ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2002 года по МПК H02G7/00 H01B17/46 H01T4/00 

Предлагаемое изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно к линиям электропередач.

Известные высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП), как правило, включают в себя неизолированный силовой провод, закрепленный на опорах посредством элементов изоляции (изоляторов), а также устройства грозозащиты, т. е. устройства для ограничения перенапряжений, возникающих в линии при попадании в нее молнии. Линия может содержать несколько проводов, например, если линия выполнена многофазной. Опоры выполняются, как правило, заземленными, но встречаются также линии электропередачи с незаземленными опорами.

Наиболее распространенные линии электропередачи включают в себя в качестве изоляторов штыревые фарфоровые или стеклянные изоляторы, устанавливаемые на штырях или крюках, которые в свою очередь крепятся на опорах линии.

Как правило, штыревые изоляторы представляют собой массивное тело, изготовленное из фарфора или стекла с развитой боковой или нижней поверхностью для увеличения пути утечки тока (см. Электрические изоляторы. Н. С. Костюков, Н. В. Синаев, В. А. Князев и др. /Под ред. Н. С. Костюкова - М. : Энергоатомиздат, 1984, 296 с. , ил. , с. 129).

Для крепления проводов изоляторы имеют головку с канавками на боковой поверхности или вверху. Провод к таким изоляторам крепится проволочной обвязкой. Крепление изолятора на металлическом штыре или крюке осуществляется, как правило, с помощью полиэтиленовых колпачков или пакли.

Известные линии обладают тем недостатком, что крепление провода к изолятору осуществляется недостаточно надежно, в результате чего провод зачастую отсоединяется от изолятора, происходит его провисание и линия требует ремонта. Кроме того, крепление изоляторов на штырях или крюках осуществляется также недостаточно надежно. В процессе эксплуатации отмечены многочисленные случаи срыва изоляторов со штырей и крюков и, соответственно, нарушения работы линий электропередачи.

Известны также линии электропередачи с гирляндами тарелочных стеклянных изоляторов (см. Техника высоких напряжений /Под ред. Разевига Д. В. - М. : Энергия, 1976, с. 82).

Известные линии обладают тем недостатком, что применение гирлянд изоляторов приводит к снижению габарита провода относительно земли. Поэтому применение тарелочных изоляторов приводит к увеличению высоты опор или к сокращению длины пролета, что ведет к удорожанию линии электропередачи.

Известны также линии электропередачи, в которых фарфоровые изоляторы снабжены для более надежного крепления провода специальной глубокой канавкой на верхней контактной поверхности, и в эту канавку укладывается провод (см. финский рекламный проспект фирмы ENSTO-SEKKO Арматура для распредсетей, 1997, с. 3, изолятор типа SDI 37).

Эта линия является наиболее близкой к заявляемой и принята в качестве прототипа.

К сожалению, эта линия также не обеспечивает необходимой надежности крепления провода, т. к. при аварийной механической боковой нагрузке может происходить повреждение фарфоровой шейки изолятора, поскольку вся нагрузка приложена к относительно тонкому слою шейки фарфора, воспринимающему боковые нагрузки. Кроме того, указанный изолятор имеет весьма высокую стоимость.

Необходимо отметить, что в данной области техники известны проходные изоляторы. Они предназначены для прохода через стену или перекрытие, имеющее другой электрический потенциал. Эти изоляторы обеспечивают надежную фиксацию провода, поскольку провод проходит через изолятор, однако они разработаны для специальных случаев применения: в трансформаторах тока и напряжения, в качестве вводов в трансформаторах и генераторах и т. п. В соответствии с условиями применения, которые предполагают практическое отсутствие динамических знакопеременных нагрузок, проходные изоляторы обычно имеют жесткую конструкцию. Наружная поверхность всех проходных изоляторов имеет ребра, размеры и шаг которых зависят от назначения и класса напряжения изоляторов. В частности, проходной изолятор И8-80УХЛЗ (известный из Справочника по электрическим установкам высокого напряжения /Под ред. И. А. Баумштейна, С. А. Бажанова. - 3-е изд. , перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 251, табл. 5.70) выполнен из фарфора и предназначен для работы внутри помещения для прохождения токопроводом из одного помещения в другое, например через кирпичную стену.

Вследствие того, что проходные изоляторы выполняются из фарфора и имеют ребра, они обладают большой жесткостью и хрупкостью и не пригодны для применения в качестве линейных изоляторов, т. к. провод линии создает большие изгибающие и вибрационные нагрузки на изолятор.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение работоспособности линий электропередач, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ветровых и других нагрузок на провод, путем повышения надежности крепления провода и изолятора к опоре ЛЭП.

