Visió general exhaustiva de les línies d’altes tensions ultraelevades i els aïllants compostos: reptes disseny i aplicacions

1 Característiques i Components de les Línies d'Alta Tensió

1.1 Característiques de les Línies d'Alta Tensió

Les línies d'alta tensió es caracteritzen per un cost relativament baix degut a la menor quantitat d'informació que requereixen. Normalment utilitzen dos conductors, un connectat al pol positiu i l'altre al pol negatiu. Les línies de transmissió en corrent contínua tenen durabilitat i poden transmetre corrent a distàncies llarges. En algunes instal·lacions d'alta tensió a Xina, també s'utilitza ampliament la transmissió en corrent alternada, el que és particularment evident en la vida quotidiana.

1.2 Les Línies d'Alta Tensió com a Component Principal del Disseny Elèctric

En el treball de disseny bàsic, els dibuixos d'enginyeria necessaris per a la construcció han de ser preparats i seguits amb cura segons les procedures de treball. La selecció de matèries primeres per als plans de construcció, així com el disseny raonable de les rutes, mètodes de construcció i desafiaments de magatzematge corresponents pel equip de construcció, asseguren el funcionament normal de les línies elèctriques, milloren l'eficiència del treball i augmenten l'eficàcia del treball de construcció.

2 Estat de Desenvolupament de les Línies d'Ultra Alta Tensió

En comparació amb les línies normals, les línies d'ultra alta tensió (UHT) tenen requisits més elevats, com ara nivells d'aislament extern, tecnologies d'enginyeria elèctrica i mesures de protecció de línies. Si el nivell d'aislament extern de les línies UHT no compleix les normes o les mesures de protecció són insuficients, els errors com la fuga per contaminació, la sobretensió i la ruptura augmentaran. Per tant, l'ús d'aislants compostos en les línies UHT és essencial i una part indispensable de la construcció moderna de xarxes.

3 Problemes amb Aislants Compostos en Línies UHT

3.1 Ruptura d'Interfície

Els problemes de daños elèctrics dels aislants compostos són principalment causats per impactes de llamps, representant més de la meitat de tots els danys. Tot i que els materials estan en constant millora, el problema de la repetida ruptura d'interfície encara existeix. Durant la producció, tant els núcleus com les cobertures mostren fenòmens significatius de desprendiment, i les interfícies entre les cobertures i els diàmetres dels núcleus podrien estar erosades, potencialment conduint a la ruptura d'interfície i afectant la vida útil dels aislants. És necessari un continu optimització i millora dels productes per reduir la probabilitat de fallida d'interfície.

3.2 Fractura Brittle del Núcleo

La fractura britlle del núcleo és un tipus comú de fallida dels aislants compostos que sovint es troba en les línies UHT. Durante el procés de fractura brittle del núcleo, a causa de l'erosió acídica, les fibras del núcleo es van trencant gradualment sota l'acció de l'erosió acídica, fins i tot provocant la fractura total del núcleo sota petites càrregues. Les raons principals són les següents:

Primer, generalment ocorre en posicions on la intensitat del camp elèctric de la tensió alta és relativament elevada. Invertir l'anell de graduació pot conduir a la fractura britlle dels aislants compostos. Per resoldre aquest problema, el disseny i processament dels anells de graduació haurien de garantir que la intensitat del camp magnètic arribi al nivell especificat, evitant eficientment la fractura britlle del material.

Segon, poden aparèixer fissures quan la cobertura o la superfície final estiguin endommagades. No obstant això, l'ús de noves fibres de nucli resistent a l'àcid sense bori millora significativament la resistència total a l'àcid, reduint enormement aquest problema. Cal notar que no totes les barres de nucli de fibra posseeixen excel·lents característiques de resistència a l'àcid; per tant, són necessàries l'avaluació del rendiment i la selecció. Encara que les fractures brittles tenen un impacte significatiu en les operacions, la seva probabilitat d'ocurrència és baixa i es pot reduir a través de diverses intervencions.

