Козырьки DS: Конструкция, назначение и применение в электротехнических установках
Козырьки DS (от англ. «Drip Shield» или «Drop Shield») представляют собой специализированные защитные элементы, предназначенные для установки на изоляторы проходных и опорно-стержневых изоляторов, а также на другое электротехническое оборудование. Их основная функция – предотвращение прямого стекания атмосферных осадков (дождя, талой воды) и конденсата по поверхности изолятора, что существенно повышает его устойчивость к перекрытию в условиях загрязненной атмосферы. Конструктивно козырек DS представляет собой диск или конус из атмосферостойкого диэлектрического материала (обычно полимерного композита или фарфора) с центральным отверстием для монтажа на изолятор или токоведущую часть. Ключевой особенностью является наличие одного или нескольких выступов-«юбок», которые формируют удлиненный путь утечки и создают зону, защищенную от прямого попадания влаги.
Назначение и принцип действия
Эксплуатация высоковольтного оборудования на открытом воздухе сопряжена с риском снижения электрической прочности изоляции из-за загрязнения и увлажнения. На поверхности изолятора накапливаются проводящие отложения (соль, промышленная пыль, продукты горения). При выпадении росы, тумана или мелкого дождя эти отложения растворяются, образуя проводящую пленку, что приводит к возникновению токов утечки. При высокой плотности тока утечки происходит локальный нагрев, влага испаряется, прерывая токовую цепь – этот процесс визуализируется как «сухие» дуги (partial arcs). Нестабильность этого процесса может привести к развитию дуги вдоль всей поверхности изолятора, то есть к его полному перекрытию (флешовер), и, как следствие, к короткому замыканию и отключению линии.
Козырек DS разрывает этот процесс. Устанавливаясь над изолятором или на его ребре, он выполняет две ключевые функции:
- Защита от прямого увлажнения: «Юбка» козырька экранирует часть поверхности изолятора ниже точки крепления от прямого попадания капель дождя и струй воды. Это позволяет сохранить значительную часть поверхности изолятора сухой или слабо увлажненной.
- Увеличение эффективной длины пути утечки (КЗПУ): Сама форма козырька с выступами создает дополнительную защищенную поверхность, увеличивая общий путь, который должна преодолеть дуга для развития перекрытия. Это особенно критично в районах с повышенным уровнем загрязнения (ПУЗ I-IV).
- Полимерные козырьки: Легкие, обладают высокой механической прочностью на удар, устойчивы к УФ-излучению. Важнейшее свойство – гидрофобность поверхности, которая препятствует образованию сплошной водяной пленки. Со временем гидрофобность может временно снижаться под воздействием электрических разрядов и загрязнений, но обладает свойством миграции – восстановления.
- Фарфоровые козырьки: Обладают высокой стойкостью к электрической дуге, не стареют под воздействием УФ, но имеют больший вес, хрупки при ударном воздействии и не обладают врожденной гидрофобностью.
- Однокаскадные (одноюбочные): Простейший тип с одной защитной «юбкой». Применяются для умеренных условий.
- Многокаскадные (многоюбочные): Имеют две и более концентрических «юбки». Обеспечивают максимальную защиту и увеличение КЗПУ, применяются в тяжелых условиях загрязнения.
- Асимметричные: С удлиненной «юбкой» с наветренной стороны для дополнительной защиты от косого дождя и ветра, несущего загрязнения.
- Проходные изоляторы (ПИ) силовых трансформаторов, выключателей, КРУЭ. Устанавливаются на верхней и/или нижней фарфоровой юбке для предотвращения перекрытия по внешней поверхности.
- Опорно-стержневые изоляторы (ОСИ) в составе гирлянд или одиночных опор. Монтируются на отдельных тарелках или на вершине изоляционной колонны.
- Изоляторы выводов оборудования.
- Трансформаторы тока и напряжения наружной установки.
- Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) для защиты изоляторов разъединителей, выводов.
- Снижением количества внеплановых отключений из-за перекрытия изоляции.
- Увеличением межремонтных интервалов (снижение необходимости частой мойки изоляторов).
- Возможностью эксплуатации стандартных изоляторов в условиях более высокого ПУЗ без их замены.
- Продлением срока службы изоляторов за счет защиты от неравномерного увлажнения и эрозии поверхности.
Таким образом, козырьки DS являются пассивным, но чрезвычайно эффективным средством повышения надежности изоляции без необходимости замены самих изоляторов.
Конструктивные особенности и материалы
Современные козырьки DS изготавливаются преимущественно из полимерных композитов на основе эпоксидных смол, наполненных гидрофобизирующими добавками и наполнителями (например, Al(OH)₃ для трекингостойкости). Реже встречаются керамические (фарфоровые) исполнения.
