Izolatory należą do najczęściej spotykanych elementów sieci przesyłowych, a ich jakość i wydajność odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu niezawodnych dostaw energii elektrycznej. Kluczową częścią tego jest ich zachowanie pod wpływem łuku elektrycznego. Zła konstrukcja uwzględniająca zachowanie łuku zasilającego może znacznie skrócić żywotność zestawu izolatorów i zwiększyć prawdopodobieństwo przerw w dostawie.
Istnieje szeroka gama opcji materiałów izolacyjnych i środowisk, w których używane są zestawy izolatorów. W związku z tym konstrukcje zestawów izolatorów różnią się znacznie i mogą nawet wymagać dostosowania do konkretnych zastosowań. Nawet najmniejsze różnice w konstrukcji mogą mieć wpływ na zachowanie łuku zasilającego struny. Testy fizyczne to najbardziej niezawodny sposób oceny zachowania się łuku zasilającego stringu, dlatego też przedsiębiorstwa użyteczności publicznej coraz częściej wymagają, aby zestawy izolatorów przechodziły testy łuku zasilającego przed przystąpieniem do instalowania ich w swoich sieciach.
W ciągu ostatnich kilku lat Laboratoria KEMA w Pradze przeprowadziły ponad 160 testów łuku energetycznego na zestawach izolatorów różnego typu. Testy te przeprowadzono zgodnie z normą IEC 61467:2008. Oprócz ujawnienia najczęstszych trybów awarii dla różnych typów zestawów izolatorów, przegląd ten, napisany przez Roberta Jech, zwraca uwagę na potencjalny problem związany z obecną definicją normy IEC 61467:2008. Jest to kwestia, która może mieć wpływ na wartość użytkową uzyskaną z dzisiejszych testów. Uzyskana w ten sposób wiedza dostarczy producentom zestawów izolatorów przydatnych informacji na temat tego, jak najlepiej projektować struny, aby zwiększyć szanse-na sukces w testowaniu za pierwszym razem, a tym samym skrócić czas i pieniądze wydawane na przeprojektowanie. Może także pobudzić dyskusję na temat specyfikacji normy, aby zapewnić, że w równym stopniu spełnia ona potrzeby producentów i przedsiębiorstw użyteczności publicznej.
Badania łukiem elektrycznym zestawów izolatorów w KEMA przeprowadzane są zgodnie z normą IEC 61467:2008. Norma ta dotyczy ciągów lub zestawów izolatorów składających się z materiałów ceramicznych, szklanych lub kompozytowych, które będą montowane na słupach metalowych lub wieżach i stosowane w liniach napowietrznych prądu przemiennego o napięciu nominalnym powyżej 1000 V.
Norma określa metody, parametry, obwody itp. do badań łuku energetycznego zarówno na zestawach izolatorów, jak i krótkich ciągach. W ramach normy dozwolone są różne układy testowe, a wybór zależy od ostatecznego zastosowania zestawów izolatorów, zgodnie z wymaganiami klienta. Obwód testowy i szereg należy dobrać w oparciu o takie czynniki, jak geometria i rodzaj izolatora, jego położenie na linii oraz typ wieży.
Ustalenia testowe
Zamierzone położenie zestawu na linii określa, czy powinien on być testowany ze zrównoważonym, czy niezrównoważonym obwodem zasilania i, w zależności od parametrów linii,-prądem zwarciowym, który ma być użyty podczas testowania. Jeśli zestaw izolatorów będzie umieszczony w pierwszych lub ostatnich 5% linii, należy go przetestować przy niezrównoważonym obwodzie zasilania, natomiast zestawy umieszczone pomiędzy punktami 5% a 95% linii wymagają do testowania zbalansowanego obwodu zasilania. Podobnie zestawy dla odcinka „środkowego” (tj. od 24% do 76% długości linii) wymagają jedynie 20% znamionowego-prądu zwarciowego sieci. Zestawy do użytku w lokalizacjach pomiędzy punktami 5% a 24% – lub 76% a 95% – wymagają 50%, a zestawy w pierwszych lub ostatnich 5% wymagają pełnego-prądu zwarciowego sieci.