Задача изобретения решена тем, что в линии электропередачи, включающей по меньшей мере один провод, по меньшей мере одну заземленную опору и закрепленный на опоре по меньшей мере один элемент изоляции указанного провода от заземленной опоры, согласно изобретению указанный элемент изоляции выполнен в виде проходного изолятора, изготовленного из гибкой полимерной трубки, а указанный провод проходит через этот изолятор. Благодаря гибкости проходной изолятор выдерживает многократные изгибающие и вибрационные нагрузки от провода линии электропередачи. При этом провод, проходя через изолятор, закреплен в нем максимально надежно, что обеспечивает надежную работу линии в течение всего срока эксплуатации.

В предпочтительном варианте выполнения проходной изолятор закреплен на опоре по существу в середине своей длины. Линия может быть снабжена по меньшей мере одним крепежным узлом для прикрепления его изолятора к опоре ЛЭП. Для защиты от неблагоприятных внешних воздействий проходной изолятор может быть снабжен наружным защитным слоем, нанесенным на гибкую полимерную трубку. В случае линии с неизолированным проводом проходной изолятор может быть снабжен на своей внутренней поверхности металлорукавом для контактирования с проводом ЛЭП, а между металлорукавом и гибкой полимерной трубкой может быть размещен слой полупроводящего материала.

В заявляемой линии проходной изолятор может одновременно выполнять функцию устройства защиты от грозовых перенапряжений, т. е. разрядника. В этом случае указанный проходной изолятор должен иметь пробивное напряжение выше, чем разрядное напряжение по его поверхности, а длина пути перекрытия по поверхности проходного изолятора определяется следующим соотношением:
0,03U^0,75 < l < 0,5U^0,75,
где l - длина пути перекрытия по поверхности проходного изолятора, м;
U - номинальное напряжение линии, кВ.

Приведенное соотношение является известным, например, из патента Российской Федерации на изобретение N 2096882 от 20.11.97, и обеспечивает надежное функционирование изолятора как разрядника.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - схема линии электропередачи с проходным изолятором, установленным на проводе ЛЭП;
фиг. 2 - узел крепления проходного изолятора на опоре ЛЭП;
фиг. 3 - проходной изолятор в разрезе;
фиг. 4 - схема линии электропередачи с проходным изолятором со спиральным ребром.

На фиг. 1 показана линия электропередачи, которая содержит опору 1, провод 2 ЛЭП, закрепленный на этой опоре 1, и изолятор 3 указанного провода 2 ЛЭП от указанной опоры 1. На проводе 2 в месте его крепления к опоре 1 установлен проходной изолятор 3. На наружной поверхности указанного изолятора 3 установлен узел крепления 4.

На фиг. 1 показан также канал грозового перекрытия 5, который развивается при воздействии грозового перенапряжения вдоль изолятора 3 от узла крепления 4 до провода 2. Благодаря большой длине пути грозового перекрытия не происходит переход грозового перекрытия в силовую дугу промышленной частоты, и после прохождения грозового импульса линия продолжает бесперебойную работу без отключения. Таким образом изолятор 3 одновременно играет роль грозового разрядника.

Узел крепления 4 показан на фиг. 2. Он состоит из лодочки 6, накладки 7 и скобы 8 с гайками 9. Лодочка 6 приваривается к траверсе опоры 1. В нее укладывается проходной изолятор 3 со вставленным в него проводом 2. Поверх изолятора устанавливается накладка 7, которая при помощи скобы 8 и гаек 9 крепится к траверсе 2. В качестве элементов узла крепления 6, 7, 8, 9 используется стандартная стальная линейная арматура, обладающая весьма высокими прочностными характеристиками.

Таким образом, обеспечивается значительно более прочное и надежное крепление изолятора к опоре ЛЭП, чем в случае применения штырьевых изоляторов, а благодаря конструктивным особенностям проходного изолятора провод крепится более надежно к изолятору.

На фиг. 3 показано поперечное сечение изолятора 3, выполненного для линии с неизолированными проводами.

На провод 2 проходной изолятор надевается с небольшим (1-2 мм) воздушным зазором 10, что обеспечивает свободное перемещение изолятора 3 по проводу в процессе монтажа. Проходной изолятор состоит из гибкого металлорукава 11, полупроводящего слоя 12, основного изоляционного слоя 13 и защитного слоя 14.

