RU2178612C2

RU2178612C2 - Power transmission line

Info

Publication number: RU2178612C2
Application number: RU99117709A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Кадыков; А.Н. Кулыгин; А.С. Лисковец; В.М. Ударов; Г.В. Подпоркин; А.Д. Сиваев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Стример"
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2002-01-20

Abstract

FIELD: high-voltage engineering. SUBSTANCE: power transmission line has at least one wire, grounded supports, and support-mounted members insulating wire from ground (insulators). The latter are, essentially, bushing insulators made of flexible polymeric tube with wire passed through them. Bushing insulators for naked-wire lines are provided with external shielding layer applied to flexible polymeric tube and with metal sleeve for contacting the wire, semiconductor material layer being placed between metal sleeve and flexible polymeric tube. EFFECT: enhanced reliability of insulator attachment to support and wire, to insulator. 6 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно к линиям электропередач. The present invention relates to the field of high-voltage technology, and more particularly to power lines.

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. Known high-voltage power lines (transmission lines), as a rule, include an uninsulated power wire fixed to poles by means of insulation elements (insulators), as well as lightning protection devices, i.e., devices to limit overvoltages that occur in a line when lightning gets into it . A line may contain several wires, for example, if the line is multi-phase. Supports are usually grounded, but there are also power lines with ungrounded supports.

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. The most common power lines include porcelain or glass insulators mounted on pins or hooks, which in turn are mounted on line supports.

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). Typically, pin insulators are a massive body made of porcelain or glass with a developed side or bottom surface to increase the current leakage path (see Electrical insulators. N. S. Kostyukov, N. V. Sinaev, V. A. Knyazev and other / Under the editorship of N. S. Kostyukov - M.: Energoatomizdat, 1984, 296 p., ill., p. 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. For fastening the wires, the insulators have a head with grooves on the side surface or at the top. The wire to such insulators is attached with a wire harness. The insulator is mounted on a metal pin or hook, as a rule, with the help of plastic caps or tow.

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. Known lines have the disadvantage that the fastening of the wire to the insulator is not reliable enough, as a result of which the wire is often disconnected from the insulator, it sags and the line needs repair. In addition, the fastening of insulators on pins or hooks is also not sufficiently reliable. In the process of operation, numerous cases of breakdown of insulators from pins and hooks and, accordingly, disruption of the operation of power lines were noted.

Известны также линии электропередачи с гирляндами тарелочных стеклянных изоляторов (см. Техника высоких напряжений /Под ред. Разевига Д. В. - М. : Энергия, 1976, с. 82). Power lines with garlands of plate glass insulators are also known (see High Voltage Technique / Edited by D. Razevig - M.: Energy, 1976, p. 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. Known lines have the disadvantage that the use of insulator strings leads to a decrease in wire size relative to the ground. Therefore, the use of plate insulators leads to an increase in the height of the supports or to a reduction in the length of the span, which leads to a rise in the cost of the power line.

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). Power lines are also known in which porcelain insulators are equipped for more reliable fastening of the wire with a special deep groove on the upper contact surface, and a wire is laid in this groove (see Finnish advertising brochure of the company ENSTO-SEKKO Armature for distribution networks, 1997, p. 3, insulator type SDI 37).

Эта линия является наиболее близкой к заявляемой и принята в качестве прототипа. This line is the closest to the claimed and adopted as a prototype.

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. Unfortunately, this line also does not provide the necessary reliability of fastening the wire, because during an emergency mechanical lateral load, damage to the porcelain neck of the insulator can occur, since the entire load is applied to a relatively thin layer of the neck of the porcelain that accepts side loads. In addition, the specified insulator has a very high cost.

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. It should be noted that bushings are known in the art. They are designed to pass through a wall or ceiling that has a different electrical potential. These insulators provide reliable fixation of the wire, since the wire passes through the insulator, however, they are designed for special applications: in current and voltage transformers, as inputs in transformers and generators, etc. In accordance with the application conditions, which assume the practical absence of dynamic alternating loads, bushing insulators usually have a rigid structure. The outer surface of all bushing insulators has ribs whose dimensions and pitch depend on the purpose and voltage class of the insulators. In particular, the bushing insulator I8-80UHLZ (known from the Handbook of High-Voltage Electrical Installations / Ed. By I. A. Baumshtein, S. A. Bazhanov. - 3rd ed., Revised and additional - M.: Energoatomizdat , 1989, p. 251, table 5.70) is made of porcelain and is designed to work indoors for the current path to pass from one room to another, for example through a brick wall.

