Зачем нужны изоляторы на лэп: Типы изоляторов по конструкции и назначению

Содержание

Типы изоляторов по конструкции и назначению

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Изоляторы линий электропередачи и открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций подвергаются воздействию атмосферных осадков, которые особенно опасны при сильном загрязнении окружающего воздуха. В таких изоляторах для увеличения напряжения перекрытия (электрического разряда по поверхности) наружная поверхность делается сложной формы, которая удлиняет путь перекрытия. На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, на линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии.

В открытых распределительных устройствах для крепления ошиновок или установки аппаратов, находящихся под напряжением, обычно используют опорные изоляторы штыревого типа, которые при очень высоких напряжениях (до 220 кВ) собирают в колонки, устанавливая один на другой. Для вывода высокого потенциала через заземленную поверхность (например, крышку бака трансформатора) служат проходные изоляторы.

Опорные изоляторы

Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями. Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна. Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора. Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение, например, ОФ-10-6 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 10 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 6 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35-110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами. Обозначение, например, ИОС-35-2000 расшифровывается как изолятор опорный, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы применены быть не могут. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6–10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ — двух или трехэлементной.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6–10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ.

Подвесные изоляторы

Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень.

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5–10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-160 Б, означает: подвесной стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора — это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75–80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа можно разделить на:

  • Изоляторы для районов с интенсивным загрязнением атмосферы. Грязестойкие изоляторы применяются в районах морских побережий, около горнодобывающих и промышленных предприятий и прочих районах интенсивного загрязнения атмосферы.
  • Изоляторы обычной конструкции. Подвесные изоляторы нормальной конструкции применяются повсеместно и имеют множество конструкций. Изоляторы обычного исполнения так же могут быть применены в районах интенсивного загрязнения при условии увеличения числа единиц в гирлянде.
  • Изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью. Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Изоляторы такого типа имеют меньшую, по сравнению с аналогичными изоляторами обычного исполнения, строительную высоту и больший диаметр изоляционной детали.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не имеют широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением на землю.

Проходные изоляторы

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных, устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ИП-35/1000-7,5 означает: изолятор проходной, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 1 кА с механической прочностью 7,5 кН.

Поделиться:

Непредсказуемость поведения изоляторов в процессе эксплуатации — миф или реальность?

В последние годы рынок изоляторов достаточно сильно изменился.

На нем появилось много новых производителей и новых моделей.

Потребителям предлагаются изделия с невиданными ранее качествами и характеристиками. Неудивительно, что представители сетевых компаний, заводов-изготовителей и проектных организаций на самых разных уровнях обсуждают вопросы использования полимерной, фарфоровой и стеклянной изоляции на электросетевых объектах. Без такого диалога сегодня просто нельзя — все участники процесса должны быть взаимосвязаны. Эксплуатирующими организациями ведется сбор информации, касающейся случаев их выхода из строя и повреждаемости. На основе собранных данных производится анализ, систематизация и классификация причин повреждений и дефектов при эксплуатации изоляторов. На этом общем фоне наибольший интерес обращен в сторону стеклянных и полимерных изоляторов, ввиду их относительно недавнего начала применения по отношению к фарфоровым. Можно ли, исходя из уже имеющегося накопленного опыта, говорить о непредсказуемости поведения данного оборудования в процессе эксплуатации? С этим вопросом мы обратились к представителям заводов-изготовителей и эксплуатационщикам.

— Наверное, в нашей жизни все непредсказуемо. В частности, если разговор вести о полимерной изоляции, главный вопрос — это сравнительно недолгий период эксплуатации самой изоляции и, в частности, в России. Широкое распространение полимерная изоляция в нашей стране получила не более десяти лет назад. Хотелось бы оговориться, — опытные партии изоляторов, изготовленные при участии специалистов, работающих на нашем предприятии, были введены в эксплуатацию и работают до сих пор на протяжении уже 25-тилет. В остальном, хотелось бы отметить, что непредсказуемость напрямую зависит от качества применяемых материалов и соблюдения режимов технологии изготовления всех узлов изолятора, —

считает генеральный директор ЗАО «Завод полимерных изоляторов» Иван Николаевич РЯБОВ. — В своей работе мне иногда приходится сталкиваться с отказами полимерных изоляторов. К счастью, нечасто. Случаи отказа бывают различные. Обычно, это либо неправильный монтаж изолятора, либо несоблюдение номинала изолятора к условиям эксплуатации в связи с неправильными расчетами данного участка линии. Одним из необычных случаев в моей практике я бы назвал использование подвесного изолятора на 35 кВ в качестве штырьевого на подходе к подстанции. От ветровой нагрузки его просто приварили к траверсе и меняли по мере излома на новый. Я не зря привел данный пример, поскольку основные причины аварий, на данный момент, вполне изучены и обоснованы. Поэтому главным критерием безотказности изолятора я бы назвал грамотный подход к технологии производства, эксплуатации, монтажа изоляторов и использование качественных и проверенных комплектующих и сырья.

Директор по развитию ЗАО «НПО «Изолятор» (г. Санкт-Петербург) Андрей Степанович ДЗЮБИН

строит свой комментарий на исследованиях, проведенных Холдингом МРСК:

— По нашему мнению, уже прошли те времена, когда поведение полимерных изоляторов в эксплуатации можно было назвать непредсказуемым. Опыт эксплуатации полимерных изоляторов хорошо изучен за 40 лет их применения, но, в основном — за рубежом. Результаты этого опыта представлены в специализированном журнале по изоляторам «INMR» и в публикациях CIGRE. Нам же наиболее интересен российский опыт эксплуатации полимерных изоляторов, который позволил бы нам сделать вывод о предсказуемости поведения полимерных изоляторов в эксплуатации.

