Изоляторы воздушных линий и подстанций железных дорог
ФАЖТ РФ
Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра: ЭЖТ
Дисциплина: «Техника высоких напряжений»
Реферат
Тема: «Изоляторы воздушных линий и подстанций железных дорог»
Выполнил:
студент группы ЭНС-04-2
Иванов И. К.
Проверил:
д-р техн. наук, профессор
Закарюкин В. П.
Иркутск 2007 г.
Содержание
Введение 3
1. Линейные и станционные изоляторы 6
2. Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов 8
Заключение 11
Список литературы 12
Введение
Изоляторами называют электротехнические изделия, предназначенные для изолирования разнопотенциальных частей электроустановки, то есть для предотвращения протекания электрического тока между этими частями электроустановки, и для механического крепления токоведущих частей.
По расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, назначение которых прямо определяются их названиями. По конструктивному исполнению изоляторы делятся на тарельчатые (изоляционная часть в форме тарелки), стержневые (изоляционная часть в виде стержня или цилиндра) и штыревые (изолятор имеет металлический штырь, несущий основную механическую нагрузку). По месту установки различают линейные изоляторы, используемые для подвески проводов линий электропередачи и контактной сети, и станционные изоляторы, используемые на электростанциях, подстанциях (в том числе и тяговых) и постах секционирования. В последнем плане одни и те же типы изоляторов, например, подвесные тарельчатые, могут быть и линейными, и станционными.
Основными характеристиками изоляторов являются разрядные напряжения, геометрические параметры и механические характеристики, а также номинальное напряжение электроустановки, для которой предназначен изолятор.
К разрядным напряжениям изоляторов относят три напряжения перекрытия и одно пробивное напряжение:
сухоразрядное напряжение Uсхр – напряжение перекрытия чистого сухого изолятора при напряжении частотой 50 Гц (эффективное значение напряжения);
мокроразрядное напряжение Uмкр – напряжение перекрытия чистого изолятора, смоченного дождем, падающим под углом 45о к вертикали, при напряжении частотой 50 Гц (эффективное значение напряжения);
импульсное разрядное напряжение Uимп – пятидесятипроцентное напряжение перекрытия стандартными грозовыми импульсами (амплитуда импульса, при которой из десяти поданных на изолятор импульсов пять завершаются перекрытием, а оставшиеся пять не приводят к перекрытию);
пробивное напряжение Uпр – напряжение пробоя изоляционного тела изолятора на частоте 50 Гц; редко используемая характеристика, поскольку пробой вызывает необратимый дефект изолятора и напряжение перекрытия должно быть меньше пробивного напряжения.
У подвесных тарельчатых изоляторов мокроразрядное напряжение в 1,8..2 раза меньше сухоразрядного напряжения, у стержневых изоляторов различие не столь велико, порядка 15..20%. Импульсное разрядное напряжение практически не зависит от увлажнения и загрязнения изолятора и обычно примерно на 20% больше амплитуды сухоразрядного напряжения. Загрязнения на поверхности изолятора сильно снижают мокроразрядное напряжение изолятора.
К геометрическим параметрам относят следующие:
строительная высота Hc, то есть габарит, который изолятор занимает в конструкции после его установки; у некоторых изоляторов, например, у тарельчатых подвесных, строительная высота меньше реальной высоты изолятора;
наибольший диаметр D изолятора;
длина пути утечки по поверхности изолятора lу;
кратчайшее расстояние между электродами по воздуху lс (сухоразрядное расстояние), от которого зависит сухоразрядное напряжение;
мокроразрядное расстояние lм, определяемое в предположении, что часть поверхности изолятора стала проводящей из-за смачивания дождем, падающим под углом 45о к вертикали.
Длина пути утечки изолятора нормируется ГОСТ 9920-75 для различных категорий исполнения и в зависимости от степени загрязненности атмосферы (табл. 1). Эффективной длиной пути утечки называют длину пути, по которому развивается разряд по загрязненной поверхности изолятора. В табл. 2 приведена характеристика степени загрязненности атмосферы по «Правилам устройства и технической эксплуатации контактной сети».
