Izolační sady patří mezi nejběžnější komponenty přenosových sítí a jejich kvalita a výkon hrají zásadní roli při zajištění spolehlivé dodávky elektřiny. Klíčovou součástí je jejich chování při vystavení elektrickému oblouku. Špatná konstrukce s ohledem na chování napájecího oblouku může výrazně snížit životnost sady izolátorů a zvýšit pravděpodobnost přerušení dodávky.
Existuje široká škála možností izolačních materiálů a prostředí, ve kterých se sady izolátorů používají. Návrhy izolátorů se proto značně liší a může být dokonce nutné je upravit pro konkrétní aplikace. I ty nejmenší rozdíly v designu mohou ovlivnit chování elektrického oblouku struny. Fyzikální testování je nejspolehlivějším způsobem, jak vyhodnotit chování napájecího oblouku řetězce, a proto energetické společnosti stále více vyžadují, aby sady izolátorů prošly testováním elektrického oblouku, než se zaváží k jejich instalaci do svých sítí.
Laboratoře KEMA, Praha provedly za posledních několik let přes 160 sad izolátorů různých typů pro zkoušky elektrického oblouku. Tyto testy byly provedeny podle IEC 61467:2008. Kromě odhalení nejběžnějších poruchových režimů pro různé typy sad izolátorů tento přehled, který přispěl Robert Jech, zdůrazňuje potenciální problém s tím, jak je v současné době definována IEC 61467:2008. Toto je problém, který by mohl ovlivnit hodnotu užitných vlastností odvozenou z dnešních testů. Získané poznatky poskytnou výrobcům sad izolátorů užitečné informace o tom, jak nejlépe navrhnout struny, aby se zvýšila šance na první-úspěch při testování, a tím se snížil čas a peníze vynaložené na přepracování. Může také podnítit diskusi o specifikaci normy, aby bylo zajištěno, že bude splňovat potřeby výrobců i dodavatelů.
Testování sestav izolátorů elektrickým obloukem ve společnosti KEMA se provádí podle normy IEC 61467:2008. Tato norma se vztahuje na izolátory nebo sady složené z keramiky, skla nebo kompozitních materiálů, které budou namontovány na kovové sloupy nebo věže a použity ve venkovních střídavých vedeních se jmenovitým napětím nad 1000 V.
Norma definuje metody, parametry, obvody atd. pro zkoušky výkonovým obloukem jak na sadách izolátorů, tak na krátkých řetězcích. V rámci normy jsou povolena různá zkušební uspořádání a výběr závisí na konečné aplikaci izolátorových sad podle požadavků zákazníka. Testovací obvod a série by měly být vybrány na základě faktorů, jako je geometrie a typ izolátoru, jeho poloha na lince a typ stožáru.
Testovací ujednání
Zamýšlená poloha sady na lince určuje, zda by měla být testována se symetrickým nebo nesymetrickým napájecím obvodem a v závislosti na parametrech linky se zkratovým-proudem, který se má během testování použít. Pokud bude sada izolátorů umístěna v prvních nebo posledních 5 % vedení, měla by být testována s nesymetrickým napájecím obvodem, zatímco sady umístěné mezi body 5 % a 95 % vedení vyžadují pro testování symetrický napájecí obvod. Podobně sady pro „střední“ část (tj. od 24 % do 76 % délky vedení) vyžadují pouze 20 % jmenovitého zkratového{11}}proudu sítě. Sady pro použití v místech mezi 5 % a 24 % bodů – nebo 76 % a 95 % bodů – vyžadují 50 % a sady v prvních nebo posledních 5 % vyžadují plný zkratový-proud sítě.
Mezitím typ věže řídí výběr vyváženého nebo nevyváženého zpětného okruhu během testování. Sady pro použití v okně střední fáze věže vyžadují testování s vyváženým zpětným obvodem (označovaném jako testovací série X). Pro vnější pozice na věži nebo tam, kde není okno střední fáze, se používá nevyvážený zpětný obvod (označovaný jako testovací série Y). Počet provedených testů dále závisí na tom, zda zákazník zamýšlí použít stejný typ soupravy na celé lince (v takovém případě se provádí kompletní série zkoušek X nebo Y) nebo jen na části linky. Obr. 1 ukazuje atypické testovací uspořádání pro V-strunovou sadu s kompozitním izolátorem. Toto testovací uspořádání obsahuje vyvážené napájecí a zpětné obvody. Uspořádání na obrázku simuluje nastavenou polohu izolátoru mezi 5% a 95% body vedení v okně střední fáze věže.
V závislosti na typu sady izolátorů může norma IEC 61467:2008 také vyžadovat, aby se kromě testu elektrického oblouku podrobil i ověřovacím testům, přičemž hlavní je test mechanického selhání (MFLT). To se provádí na izolátorových jednotkách, aby bylo zajištěno, že mohou odolat mechanickým silám po použití elektrického oblouku. Sady izolátorů mohou být také požádány, aby podstoupily test suchého přeskoku frekvenčního přeskoku (DPFF), aby se zajistilo, že izolátor neutrpí propíchnutí při napětí pod napětím přeskoku. Na armaturách a vodičích v rámci sady izolátorů mohou být provedeny dodatečné elektrické testy k ověření odolnosti.
Statistický přehled testů
Analýza výsledků testů provedených na 162 izolátorových sadách během pěti-letého období je uvedena níže:
Typy izolátorových sad a komponentů
Sady izolátorů se dodávají v řadě různých konstrukčních typů a izolačních materiálů v závislosti na zamýšlené aplikaci. Sady izolátorů testované během pěti-letého období zahrnujícího:
• 92 závěsných sad
• 49 napínacích sad
• 17 "V" strun
• 4 příčné-izolátory ramen
Z hlediska použitého izolačního materiálu a konstrukce izolátoru testované sady izolátorů zahrnovaly:
• 81 kompozit
• 34 sklenic, víčko a špendlík
• 12 sklenic, čepice a špendlík (krátký provázek)
• 27 porcelán, dlouhá tyč
• 8 porcelánových, čepice a špendlík
Kritické komponenty
Výše uvedená čísla udávají kvalitu izolátorových sad, které jsou dnes k dispozici, a trvalou potřebu testování před instalací. Možná je však názornější pohled na hlavní způsoby selhání izolátorů. Tento náhled zdůrazňuje oblasti, kterým by výrobci měli věnovat zvláštní pozornost při navrhování nových sad izolátorů.
Dlouhé-sady izolátorů tyčí
U sad dlouhých-tyček byly zjištěny tři konkrétní potenciální problémy. Kovové části izolační jednotky mohou být náchylné k roztavení, pokud nejsou dobře navrženy. Kromě toho může špatný design vést k rozbití přístřešků v blízkosti těchto kovových částí. A konečně, oblouk může způsobit, že se kov vypaří z ochranného kování sady, což způsobí „louži“.
Sady kompozitních izolátorů
Silikonový kaučuk používaný v kompozitních izolátorech vykazuje vysokou odolnost při testování elektrickým obloukem. Nicméně kritickým bodem pro tyto sady je místo, kde se sklolaminátové jádro spojuje s kovovými koncovkami.
Sady izolátorů Cap & Pin (sklo nebo porcelán)
Krycí a kolíkové izolátory vykazují vysokou mechanickou odolnost po testech elektrického oblouku. Hlavními oblastmi zájmu u těchto sad je možnost rozbití prošlupů a v případě skleněných sad chlazení jednotek čepice a kolíku
Ochranné kování: Ochrana ložisek{0}}zatížení a kování ve směru oblouku
Testy elektrického oblouku kladou na tyto tvarovky mnohem větší mechanické a tepelné namáhání než testy na zkrat-. To je třeba vzít v úvahu při navrhování ochranných armatur všech druhů izolátorů.
Existuje také riziko natavení materiálu z těchto tvarovek na izolační jednotky. Rovněž je třeba dbát na to, aby se ochranné kování nepohybovalo během elektrického oblouku, což může vést k tomu, že kořen oblouku dosedne na nosné-kování.
Ochranné kování: Corona Rings, Grading Rings
Tyto tvarovky nejsou primárně určeny pro obloukové proudy, ale ovlivňují polohu oblouku a způsob jeho pohybu. Stejně jako u jiných ochranných armatur i zde rizikové faktory zahrnují roztavení materiálu na izolačních jednotkách a pohyb armatury, který způsobí, že se kořen oblouku posune pryč z jeho zamýšlené polohy. Kromě toho mohou změny kontur těchto armatur vést k nadměrnému korona výboji a rádiovému šumu.
Chování elektrického oblouku během testů
Provedení testů uvedených výše poskytuje příležitost podrobně prostudovat chování powerarcs během testování. Byla pozorována dvě odlišná základní chování. V prvním případě elektrický oblouk probíhá mezi ochrannými armaturami určenými k vymezení jeho dráhy (tj. houkačky, obloukové kroužky atd.). Toto je zamýšlené chování elektrického oblouku a znamená, že většina napětí z oblouku je vyvíjena na ochranné armatury a sady izolátorů s pouze omezeným dopadem na samotný materiál izolátoru. Zásadní je, že tento druh chování má malý dopad na věž a vodiče.
K druhému chování však může dojít tam, kde se oblouk šíří podél vodiče vedení nebo stožáru. V tomto případě je dopad na sadu izolátorů mnohem menší s mnohem menším napětím na ochranné armatury a jednotky izolátorů. Existuje však mnohem větší negativní dopad na věž nebo vodič, který přenáší oblouk.
V současné době IEC61467:2008 nespecifikuje chování oblouku během testování. Obvykle to také není specifikováno v zadávací dokumentaci pro projekty instalace sítě nebo modernizace. To by mohlo představovat skutečný problém pro energetické společnosti a výrobce izolátorových sad. Pokud konstrukce sady izolátorů vede k tomu, že se oblouk chová druhým ze dvou výše popsaných způsobů, je pravděpodobné, že sada izolátorů projde testem elektrického oblouku, protože oblouk není blízko izolátoru, a proto jej nemůže poškodit. Pokud je však taková souprava používána v terénu, vzniklé oblouky by se pohybovaly podél věžového nebo traťového vodiče a způsobily by poškození. Navíc poškození těchto komponent by bylo nákladnější na opravu a vedlo by k delším výpadkům.
Shrnutí
Statistická studie výsledků testů elektrického oblouku umožnila identifikovat kritické body různých typů sestav izolátorů. To nabízí cenný přehled pro výrobce při navrhování nových sad izolátorů.
Navíc zkušenosti získané z těchto testů poukázaly na potenciální problém s normou IEC 61467:2008, jak je dnes specifikována. Protože norma nespecifikuje chování oblouku během testování, mohlo by to umožnit, aby potenciálně nebezpečné sady izolátorů prošly testováním. To by mohlo dát utilitám falešný pocit bezpečí v sadách izolátorů, které kupují. Aby se zajistilo, že norma splňuje potřeby veřejných služeb, poskytovatelů izolačních materiálů a výrobců izolačních armatur, měla by se tato otázka řešit. K tomu by mělo být chování oblouku během testování specifikováno buď prostřednictvím aktualizace IEC61467:2008, nebo rutinně v zadávací dokumentaci od energetických společností. Druhý kurz by vyžadoval, aby si všechny utilitky tento problém lépe uvědomovaly.
https://www.inmr.com/power-arc-testování-sady izolátorů-/