Последний известный нам опрос потребителей полимерных изоляторов был проведен в ОАО «Холдинг «МРСК» в 2009 г. Анализ опыта эксплуатации полимерных изоляторов в распределительных сетях, охватывающий 22 года эксплуатации в 7 филиалах Холдинга, был представлен на конференции по полимерным изоляторам, проходившей в Петербургском Энергетическом институте повышения квалификации в 2010 году.

Рамки комментария не позволяют развернуто осветить результаты этого анализа, но основные выводы следующие — сегодня в МРСК эксплуатируются изоляторы трех различных конструкций:

  • с полиолефиновой защитной оболочкой;
  • с кремнийорганической защитной оболочкой шашлычного типа;
  • с кремнийорганической цельнолитой защитной оболочкой.

Анализ четко выявил надежность, как каждого типа изоляторов, так и надежность изоляторов каждого производителя в отдельности.

Самое большое количество отказов у ответивших на анкеты потребителей имеют полиолефиновые изоляторы (интенсивность отказов 8,4×10-4 1/год), эти изоляторы запрещены к применению в ОАО «ФСК». Кремнийорганические шашлычные изоляторы в среднем имеют интенсивность отказов 3,2×10-5 1/год с разницей по 10 различным производителям в 8 раз. Последнее поколение цельнолитых кремнийорганических изоляторов не имеет отказов на протяжении 11 лет эксплуатации ни у одного из шести производителей. На момент составления отчета интенсивность отказов цельнолитых кремнийорганических изоляторов составляла значение менее 9,0×10-6 1/год.

Также, анализ четко выявил то, что различным конструкциям изоляторов присущи различные виды отказов, обусловленных конкретными недостатками конструкции.

Конечно, надежность зависит не только от конструкции, но и от системы качества производителя, и это хорошо видно, когда сравниваешь надежность изоляторов одного типа, но различных производителей, у которых она может отличаться в десятки раз.

По поводу изоляторов нашего предприятия могу сказать, что за 13 лет было выпущено более 1,5 млн изоляторов. За это время нами не зафиксировано ни одного отказа. Так что, по нашему мнению, ни о какой непредсказуемости поведения изоляторов в эксплуатации речи быть не может, просто необходимо знать, что и у кого вы приобретаете. Правда, это простое правило касается не только изоляторов, но и любой другой продукции.

Генеральный директор НПО «ИнтерИнвестИзоля-тор» Сергей Александрович ПЕРШКО видит возможность применения термина «непредсказуемость» по отношению к некачественным материалам, из которых изготавливаются изоляторы:

— Наша компания имеет положительный опыт поставок полимерных изоляторов напряжением от 110 кВ до 500 кВ с механической нагрузкой от 70 до 210 кН. На сегодняшний день основная часть проблем в применении полимерных изоляторов — это использование заводами в производстве некачественных материалов и комплектующих в совокупности с использованием старого и изношенного оборудования. Поэтому в этих случаях можно применить термин «непредсказуемости» в поведении изготовленных таким образом изоляторов.

Однако, как считает директор по маркетингу ЗАО «ИНСТА» Андрей Валерьевич ДЕЕВ, не стоит все сводить только к материалам, из которых изготавливаются изоляторы:

— Хотел бы напомнить слова Главнокомандующего Военно-морским флотом СССР, адмирала флота Советского Союза Сергея Георгиевича Горшкова, который говорил, что «нет аварийности оправданной и неизбежной. Аварийность и условия ее возникновения создают люди своей безответственностью и безграмотностью».

Применяя изоляторы производителей, не очень утруждающих себя вопросами добросовестной сертификации продукции, всему комплексу приемочных, периодических и приемо-сдаточных испытаний, вопросам совершенствования конструкции для повышения ее надежности и, ставя главным приоритетом стоимость, — потребители всегда рискуют получить «непредсказуемый» изолятор.

А для того, чтобы ответственно выбрать производителя, надо подробно разобраться в заявленных характеристиках изоляторов, познакомиться с уровнем технологического оснащения предприятия, сделать сравнения и выводы. Это большая и ответственная работа. Кроме того, для того, чтобы ее проделать, надо самому разбираться в предмете этого исследования. А работать и учиться любят у нас далеко не все. И поэтому, к сожалению, изоляторы для некоторых потребителей бывают только «стеклянные, фарфоровые и полимерные» и, зачастую, о надежности изоляторов у нас почему-то судят именно с точки зрения материала, примененного для их изготовления. Поэтому, во многих отношениях, пока для части потребителей изоляторы будут делиться только на вышеупомянутые, а так же «дешевые и дорогие», утверждение Советского Главкома ВМФ будет актуально.

На фоне мнений производителей исключительно полимерных изоляторов комментарий Юрия Анатольевича СОЛОДКОВА, генерального директора ЗАО «Арматурно-изоляторный завод» (г. Лыткарино), на котором производятся как полимерные, так и стеклянные изоляторы, обнажает и ряд существующих проблем:

— Применение полимерных изоляторов, наряду с несомненными достижениями, характеризуется и значительным числом серьезных нерешенных проблем и дискуссионных вопросов. Поэтому изготовители изоляторов очень скупо информируют заинтересованных специалистов о своих достижениях и недостатках, сохраняя в секрете не только детали технологии конструкции изоляторов, но и опыт эксплуатации полимерных изоляторов. Наше предприятие уникально тем, что изготавливает и полимерные и стеклянные изоляторы. Мы можем быть объективны.

