Как взаимодействат изолаторите на линейните стълбове с други компоненти на електропреносната мрежа?

Ако някога сте стояли под електропровод в слънчев ден и сте се чудили как цялата мрежа не дава късо съединение всеки път, когато лист докосне проводник, има вероятност да благодарите на изолаторите на стълбовете на линията. Доставям тези лоши момчета на компании за комунални услуги и изпълнители на електротехника повече от 12 години и нека ви кажа – те са много повече от пластмасови или керамични стълбове, държащи кабели. Начинът, по който взаимодействат с всеки друг компонент в мрежата, е това, което поддържа светлините включени и е много по-динамичен, отколкото повечето хора осъзнават.

Първо, нека разберем основите. Изолаторът на линейни стълбове е устройство, което се монтира директно към стълбове и държи електропроводи (проводници) на място, като същевременно спира електрическия ток да тече в стълба или земята. Без тях токът просто би изтекъл направо през металния хардуер на стълба или мокрото дърво към земята, губейки енергия и създавайки огромна опасност за безопасността. Но ето нещо: те не работят във вакуум. Всяка част от решетката - проводници, напречни рамена, хардуер, дори други изолатори - зависи от това как изолаторът на линията се свързва и комуникира с нея.

Нека започнем с най-очевидното партньорство: линейни изолатори и силови проводници. Проводниците са дебели, обикновено алуминиеви или медни проводници, които пренасят електричество на големи разстояния. Те са нанизани здраво между стълбовете, а изолаторите на стълбовете са тези, които физически ги държат. Но това не е просто обикновена работа със скоби. Повърхността на изолатора трябва да бъде идеална за дизайна на проводника. Например, ако работите с високоволтови линии (като 115kV или 230kV, които пресичат провинцията), изолаторът трябва да създаде достатъчно разстояние между проводника и стълба, за да предотврати прекъсване на дъгата, когато електричеството скача от проводника към стълба, тъй като празнината е твърде малка. Между другото тук идват композитните или полимерни изолатори за стълбове. Изпратил съм стотици такиваКомпозитен изолатор за линияточно поради тази причина. Тяхната напреднала наука за материалите ни позволява да направим изолатора по-дълъг и по-лек от старите керамични, така че комуналните услуги да могат да получат същата изолационна производителност, без да добавят допълнително тегло към стълбове, които никога не са били конструирани за него.

Чакай, но проводниците също се разширяват и свиват с температурата. Всички сме виждали електропроводи да провисват в горещите дни и да се стягат, когато е студено. Изолаторите на линейните стълбове също трябва да отчитат това движение. Ако изолаторът е твърде твърд, когато проводник се свие през зимата, той може да дръпне твърде силно скобата и да спука изолатора. Добрите-като нашитеЛинеен изолаторline-са проектирани с малко гъвкавост в монтажния хардуер, така че да могат да поемат това напрежение. Спомням си работа преди няколко години, когато изпълнител се опита да използва евтин керамичен изолатор на линия в Минесота; до януари проводникът беше стегнат толкова много, че счупи изолатора, което доведе до прекъсване на три малки града. Това е вид грешка, която предотвратяваме, като съгласуваме движението на изолатора с нуждите на проводника.

След това наредете изолаторите и напречните рамена. Напречните рамена са дървени или метални (алуминиеви или стоманени) части, които стърчат от електрическите стълбове, и те са това, към което се прикрепят изолаторите на линейните стълбове. Напречните рамена от старата школа са дървени, но много по-нови пръти използват стоманени напречни рамена, защото издържат по-дълго. Изолаторът трябва да се свързва по различен начин с всеки, нали? Дървото е поресто, така че монтажните скоби трябва да имат уплътнения, за да предпазят влагата от проникване и причиняване на корозия или утечка. Стоманените напречни рамена са проводими, така че изолаторът трябва да създаде пълна електрическа бариера между скобата и самия стълб. Ето защо полимерните изолатори за стълбове са толкова популярни за стоманени напречни рамена (Полимерен изолатор за стълбове)-техният синтетичен материал изобщо не провежда електричество и е устойчив на ръжда и гниене много по-добре от керамичните или дори дървените изолатори.

