Изолятор в потоке времени

Рынок изоляторов для воздушных ЛЭП весьма консервативен. Продолжительность безаварийной службы для этих изделий почти всегда ставится превыше остальных характеристик. А именно долговечность – тот товар, качество которого может проверить только время (испытания на стенде дают лишь приблизительный результат). Поэтому нередко случается так, что популярностью у покупателей пользуются изоляторы, имеющие, на первый взгляд, худшие характеристики (больший вес, сложный монтаж и пр.), но зато хорошо зарекомендовавшие себя в течение нескольких десятилетий эксплуатации. Обладая этим знанием, мы не будем удивляться тому, что «архаичные» керамические и стеклянные изоляторы уже несколько десятилетий успешно противостоят полимерным, а «разлапистые» ЛЭП с подвесными изоляторами не заменяются повсеместно более компактными линиями с опорными изоляторами.

Три типа жесткости

Используя опорные изоляторы вместо подвесных, можно ощутимо уменьшить габариты воздушной ЛЭП при сохранении класса напряжения (или наоборот, в прежнем габарите создать более высоковольтную линию). Если при использовании подвесной схемы высота подвеса провода равна высоте опоры, минус длинна гирлянды изоляторов, то при применении опорных изоляторов, высота подвеса равна высоте опоры плюс высота изолятора. То есть при одной высоте опоры высота подвеса провода во втором случае будет ощутимо больше. Кроме того, использование опорных изоляторов подразумевает жесткое крепление провода относительно опоры, что снижает амплитуду раскачивания провода, позволяет уменьшить длину консолей и полосу отчуждения.

Опорные изоляторы бывают опорно-штыревые (рис. 1) и опорно-стержневые (рис 2). Так же разновидностью опорных изоляторов можно считать изолирующие траверсы. Наиболее распространены (особенно на линиях 0,4-6 кВ) сегодня штыревые изоляторы. В них изгибающую нагрузку воспринимает стальной штырь, проходящий почти по всей длине изолятора, а изолирующая конструкция работает на сжатие. Сегодня российские производители разрабатывают и готовят к выпуску штыревые изоляторы, которые можно использовать для линий до 30-35 кВ.

Рис. 1Фарфоровый опорно-штыревой изолятор SDI37

Вторая разновидность опорных изоляторов – стержневые изоляторы позволяют «отодвинуть» токоведущий провод на большее расстояние от металлических конструкций, поэтому они обычно имеют лучшие изолирующие характеристики, обеспечивают более высокую, нежели штыревые изоляторы надежность воздушной линии. Вот что говорит заместитель директор по маркетингу ЗАО «МЗВА» Владислав Мишин: «Принципиальное отличие стержневых изоляторов от штыревых - их «непробиваемость» при всех видах электрических воздействий, так как толщина твердой изоляции между проводом и заземленным фланцем соизмерима с длинами пути разряда по воздуху и по поверхности, и ее электрическая прочность несоизмеримо выше прочности воздушного промежутка».

В России стержневые изоляторы используются для линий до 110 кВ, а на Западе – до 230-345 кВ. Следует учесть, что с точки зрения механики стержневой изолятор устроен менее рационально, чем штыревой. В нем изгибающую нагрузку воспринимает фарфоровый или стеклопластиковый (в полимерных изоляторах) стержень с выступающими ребрами. Обеспечить его прочность в течение срока эксплуатации достаточно сложно.

Рис. 2Полимерный опорно-стержневой изолятор ОЛСК-10-А2

Изолирующие траверсы можно считать разновидностью опорно-стержневых изоляторов. Собственно, иногда изолятор просто исполняет роль траверсы (рис. 3). Как замечает заместитель директора НПК ОАО «Позитрон» по науке Александр Колычев, изолирующие траверсы предназначены для создания малогабаритных воздушных ЛЭП. Их использование позволяет перевести линию электропередачи с более низкого класса напряжения на более высокий, без замены опорных конструкций, что значительно сокращает объемы строительных работ, следовательно, экономит средства. Так же применение изолирующих траверс позволяет осуществлять перевод линий на более высокий класс напряжения в населенной местности, где увеличение полосы отчуждения представляет определенные трудности.