До сих пор спорным остается вопрос даже приемо-сдаточных испытаний на заводе-изготовителе. Подход к полимерным изоляторам на основе опыта стеклянных не оправдан. Так, применение при приемо-сдаточных испытаниях растягивающих нагрузок величиной 50% от разрушающей, может приводить к разрыву некоторых стеклянных нитей и, по сути, ослаблению стеклопластикового изолятора для последующей эксплуатации.

До сих пор нет четкого описания явления «хрупкий излом» в полимерных изоляторах. Вероятность появления «хрупкого излома» невозможно исключить при применении однонаправленных стеклопластиковых стержней с продольной ориентацией стеклянных волокон. Так как разрушение одного волокна, направленного вдоль приложенной механической нагрузки, ведет к увеличению напряжения остальных волокон этого направления и дает предпосылки для развития разрушения.

Современные статистические исследования поведения полимеров армированных тонкими однонаправленными волокнами, в том числе и стеклянными, доказывают невозможность гарантирования с необходимой вероятностью заданных свойств таких полимеров. При этом последние исследования показали неклассическое распределение вероятности разрушения. Большое количество проведенных экспериментов доказывает градиентное скачкообразное распределение вероятности повреждения высоко армированных однонаправленных полимеров. В то же время, экстраполирование этого распределения на уровень отказов изоляторов по механическим разрушениям приводит теоретически к значительно более большому коэффициенту, нежели при расчетах на основе классического плавного распределения. Исследования этого вопроса еще не закончено.

Однако полимерные изоляторы имеют неоспоримые преимущества перед фарфоровыми. Фарфоровые изоляторы также имеют свойство стареть с появлением микротрещин и микропробоев. Все изоляторы рано или поздно выходят из строя. Главное — возможность диагностики и планирования этих сроков.

Достаточно часто электроэнергетики сталкивались с ситуацией, когда после выхода из строя одного полимерного изолятора на воздушной линии электропередачи, невозможно определить изолятор необходимый для замены. Приходилось проверять все полимерные изоляторы на многокилометровой линии. Это сопровождалось огромными затратами, связанными с работой монтажных бригад на месте. Иногда, для того чтобы определить один вышедший из строя изолятор, необходимо было снимать и проводить испытания в лаборатории всех изоляторов. Решением, на наш взгляд, является применение индикаторов состояния высоковольтной изоляции: изолятор для замены теперь легко обнаружить визуально. Кроме этого, индикаторы указывают на только начинающиеся диструктивные процессы в высоковольтной изоляции. После этого у эксплуатирующей организации будет достаточно много времени для безаварийного вывода линии и замены изолятора. При этом устраняется «непредсказуемость» выхода из строя полимерных изоляторов.
Тем не менее, приведенные в данной статье мнения принадлежат производителям изоляторов, т.е. заинтересованным сторонам. К таковым, в рамках этой статьи, но в наименьшей степени можно отнести сетевые организации, эксплуатирующие самые различные виды изоляторов. Поэтому итоговый комментарий о том, можно ли сегодня говорить о непредсказуемости поведения изоляторов в процессе их эксплуатации мы оставили за главным инженером МЭС Центра — филиала ОАО «ФСК ЕЭС» — Сергеем Александровичем ДЕМИНЫМ:

— На воздушных линиях электропередачи напряжением110–750 кВ,находящихся в эксплуатации МЭС Центра, используются изоляторы из фарфора, стекла и полимеров.

В ОАО «ФСК ЕЭС» действует целевая программа замены фарфоровых изоляторов на стеклянные. Эти работы поэтапно проводятся на линиях электропередачи в ходе ежегодных ремонтных кампаний. Фарфоровые изоляторы, выработавшие свой ресурс, заменяются на стеклянные. Также на ряде ЛЭП фарфоровые изоляторы заменены полимерными, однако, этот вид изоляторов на электросетевых объектах МЭС Центра мало распространен. Учащения замены изоляторов в связи с переходом на стеклянные и полимерные не было.

Поскольку целевые программы по замене фарфоровой изоляции на стеклянную и полимерную приняты относительно недавно (менее 10 лет назад), говорить о том, вырабатывают ли эти виды изоляторов свой срок — преждевременно. Что касается фарфоровых изоляторов, то на отдельных линиях, построенных 50 лет назад, изоляторы и сейчас находятся в работоспособном состоянии. Так что, со всей определенностью можно сказать, что свой нормативный срок службы — 25 лет — фарфоровые изоляторы вырабатывают.

Как у всех событий на свете, у выхода изоляторов из строя всегда есть причина. Заводской брак, развлечения охотников, загрязнения техногенными выбросами в атмосферу, либо птичьими экскрементами, выпадение росы... Причин много. Другое дело, что определить, например, что причиной выхода изолятора из строя является заводской брак, не всегда удается сразу. Это касается в первую очередь полимерных изоляторов. А если изолятор соответствует всем нормам, «непредсказуемо», то есть, без внешней причины, выйти из строя он не может.