3.3 Problemes d'Envelleiment

Després d'un període d'ús, els aislants poden experimentar problemes d'envelleiment causats principalment per factors de temperatura i descàrrega superficial. Tot i que els materials de caucho de sílicona tenen un cicle d'envelleiment més llarg, encara pot ocorrer envelleiment operatiu inicial degut a la contaminació ambiental i la tecnologia de formulació del material. Mentre que la majoria de les regions poden mantenir bones condicions i característiques mitjançant el gel de sílicona, l'envelleiment és inevitable. Per assegurar la seguretat operativa dels aislants, és necessari realitzar proves inicials. Per tant, són requerides inspeccions periòdiques dels aislants compostos per prevenir un deteriorament més gran.

3.4 Problemes Mecànics

Els aislants compostos mostren una degradació significativa del rendiment mecànic durant l'ús. Actualment, s'utilitzen aislants internes de tipus plug, però tenen requisits elevats per als mètodes de juntura, amb diferències significatives en la pendent de creixement comparat amb els dissenys d'aislants rodollats.

4 Determinació de la Longitud de la Cadena d'Aislants i la Distància Mínima d'Interval d'Aire per a les Línies UHT

4.1 Distància d'Aislat Electrònic Considerada en el Disseny de Línies UHT

Els requisits d'ajust d'aislament per a les línies UHT de 1000kV AC han de garantir un funcionament segur i fiable en diverses condicions com la freqüència de potència, la sobretensió de commutació i la sobretensió de llamp. La fuga de potència d'aislaments és el factor de control principal per a les cadenes d'aislants. Les estructures d'aislament extern són generalment calculades basant-se en la tolerància a la contaminació, combinant amb l'experiència enginyerística existent, considerant factors com l'altitud i la cobertura de glaç. Per a la sobretensió de commutació, es prenen múltiples sobretensions de 1,6p.u. i 1,7p.u.; quan la màxima tensió d'operació del sistema és de 1100kV, si la sobretensió de commutació no pot controlar el nombre de peces d'aislant i el valor calculat és inferior al 50% de la tensió de descàrrega impulsiva de la cadena d'aislants, hi ha un risc de descàrrega impulsiva. En els sistemes UHT, la sobretensió de llamp no té relació directa amb la tensió d'operació, i el nivell d'aislament extern elevat fa que la sobretensió de llamp no sigui un factor determinant.

4.2 Longitud de la Cadena d'Aislants

En condicions de contaminació, la longitud de la cadena d'aislants es determina utilitzant mètodes anticontaminació. Això inclou: (1) mesurar la tensió de fuga de contaminació de diferents aislants en condicions atmosfèriques per obtenir la relació entre la tensió de fuga de contaminació del 50% i la densitat de sal de diferents aislants; (2) mesurar la tensió de resistència dels aislants; (3) corregir i calcular la densitat de sal de sales solubles; (4) calibrar l'efecte de la proporció de cendra a sal sobre la contaminació superficial dels aislants; (5) corregir la irregularitat entre les superfícies superior i inferior; (6) realitzar la correcció d'altitud en zones d'alta muntanya; i (7) calcular el nombre de seccions d'aislants sota condicions de màxima tensió de treball.

4.3 Determinació de la Distància Mínima d'Interval d'Aire per a les Línies UHT

4.3.1 Càlcul del Nombre Mínim de Peces d'Aislant per a Operació Normal

Aquest article es centra en la qüestió científica clau de seleccionar la mínima separació per a les línies de transmissió UHT, utilitzant línies de transmissió de circuit únic com a objecte d'estudi. Estudia l'influència de la distància d'interval d'aire en les dimensions de les torres de transmissió sota tensió de freqüència i efectes de llamp, determina la mínima separació de les torres de transmissió utilitzant intervals d'aire mesurats, i considera l'impacte de la degradació dels aislants en les estructures de les torres de transmissió, proposant una mínima separació per a les torres de transmissió considerant la degradació dels aislants.

4.3.2 Determinació de l'Interval de Sobretensió de Commutació

Això implica determinar el factor de coordinació estadístic per a la operació de sobretensió de commutació basant-se en el càlcul de la tensió de descàrrega impulsiva de treball U50% per a intervals d'aire individuals.