Рис. 3Траверсы типа ТВИ применяются преимущественно при строительстве ВЛЗ 6-10 кВ:

В России изолирующие траверсы применяются при строительстве линий на класс напряжения до 10 кВ. Линии такого типа на класс напряжения 35 кВ у нас фактически только выходят из статуса опытно-экспериментальных. За рубежом с использованием изолирующих траверс возводят воздушные линии на классы напряжения до 330 кВ. При этом на высоковольтных линиях применяются не показанные выше веерные траверсы, а более сложные (консольные) конструкции (рис. 4 и фото в заголовке статьи). По оценке Александра Колычева достаточно распространенным типом изолирующих траверс являются обычные консоли из опорно-стержневых изоляторов. В качестве верхней растянутой стороны траверсы используется длиностержневой полимерный изолятор. Нижняя сторона траверсы, работающая на сжатие, делается из ограничителя перенапряжения.

Рис. 4Изолирующие траверсы для ВЛЗ 10 -35 кВ с элементами грозозащиты

Ряд предприятий России уже освоил производство изолирующих траверс на ЛЭП класса напряжения до 220 кВ. В частности, такие изделия сегодня выводят на рынок ОАО «Позитрон» и ЗАО «Инста» (входит в ПО «ФОРЭНЕРГО»). Причем у обоих в разработке находятся изолирующие траверсы на класс напряжения до 330 кВ. Тем не менее, как замечает Владислав Мишин, для воздушных линий классов напряжения выше 10-35 кВ серьезной альтернативы стеклянным подвесным изоляторам пока в России нет. Причины подобной «отсталости» – невысокая потребность в компактных высоковольтных воздушных линиях (в местности с густой застройкой ЛЭП проще спустить под землю) и политика ОАО «ФСК ЕЭС».

Вот что говорит Член Комитета по строительству объектов энергетики и электросетевого хозяйства НОСТРОЙ Александр Щукин: «В соответствии с недавно утвержденной новой Технической политикой ОАО «ФСК ЕЭС» на воздушных линиях следует применять стеклянные тарельчатые изоляторы со сниженным уровнем радиопомех и только на линиях 220 кВ, круглогодично доступных для обслуживания, проходящих в районах с СЗА I-III (за исключением воздушных линий (ВЛ), проходящих в III и выше районах по ветру/гололеду) возможно применение определенных типов полимерных изоляторов».

Понятно, что ограничение на полимерные изоляторы распространяется на полимерные изолирующие траверсы. Впрочем, в нормативах Технической политики ФСК ЕЭС есть и прямой отсыл к рассматриваемым нами изделиям: «На воздушных линиях должны также применяться следующие технические решения, позволяющие оптимизировать конструкцию: …полимерные консольные изолирующие траверсы для ВЛ 220 кВ, проходящих в стесненных условиях, имеющих возможность подъезда автовышки к опорам для проведения технического обслуживания и ремонтов арматуры и изоляторов».

Стекло и полимеры

Недавно заместитель начальника Департамента воздушных линий ОАО «ФСК ЕЭС» Александр Жулев прямо заявил, что применение полимерных изоляторов не является серьезным прорывом в части повышения надежности линий электропередачи. Ненадлежащее качество полимерных изоляторов, выпущенных в 90-е годы, становилось причиной неприятных инцидентов на линиях – например, отключений при грозовых перенапряжениях или в рабочем режиме. Еще одна сложность – выявление бракованных полимерных изоляторов в процессе приемки в эксплуатацию. В то время как брак среди стеклянных или фарфоровых виден невооруженным взглядом. Существует и еще один непростой момент. При перекрытии полимерного изолятора он очень быстро восстанавливает свою электрическую прочность. В результате найти с земли поврежденный изолятор, практически невозможно.

В связи с этим руководство ФСК ЕЭС приняло решение о некотором ограничении применения полимерных изоляторов – сегодня они используются только на линиях напряжением 220 кВ. Цель подобного ограничения – накопление опыта в этой сфере. Кроме того, ФСК рассчитывает на скорое появление индикаторов или специальных устройств, позволяющих определять поврежденные (или перекрытые) полимерные изоляторы «с земли». Пока же на магистральных линиях ФСК ЕЭС, будут применяться главным образом стеклянные изоляторы.

Судя по всему, ограничения распространяются как на подвесные, так и на опорные изоляторы. Хотя как раз опорным изоляторам «скрытность» свойственна в наименьшей степени. Технический директор ЗАО «Лыткаринский арматурно-изоляторный завод» Вадим Старцев подчеркивает, что сложности с поиском пробитого (неисправного) изолятора свойственны именно подвесным конструкциям. Опорные изоляторы этого недостатка лишены.

ЛЭП подрастут?