Тимур ЖЕМЛИХАНОВ,
главный редактор «ЭР»

Низковольтная и высоковольтная передача - как до нас доходит электричесвто

Низковольтное и высоковольтное энергоснабжение — это два принципиально разных способа передачи электрического монстра. Но, как ложка хороша к обеду, также и напряжение желательно использовать по назначению. Начнём с того, что такое низковольтное напряжение. И наконец, я расскажу ответ на самый волнительный вопрос: какую дорогу и как проходит электрический монстр прежде чем попасть к нам домой? Но обо всем по порядку.

Итак, низковольтное напряжение — это то, что трещит в наших с вами розетках. Низковольтное напряжение очень полезно, так как даёт максимальную мощность при минимальных затратах на проводники. Чтобы передавать электричество напряжением 220 В и силой тока 16 А, достаточно двужильного провода сечением 1,5 – 2,5мм. Это общепринятый стандарт, под который делают все электроприборы на территории Европы и Азии. В Америке и Канаде стандарт напряжения — 110 В, там свои электроприборы, имеющие специальные вилки. Разница в напряжении в данном случае не так важна, ведь оба стандарта являются низковольтными. И оба достаточно опасны для человека, но удар электрическим током от розетки едва ли способен покалечить взрослого человека. Если только мы не говорим про продолжительный контакт с проводами, в этом случае последствия наверняка будут серьезнее. Так вот, если подвести черту под все, о чем мы только что говорили, получится, что такой ток не нуждается в дорогостоящем электропроводе, также он не требует специальных электроприборов и по сути своей практически безопасен. Он отлично подходит для жилых помещений, офисов и производств. Не стоит забывать, что для низковольтного напряжения значения обычно находятся между 12 В и 380 В, так что даже некоторые производства могут работать от низковольтной сети.

Высоковольтные линии электропередач — это специальные трассы для передачи электричества огромной мощности на длительные расстояния. Напряжение таких сетей колоссально и может варьироваться от 1 кВ до 1150 кВ. Но у такого способа есть плюсы. Он предполагает меньшее количество потерь, нежели низковольтное, при передаче электричества на большое расстояние. Эти потери могут быть связаны с огромным количеством факторов. Первый из них — это сопротивление, постоянная величина для каждого материала, которая измеряется в Омах. Все помнят законы Ома? Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Исходя из этого, понятно, что много мощности теряется для преодоления сопротивления в проводнике. Также колоссальные потери происходят при создании электромагнитного поля вокруг проводника и его нагрев. К сожалению, это те потери, с которыми сложно бороться, но есть решение — многократно увеличить мощность передаваемого тока. Тогда в процентном соотношении потери в том же самом проводнике, будут в несколько раз меньше. Вот для этого и нужно высокое напряжение.

В завершении немного о том, как электрический монстр с электростанции попадает к нам домой. Представим, что мы берем электричество на теплоэлектростанции. Я вас могу шокировать, но пока электричество попадет в ваш дом с напряжением 220 В и 50 Гц, ему нужно пройти семь технологических этапов. Итак, первым этапом при движении электричества будет тепловая электростанция. С нее подается ток определенного напряжения — как правило, оно равно 12 кВ. С теплоэлектростанции электричество попадет на подстанцию с повышающими трансформаторами, которые повышают напряжение с 12кВ до 400 кВ. Таким образом мы преодолеваем максимальное количество потерь и получаем магистральную линию электропередач. Кстати, напряжение таких линий электропередач может быть колоссальным и достигать 1150 кВ киловольт или 1,15 МВ (мегавольта). Далее, как вы уже догадываетесь, магистральная линия электропередач заканчивается подстанцией, на которой стоит понижающий трансформатор, который возвращает напряжение 12 кВ. Зачем? Дело в том, что очень сложно до каждого поселка или деревни построить мощную ветку электроснабжения, а вот 12-киловаттную — пожалуйста. Движемся дальше, пункт шестой: снова понижающий трансформатор, после которого мы получаем электричество с уже знакомым напряжением в 220 В. Вот такой нелегкий путь, но он выходит намного дешевле при передаче тока на большие расстояния.

В следующей статье, мы расскажем про трансформаторы и их принцип действия.

Назовите достоинства и недостатки полимерных изоляторов на ВЛ. Методы защиты ВЛ 10-220 кВ от перенапряжений.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

- Более устойчивы к актам вандализма

- Высокая механическая прочность

- Высокая стойкость к перенапряжению

- Устойчивость к атмосферным загрязнениям

- Простота и удобство монтажа

- Низкий вес

НЕДОСТАТКИПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

- При старении и воздействии высоких температур уменьшается механическая и электрическая прочность

- Стареют под воздействием ультрафиолета и солнечной радиации

- Водопроницаемы

- Пожароопасны

- Подвержены воздействию выбросов металлургических и химических производств

- Не рекомендуется применять в разъединителях класса напряжения 220 кВ и более

- Высокий риск пробоев при разгерметизации

 

Методы защиты ВЛ 10-220 кВ от перенапряжений

 

Открытые РУ и ПС 20-750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии.

Для защиты от природных (внешних) перенапряжений на металлических и железобетонных конструкциях открытых распределительных устройств устанавливают стержневые молниеотводы. На высоковольтных линиях напряжением 35 кВ и выше применяют грозозащитный трос (тросовый молниеотвод), который располагается в верхней части опор линий электропередач на всей их протяженности, соединяясь с металлическими элементами линейных порталов открытых распределительных устройств подстанций. Молниеотводы притягивают атмосферные заряды на себя, тем самым предупреждая их попадания на токоведущие части электрооборудования электроустановок.