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. Due to the fact that bushing insulators are made of porcelain and have ribs, they have great rigidity and fragility and are not suitable for use as linear insulators, because the line wire creates large bending and vibrational loads on the insulator.

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. The objective of the present invention is to ensure the operability of power lines, which are subject to increased requirements in relation to wind and other loads on the wire, by increasing the reliability of fastening the wire and insulator to the power transmission tower.

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. The objective of the invention is solved in that in a power line comprising at least one wire, at least one grounded support and at least one insulation element of said wire from the grounded support fixed to the support, according to the invention, said insulation element is made in the form of a bushing, made of a flexible polymer tube, and the specified wire passes through this insulator. Due to its flexibility, the bushing can withstand repeated bending and vibration loads from the power line wire. At the same time, the wire passing through the insulator is fixed in it as reliably as possible, which ensures reliable operation of the line during the entire period of operation.

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. In a preferred embodiment, the bushing is mounted on a support substantially in the middle of its length. The line may be provided with at least one mounting unit for attaching its insulator to the support of the power transmission line. To protect against adverse external influences, the bushing can be equipped with an outer protective layer deposited on a flexible polymer tube. In the case of a line with a non-insulated wire, the bushing can be equipped with a metal sleeve on its inner surface for contacting the power transmission line, and a layer of semiconducting material can be placed between the metal sleeve and the flexible polymer tube.

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.In the inventive line, the bushing can simultaneously perform the function of a device for protection against lightning overvoltages, i.e., a spark gap. In this case, the specified bushing must have a breakdown voltage higher than the discharge voltage on its surface, and the length of the overlap path on the surface of the bushing is determined by the following ratio:
0.03U ^0.75 <l <0.5U ^0.75 ,
where l is the length of the overlap along the surface of the bushing, m;
U is the nominal line voltage, kV.

Приведенное соотношение является известным, например, из патента Российской Федерации на изобретение N 2096882 от 20.11.97, и обеспечивает надежное функционирование изолятора как разрядника. The above ratio is known, for example, from the patent of the Russian Federation for the invention N 2096882 from 11/20/97, and ensures reliable operation of the insulator as a spark gap.

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.The invention is illustrated by drawings, which depict:
FIG. 1 is a diagram of a power line with a bushing installed on a power line wire;
FIG. 2 - attachment point of the bushing on the transmission line support;
FIG. 3 - sectional bushing;
FIG. 4 is a diagram of a power line with a bushing with a spiral rib.

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. In FIG. 1 shows a power line that contains a support 1, a wire 2 of a power transmission line fixed to this support 1, and an insulator 3 of the specified wire 2 of a power transmission line from the specified support 1. On the wire 2, a bushing insulator 3 is installed at its attachment point to the support 1. On the outer surface the specified insulator 3 mounted mount 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. In FIG. 1 also shows a lightning floor channel 5, which develops when a lightning overvoltage occurs along the insulator 3 from the mount 4 to wire 2. Due to the long path of the lightning floor, the lightning floor does not transfer to the power arc of industrial frequency, and after the lightning pulse passes, the line continues uninterrupted work without shutting down. Thus, the insulator 3 simultaneously plays the role of a lightning arrester.

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. The attachment unit 4 is shown in FIG. 2. It consists of a boat 6, an overlay 7, and a bracket 8 with nuts 9. A boat 6 is welded to the cross-beam of the support 1. A bushing 3 with a wire inserted into it 2 is placed in it. A cover 7 is installed on top of the insulator, which, using the bracket 8 and nuts 9 are attached to the traverse 2. As elements of the mounting unit 6, 7, 8, 9, standard steel linear reinforcement is used, which has very high strength characteristics.

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. Thus, a much stronger and more reliable fastening of the insulator to the transmission line support is provided than in the case of the use of pin insulators, and due to the design features of the bushing, the wire is attached more securely to the insulator.

На фиг. 3 показано поперечное сечение изолятора 3, выполненного для линии с неизолированными проводами. In FIG. 3 shows a cross section of an insulator 3 made for a line with bare wires.