Конструктивно различают:
Области применения и типовые места установки
Козырьки DS нашли широкое применение в электроустановках напряжением от 6 до 750 кВ и выше. Основные точки установки:
Критерии выбора и монтаж
Выбор типа и количества козырьков DS регламентируется техническими условиями и рекомендациями завода-изготовителя оборудования, а также уровнем загрязненности района (ПУЗ).
| Параметр выбора | Описание и критерии |
|---|---|
| Номинальное напряжение | Определяет необходимые габаритные размеры, количество каскадов и минимальное расстояние до заземленных частей. |
| Уровень загрязнения (ПУЗ) | Для ПУЗ I-II часто достаточно однокаскадных козырьков. Для ПУЗ III-IV обязательны многокаскадные, часто устанавливаемые группами. |
| Тип и размер изолятора | Диаметр посадочного отверстия козырька должен точно соответствовать диаметру стержня или фланца изолятора. Конструкция не должна нарушать геометрию изолятора. |
| Материал | Полимерные козырьки предпочтительны для зон с морским климатом и химическими загрязнениями из-за гидрофобности. Фарфор – для зон с высоким риском частых дуговых разрядов. |
| Климатическое исполнение | Должны выдерживать экстремальные температуры, солнечную радиацию, ледовые нагрузки. |
Монтаж осуществляется, как правило, путем надевания козырька на стержень изолятора или токоведущую часть с последующей фиксацией штатными или поставляемыми в комплекте элементами (стопорные кольца, шплинты). Крепление должно быть механически надежным, но не создавать чрезмерных напряжений в материале изолятора или козырька. При монтаже на оборудование под напряжением используются специальные инструменты и технологии, выполняемые квалифицированным персоналом.
Эффективность и технико-экономическое обоснование
Установка козырьков DS является одним из самых экономичных методов повышения надежности существующих электроустановок. Стоимость козырька и его монтажа несопоставимо ниже стоимости замены изоляторов на более высоковольтные или с увеличенным КЗПУ, а также ниже затрат на ликвидацию последствий аварийного отключения.
Эффективность подтверждается:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие козырька DS от обычного защитного кольца (градирующего кольца)?
Козырек DS предназначен в первую очередь для защиты от атмосферных осадков и увеличения КЗПУ. Градирующее кольцо служит для выравнивания распределения электрического поля вокруг изолятора, снижая максимальную напряженность у электродов и подавляя возникновение частичных разрядов. Хотя некоторые конструкции могут совмещать обе функции, основное назначение различно.
Можно ли устанавливать полимерные козырьки на фарфоровые изоляторы и наоборот?
Да, это допустимо и является распространенной практикой. Полимерные козырьки часто устанавливают на фарфоровые изоляторы для улучшения их характеристик в условиях загрязнения. Важно обеспечить только правильное механическое крепление и совместимость материалов в точке контакта (исключение электрохимической коррозии).
Как определить необходимое количество и места установки козырьков на гирлянде изоляторов?
Этот расчет является инженерной задачей, учитывающей напряжение, тип гирлянды (подвесная, натяжная), ПУЗ и конфигурацию опоры. Как правило, козырьки устанавливаются на верхнем изоляторе (со стороны траверсы) и на нескольких изоляторах в середине гирлянды с наветренной стороны. Точные рекомендации содержатся в типовых проектах и инструкциях производителей козырьков.
Требуют ли козырьки DS специального обслуживания?
В процессе эксплуатации они подвергаются тем же загрязнениям, что и основная изоляция. В рамках плановых осмотров оборудования необходимо визуально проверять их целостность (отсутствие сколов, трещин, особенно у полимерных) и степень загрязнения. Очистка, как правило, проводится одновременно с очисткой изоляторов. Особое внимание следует уделять потере гидрофобности полимерных поверхностей.
Что происходит при отказе (разрушении) козырька во время работы оборудования?
Механическое разрушение (падение фрагментов) полимерного козырька может создать угрозу короткого замыкания на заземленные части ниже по подвесу. Трещины или сколы могут стать точкой инициирования перекрытия. Поэтому обнаружение поврежденных козырьков является основанием для их замены в кратчайшие сроки, желательно с отключением напряжения.
Заключение
Козырьки DS являются проверенным, технологичным и экономически эффективным решением для повышения эксплуатационной надежности высоковольтных изоляторов наружной установки в условиях загрязненной атмосферы. Их правильный выбор, основанный на анализе условий эксплуатации и конструктивных особенностях защищаемого оборудования, и качественный монтаж позволяют значительно снизить риски аварийных отключений, минимизировать затраты на обслуживание и продлить ресурс дорогостоящих электротехнических активов. Применение козырьков DS должно рассматриваться как обязательный элемент стратегии управления надежностью в сетевых компаниях, особенно в промышленных и прибрежных регионах.