Для обеспечения надежной защиты оборудования электроустановок от возможных перенапряжений, разрядники и ограничители перенапряжений, как и все элементы оборудования, должны проходить периодические ремонты и испытания. Также необходимо в соответствии с установленной периодичностью проверять сопротивление и техническое состояние заземляющих контуров распределительных устройств.

Основной причиной грозовых перенапряжений на изоляции оборудования распределительных устройств (РУ) 35-750 кВ являются воздействия молнии на присоединенные воздушные линии (ВЛ), вызывающие образование грозовых волн, распространяющихся вдоль ВЛ. Защита изоляции оборудования РУ от набегающих по ВЛ грозовых волн основана на ряде мероприятий [1-4]:

− обустройство защищенных подходов воздушных линий к распределительному устройству, на которых приняты меры по снижению числа грозовых волн с опасными параметрами, возникающих на изоляции ВЛ вследствие ударов молнии;

− установка в выбранные места защитных аппаратов с необходимыми характеристиками (ранее - вентильных разрядников РВ, теперь - нелинейных ограничителей перенапряжений ОПН).

Разрядники вентильные или ОПН следует выбирать с учетом координации их защитных характеристик с изоляцией защищаемого оборудования, соответствия наибольшего рабочего напряжения наибольшему рабочему напряжению сети с учетом высших гармоник и неравномерности распределения напряжения по поверхности, а также допустимых повышений напряжения в течение времени действия резервных релейных защит при однофазном замыкании на землю, при одностороннем включении линии или переходном резонансе на высших гармониках.

При присоединении трансформатора к РУ кабельной линией 110 кВ и выше в месте присоединения кабеля к шинам РУ с ВЛ должен быть установлен комплект РВ или ОПН. Заземляющий зажим РВ или ОПН должен быть присоединен к металлическим оболочкам кабеля. В случае присоединения к шинам РУ нескольких кабелей, непосредственно соединенных с трансформаторами, на шинах РУ устанавливается один комплект РВ или ОПН. Место их установки следует выбирать возможно ближе к местам присоединения кабелей.

Принцип работы газовой защиты трансформатора

См. № 64



Читайте также:

 

BiSb расширяет возможности топологических изоляторов для сверхмалых электронных устройств

Таблица 1: θ SH : спиновый угол Холла, σ : проводимость, σ SH : спин-холловская проводимость.

Цифры в нижнем ряду получены в настоящем исследовании. Примечательно, что спиновая холловская проводимость, показанная в правом столбце, на два порядка больше предыдущего рекорда.Предоставлено: Фам Нам Хай.

Исследовательская группа под руководством Фам Нам Хай из Департамента электротехники и электроники Токийского технологического института (Tokyo Tech) разработала лучший в мире источник чистого спинового тока из сплавов висмута и сурьмы (BiSb), о чем они сообщают. как лучший кандидат на первое промышленное применение топологических изоляторов. Это достижение представляет собой большой шаг вперед в разработке устройств спин-орбитальной магниторезистивной памяти с произвольным доступом (SOT-MRAM), способных заменить существующие технологии памяти.

Команда разработала тонкие пленки BiSb для топологического изолятора, который одновременно обеспечивает колоссальный спиновый эффект Холла и высокую электропроводность. Их исследование, опубликованное в Nature Materials , может ускорить разработку энергонезависимой памяти с высокой плотностью, сверхнизким энергопотреблением и сверхбыстрой энергонезависимой памяти для Интернета вещей (IoT) и других приложений, которые сейчас становятся все более востребованными в промышленности и домашнее использование.

Тонкие пленки BiSb достигают спинового угла Холла примерно 52, проводимости 2,5 × 10 5 и спиновой холловской проводимости 1,3 × 10 7 при комнатной температуре. (См. Сводку характеристик, включая все устройства, в таблице 1). Примечательно, что спиновая холловская проводимость на два порядка больше, чем у селенида висмута (Bi 2 Se 3 ), о котором сообщалось в Nature в 2014 году.

Сделать SOT-MRAM жизнеспособным выбором

До сих пор поиск подходящих материалов спинового Холла для устройств SOT-MRAM следующего поколения представлял проблемы: во-первых, тяжелые металлы, такие как платина, тантал и вольфрам, обладают высокой электропроводностью, но имеют небольшой спиновый эффект Холла.Во-вторых, топологические изоляторы, исследованные на сегодняшний день, обладают большим спиновым эффектом Холла, но низкой электропроводностью.

Тонкие пленки BiSb удовлетворяют обоим требованиям при комнатной температуре. Это повышает реальную возможность того, что SOT-MRAM на основе BiSb может превзойти существующую технологию MRAM с передачей крутящего момента (STT).

«Так как SOT-MRAM можно переключать на порядок быстрее, чем STT-MRAM, энергия переключения может быть уменьшена как минимум на два порядка», - говорит Фам.«Кроме того, скорость записи может быть увеличена в 20 раз, а битовая плотность - в десять раз».

Жизнеспособность таких энергоэффективных SOT-MRAM недавно была продемонстрирована в экспериментах, хотя и с использованием тяжелых металлов, проведенных IMEC, международным центром исследований, разработок и инноваций со штаб-квартирой в Лёвене, Бельгия.

При успешном масштабировании SOT-MRAM на основе BiSb могла бы значительно улучшить свои аналоги на основе тяжелых металлов и даже стать конкурентоспособной с динамической памятью с произвольным доступом (DRAM), доминирующей технологией сегодня.

