Када пројектни тим седне да одреди изолаторске жице за нови вод високог{0}}напона, избор између стакла и порцелана обично се брзо решава, често на основу навике, регионалне конвенције или онога што је менаџер набавке набавио на последњем послу. То није нужно погрешно. Оба материјала су у употреби више од једног века, и оба настављају да поуздано раде у широком спектру преносних окружења. Проблем је у томе што ако се задане вредности без разумевања стварних инжењерских компромиса-међу њима, доводи до прекорачења трошкова, неочекиваних оптерећења одржавања и повремено превремене замене опреме која је требало да траје деценијама дуже.
Овај водич ради кроз поређење из перспективе некога ко заиста доноси ту одлуку, посматрајући материјале, механичке и електричне перформансе, понашање кварова,-дуготрајно старење и практичне услове који заиста нагињу скалу на овај или онај начин.
Торањ преноса струне изолаторске изолаторске суспензије
Шта је сваки материјал у ствари
Порцелански изолатори се производе од мешавине каолина, фелдспата и кварца, печени на контролисаним високим температурама док се материјал не згусне у тврдо, глатко керамичко тело. Резултат је механички робустан производ са вредностима чврстоће на притисак око 70.000 кг/цм², што је знатно више од стакла. Порцелан изузетно добро подноси тлачно оптерећење, што објашњава зашто је остао стандард за изолаторе стубова станица, линијских стубних изолатора и сличне структуре у којима доминирају силазне или бочне тлачне силе.
Изолатори од каљеног стакла пролазе кроз другачији производни процес. Стаклени диск се загрева и затим брзо хлади у контролисаном купатилу за гашење, што индукује напон притиска у спољашњем површинском слоју и затезни напон у језгру. Овај процес каљења даје стаклу диелектричну чврстоћу од око 140 кВ/цм, знатно већу од 60 кВ/цм код порцелана. Добијени диск је веома погодан за капе{5}}и-кане за вешање на иглицама које се користе на високо-и екстра{8}}високим-напонским далеководима, где затезно оптерећење, а не оптерећење на притисак управља конструкцијом.
Механичка чврстоћа: Пажљиво читање бројева
На први поглед, механички подаци изгледају контрадикторно. Порцелан има далеко бољу чврстоћу на притисак. Каљено стакло има далеко бољу затезну чврстоћу, са вредностима од око 35.000 кг/цм² у поређењу са 500 кг/цм² порцелана. Конкретно за изолаторе за вешање, перформансе затезања су оно што је важно јер диск виси у нити и носи тежину и оптерећење ветра проводника испод себе кроз напетост. Стакло је победило у том поређењу са великом разликом.
Оно што бројеви не обухватају је варијабилност. Истраживање које је испитивало изолаторе који су уклоњени из употребе након 25 до 30 година открило је да се преостала механичка чврстоћа порцеланских јединица значајно разликује од произвођача до произвођача. Неки су показали само маргиналну деградацију у односу на оригиналне оцењене вредности. Други су показали значајно смањење. Стаклени изолатори из истих студија показали су много мање ширење око своје номиналне затезне чврстоће, остајући близу вредности оригиналног дизајна чак и након деценија излагања на отвореном. За менаџере набавки који раде са више добављача током дугог временског оквира пројекта, та доследност има стварну вредност.
Откривање грешке: аргумент који често одлучује
Овде стаклени изолатори имају своју најневероватнију предност, а то је предност коју инжењери на терену одмах разумеју.
Када се диск од каљеног стакла поквари, било због електричног пробијања, механичког преоптерећења или термичког напрезања, диск се потпуно разбије. Стаклена шкољка отпада, остављајући само металну капицу и иглу која држи конце заједно. Пошто каљено стакло складишти преостало унутрашње напрезање од процеса гашења, сваки лом се брзо шири кроз цео диск. Жица не пада. Поклопац и игла задржавају довољно преостале снаге да држе линију. Али диск који недостаје је јасно видљив са земље или из хеликоптера током рутинске патроле.