Entre aquests, Us representa la sobretensió de commutació, mesurada en kV; Z és una constant, per tant, es fixa a 2,45; per a un interval d'aire individual, σ1 es fixa a 0,06; entre aquests, σm és la variància de diversos intervals d'aire, que es fixa a 0,024. Per tant:

Per tant, el factor de coordinació estadístic kckc per a la sobretensió de treball de l'interval d'aire de la línia és:

5 Aplicació d'Aislants Compostos en Línies de Transmissió d'Ultra Alta Tensió

A través de les operacions pràctiques de les línies existents al nostre país, s'ha trobat que l'ús d'aislants compostos pot reduir tant el cost de manteniment de les línies com la contaminació de la xarxa elèctrica. En àrees contaminades, es recomana l'ús d'aislants compostos. Per a línies de transmissió de 1000kV, es recomana l'ús d'aislants d'aproximadament 9 metres d'alçada, i en àrees molt contaminades, aislants superiors als 17 metres d'alçada. Si s'adopten connexions en sèrie múltiples, l'alçada dels aislants es pot ajustar més, però això també incrementarà el pes i la longitud dels aislants, augmentant el cost de la línia.

En àrees d'alta muntanya i altament contaminades, els aislants compostos oferen avantatges econòmics i tècnics més elevats. Quan la longitud combinada de la cadena no supera els 10 metres, es pot reduir l'àrea de la finestra de la torre, controlar la càrrega de la torre i disminuir l'ocurrència d'accidents de fuga. Per tant, els aislants compostos tenen avantatges significatius en aquests aspectes. Per assegurar una operació estable i fiable a llarg termini de les línies de transmissió UHT, cal realitzar investigacions en profunditat.

D'una banda, s'haurien de realitzar estudis sobre les propietats mecàniques dels aislants compostos de ultra-gran tonelada per formar normes i mètodes de prova eficients. Addicionalment, mentre s'assegura una pressió uniforme en els aislants compostos, s'haurien de prendre mesures adequades per abordar la interferència electromagnètica i els problemes de descàrrega corona per minimitzar els accidents sencers. Un mètode d'arc racionable garanteix una supressió d'arc eficient.

Estructures mecàniques optimitzades garanteixen que un aislant trencat no caigui al terra. S'haurien d'establir normes de control de qualitat estrictes per prohibir productes defectuosos, amb un control estrict de materials per als núcleos i falda, i millores en les tècniques de fabricació des de la font per reduir els perills operatius. Durant la construcció, s'ha d'implementar un procediment de magatzematge científic per controlar estrictament els danys potencials. S'haurien de realitzar plans de manteniment i inspecció eficients per identificar ràpidament els perills de seguretat i prendre les mesures corresponents per assegurar la seguretat de la producció.

6 Conclusió

Els aislants compostos han guanyat una aplicació cada vegada més ampla en la xarxa elèctrica de Xina i han esdevenit un component essencial en la construcció de la xarxa elèctrica. Tenint en compte els requisits de grans seccions transversals i condicions de càrrega elevada en les línies de transmissió UHT, s'haurien de prioritzar els aislants sintètics sobre els aislants de vidre i altres tipus. A mesura que es va expandint l'escala de les línies de transmissió UHT, apareixen més reptes, generant exigències més elevades en el seu rendiment.

A més d'assegurar una pressió uniforme en els aislants compostos, s'haurien de prendre mesures adequades per abordar la interferència electromagnètica i els problemes de descàrrega corona per minimitzar els accidents sencers. Un mètode d'arc racionable garanteix una supressió d'arc eficient. Estructures mecàniques optimitzades garanteixen que un aislant trencat no caigui al terra. S'haurien d'establir normes de control de qualitat estrictes per prohibir productes defectuosos, amb un control estrict de materials per als núcleos i falda, i millores en les tècniques de fabricació des de la font per reduir els perills operatius.

Durant la construcció, s'ha d'implementar un procediment de magatzematge científic per controlar estrictament els danys potencials. S'haurien de realitzar plans de manteniment i inspecció eficients per identificar ràpidament els perills de seguretat i prendre les mesures corresponents per assegurar la seguretat de la producció.