Красивый материал, на который не обращают внимания

BiSb часто игнорировался исследовательским сообществом из-за его небольшой ширины запрещенной зоны и сложных состояний поверхности. Тем не менее, Фам говорит: «С точки зрения электротехники BiSb очень привлекателен из-за высокой подвижности носителей, что облегчает прохождение тока внутри материала».

«Мы знали, что BiSb имеет много топологических поверхностных состояний, а это значит, что мы могли ожидать гораздо более сильного спинового эффекта Холла.Вот почему мы начали изучать этот материал около двух лет назад ».

Тонкие пленки были выращены с использованием высокоточного метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ). Исследователи обнаружили особую ориентацию поверхности, названную BiSb (012), которая считается ключевым фактором большого спинового эффекта Холла. Фам указывает, что количество конусов Дирака [6] 0 на поверхности BiSb (012) является еще одним важным фактором, который сейчас исследуется его командой.

Задачи впереди

Pham в настоящее время сотрудничает с промышленностью для тестирования и масштабирования SOT-MRAM на основе BiSb.

«Первый шаг - продемонстрировать технологичность», - говорит он. «Мы стремимся показать, что по-прежнему можно достичь сильного спинового эффекта Холла, даже когда тонкие пленки BiSb производятся с использованием дружественных для промышленности технологий, таких как метод напыления».

«Прошло более десяти лет с момента появления топологических изоляторов, но было неясно, могут ли эти материалы использоваться в реальных устройствах при комнатной температуре. Наши исследования выводят топологические изоляторы на новый уровень, где они открывают большие перспективы для сверхвысокой температуры. SOT-MRAM малой мощности."


Исследователи достигли значительного прорыва в устройствах на основе топологических изоляторов для современных приложений спинтроники.
Дополнительная информация: Нгуен Хуйн Дуй Ханг и др. , Токопроводящий топологический изолятор с большим спин-эффектом Холла для сверхмалого спин-орбитального переключения крутящего момента, Nature Materials (2018).DOI: 10.1038 / s41563-018-0137-y Предоставлено Токийский технологический институт

Ссылка : BiSb расширяет возможности топологических изоляторов для электронных устройств сверхмалой мощности (2018, 1 августа) получено 7 января 2021 г. с https: // физ.org / news / 2018-08-bisb-possible-topological-insulators-ultra-low-power. html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Электрическая энергия и важность проводников

Поток электронов через проводник создает электрический ток.По определению, два основных фактора способствуют возникновению электрического тока.

Во-первых, вам понадобится поток электронов, который создается разностью потенциалов. Следующим идет проводник, который представляет собой материал, позволяющий электронам течь.

СВЯЗАННЫЕ: 3+ РАЗЛИЧНЫХ ТИПА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ ДЛЯ США

Но почему электричеству нужен проводник для перемещения на большие расстояния? Почему он просто не проходит через какой-либо материал? Давайте рассмотрим!

Как проходит электричество по проводнику?

Чтобы понять необходимость в проводнике, мы должны сначала понять, как электроны движутся через проводник и как они ведут себя в изоляторе.

В проводнике слабые электростатические силы могут раскачивать электроны во внешней оболочке, также называемой орбитой. Это означает, что ядро ​​атома недостаточно сильное, чтобы удерживать все электроны внутри атома.

Когда мы прикладываем электрический потенциал или ЭДС (электродвижущую силу) к концам проводника, плохо удерживаемые электроны вырываются из атомов и начинают двигаться внутри проводника. Этот поток электронов создает электрический ток, который переносит электрическую энергию от источника ЭДС.

Если мы возьмем медь, у каждого атома меди 29 электронов. Первая оболочка или самая внутренняя оболочка атома меди имеет 2 электрона.

Вторая оболочка имеет 8 электронов, это максимум, который может вместить оболочка. Третья оболочка имеет 18 электронов, а самая внешняя оболочка имеет только 1 электрон.

Такое расположение делает электрон во внешней оболочке очень мобильным и чувствительным к электрическим полям. Это также причина того, почему медь является отличным проводником электричества.

Что делает изолятор?

Изолятор - это противоположность проводнику, в материале которого мало свободных электронов, которые могли бы перемещаться между ними. Это происходит, когда электроны в атоме плотно удерживаются ядром, что делает их очень устойчивыми к воздействию ЭДС.

Итак, проводимость в первую очередь зависит от атома и его характеристик.

Чем резистор отличается от изолятора?

Резисторы находят широкое применение в электрических цепях для управления током.Но если проводники пропускают ток, а изоляторы блокируют то же самое, для чего нужны резисторы?

Резисторы уменьшают электрический ток, проходящий через цепь, ограничивая прохождение тока. В отличие от изолятора, резистор не блокирует прохождение электрического тока.

Он просто до определенной степени ограничивает прохождение электрического тока. И вы можете точно настроить уровень сопротивления резистора, поскольку для резисторов существуют разные уровни.

Что делает металлы хорошими проводниками электричества?

Как мы обсуждали выше, поток электричества возможен, только если в материале движутся электроны.Внешняя оболочка атома - один из лучших способов определить проводимость материала.

Металлы имеют неполную внешнюю оболочку. Это означает, что внешняя оболочка атома металла имеет меньше электронов, чем может полностью заселить. Таким образом, эти электроны могут свободно перемещаться внутри металла, просто применяя достаточную электродвижущую силу.

Такие материалы, как резина, имеют плотно связанную внешнюю оболочку в своих атомах. Таким образом, даже если вы примените к материалу достаточно большую ЭДС, это не позволит атомам течь.