Tymczasem typ wieży decyduje o wyborze zbalansowanego lub niezrównoważonego obwodu powrotnego podczas testowania. Zestawy do zastosowania w środkowym oknie fazowym wieży wymagają testów ze zbalansowanym obwodem powrotnym (określanym jako seria testów X). W przypadku zewnętrznych pozycji na wieży lub tam, gdzie nie ma okna fazy środkowej, stosuje się niezrównoważony obwód powrotny (określany jako seria testów Y). Ponadto liczba testów, które należy wykonać, zależy od tego, czy klient zamierza zastosować ten sam typ zestawu na całej linii (w takim przypadku wykonywana jest pełna seria testowa X lub Y), czy tylko wzdłuż części linii. Rys.. 1 przedstawia nietypowy układ testowy dla zestawu-strun V z izolatorem kompozytowym. Ten układ testowy obejmuje zrównoważone obwody zasilania i powrotu. Przedstawiony układ symuluje położenie izolatora pomiędzy punktami 5% i 95% linii w środkowym oknie fazowym wieży.
W zależności od typu zestawu izolatorów norma IEC 61467:2008 może również wymagać poddania go testom weryfikacyjnym oprócz testu łuku mocy, z których głównym jest test mechanicznego obciążenia awaryjnego (MFLT). Wykonuje się to na jednostkach izolatorów, aby upewnić się, że wytrzymają one siły mechaniczne po przyłożeniu łuku zasilającego. Może być również wymagane poddanie zestawów izolatorów testowi przeskoku częstotliwości na sucho (DPFF), aby upewnić się, że izolator nie ulegnie przebiciu przy napięciach poniżej napięcia przeskoku. Można przeprowadzić dodatkowe testy elektryczne łączników i przewodów w zestawie izolatora, aby sprawdzić wytrzymałość.
Przegląd statystyczny testów
Poniżej przedstawiono analizę wyników testów przeprowadzonych na 162 zestawach izolatorów w okresie pięciu-lat:
Rodzaje zestawów i komponentów izolatorów
Zestawy izolatorów są dostępne w różnych typach konstrukcji i materiałach izolacyjnych, w zależności od zamierzonego zastosowania. Zestawy izolatorów testowane w ciągu pięciu-lat obejmowały:
• 92 zestawy zawieszenia
• 49 zestawów naciągowych
• 17 strun „V”.
• 4 izolatory-krzyżowe
Pod względem zastosowanego materiału izolacyjnego i konstrukcji izolatora przetestowane zestawy izolatorów obejmowały:
• Kompozyt 81
• 34 szkło, nasadka i szpilka
• 12 szklanek, zatyczka i szpilka (krótki sznurek)
• 27 porcelana, długi pręt
• 8 porcelany, nasadka i szpilka
Komponenty krytyczne
Powyższe liczby wskazują jakość dostępnych obecnie zestawów izolatorów i stałą potrzebę testowania przed instalacją. Jednak być może bardziej pouczający jest wgląd w główne tryby awarii zestawów izolatorów. Spostrzeżenie to wskazuje obszary, na które producenci powinni zwrócić szczególną uwagę podczas projektowania nowych zestawów izolatorów.
Zestawy izolatorów-z długimi prętami
W przypadku długich-zestawów wędek zidentyfikowano trzy szczególne potencjalne problemy. Metalowe części zespołu izolatora mogą być podatne na stopienie, jeśli nie są dobrze zaprojektowane. Co więcej, zły projekt może prowadzić do pęknięcia osłon w pobliżu metalowych części. Wreszcie łuk może spowodować odparowanie metalu z mocowania ochronnego zestawu, powodując „kałuże”.
Zestawy izolatorów kompozytowych
Kauczuk silikonowy stosowany w izolatorach kompozytowych wykazuje wysoką odporność na działanie łuku energetycznego. Jednakże krytycznym punktem w przypadku tych zestawów jest miejsce połączenia rdzenia z włókna szklanego z metalowymi końcówkami.
Zestawy izolatorów kołpakowych i kołkowych (szkło lub porcelana)
Izolatory kołpakowo-wtykowe wykazują wysoką odporność mechaniczną po testach łuku zasilającego. Głównymi obszarami zainteresowania tych zestawów jest możliwość pęknięcia kloszy oraz, w przypadku zestawów szklanych, ochłodzenie zespołów kołpakowo-szpilkowych
Łączniki zabezpieczające:-Ochrona łożysk i łączniki kierujące łukiem
Testy łuku elektrycznego powodują znacznie większe obciążenia mechaniczne i termiczne tych złączek niż testy-zwarciowe. Należy to uwzględnić przy projektowaniu okuć ochronnych wszelkiego rodzaju zestawów izolatorów.
