1. У лініях електропередач над-високої напруги (UHV) ізолятори не тільки несуть великі механічні навантаження, але й мають відповідати вимогам електричної міцності; їх надійність безпосередньо впливає на безпечну роботу ЛЕП. Крім того, ізоляторні струни також повинні відповідати вимогам до електромагнітного середовища, у тому числі щодо радіоперешкод. У лініях електропередачі надвисокої напруги розподіл електричного поля вздовж струни ізолятора є нерівномірним із сильним викривленням електричного поля, особливо поблизу ізоляторів з боку провідника, де напруженість електричного поля відносно висока. Це спричиняє ініціювання коронного розряду та електролітичну корозію в ізоляторній ланцюзі, яка часто починається з ізоляторів із боку провідника-. Встановлення добре-продуманих коронуючих кілець і екрануючих кілець може ефективно покращити розподіл електричного поля ізоляторної нитки, забезпечуючи захист від-коронного розряду.
За дорученням Wuhan Line Power Державна ключова лабораторія електричної ізоляції для енергетичного обладнання Сіаньського університету Цзяотун провела розрахунки тривимірного розподілу електричного поля кінцевими елементами на стрижневому-підвісному композитному ізоляторі 1000 кВ змінного струму.
У розрахунках застосовувалися чисельні методи кінцевих елементів і граничних елементів із застосуванням потужного програмного забезпечення аналізу кінцевих елементів і робочих станцій із надійним твердотільним моделюванням, рішеннями, аналізом даних і можливостями обробки для виконання три-вимірних розрахунків потенціалу кінцевих елементів і розподілу електричного поля для стрижневого{2}}підвісного композитного ізолятора 1000 кВ змінного струму.
Чисельні методи розрахунку електричного поля в основному включають метод кінцевих різниць, метод кінцевих елементів, метод моделювання заряду та метод граничних елементів. Метод скінченних елементів — це чисельний метод розв’язання диференціальних рівнянь, який спочатку використовувався для вирішення задач будівельної механіки. У середині 1960-х років метод скінченних елементів був застосований для вирішення електростатичних, магнітних і задач струмового поля зі складними границями в електротехніці.
2. Розрахункова модель базується на кресленнях стрижневого композитного ізолятора типу 1000 кВ змінного струму та відповідних параметрах, наданих компанією Wuhan Laine Transmission and Transformation Equipment Co., Ltd. Тривимірну твердотільну модель було створено відповідно до фактичних розмірів опор лінії 1000 кВ, ізоляторів, провідників та арматури з урахуванням умов ґрунту і еквіпотенційні кільця.
Підвісний композитний ізолятор стрижневого-типу змінного струму 1000 кВ використовує прямолінійні-келихоподібні-вежі. Бічні фази підвішені за допомогою однієї-підключення I-структури типу, а середні фази використовують одну-підключення типу V-структури. Довжина струни ізолятора становить 9500 мм, а провідник — багатожильний алюмінієвий дріт зі сталевою сердечником LGJ-500/35-з восьми-роздільною структурою та відстанню між провідниками 400 мм. Конструктивні розміри та модель кожної частини наведені нижче.
Розподіл електричного поля
Розрахункова модель композитного ізолятора стрижневої підвіски змінного струму 1000 кВ
3. Висновки
На основі розрахунків розподілу потенціалу та електричного поля та дослідження конфігурації коронного кільця для підвісних композитних ізоляторів стрижневого-типу змінного струму 1000 кВ зроблено наступні висновки:
1. Через вплив опор, провідників, землі та умов навколишнього середовища розподіл електричного поля стрижневих композитних ізоляторів типу 1000 кВ змінного струму є нерівномірним. Спотворення електричного поля є серйозними на стороні провідника, тоді як електричне поле є відносно низьким у середній частині та на стороні вежі. Електричне поле, яке відчувають спідниці ізолятора та повітря на стороні провідника, вище, ніж у середині. Розумна конфігурація еквіпотенціальних кілець може ефективно покращити розподіл електричного поля на стороні провідника струни ізолятора.
2. Якщо налаштовано як велике, так і мале кільця градуювання, максимальна напруженість електричного поля біля сторони провідника композитного ізолятора фази I становить приблизно 290 В/мм, тоді як максимальна напруженість електричного поля на стороні вежі становить менше 100 В/мм. Максимальна напруженість електричного поля спостерігається на зовнішній поверхні великого кільця зі сторони провідника, досягаючи 1388 В/мм; максимальна напруженість електричного поля на поверхні сортувального кільця з боку башти становить 445 В/мм.
3. Якщо налаштовано як велике, так і мале кільця градуювання, максимальна напруженість електричного поля біля сторони провідника композитного ізолятора фази V становить приблизно 320 В/мм, тоді як максимальна напруженість електричного поля на стороні опори становить менше 30 В/мм. Максимальна напруженість електричного поля спостерігається на зовнішній поверхні великого кільця зі сторони провідника, досягаючи 1626 В/мм; максимальна напруженість електричного поля на поверхні сортувального кільця з боку башти становить 55 В/мм. Наведена вище конфігурація є відносно розумною, а розподіл електричного поля ізолятора є відносно рівномірним. 4. Через ефект екранування вежі та великого коронного кільця з боку вежі напруженість електричного поля на стороні вежі композитного ізолятора є відносно низькою, а розподіл електричного поля відносно рівномірним. Вплив малого кільця корони неочевидний. Таким чином, мале кільце корони не потрібно встановлювати з боку вежі.