Трябва да спомена и хардуера тук - всички скоби, болтове и скоби, които държат всичко заедно. Изолаторите на линейните стълбове не само докосват напречни рамена и проводници; те взаимодействат с хардуера по начини, за които хората не винаги мислят. Например, скобата, която държи проводника към изолатора, трябва да е достатъчно стегната, за да не се плъзга жицата при силен вятър, но не толкова стегната, че да повреди изолацията на проводника (или повърхността на изолатора). Тестваме всеки един от нашите изолатори, за да се уверим, че налягането на скобата е в безопасен диапазон, защото повреден проводник може да причини късо съединение, а напуканият изолатор е риск за безопасността. Освен това целият хардуер трябва да бъде поцинкован или покрит, за да е устойчив на корозия, особено в крайбрежните райони, където соленият въздух прояжда метала супер бързо. Веднъж накарах компания за комунални услуги във Флорида да ни се обади, защото старите им изолатори се разпадаха - сол беше попаднала в дупките на скобите, корозираше стоманата и накара изолатора да се разхлаби. Това е класически случай на взаимодействието на изолатора с хардуера, което е толкова важно, колкото и самият изолатор.

Друго голямо взаимодействие е с други изолатори на същия полюс. Типичният електрически стълб има множество изолатори за различни фази на електропровода, плюс може би изолатори за окачване за по-дълги участъци или дори изолатори за улично осветление или трансформатори. Разстоянието между всички тези изолатори трябва да е правилно, за да се предотврати фазова дъга. Ако два линейни изолатора са твърде близо, електричеството от едната фаза може да прескочи към другата, причинявайки повреда, която прекъсва цялата линия. Ние работим в тясно сътрудничество с комуналните услуги, за да определим точния брой изолатори и правилното разстояние въз основа на напрежението на линията, така че да не се налага да гадаят. Миналата година помогнахме на малка общинска компания да промени дизайна на техните стълбове - те бяха натъпкали твърде много изолатори върху стари дървени стълбове и коригирахме разстоянието, използвайки нашите композитни изолатори за стълбове (които са по-тесни от керамичните), за да коригираме проблема с дъговата дъга, без да се нуждаем от нови стълбове. Това им спести десетки хиляди долари.

Чакайте, какво ще кажете за екологичните компоненти? Да, изолаторите на линейните стълбове също взаимодействат с времето и това се отразява на начина, по който работят с останалата част от мрежата. Дъжд, сняг, лед, дори замърсяване - всичко това променя повърхността на изолатора, което от своя страна влияе върху протичането на електричеството. Например, ако изолатор се покрие със сол или промишлен прах, водата ще образува проводим слой на повърхността му. Това може да доведе до изтичане на ток от проводника, през изолатора, към полюса - нещо, наречено "повърхностно прекъсване". Съвременните изолатори за стълбове, особено полимерните, са третирани с хидрофобни покрития, които водят нагоре, вместо да образуват непрекъснат филм. Това намалява изтичането, така че цялата мрежа работи по-ефективно. И тъй като те взаимодействат с околната среда, това означава, че трябва да са съвместими със способността на мрежата да се справя с променливи условия. Ако изолаторът не може да се справи с натрупването на лед, допълнителното тегло може да издърпа проводниците надолу, което ще обърка разстоянието между фазите и ще причини прекъсвания. Имаме цяла лаборатория за тестване, в която замразяваме нашите изолатори и ги продухваме със солена вода, за да сме сигурни, че издържат, защото знаем колко важно е това взаимодействие.