Металлорукав 11 обеспечивает механическую защиту изолятора при его перемещении по неизолированному проводу в процессе монтажа. В случае изолированных проводов ЛЭП, т. е. проводов, покрытых слоем сшитого полиэтилена, металлорукав 11 может отсутствовать, поскольку в этом случае нет опасности повреждения изолятора при его перемещении по проводу при монтаже.

Полупроводящий слой 12, выполненный, например, из полупроводящего полиэтилена, обеспечивает выравнивание электрического поля и является необходимым только при наличии металлорукава.

Основной изоляционный слой 13 (полимерная трубка) может быть выполнен, например, из сшитого полиэтилена высокого давления - дешевого экструдируемого материала, обладающего хорошими изоляционными характеристиками.

Наружный защитный слой 14 может быть выполнен, например, из полиолефина с наполнителем, стойкого к атмосферным воздействиям и частичным разрядам на поверхности изолятора.

Например, для линии электропередачи с номинальным напряжением 10 кВ с неизолированным проводом были изготовлены изоляторы со следующими параметрами:
Внутренний диаметр металлорукава 11 - 10 мм
Толщина полупроводящего слоя 12 - 1,5 мм
Толщина изоляционного слоя 13 - 7 мм
Толщина защитного слоя 14 - 2 мм
Длина пути перекрытия по поверхности изолятора - 1 м
Выполненные испытания показали, что при указанных параметрах изолятора с запасом обеспечиваются необходимые механическая и электрическая прочность при всех видах воздействий, т. е. при грозовых и коммутационных перенапряжениях, а также при рабочем напряжении в сухом и чистом состоянии, в том числе при загрязнении и увлажнении. Указанная длина пути грозового перекрытия обеспечивает отсутствие перехода импульсного перекрытия в силовую дугу промышленной частоты.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, изолятор имеет спиральное ребро. Благодаря этому при воздействии грозового перенапряжения канал разряда развивается по спирали вокруг изолятора. Поэтому необходимая общая длина пути перекрытия достигается при меньшей общей длине изолятора D.

Испытания прототипов проходных изоляторов со спиральными ребрами импульсами грозовых перенапряжений показали, что за счет применения спиральных ребер общая длина изолятора может быть сокращена в два раза и более.

Приведенные в настоящем описании изобретения варианты и модификации выполнения линии электропередачи даны лишь для пояснения их устройства и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой изобретения.

Изобретение относится к области высоковольтной техники. Линия электропередачи, включающая по меньшей мере один привод, заземленные опоры и закрепленные на опорах элементы изоляции провода от заземленных опор (изоляторы). Изоляторы выполнены в виде проходных изоляторов, изготовленных из гибкой полимерной трубки, а провод проходит через изоляторы. Для линий с неизолированным проводом проходные изоляторы снабжены наружным защитным слоем, нанесенным на гибкую полимерную трубку, и металлорукавом для контактирования с проводом, а между металлорукавом и гибкой полимерной трубкой размещен слой полупроводящего материала. Применение гибких проходных изоляторов обеспечивает значительно более прочное и надежное крепление изолятора к опоре линии электропередачи, чем в случае применения штырьевых изоляторов, а благодаря конструктивным особенностям проходного изолятора провод крепится более надежно к изолятору. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Линия электропередачи, включающая по меньшей мере один провод, по меньшей мере одну заземленную опору и закрепленный на опоре по меньшей мере один элемент изоляции указанного провода от заземленной опоры, отличающаяся тем, что указанный элемент изоляции выполнен в виде проходного изолятора, изготовленного из гибкой полимерной трубки, а указанный провод проходит через этот изолятор. 2. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор закреплен на опоре, по существу, в середине своей длины. 3. Линия по одному из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор снабжен наружным защитным слоем, нанесенным на гибкую полимерную трубку. 4. Линия по одному из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор снабжен на своей внутренней поверхности металлорукавом для контактирования с проводом ЛЭП, а между металлорукавом и гибкой полимерной трубкой размещен слой полупроводящего материала. 5. Линия по одному из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор снабжен наружным защитным слоем, нанесенным на гибкую полимерную трубку, и металлорукавом для контактирования с проводом ЛЭП, а между металлорукавом и гибкой полимерной трубкой размещен слой полупроводящего материала. 6. Линия по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор имеет пробивное напряжение выше, чем разрядное напряжение по его поверхности, а длина пути импульсного искрового перекрытия по поверхности проходного изолятора определяется следующим соотношением:
0,03U^0,75<l<0,5U^0,75,
где l - длина пути импульсного искрового перекрытия по поверхности проходного изолятора, м;
U - номинальное напряжение линии, кВ. 7. Линия по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что указанный изолятор снабжен по меньшей мере одним спиральным ребром.