Istnieje również ryzyko stopienia się materiału z tych złączek na izolatorach. Należy także zadbać o to, aby łączniki ochronne nie poruszały się podczas powstawania łuku, co może prowadzić do osadzenia grani łuku na łącznikach nośnych-.
Okucia ochronne: pierścienie koronowe, pierścienie oceniające
Złączki te nie są przeznaczone głównie do stosowania z prądami łukowymi, ale wpływają na położenie nasady łuku i sposób jego ruchu. Podobnie jak w przypadku innych łączników ochronnych, czynniki ryzyka obejmują stopienie materiału na jednostkach izolatora i ruch łączników powodujący odsunięcie się grani łuku od zamierzonego położenia. Ponadto zmiany konturów tych złączek mogą prowadzić do nadmiernych wyładowań koronowych i zakłóceń radiowych.
Zachowanie łuku mocy podczas testów
Przeprowadzenie testów opisanych powyżej daje możliwość dokładnego zbadania zachowania łuków zasilających podczas testów. Zaobserwowano dwa różne podstawowe zachowania. W pierwszym przypadku łuk elektroenergetyczny przebiega pomiędzy elementami ochronnymi wyznaczającymi jego drogę (tj. rogami łukowymi, pierścieniami łukowymi itp.). Jest to zamierzone zachowanie łuku energetycznego i oznacza, że większość naprężeń od łuku jest wywierana na elementy zabezpieczające i zestawy izolatorów, przy jedynie ograniczonym wpływie na sam materiał izolatora. Co najważniejsze, tego rodzaju zachowanie ma niewielki wpływ na wieżę i przewody.
Jednakże drugie zachowanie może wystąpić, gdy łuk przemieszcza się wzdłuż przewodu liniowego lub wieży. W tym przypadku wpływ na zestaw izolatorów jest znacznie mniejszy przy znacznie niższych naprężeniach na elementach ochronnych i jednostkach izolatorów. Jednakże, istnieje znacznie większy negatywny wpływ na wieżę lub przewodnik przenoszący łuk.
Obecnie norma IEC61467:2008 nie określa zachowania łuku podczas testów. Nie jest to również zazwyczaj określone w dokumentach przetargowych dotyczących projektów instalacji lub modernizacji sieci. Może to stanowić poważny problem dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej i producentów zestawów izolatorów. Jeżeli konstrukcja zestawu izolatorów powoduje, że łuk zachowuje się w drugi z dwóch sposobów opisanych powyżej, prawdopodobne jest, że zestaw izolatorów przejdzie test łuku mocy, ponieważ łuk nie znajduje się blisko izolatora i dlatego nie może go uszkodzić. Jeśli jednak taki zestaw będzie używany w terenie, łuki będą przemieszczać się wzdłuż wieży lub przewodu liniowego, powodując uszkodzenia. Co więcej, uszkodzenie tych komponentów byłoby droższe w naprawie i prowadziłoby do dłuższych przestojów.
Streszczenie
Statystyczne badanie wyników badań łuku energetycznego pozwoliło na identyfikację punktów krytycznych różnych typów zestawów izolatorów. Zapewnia to producentom cenne informacje podczas projektowania nowych zestawów izolatorów.
Ponadto doświadczenie zdobyte podczas tych testów ujawniło potencjalny problem związany z normą IEC 61467:2008 w jej dzisiejszej formie. Ponieważ norma nie określa zachowania łuku podczas testów, może to pozwolić na pomyślne przejście testów przez potencjalnie niebezpieczne zestawy izolatorów. Może to dać zakładom energetycznym fałszywe poczucie bezpieczeństwa w zakresie kupowanych zestawów izolatorów. Aby mieć pewność, że norma spełnia potrzeby przedsiębiorstw użyteczności publicznej, dostawców materiałów izolacyjnych i producentów armatury izolacyjnej, należy zająć się tą kwestią. W tym celu należy określić zachowanie łuku podczas testowania poprzez aktualizację normy IEC61467:2008 lub rutynowo w dokumentach przetargowych przedsiębiorstw użyteczności publicznej. To drugie rozwiązanie wymagałoby od wszystkich przedsiębiorstw użyteczności publicznej większej świadomości tego problemu.
https://www.inmr.com/power-łuk-testowanie-zestawów-izolatorów/