Таблица 1
Нормированные эффективные длины пути утечки внешней изоляции электрооборудования
|
Категория исполнения изоляции |
Степень загрязненности атмосферы |
Удельная эффективная длина пути утечки, см/кВ, не менее, при номинальном напряжении U ном, кВ |
|
|
6-35 |
110-750 |
||
|
А |
1,2,3 |
1.9-2.2 |
1.4-1.9 |
|
Б |
3,4,5 |
2.2-3.0 |
1.8-2.6 |
|
В |
5,6 |
3.0-3.5 |
2.6-3.1 |
Таблица 2
Характеристика участков железных дорог по степени загрязненности атмосферы
|
Степень загрязненности атмосферы |
Характеристика железнодорожных участков |
|
III |
Участки железных дорог со скоростями движения до 120 км/ч при отсутствии характеристик, указанных для IV-VII СЗА |
|
IV |
Вблизи (до 500 м) мест добычи, постоянной погрузки и выгрузки угля; производства цинка, алюминия; ТЭС, работающих на сланцах и углях с зольностью свыше 30 %. С перевозками в открытом виде угля, сланца, песка, щебня организованными маршрутами. Со скоростями движения поездов 120-160 км/ч. Проходящие по местности с сильнозасоленными и дефлирующими почвами или вблизи (до 1 км) морей и соляных озер со среднезасоленной водой (10-20 г/л) или далее 1 км (до 5 км) с сильнозасоленной водой (20-40 г/л). |
|
V |
Вблизи (до 500 м) мест производства, постоянной погрузки и выгрузки цемента. Со скоростями движения поездов более 160 км/ч. Проходящие по местности с очень засоленными и дефлирующими почвами или вблизи (до 1 км) морей и соленых озер с сильнозасоленной водой (20-40 г/л). В тоннелях со смешанной ездой на тепловозах и электровозах. |
|
VI |
Вблизи (до 500 м) мест расположения предприятий нефтехимической промышленности, постоянной погрузки, выгрузки ее продукции. Места постоянной стоянки и остановки работающих тепловозов. В промышленных центрах с интенсивным выделением смога. |
|
VII |
Вблизи (до 500 м) мест расположения градирен, предприятий химической промышленности и по производству редких металлов, постоянной погрузки и выгрузки минеральных удобрений и продуктов химической промышленности. |
Основными механическими характеристиками изоляторов являются три следующие характеристики:
минимальная разрушающая сила на растяжение, имеющая преимущественное значение для подвесных изоляторов;
минимальная разрушающая сила на изгиб, имеющая преимущественное значение для опорных и проходных изоляторов;
минимальная разрушающая сила на сжатие, которая для большинства изоляторов имеет второстепенное значение.
Измеряют минимальную разрушающую силу в деканьютонах (даН), что почти совпадает с килограммом силы, или в килоньютонах (кН).
Изготавливают изоляторы из электротехнического фарфора, закаленного электротехнического стекла и полимерных материалов (кремнийорганическая резина, стеклопластик, фторопласт).
1. Линейные и станционные изоляторы
Изоляторы воздушных линий электропередачи чаще всего бывают тарельчатые, штыревые и стержневые. Эти изоляторы спроектированы так, чтобы в сухом состоянии пробивное напряжение превышало напряжение перекрытия примерно в 1.6 раза, что обеспечивает отсутствие пробоя при перенапряжениях. Одна из возможных конструкций тарельчатого изолятора показана на рис. 1. Для повышения надежности изоляции и повышения разрядных напряжений тарельчатые изоляторы соединяют в гирлянды. Узел крепления у тарельчатых изоляторов выполнен шарнирным, поэтому на изолятор действует только растягивающая сила.
Стержневые изоляторы изготавливают из высокопрочного фарфора и из полимерных материалов (рис. 2).
Механическая прочность фарфоровых стержневых изоляторов меньше, чем у тарельчатых, поскольку фарфор в стержневых изоляторах работает на растяжение, а иногда и на изгиб, а в тарельчатых – на сжатие внутри чугунной шапки изолятора.
Несущей конструкцией полимерного изолятора обычно является стеклопластиковый стержень, имеющий слабую дугостойкость. Этот стержень закрывают ребристым чехлом из кремнийорганической резины или фторопласта, которые обладают отталкивающими свойствами к влаге и загрязнениям.
Штыревые изоляторы крепятся на опоре с помощью металлического штыря или крюка (рис. 3). Из-за большого изгибающего усилия на такой изолятор применяют штыревые изоляторы на напряжения не выше 35 кВ.
На контактной сети электрифицированной железной дороги используется большое количество разновидностей изоляторов. По месту установки изолятора и по конструкции можно выделить шесть подгрупп изоляторов:
подвесные изоляторы, которых больше всего;
фиксаторные изоляторы, используемые для изоляции фиксаторных узлов;
консольные изоляторы, которые используют в изолированных консолях и которые могут быть тех же марок, что и фиксаторные;
секционирующие изоляторы – особый вид изоляторов, используемых в конструкциях секционных изоляторов (секционные изоляторы, собственно, изоляторами уже не являются, это сборные конструкции для секционирования контактной сети);
штыревые изоляторы, используемые для крепления проводов линий продольного электроснабжения, располагаемых на опорах контактной сети;
опорные изоляторы, используемые в мачтовых разъединителях.
В табл. 3 приведены характеристики нескольких распространенных видов изоляторов.