Это причина, по которой мы используем производные резины или пластмассы для изоляции медных проводов.

Вообще говоря, материалы, которые имеют полную внешнюю орбиту или оболочку, являются хорошими изоляторами. А материалы с менее чем четырьмя внешними электронами являются отличными проводниками.

Металлы имеют менее 4 электронов на внешних орбитах.

Как электроны текут внутри проводника?

Когда мы используем термин «поток» в отношении электронов, это иногда приводит к неправильному пониманию того, что электроны с одной стороны проводника будут течь к другой, в то время как сам проводник действует как магистраль.Однако электроны в проводнике движутся не так.

Электрон, выпущенный из одного атома, переместится к внешней оболочке соседнего атома. Это движение создает нестабильность внутри атома, что приводит к непропорциональному количеству электронов и протонов.

Следовательно, атом из внешней оболочки перескакивает на другой соседний атом. И этот процесс продолжает повторяться.

Следовательно, электрон с одной стороны проводника не идет напрямую на другую сторону.Вместо этого он перемещается к другому атому и заставляет электрон внешней оболочки этого атома перемещаться к следующему.

Происходит ли поток электронов в проводниках без ЭДС?

Да, даже без ЭДС валентные электроны в проводнике находятся в постоянном состоянии движения от одного атома к другому. Однако направление электронов в случайном порядке.

Таким образом, общий заряд проводника аннулируется и, следовательно, равен нулю.

Какие электрические проводники самые лучшие?

Мы используем медь в большинстве электрических приложений.Однако лучший электрический проводник - серебро.

Серебро имеет в общей сложности 47 электронов, один валентный электрон находится на внешней оболочке. Высокая энергия этого электрона делает его уязвимым для движения даже от очень небольшой ЭДС.

Эта характеристика серебра делает его отличным проводником. Однако из-за высокой цены использование серебра в электротехнике ограничено.

Медь - второй по величине электропроводящий металл с 29 электронами в пределах одного валентного электрона во внешней оболочке. Медь имеет 8,5х10 28 свободных электронов на кубический метр при комнатной температуре.

Золото - третий по эффективности проводник. Он имеет 79 электронов, один валентный электрон находится во внешней оболочке.

Человеческое тело также является хорошим проводником электричества из-за присутствующих в нем ионов (калия, натрия, железа и т. Д.). Эти ионы свободно перемещаются через жидкости организма и делают наши тела восприимчивыми к электрическим зарядам.

СВЯЗАННЫЕ С ДАННЫМИ: 9 САМЫХ ВАЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ, КОГДА-ЛИБО КОГДА-ЛИБО

Электричество, несомненно, является захватывающим и интригующим явлением.Однако без проводников было бы невозможно использовать эту энергию так, как мы делаем сегодня.

Проводники - это мосты для электричества, они обеспечивают питание наших устройств и их готовность к использованию.

Как в точности работает атомная энергетика?

Несмотря на все споры вокруг атомных электростанций, нет сомнений в том, что они представляют собой удивительный технологический подвиг. Но как именно они работают?

Здесь мы проведем краткую экскурсию по атомной электростанции и обсудим различные типы станций, а также некоторые плюсы и минусы этой технологии.

ПО ТЕМЕ: ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ В XXI ВЕКЕ

Как работает ядерная энергетика и какие бывают типы?

Короче говоря, атомные электростанции (ядерное деление) работают, используя энергию атома для кипячения воды, производства пара и вращения турбины для выработки электроэнергии. По сути, это очень сложные котлы с присоединенной турбиной.

Конечно, это еще не все.

Основными компонентами атомной электростанции являются, более или менее, следующие (хотя конструкции различаются):

  • Ядерное топливо (например, уран или плутоний)
  • Ядерный реактор и замедлитель (вещество, которое замедляет нейтроны - например, графит или вода)
  • Охлаждающая жидкость реактора (обычно вода)
  • Управляющие стержни (например,г. графит)
  • Экран или защитная система / конструкция
  • Резервуар под давлением
  • Парогенератор
  • Паропроводы
  • Насосы
  • Паровая турбина
  • Градирня и конденсатор

Как указано ранее, компоненты и установка могут различаться в зависимости от тип рассматриваемого ядерного реактора. На сегодняшний день наиболее распространенными типами ядерных реакторов являются:

  • Реактор с водой под давлением (PWR) - Более 65% коммерческих ядерных реакторов в США.S. являются PWR. Завод в Три-Майл-Айленд был типа PWR.
  • Реактор с кипящей водой (BWR) - Примерно треть всех реакторов в США - это BWR. Фукусима была реактором типа BWR.
  • Реактор с тяжелой водой под давлением (PHWR) - Наиболее распространен в Канаде и Индии.
  • Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением (AGR) - Так называемые реакторы с газовым охлаждением второго поколения, которые в основном используются в Великобритании. В них в качестве основного хладагента используется диоксид углерода.
  • Легководный реактор с графитовым замедлителем (РБМК) - Реакторы советской конструкции, которые похожи на BWR по конструкции, однако вместо корпуса высокого давления, окружающего всю активную зону, каждая тепловыделяющая сборка заключена в отдельную трубу, чтобы поток охлаждающей воды вокруг топлива.Чернобыль был ядерным реактором РБМК.