ОАО «ФСК ЕЭС» не только осторожно относится к полимерным изоляторам, но и пока вовсе не собирается рассматривать снижение габаритов ЛЭП, как общий тренд развития энергосистемы. Как замечает Александр Жулев, для ФСК проблема уменьшения габаритов ЛЭП неактуальна. Это связано, прежде всего, с тем, что в эксплуатации компании находятся магистральные линии электропередачи напряжением 220-500 кВ. Их минимальные габариты жестко регламентированы международными стандартами и соответствующими разделами ПУЭ 7-го издания.

Рис. 5 Опоры высотой 65 м для ЛЭП 132 кВ (Австралия)

Кроме того, большинство магистральных линий проходят по территориям лесных массивов. Падение на них деревьев создает риск возникновения коротких замыканий, обрыва проводов и тросов, падения опор, а значит, ставит под вопрос обеспечение надежного электроснабжения потребителей. В связи с этим сегодня в ФСК серьезно рассматривается вопрос об увеличении габаритов ЛЭП, создании линий, которые бы могли нести провода над лесным массивом. Данное решение позволит предотвратить вырубку просек, а кроме того, серьезно сократить эксплуатационные расходы на обслуживание ЛЭП.

Кстати, сверхвысокие опоры (хотя часто их называют просто высокими опорами) становятся все более популярными. Их применяют энергетики многих стран и именно при сооружении воздушных ЛЭП в лесных районах (рис. 5).

Комментарии экспертов Energyland.info

Александр Щукин, член комитета по строительству объектов энергетики и электросетевого хозяйства НОСТРОЙ, член правления СРО НП «Объединение энергостроителей»:

- Сегодня нельзя говорить о повсеместном переходе электрических сетей, особенно высокого класса напряжения, на полимерные изоляторы. Количество и тип изоляторов в гирляндах разного назначения на ВЛ должны выбираться в соответствии с действующими нормами, а также с учетом местных условий, в т.ч. наличия обновленных карт загрязнения изоляции. При этом использование полимерных изоляторов связано с определенными ограничениями. Например, в соответствии с недавно утвержденной новой Технической политикой ОАО «ФСК ЕЭС» на ВЛ следует применять стеклянные тарельчатые изоляторы со сниженным уровнем радиопомех и только на ВЛ 220 кВ, круглогодично доступных для обслуживания, проходящих в районах с СЗА I-III (за исключением ВЛ, проходящих в III и выше районах по ветру/гололеду) возможно применение определенных типов полимерных изоляторов - полимерные изоляторы цельнолитые с кремнийорганическим защитным покрытием и наличием индикатора пробоя.

Александр Колычев, заместитель директора НПК ОАО «ПОЗИТРОН» по науке:

- Применение изолирующих траверс вместо металлических позволяет: уменьшить размеры (и металлоемкость) опор; сократить полосу отчуждения; снизить количества отключений из-за перекрытий загрязненной изоляции; повысить механическую прочность изолирующих элементов. Особенно эффективно это решение может быть реализовано сегодня в связи с внедрением в сетевое строительство РФ металлических многогранных опор. Кроме того, при сооружении компактных воздушных линий использование изолирующих траверс является наиболее рациональным решением, обеспечивающим наименьшее межфазовое расстояние на ВЛ.

Владислав Мишин, заместитель директор по маркетингу ЗАО «МЗВА»:

- Наибольший прогресс в создании компактных ЛЭП в России (подчеркиваю, именно в России) достигнут на линиях 0,4-10 кВ. Связано это больше не с изоляторами, а с типом проводов. Речь идет о самонесущих изолированных проводах (СИП). Эти провода на ВЛ 0,4 кВ монтируются вообще без применения изоляторов. Провода скручиваются в единый жгут (компактней некуда), который состоит обычно из трех фазных проводов и одного нулевого несущего. На линиях 10 кВ тоже все активнее применяются провода защищенные изоляцией. Они монтируются с использованием изоляторов, но межфазные расстояния могут быть снижены до 400 мм. (провода благодаря наличию изоляции, не боятся кратковременных схлестываний в пролетах). Применение таких проводов позволяет строить ВЛ 35 кВ в габаритах ВЛ 10 кВ. Сегодня в России есть все для этого: специальные провода, изоляторы, арматура, устройства грозозащиты. Есть даже проекты, выполненные в инициативном порядке. Нет одного – нормативов для этих линий и «политической воли» необходимой для разработки и утверждения этих нормативов.

Андрей ГУБАНОВ, Energyland.info

Ссылки по теме:

Вдоль ЛЭП на самолете

Грозозащита: отвести и погасить

Изолятор, давайте познакомимся