Таблица 3
Основные характеристики некоторых типов изоляторов
|
Тип |
Hc, мм |
D, мм |
lут, мм |
Uсхр, кВ |
Uмкр, кВ |
Разрушающая сила, кН |
||
|
растяж. |
сжатие |
изгиб |
||||||
|
Стержневые фарфоровые |
||||||||
|
VKL-60/7 |
544 |
120 |
- |
140 |
100 |
80 |
- |
2 |
|
ИКСУ-27.5 |
565 |
195 |
- |
140 |
110 |
60 |
- |
5.2 |
|
Штыревые фарфоровые |
||||||||
|
ШФ-10А |
105 |
140 |
215 |
60 |
34 |
- |
- |
14 |
|
ШФ-10Г |
140 |
146 |
265 |
100 |
42 |
- |
- |
12.5 |
|
Штыревые стеклянные |
||||||||
|
ШС-10А |
110 |
150 |
210 |
60 |
34 |
- |
- |
14 |
|
Полимерные ребристые из кремнийорганической резины |
||||||||
|
НСК-120/27.5 |
350 |
115 |
950 |
140 |
100 |
120 |
- |
- |
|
ФСК-70/0.9 |
540 |
150 |
950 |
140 |
100 |
70 |
- |
4 |
|
ОСК-70/0.9 |
440 |
150 |
950 |
140 |
100 |
70 |
200 |
5 |
|
Стеклопластиковый стержень, покрытый фторопластовой защитной трубкой |
||||||||
|
НСФт-120/1.2 |
1514 |
14 |
1200 |
- |
215 |
90 |
- |
- |
|
Тарельчатые фарфоровые |
||||||||
|
ПФ-70А |
146 |
255 |
303 |
70 |
40 |
70 |
- |
- |
|
ПФГ-60Б |
125 |
270 |
375 |
70 |
40 |
60 |
- |
- |
|
Тарельчатые стеклянные |
||||||||
|
ПС-70Д |
146 |
255 |
303 |
- |
40 |
70 |
- |
- |
В качестве станционных изоляторов используются опорные изоляторы, в основном стержневого типа, проходные изоляторы разных типов и подвесные изоляторы (гирлянды тарельчатых изоляторов).
2. Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов
Гирлянда изоляторов, составленная из подвесных тарельчатых изоляторов, является одной из наиболее часто встречающихся видов изоляции проводов воздушных линий и контактной сети. Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и на разные изоляторы приходятся разные доли напряжений, что снижает напряжение начала короны и напряжение перекрытия гирлянды. В наиболее неблагоприятной ситуации оказывается изолятор, ближайший к проводу.
Основной причиной
неодинаковых напряжений на изоляторах
можно считать наличие паразитных
емкостей металлических частей изоляторов
по отношению к земле (рис. 4). В гирлянде
можно различить три вида емкостей:
собственные емкости изоляторов C0,
емкости металлических частей по отношению
к земле C1 и емкости
по отношению к проводу C2.
Порядок величин емкостей примерно
таков: C0
50
пФ, C15
пФ, C20.5
пФ.
В первом приближении емкостью изоляторов по отношению к проводу можно пренебречь, и тогда схема замещения гирлянды сухих изоляторов выглядит как на рис. 4,б. При переменном напряжении по емкостным элементам протекает емкостный ток, и ток первого снизу изолятора разветвляется на ток емкостного элемента по отношению к земле и ток оставшейся части гирлянды. Через второй снизу изолятор течет емкостный ток меньшей величины, и падение напряжения максимально на нижнем, ближайшем к проводу изоляторе, который находится в наихудших условиях. При числе изоляторов больше трех-четырех минимальное напряжение приходится, однако, не на самый верхний изолятор. Наличие емкостей C2 приводит к некоторому выравниванию неравномерности падений напряжения и минимальное напряжение оказывается на втором-третьем (или далее, в зависимости от числа изоляторов в гирлянде) изоляторе сверху. На рис. 5 показано распределение напряжения на гирлянде из 22 изоляторов линии 500 кВ; на один изолятор приходится от 9 до 29 кВ при среднем значении 13 кВ.
Рис. 5. Доля напряжения на изоляторах в гирлянде из 22 изоляторов
Для выравнивания напряжения по изоляторам гирлянды применяют экраны в виде тороидов, овалов, восьмерок, закрепляемых снизу гирлянды; на линиях с расщепленными фазами утапливают ближайшие изоляторы между проводами расщепленной фазы; расщепляют гирлянду около провода на две. Все эти меры выравнивают распределение напряжения из-за увеличения емкости C2.
Заключение
Среди изоляторов по расположению токоведущей части различают опорные, проходные и подвесные изоляторы, по конструктивному исполнению различают тарельчатые, стержневые и штыревые изоляторы, а по месту установки различают линейные и станционные изоляторы.
К основным характеристикам изоляторов относят номинальное напряжение, разрядные напряжения, геометрические параметры и механические характеристики.
На контактной сети используются подвесные изоляторы, фиксаторные изоляторы, консольные изоляторы, секционирующие изоляторы, штыревые изоляторы и опорные изоляторы.
Напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов, распределяется неравномерно, и наибольшее напряжение оказывается на изоляторе, ближайшем к проводу.
Список литературы
1. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для вузов. И.М.Богатенков, Г.М.Иманов, В.Е.Кизеветтер и др.; Под ред. Г.С.Кучинского. – СПб: изд. ПЭИПК, 1998. – 700 с.
2. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. – 360 с.
3. Техника высоких напряжений /Под ред.М.В.Костенко. М.: Высш. школа, 1973. – 528 с.
4. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 2002.