorlar shikastlanganda butunlay sindirilish uchun mo'ljallangan bo'lib, xavfli elektr yoylanish ehtimolini ancha kamaytiradi.

Kompozit izolyatorlarni zilzila ehtimoli bor hududlarga mos qiladigan narsa nima?

Kompozit izolyatorlar katta taranglikni saqlab turadi va harakatga imkon beradi, shu tufayli mexanik yuklama zilzilalar tufayli o'zgarib turadigan hududlarda samarali ishlaydi.

Ifloslanish va UV ta'siri turli xil izolyatorlarning chidamliligini qanday ta'sir qiladi?

Ifloslanish va UV ta'siri izolyatorlarning turlicha darajada buzilishiga olib kelishi mumkin, kompozitlar esa atrof-muhit omillariga nisbatan ko'proq chidamlilik ko'rsatadi.