Грязестойкие опорно-стержневые фарфоровые изоляторы с переменным вылетом ребер для строительства ВЛ.

Генеральный директор ООО "БЭСТЭР"
Кулешов Д.А.

LAPP  insulators один из крупнейших мировых производителей изоляторов из фарфора и композитных материалов для всех классов напряжений (1-е место в Европе и 3-е место в мире).  На 5 заводах в Европе работает около 1300 человек, годовой объем производства составляет более 200 млн. долларов США. LAPP insulators  имеет уникальный опыт производства фарфоровых изоляторов с начала 20-го века, композитных изоляторов с 1967 года, и, является лидером инновационных технологий в производстве сложных композитных изоляторов.

Рисунок 1 «История развития и структура LAPP insulators»

Уже 100 лет LAPP insulators поставляет изоляторы высокого напряжения для передачи и распределения электрической энергии по всему миру. Изоляторы LAPP insulators принадлежат к самым надёжным конструктивным элементам техники высокого напряжения и безотказно работают в 70 странах в разных климатических условиях.

Производство изоляторов LAPP insulators в настоящее время базируется на трех уникальных технологиях:

1. Технология технической керамики (технического фарфора) из массы С130 - опорные, проходные и подвесные изоляторы на всеклассы напряжения.

2. Технология RODURFLEX -  композитные опорные и подвесные изоляторы на все классы напряжения.

3. Технология SIMOTEC - композитные проходные изоляторы на классы напряжения свыше  110 кВ.

Производство фарфоровых изоляторов ведет свою историю с начала 20-го века. После 1938 года улучшение конструкции фарфоровых изоляторов не подвергалось каким-либо изменениям. Существенные изменения в фарфоровых изоляторах были связаны с разработкой новой керамической массы. До 1960 года единственным материалом применяемым в производстве фарфоровых изоляторов была керамическая-кварцевая масса С110112. С 1965 года некоторые производители начинают производство фарфоровых изоляторов из керамической массы С 120, которая не является кварцевой массой, и содержит большую долю оксида алюминия (Al2O3) (например Rosenthal AG).  В результате дальнейшего усовершенствования керамической массы для производства изоляторов была получена высокоглинистая масса С130.

Высокоглинистые массы, в отличие от кварцевых масс С110С112, не показывают изменений микроструктуры фарфора в случае распада кварца. Процессы старения высокоглинистой массы не протекают как в случаях с массой С110, нет таких резких потерь механических свойств в зависимости от времени. В связи с этим механические свойства фарфора лучше с массы С130. В процессе эксплуатации изоляторов выполненных из высокоглинистой массы нет спонтанного образования рисок и трещин фарфора. Для кварцевой массы это было распространённым явлением, особенно в условиях термомеханических нагрузок. Свойства масс керамических описываются в стандарте IEC 60672-3.

График 1. Сравнение механических свойств в функции времени фарфора из массы кварцевой и  высокоглинистой. (Frese/Pohlmann/, 1999, RWE)

Почему большинство производителей не внедряет в производство массу С130? Разработка рецептуры керамической массы в производстве фарфоровых изоляторов не такая простая задача. Каждый производитель имеет свою собственную рецептуру массы, и каждое её изменение связано со сменой физико-химический свойств массы. Выработка массы С130 полностью связана с технологическим процессом производства изоляторов. Применение увеличенного количества в ней оксида алюминия меняет её физические свойства, как например пластичность. Несоответствующая рецептура добавок для этой массы влечёт за собой рост брака продукции.

Вторая причина заключается в высокой стоимости оксида алюминия, который является самым дорогим компонентом массы в изготовлении фарфоровых изоляторов.

Использование массы С130 позволяет производить новые современные изоляторы с улучшенными техническими характеристиками, уменьшая при этом вес изолятора.

Также следует отметить, что Lapp insulators использует в большинстве конструкций фарфоровых изоляторов переменный вылет ребер. Разница между выступающими соседними рёбрами имеет важное значение, во время осадков, атмосферных загрязнений, во избежание пробоя изолятора между рёбрами.

Профиль ребра и его наклона, также имеет важное значение для его самоочищения. С учётом эксплуатации изоляторов в загрязнённой зоне их можно конструировать разным способом. В зависимости от роста загрязнений, изолятор с малым выступом рёбер (вылет ребер одинаковый), требуются увеличения длины (строительной высоты) изолятора, с целью получения увеличенной длинны пути утечки тока. Это решение не может быть использовано постоянно, оно не экономично и требует разработки нового электротехнического оборудования, специально для повышенной загрязнённости среды. Решение проблемы -  новые конструкции изоляторов с переменным вылетом ребер. Изолятор с переменным вылетом ребер при такой же строительной высоте, позволяет получить увеличенную длину пути утечки тока.

Актуальность применения изоляторов с переменным вылетом ребер была отмечена в работе «Грязестойкие опорные фарфоровые изоляторы для экранированных генераторных токопроводов» Л.Л. Владимирский, О.В. Тимофеева (ОАО «НИИПТ»), В.С. Ухин, А.Г. Кулясов (НИИ «Электррокерамика»), П.А. Шейко (РАО «ЕЭС России») (НРЭ №8 (2003 г.). Авторы работы отметили, что изоляторы с переменным вылетом ребер имеют удельное разрядное напряжение по изоляционной высоте (грязестойкость) на 20-25% выше, чем серийно выпускаемые изоляторы с постоянным вылетом ребер.  И рекомендовали предприятиям-изготовителям осваивать производство грязестойких опорных фарфоровых изоляторов с переменным вылетом ребер.

Многолетний опыт, современные программные продукты и технологии производства и маркетинга позволяет  LAPP insulators  в короткие сроки разрабатывать и выпускать новые изоляторы исходя из требований заказчика. По заказу ООО «БЭСТЭР» на польском заводе LAPP insulators были разработаны и производятся новые грязестойкие изоляторы с переменным вылетом ребер типа ИОС-35-500, ИОС-35-1000, ИОС-35-2000. Готовятся к производству изоляторы на напряжение 110 кВ. В Таблице 1 приведены сравнительные характеристики новых и серийно выпускаемых изоляторов на примере ИОС-35-500.

Таблица 1 Сравнительные характеристики изоляторов ИОС-35-500

Параметр	Новый грязестойкий изолятор	Серийный изолятор	Преимущества
Чертеж изолятора ИОС-35-500-01
Эскиз ребер			За счет переменного вылета ребер увеличена грязестойкость
Керамическая масса	С 130	С110/112	Сохранение механической прочности в течении срока службы
Номинальное напряжение, кВ	35	35
Минимальная механическая разгружающая сила на изгиб, кН: к верхнему фланцу к нижнему фланцу	5 2,0	5 2,0
Минимальный разрушающий момент при кручении	2	2
Длина пути утечки, мм	810	700	Увеличена длина пути утечки на 15%
Вес, кг	11	17	Масса изолятора уменьшена на 35%
Строительная высота, мм	440±1,5	440±1,5

Сравнив технические характеристики 2-х изоляторов, считаем, что применение новых грязестойких опорно-стержневых изоляторов при производстве электротехнического оборудования, в строительстве ВЛ и подстанций позволит повысить надежность работы распределительных сетей и сократить затраты на строительство и эксплуатацию.