Атомная электростанция Беллефонте. Источник: Tennessee Valley Authority / Wikimedia Commons

  • Усовершенствованные реакторы - Сюда входят многие новые или экспериментальные типы реакторов, такие как малые модульные реакторы (SMR). Многие из них не используют воду для охлаждения, а некоторые используют жидкий металл, расплав соли или гелий для нагрева воды до пара.
  • Реакторы на быстрых нейтронах (FNR) - В этих реакторах не используются замедлители и вместо них используются так называемые быстрые нейтроны. Они более эффективны для производства энергии, но их строительство дороже.
  • Плавучие атомные электростанции - За исключением судовых ядерных реакторов, эти типы реакторов строятся на больших баржах, которые, как правило, постоянно швартованы.

В настоящее время в мире действует около 450 коммерческих ядерных реакторов деления. Девяносто восемь из них находятся только в Соединенных Штатах, и утверждается, что они являются одним из самых безопасных и эффективных источников энергии в мире.

Как постепенно производится атомная энергия?

Ядерная энергия используется для производства электроэнергии в несколько основных этапов. В большинстве случаев в коммерческих реакторах это более или менее следует следующим этапам.

  1. Нейтроны сталкиваются с атомами топлива (обычно урана) и расщепляются, высвобождая нейтроны из целевого атома, которые, в свою очередь, сталкиваются с другими атомами топлива, вызывая цепную реакцию.
  2. Этой цепной реакцией можно управлять с помощью «управляющих стержней», которые поглощают часть нейтронов, чтобы предотвратить выход системы из-под контроля.
  3. Этот процесс быстро повышает температуру реактора примерно до 520 градусов по Фаренгейту (271 градус Цельсия).
  4. При этой температуре охлаждающая жидкость (обычно вода) быстро нагревается и испаряется в пар.
  5. Затем этот пар приводится в движение или перекачивается в большую турбину, и производится электричество.
  6. Это электричество используется для работы реактора и направляется в электрическую сеть для коммерческого потребления.

Деление - не единственный тип ядерной реакции.Энергия термоядерного синтеза теоретически может также использоваться для выработки электричества за счет тепла ядерных термоядерных реакций. В процессе слияния два более легких атомных ядра объединяются, образуя более тяжелое ядро, которое выделяет энергию. Было спроектировано и построено несколько типов экспериментальных термоядерных реакторов, но в настоящее время ни один из них не находится в коммерческой эксплуатации. Для термоядерных ядерных реакторов процесс будет немного другим.

  1. Топливный материал (например, дейтерий или газообразный тритий) вводится в камеру термоядерного синтеза.Для реакторов Токамак это вакуумный сосуд в форме пончика.
  2. Затем эту газовую смесь нагревают до очень высоких температур ( 100 миллионов градусов ). Экстремальные температуры такой величины достигаются различными способами, но в некоторых экспериментальных термоядерных реакторах используются микроволны или другие источники энергии.
  3. Это заставляет топливо ионизироваться и образовывать плазму с достаточной энергией, чтобы, как мы надеемся, обеспечить синтез между атомами, находящимися в непосредственной близости друг от друга. Это легче сказать, чем сделать, поскольку это достигается с помощью очень сильных магнитных полей или какого-либо другого метода ограничения.
  4. После того, как сплавление было достигнуто, высвобождается огромное количество энергии, которую затем можно использовать для перегрева хладагента.
  5. Образующийся пар затем используется для питания турбины для выработки электроэнергии.

Хотя исследователям удалось добиться ограниченных реакций термоядерного синтеза, этот процесс очень энергоемкий. Пока что все они достигли отрицательного выхода энергии, а это означает, что их эксплуатация дороже, чем то, что они получают взамен в виде генерируемой энергии.

Ядерная энергия и атомная энергия - это одно и то же?

Эти два термина, хотя и кажутся похожими, на самом деле совершенно разные на практике.

Энергия - это " в физике, способность выполнять работу. Она может существовать в потенциальной, кинетической, термической, электрической, химической, ядерной или других различных формах. Кроме того, существуют тепловые и работа - т. е. энергии в процессе передачи от одного тела к другому ». - Британская энциклопедия.

Power немного другое. "Единицы мощности - это единицы работы (или энергии) в единицу времени, такие как фут-фунты в минуту, джоули в секунду (или ватты) и эрг в секунду. Мощность также выражается как произведение силы, приложенной для движения объект и скорость объекта в направлении силы ". - Британская энциклопедия.

Когда дело доходит до использования ядерной энергии и энергетики, эти термины часто используются как синонимы. Но на самом деле между ними есть тонкое, но важное различие.

Ядерная энергия технически говоря, это энергия, выделяющаяся при расщеплении атома в результате деления. Обычно это выражается в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Атомная энергия технически представляет собой результирующую работу, произведенную атомной электростанцией в течение заданного времени, обычно выраженную в мегаваттах (МВт) или гигаваттах (ГВт).

Что не так с атомной энергетикой?

Ядерная энергия долгое время считалась ответом на почти неограниченную энергию.Но, несмотря на стремление к раннему освоению и развитию ядерной энергетики, в последние годы она потеряла популярность.

Но почему?

Одной из основных причин может быть явное непонимание технологии. В сознании некоторых он часто ассоциируется с его невероятно разрушительными родственниками - ядерным оружием.

Другая проблема с PR атомной энергетики - это очень немногочисленные, но невероятно впечатляющие ядерные аварии и инциденты, которые произошли.Хотя ядерная энергия, как правило, является одним из самых безопасных способов производства энергии, когда что-то выходит из строя, действительно происходит сбой.

Аварии, связанные с ядерной энергетикой, произошли в основном из-за человеческой ошибки, стихийных бедствий или

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *