Hogyan hatnak egymásra a vezetékoszlopok szigetelői más elektromos hálózatelemekkel?

Ha valaha is állt egy villanyvezeték alatt egy napsütéses napon, és azon töprengett, hogy az egész hálózat miért nem záródik rövidre minden alkalommal, amikor egy levél megkefél egy vezetéket, akkor valószínű, hogy a vezetékoszlop szigetelőit köszönheti. Több mint 12 éve szállítom ezeket a rosszfiúkat közüzemi cégeknek és villanyszerelőknek, és hadd mondjam el, ők sokkal többet jelentenek, mint a vezetékeket feltartó műanyag vagy kerámia oszlopok. Az a mód, ahogyan kölcsönhatásba lépnek a rács összes többi elemével, az tartja égve a lámpákat, és ez sokkal dinamikusabb, mint azt a legtöbb ember gondolná.

Először is vegyük le az alapokat. A vezetékoszlop szigetelő olyan eszköz, amely közvetlenül a közműoszlopokra rögzíthető, és a helyükön tartja az elektromos vezetékeket (vezetőket), miközben megakadályozza az elektromos áram beáramlását az oszlopba vagy a földbe. Nélkülük az áram az oszlop fémszerkezetén vagy a nedves fán keresztül egyenesen a földre szivárogna, pazarolva az energiát, és óriási biztonsági kockázatot jelentene. De a lényeg: nem légüres térben működnek. A rács minden része - vezetők, keresztkarok, hardverek, még más szigetelők is - attól függ, hogy a vonali oszlop szigetelő hogyan csatlakozik és kommunikál vele.

Kezdjük a legnyilvánvalóbb partnerséggel: vezetékes oszlopszigetelőkkel és áramvezetőkkel. A vezetők vastag, általában alumínium- vagy rézhuzalok, amelyek nagy távolságokon szállítják az elektromosságot. Szorosan vannak felfűzve a pólusok közé, és a vezetékoszlop-szigetelők azok, amelyek fizikailag tartják őket. De ez nem csak egy egyszerű rögzítési munka. A szigetelő felületének tökéletesnek kell lennie a vezető kialakításához. Például, ha nagyfeszültségű vezetékekkel dolgozik (mint például a 115 kV-os vagy 230 kV-os, amelyek keresztbe szelik a vidéket), a szigetelőnek elegendő távolságot kell teremtenie a vezető és az oszlop között, hogy megakadályozza az ív túllépését, amikor az elektromosság a vezetékről az oszlopra ugrik, mert a rés túl kicsi. Itt jönnek be egyébként a kompozit vagy polimer vonalú oszlopszigetelők. Több száz ilyet küldtem kiKompozit vonalú oszlopszigetelőpontosan emiatt. Fejlett anyagtudományuk lehetővé teszi, hogy a szigetelőt hosszabb és könnyebbé tegyük, mint a régi kerámiák, így a közművek ugyanazt a szigetelési teljesítményt érhetik el anélkül, hogy extra súlyt adnának azokhoz az oszlopokhoz, amelyeket soha nem építettek rá.

Várjon, de a vezetők is kitágulnak és összehúzódnak a hőmérséklettel. Mindannyian láttuk, hogy az elektromos vezetékek megereszkednek a forró napokon, és megfeszülnek, amikor hideg van. A vonaloszlop-szigetelőknek is számolniuk kell ezzel a mozgással. Ha egy szigetelő túl merev, amikor egy vezető télen összehúzódik, túlságosan meghúzhatja a bilincset, és megrepedhet a szigetelő. A jók, mint a miénkVonaloszlop szigetelőA line-eket úgy tervezték, hogy a rögzítőelemek egy kis flexibilitást biztosítsanak, így képesek elnyelni ezt a feszültséget. Emlékszem egy munkára néhány évvel ezelőtt, amikor egy vállalkozó megpróbált olcsó kerámia szigetelőt használni egy minnesotai vonalon; januárra a vezető annyira meghúzta, hogy eltörte a szigetelőt, ami három kisvárosban okozott leállást. Ez az a fajta hiba, amelyet megelőzünk azzal, hogy a szigetelő mozgását a vezető igényeihez igazítjuk.

Következő lépésként állítsa be az oszlopszigetelőket és a keresztkarokat. A keresztkarok fa vagy fém (alumínium vagy acél) darabok, amelyek kilógnak a közműoszlopokból, és ezekhez rögzítik a vonaloszlop szigetelőit. A régi iskola keresztkarjai fából vannak, de sok újabb oszlop acél keresztkart használ, mert hosszabb ideig tart. A szigetelőnek mindegyikhez másképp kell ragaszkodnia, nem? A fa porózus, ezért a tartókonzolokat tömítésekkel kell ellátni, hogy a nedvesség ne szivárogjon be, és ne okozzon korróziót vagy áramszivárgást. Az acél keresztkarok vezetőképesek, így a szigetelőnek teljes elektromos akadályt kell létrehoznia a konzol és maga az oszlop között. Ezért olyan népszerűek a polimer vonalú oszlopszigetelők az acél keresztkarok esetében (Polymer Line oszlopszigetelő) - szintetikus anyaguk egyáltalán nem vezet áramot, és sokkal jobban ellenáll a rozsdának és a rothadásnak, mint a kerámia vagy akár a fa alapú szigetelők.

Itt meg kell említenem a hardvert is – az összes tartót, csavart és bilincseket, amelyek mindent összetartanak. A vezetékoszlop-szigetelők nem csak a keresztkarokat és a vezetékeket érintik; olyan módon kapcsolódnak a hardverhez, amire az emberek nem mindig gondolnak. Például annak a bilincsnek, amely a vezetőt a szigetelőhöz tartja, elég szorosnak kell lennie ahhoz, hogy a vezeték ne csússzon el erős szélben, de nem annyira, hogy károsítsa a vezető szigetelését (vagy a szigetelő felületét). Minden szigetelőnket tesztelünk, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a szorítónyomás a biztonságos tartományon belül van, mert a sérült vezeték rövidzárlatot okozhat, a repedt szigetelő pedig biztonsági kockázatot jelent. Ezenkívül az összes hardvert horganyzottnak vagy bevonatnak kell lennie, hogy ellenálljon a korróziónak, különösen azokon a tengerparti területeken, ahol a sós levegő szupergyorsan átmegy a fémen. Egyszer felhívott egy floridai szolgáltató, mert a régi szigetelőik szétestek – a só bejutott a konzolok lyukaiba, megkorrodálta az acélt, és meglazult a szigetelő. Ez egy klasszikus eset, amikor a szigetelő és a hardver kölcsönhatása ugyanolyan fontos, mint maga a szigetelő.

Egy másik nagy kölcsönhatás az ugyanazon a póluson lévő más szigetelőkkel. Egy tipikus közüzemi oszlopon több vonali oszlopszigetelő található a távvezeték különböző fázisaihoz, plusz esetleg függesztő szigetelők hosszabb fesztávhoz, vagy akár utcai lámpák vagy transzformátorok szigetelői. A szigetelők közötti távolságnak megfelelőnek kell lennie a fázisok közötti ívek elkerülése érdekében. Ha két vezetékoszlop szigetelő túl közel van, akkor az egyik fázis árama átugorhat a másikba, ami olyan hibát okoz, amely az egész vezetéket kiszakítja. Szorosan együttműködünk a közművekkel, hogy a vonal feszültsége alapján meghatározzuk a megfelelő számú szigetelőt és a megfelelő távolságot, így nem kell találgatniuk. Tavaly segítettünk egy kis önkormányzati szolgáltatónak áttervezni az oszlopok elrendezését – túl sok szigetelőt zsúfoltak a régi faoszlopokra, és a távolságot a kompozit vezetékoszlopos szigetelőink segítségével (amelyek keskenyebbek a kerámiáknál) beállítottuk, hogy új oszlopok nélkül kijavítsuk az ívelés problémáját. Ezzel több tízezer dollárt takarítottak meg.

Várjunk, mi a helyzet a környezeti összetevőkkel? Igen, a vonaloszlop-szigetelők kölcsönhatásba lépnek az időjárással is, és ez befolyásolja, hogyan működnek együtt a hálózat többi részével. Eső, hó, jég, még a szennyezés is – mindez megváltoztatja a szigetelő felületét, ami viszont befolyásolja az elektromos áram áramlását. Például, ha egy szigetelőt só vagy ipari por borít be, a víz vezető réteget képez a felületén. Emiatt áram szivároghat a vezetőből a szigetelőn keresztül a pólusba, amit "felszíni áttörésnek" neveznek. A modern soroszlopos szigetelőket, különösen a polimereket, hidrofób bevonatokkal kezelik, amelyek folytonos fólia kialakítása helyett vizet gyöngyöznek. Ez csökkenti a szivárgást, így az egész hálózat hatékonyabban működik. És mivel kölcsönhatásba lépnek a környezettel, ez azt jelenti, hogy kompatibilisnek kell lenniük a rács azon képességével, hogy kezelni tudja a változó körülményeket. Ha egy szigetelő nem tudja kezelni a jégképződést, az extra súly lehúzhatja a vezetékeket, ami megzavarná a fázisok közötti távolságot, és kimaradásokat okozhat. Van egy egész vizsgálólaborunk, ahol lefagyasztjuk a szigetelőinket, és sós vízzel fújjuk be, hogy biztosan kitartsák, mert tudjuk, milyen fontos ez a kölcsönhatás.