Порцелан се понаша другачије. Неуспели порцелански диск може изгледати потпуно нетакнут споља. Квар се дешава изнутра, кроз тело диска, без икаквих спољашњих знакова да је изолација угрожена. Једини поуздан начин да се открије порцелански изолатор нулте{3}}вредности у употреби је да га тестирате електричним путем, било мерењем отпора изолације помоћу мерача или коришћењем алата за детекцију напона под напоном под напоном{4}} док је жица под напоном. Обе методе захтевају обучено особље које ради близу низа, што значи повећан ризик, специјализовану опрему и значајне трошкове по циклусу инспекције.
За далеководе који прелазе удаљени терен, где инспекцијске екипе ретко посећују и где оштећени низ може остати неоткривен месецима, ова разлика је од огромног значаја. Линије у планинским пределима, пустињским коридорима или преко речних прелаза где је приступ отежан су-одговарајуће за стакло управо зато што се неисправни дискови идентификују без икаквог активног тестирања.
Старење и{0}}дугорочни учинак
Оба материјала старе, али различито старе, а разумевање те разлике значајно утиче на прорачун трошкова животног циклуса.
Порцелан је подложан процесу који се назива спори раст пукотина, где се микро-преломи у керамичком телу постепено шире под сталним механичким и термичким оптерећењем. Током деценија, ово може довести до прогресивног смањења механичке чврстоће која се не може открити изван диска. Електрична снага такође може да опадне јер порцеланско тело упија влагу у траговима кроз микро-поре, посебно код старијих изолатора где је процес у пећи био мање контролисан него што то захтевају савремени стандарди. Истраживање коришћењем скенирајуће електронске микроскопије на старом порцелану потврдило је значајне микроструктурне разлике између произвођача, при чему су неки стари узорци показали мерљиву деградацију и механичких и електричних параметара.
Стаклени изолатори не деле овај механизам старења. Пошто каљено стакло није-порозно, апсорпција влаге у тело је у суштини нула. Механичка и електрична својства каљеног стакла остају стабилна током времена на начин на који порцелан не може у потпуности да одговара. Примарна брига за стакло у дугој употреби је акумулација површинске контаминације, посебно у индустријским или обалним срединама где се загађивачи из ваздуха таложе на површини диска и стварају путање струје цурења током влажног времена.
Перформансе контаминације и животна средина
У слабо до умерено загађеним срединама, разлике између стакла и порцелана у перформансама загађења су маргиналне. Обе пропуштају воду прилично добро, а оба акумулирају површинске наслаге које се испиру током кише.
У јако загађеним срединама стакло представља посебан недостатак. Глатка, равна површина стакленог диска омогућава да се влага равномерно кондензује и остане у контакту са акумулираном контаминацијом, стварајући континуиранији проводљиви филм од грубље, сложеније површине порцеланског диска. Површински профил порцелана, са својим подсукњама и ребрима, има тенденцију да зароби кишницу на начине који могу пореметити проводљиви филм и смањити струју цурења.
Овде заправо треба поменути трећи материјал. Композитни полимерни изолатори, изграђени око шипке од фибергласа са поклопцем од силиконске гуме, надмашују и стакло и порцелан у јако контаминираним условима јер је силиконска гума инхерентно хидрофобна. Вода на површини од силиконске гуме формира перле, а не непрекидни филм, што спречава проводљиви површински слој који изазива прескок загађења. За линије које пролазе кроз обалне индустријске зоне, пољопривредна подручја са великом употребом пестицида, или у близини цементара и хемијских објеката, полимерна технологија затвара јаз који ни стакло ни порцелан не решавају у потпуности.Полимерни одводници громакоришћење исте технологије кућишта од силиконске гуме следи исти принцип, због чега су у великој мери заменили старије уређаје за заштиту од пренапона смештене у порцелану-у окружењима где је површинска контаминација стална брига.