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. An insulator is put on the wire 2 with a small (1-2 mm) air gap 10, which ensures free movement of the insulator 3 through the wire during installation. The bushing is composed of a flexible metal hose 11, a semiconducting layer 12, a main insulating layer 13 and a protective layer 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. The metal hose 11 provides mechanical protection for the insulator when it is moved along an uninsulated wire during installation. In the case of insulated wires of power lines, i.e., wires covered with a layer of cross-linked polyethylene, metal hose 11 may be absent, since in this case there is no danger of damage to the insulator when it is moved along the wire during installation.

Полупроводящий слой 12, выполненный, например, из полупроводящего полиэтилена, обеспечивает выравнивание электрического поля и является необходимым только при наличии металлорукава. The semiconducting layer 12, made, for example, of semiconducting polyethylene, ensures the alignment of the electric field and is necessary only in the presence of a metal hose.

Основной изоляционный слой 13 (полимерная трубка) может быть выполнен, например, из сшитого полиэтилена высокого давления - дешевого экструдируемого материала, обладающего хорошими изоляционными характеристиками. The main insulating layer 13 (polymer tube) can be made, for example, of cross-linked high-pressure polyethylene, a cheap extrudable material with good insulating characteristics.

Наружный защитный слой 14 может быть выполнен, например, из полиолефина с наполнителем, стойкого к атмосферным воздействиям и частичным разрядам на поверхности изолятора. The outer protective layer 14 can be made, for example, of a polyolefin with a filler, resistant to weathering and partial discharges on the surface of the insulator.

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.For example, for a power line with a rated voltage of 10 kV with bare wire, insulators were made with the following parameters:
The inner diameter of the hose 11 - 10 mm
Semiconducting layer thickness 12 - 1.5 mm
The thickness of the insulating layer is 13 - 7 mm
The thickness of the protective layer is 14 - 2 mm
The length of the overlap path on the surface of the insulator - 1 m
The tests performed showed that with the specified parameters of the insulator, the necessary mechanical and electrical strength are provided for all types of impacts, i.e., during lightning and switching overvoltages, as well as when the operating voltage is in a dry and clean state, including pollution and humidification . The indicated path length of a thunderstorm overlap ensures that there is no transition of a pulse overlap to a power arc of industrial frequency.

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. In the embodiment shown in FIG. 4, the insulator has a spiral rib. Due to this, when exposed to lightning overvoltage, the discharge channel develops in a spiral around the insulator. Therefore, the required total length of the overlap path is achieved with a smaller total length of the insulator 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. Tests of prototype bushing insulators with spiral ribs by lightning surge pulses showed that due to the use of spiral ribs the total length of the insulator can be reduced by half or more.

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. The options and modifications of the power line provided in the present description of the invention are given only to explain their device and operating principles. Specialists in the art should understand that there may be deviations from the above examples, which are also covered by the claims.

Claims

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. 1. A power line comprising at least one wire, at least one grounded support, and at least one insulation element of said wire from the grounded support fixed to the support, characterized in that said insulation element is made in the form of a bushing made of flexible polymer tube, and the specified wire passes through this insulator.

2. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор закреплен на опоре, по существу, в середине своей длины. 2. The line according to claim 1, characterized in that the said bushing is mounted on a support, essentially in the middle of its length.

3. Линия по одному из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что указанный проходной изолятор снабжен наружным защитным слоем, нанесенным на гибкую полимерную трубку. 3. Line according to one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the bushing is provided with an outer protective layer deposited on a flexible polymer tube.

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. 4. Line according to one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the said bushing is provided on its inner surface with a metal sleeve for contacting the power transmission line, and a layer of semiconducting material is placed between the metal sleeve and the flexible polymer tube.

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. 5. Line according to one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the bushing is provided with an outer protective layer deposited on a flexible polymer tube, and a metal sleeve for contacting the power line, and a layer of semiconducting material is placed between the metal sleeve and the flexible polymer tube.

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.6. Line according to one of paragraphs. 1-5, characterized in that the bushing has a breakdown voltage higher than the discharge voltage on its surface, and the path length of the pulse spark over the surface of the bushing is determined by the following ratio:
0.03U ^0.75 <l <0.5U ^0.75 ,
where l is the path length of the pulse spark over the surface of the bushing, m;
U is the nominal line voltage, kV.

7. Линия по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что указанный изолятор снабжен по меньшей мере одним спиральным ребром. 7. Line according to one of paragraphs. 1-6, characterized in that the insulator is provided with at least one spiral rib.