Ne feledkezzünk meg a transzformátorokról és egyéb alállomási berendezésekről sem. Várjunk csak, a vonali oszlopszigetelőket nem csak vidéki elosztóvezetékekhez használják, hanem alállomásokon is használják, és a tápvezetékeket olyan transzformátorokhoz kötik, amelyek növelik vagy csökkentik a feszültséget. Ebben az esetben a vezetékoszlop szigetelőjének gyűjtősínekkel (az alállomásokon belüli nehéz réz- vagy alumíniumrudakkal) kell kölcsönhatásba lépnie a felsővezetékek helyett. A feszültség itt jóval magasabb, mint 138kV vagy 345kV, szóval a szigetelőnek még pontosabbnak kell lennie. A gyűjtősíneknek tökéletesen illeszkedniük kell a szigetelő rögzítési pontjaihoz, különben ugyanazt az ívelési problémát kapja, amit korábban említettem. Szigetelőket szállítottam alállomásokhoz olyan helyeken, mint Texas és Kalifornia, ahol nagy a kereslet és a megbízhatóság nem alku tárgya. Amikor egy alállomás leáll, több száz üzletet és otthont vesz el, ezért gondoskodunk arról, hogy minden általunk küldött vezetékoszlop szigetelő úgy legyen megtervezve, hogy működjön a körülötte lévő gyűjtősínekkel, megszakítókkal és transzformátorokkal.

És van még egy interakció, amelyre mostanában egyre nagyobb figyelem irányul: a megújuló energia. Sok új távvezeték szélerőművekhez vagy napelemparkokhoz való, amelyek gyakran távoli, zord időjárású területeken találhatók. A vezetékoszlopos szigetelőknek itt olyan vezetőkkel kell dolgozniuk, amelyek változó energiát hordoznak – a nap- és szélenergia nem termel állandó teljesítményt, így az áramáramlás jobban változik, mint a hagyományos fosszilis tüzelésű erőműveknél. A szigetelőknek kezelniük kell ezt a változó terhelést, plusz az oszlopok közötti extra távolságot (mivel a szélerőművek szét vannak terítve). A kompozit vonalas oszlopszigetelők tökéletesek itt, mert könnyebbek, így távolabb helyezheti el egymástól az oszlopokat anélkül, hogy aggódnia kellene a szerkezeti integritás miatt. Nemrég fejeztem be egy nagy megrendelést egy iowai szélerőműparkra, ahol a vonaloszlop szigetelőinek szigorú hideg időjárási előírásoknak kellett megfelelniük, és ellenállniuk kellett a közeli mezőgazdasági területekről származó pornak. Ehhez a munkához az építőmérnökökkel, az elektromos vállalkozókkal és még a szélerőművek üzemeltetőivel való koordinációt is megkövetelték, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy minden szigetelő együttműködik az összes többi alkatrészrel az egyéni beállításokban.

Akkor miért számít mindez? A nap végén a rács egy csapatmunka – egyetlen rész sem működik egyedül. A vonaloszlop-szigetelők azok a nem énekelt hősök, amelyek az egész rendszert összetartják, mind fizikailag, mind elektromosan. De teljesítményük teljes mértékben attól függ, hogy mennyire jól csatlakoznak minden más alkatrészhez: vezetőkhöz, keresztkarokhoz, hardverekhez, egyéb szigetelőkhöz, a környezethez, sőt a megújuló energia iránti növekvő igénytől is. Mint valaki, aki évek óta részt vesz a szigetelő játékban, első kézből láttam, amikor az interakció kimaradások, sérülések vagy biztonsági kockázatok. És láttam már, amikor úgy működik, ahogy kell: egy rács, ami simán működik, égve tartja a lámpákat, és nem okoz gondot senkinek.

Ha Ön közüzemi cég, villanyszerelő vagy bárki, aki elektromos hálózat projektjein dolgozik, és olyan vezetékoszlop-szigetelőkre van szüksége, amelyek úgy lettek kialakítva, hogy jól illeszkedjenek az összes többi alkatrészhez, forduljon hozzánk. Nálunk minden típus megtalálható: vezetékes oszlop, kompozit, polimer, bármi, ami megfelel az Ön igényeinek. Egyetlen feladat sem túl nagy vagy túl kicsi, és Önnel együtt dolgozunk, hogy minden szigetelő zökkenőmentesen működjön a hálózat többi részével.

Hivatkozások

1. Villamosenergia-kutató Intézet (EPRI). (2020). Vonaloszlop-szigetelő teljesítménye változó környezeti feltételek mellett. Palo Alto, CA: EPRI.
2. Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC). (2018). IEC 61109: Kompozit szigetelők felsővezetékekhez – Meghatározások, vizsgálati módszerek és elfogadási kritériumok. Genf, Svájc: IEC.
3. North American Electric Reliability Corporation (NERC). (2021). Az elosztóhálózat megbízhatóságának bevált gyakorlatai: Szigetelő alkatrészek kompatibilitása. Princeton, NJ: NERC.
4. IEEE Power & Energy Society. (2019). Felsővezeték-szigetelés tervezése a megújuló integráció érdekében. PES átviteli és elosztási konferencia és kiállítás. Atlanta, GA.