ВИЦТОРИ Полимерни одводник грома
Како одлука о избору заправо изгледа
Следећи услови указују наизолатори стаклених суспензијакао бољи избор:
Водови на 220 кВ и више, посебно на 500 кВ и више, где већа диелектрична чврстоћа каљеног стакла обезбеђује значајну додатну маргину у условима привремених пренапона. Удаљени или тешко доступни-распони, где само-режим рада стакла са самопријављивањем отказа смањује трошкове рада инспекције током века трајања линије. Пројекти у којима ће више добављача бити коришћено у различитим фазама набавке, где чвршћа дистрибуција механичке чврстоће стакла обезбеђује конзистентније перформансе од порцелана добијеног из мешовите производње. Програми замене на постојећим стакленим жицама, где механичка заменљивост захтева подударање са оригиналним материјалом.
Порцелан има више смисла у следећим ситуацијама: апликације које укључују компресионо оптерећење, укључујући стубне изолаторе и опрему за станице где је предност порцеланске чврстоће на притисак битна. Нивои напона дистрибуције где је предност диелектричне чврстоће стакла мање релевантна за границу дизајна. Линије у областима са умереним загађењем и редовним распоредом инспекција, где се трошкови инспекције повезани са откривањем порцелана нулте{2}}вредности могу управљати у оквиру уобичајених буџета за одржавање. Пројекти у којима су постојећи ланац снабдевања, протоколи тестирања и радна снага за одржавање изграђени око порцелана и где би замена материјала увела прелазне трошкове.
Стаклени висећи изолатори на нивоима преносног напона представљају једну од ретких одлука о набавци где избор материјала има директан и мерљив утицај на трошкове одржавања током 40-годишњег века трајања средства. То је довољно дуго да се неколико процентних поена додатних трошкова инспекције годишње акумулира у значајну буџетску линију.
Хардверска компатибилност
Једна практична ствар која се понекад занемарује током одабира материјала је да стаклени и порцелански поклопци-и-дискови за вешање на иглицама обично користе исте димензије спојнице са куглицом-и-утичницом, стандардизоване према ИЕЦ 60305. То значи да жице могу, у принципу, да мешају стакло и порцелански диск, а могу заменити дискове од стакла и порцелана и заменити дискове од порцелана друго ако се оцена механичке класе подудара. Ова заменљивост поједностављује управљање резервним деловима и олакшава пребацивање између материјала на основу замене без повлачења функционалног хардвера.
Металне капице и игле које се користе у стакленим и порцеланским склоповима су топло{0}}поцинковано ковно гвожђе или нодуларно гвожђе, и специфицирају се независно од материјала диска. Купци који набављају комплетне жице треба да потврде да су спецификације хардвера, посебно пречник кугле и димензије утичнице, у складу са стандардима ИЕЦ, а не са власничким димензијама које би ограничиле опције извора у будућности.
Резиме
Стаклени и порцелански суспензијски изолатори су зреле, доказане технологије са јаким резултатима у применама преноса широм света. Избор између њих није питање који је материјал бољи у апсолутном смислу. Питање је који материјал одговара специфичном радном окружењу, режиму инспекције, напонском нивоу и ограничењима набавке датог пројекта.
Стакло нуди већу диелектричну чврстоћу, супериорну конзистенцију затезне чврстоће, транспарентно откривање кварова и стабилније{0}}дуготрајно старење. Порцелан нуди бољу чврстоћу на притисак, нижу осетљивост на влагу на површини диска у чистом окружењу и дубљу глобалну производну базу која може да подржи веома велике количине набавке по конкурентним ценама.
За већину модерних{0}}пројеката за пренос високог напона, посебно на 220 кВ и више, а посебно на линијама где је инспекцијски приступ ограничен, стакло је технички јачи избор. За дистрибутивну инфраструктуру и апликације са компресивним оптерећењем, порцелан остаје здрав и исплатив одговор. Инжењери и тимови за набавку који разумеју оба материјала, уместо да заобиђу један, су они који завршавају са инфраструктуром преноса која функционише како је пројектована током свог пуног радног века без непријатних изненађења.