Да не забравяме трансформаторите и другото оборудване на подстанциите. Изчакайте, изолаторите за линейни стълбове не са само за разпределителни линии в провинцията – те се използват и в подстанции, свързващи електропроводи към трансформатори, които повишават или намаляват напрежението. В този случай изолаторът на линията трябва да взаимодейства с шини (тежките медни или алуминиеви пръти вътре в подстанциите) вместо с надземни проводници. Напрежението тук е много по-високо - като 138 kV или 345 kV - така че изолаторът трябва да бъде още по-прецизен. Шините трябва да са идеално подредени с точките за монтаж на изолатора, в противен случай ще получите същия проблем с дъгата, който споменах по-рано. Доставях изолатори на подстанции на места като Тексас и Калифорния, където търсенето е голямо и надеждността не подлежи на обсъждане. Когато една подстанция излезе от строя, тя отнема стотици фирми и домове, така че ние се уверяваме, че всеки изолатор на линия, който изпращаме, е проектиран да работи с шините, прекъсвачите и трансформаторите около нея.

И има още едно взаимодействие, на което напоследък се обръща повече внимание: възобновяемата енергия. Много нови електропроводи са за вятърни паркове или слънчеви паркове, които често са в отдалечени райони с лошо време. Изолаторите на линейните стълбове тук трябва да работят с проводници, които носят променлива мощност - слънчевата и вятърната енергия не произвеждат постоянна мощност, така че текущият поток се променя повече, отколкото при традиционните инсталации за изкопаеми горива. Изолаторите трябва да се справят с това променливо натоварване, плюс допълнителното разстояние между стълбовете (тъй като вятърните паркове са разпръснати). Композитните изолатори за стълбове са перфектни тук, защото са по-леки, така че можете да раздалечите стълбовете по-далеч един от друг, без да се притеснявате за структурната цялост. Току-що завърших голяма поръчка за вятърна ферма в Айова, където изолаторите на линейните стълбове трябваше да отговарят на строги спецификации за студено време и да издържат на прах от близките ферми. Тази работа изискваше координиране със строителните инженери, електрическите изпълнители и дори операторите на вятърни паркове, за да се гарантира, че всеки изолатор работи с всеки друг компонент в тяхната персонализирана настройка.

Така че защо всичко това има значение? В крайна сметка мрежата е екипно усилие – нито една част не работи сама. Линейните изолатори са невъзпятите герои, които държат цялата система заедно, както физически, така и електрически. Но тяхната работа зависи изцяло от това колко добре се свързват с всяка друга част: проводници, напречни рамена, хардуер, други изолатори, околната среда и дори нарастващото търсене на възобновяема енергия. Като човек, който е в играта с изолатори от години, видях от първа ръка кога взаимодействието е прекъсване, повреда, опасности за безопасността. И видях кога работи както трябва: мрежа, която работи гладко, поддържа светлините включени и не създава проблеми на никого.

Ако сте компания за комунални услуги, електрически изпълнител или някой, който работи по проекти за електрическа мрежа и имате нужда от изолатори за линейни стълбове, които са проектирани да работят добре с всеки друг компонент във вашата настройка, протегнете ръка. Имаме всички видове: линейни стълбове, композитни, полимерни, каквото отговаря на вашите нужди. Никоя задача не е твърде голяма или твърде малка и ние ще работим с вас, за да сме сигурни, че всеки изолатор работи безпроблемно с останалата част от вашата мрежа.

Референции

1. Институт за изследване на електроенергията (EPRI). (2020 г.). Ефективност на линейния изолатор при променливи условия на околната среда. Пало Алто, Калифорния: EPRI.
2. Международна електротехническа комисия (IEC). (2018). IEC 61109: Композитни изолатори за въздушни линии – дефиниции, методи за изпитване и критерии за приемане. Женева, Швейцария: IEC.
3. Северноамериканска корпорация за електрическа надеждност (NERC). (2021). Най-добри практики за надеждност на разпределителната мрежа: Съвместимост на компонентите на изолатора. Принстън, Ню Джърси: NERC.
4. IEEE Power & Energy Society. (2019 г.). Проектиране на изолация на въздушна линия за интегриране на възобновяема енергия. Конференция и изложение за пренос и разпределение на PES. Атланта, Джорджия.