Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск

В декабрьском номере газеты «Энергетика и промышленность России» была опубликована статья «Выбор наружной полимерной изоляции на основе опыта длительной эксплуатации»

30.01.2006
к.т.н. Соловьев Э.П., к.т.н. Ярмаркин М.К.

Применение полимерных изоляторов (Пи) в высоковольтной электроэнергетике в России происходит в течение более, чем 30 лет. За это время накоплен значительный, как положительный, так и отрицательный опыт эксплуатации, позволивший выбрать успешно функционирующие конструкции и технологические процессы, а также определить круг полимерных материалов, пригодных к длительному использованию в различных, иногда крайне суровых климатических условиях. Несмотря на то, поиск новых материалов, технологий и конструкций полимерных изоляторов активно продолжается. Накопленный опыт позволяет сделать ряд наблюдений и выводов, указывающих на специфичность ПИ и необходимость учета этой специфики при выборе наружного исполнения.

Фактор старения

Одним из основных отличий ПИ от традиционных фарфоровых и стеклянных изоляторов является старение, т.е. возможность изменения свойств, при длительном воздействии многочисленных эксплуатационных факторов. Старение полимерной изоляции многократно наблюдалось и в лабораторных условиях, причем указать на целый ряд возможных причин этого явления:

а) трекинго-эрозионное старение защитной оболочки под действием термоокислительных и гидрологических процессов
б) воздействие солнечной радиации;
в) разрушение стеклопластика и контактных зон длительно существующими частичными разрядами;
г) механическое разрушение тела изолятора в результате возникновения микротрещин(в особенности в сочетании с кислотной средой и электрическим полем – так называемый «хрупкий излом»;
д) многократные температурные колебания в сочетании со значительной механической нагрузкой.

Предметом настоящей статьи является только первые две из указанных возможностей, как относящиеся к разрушению внешней защитной оболочки. Следует отметить сразу, что в результате выбора группы материалов на основе силиконовой резины проблема старения внешней поверхности ПИ в значительной степени решена. Это связано, в первую очередь, с высокой стойкостью силиконовой резины к воздействию кислот и щелочей, а также со стойкостью к ультрафиолетовому излучению и высокими гидрофобными свойствами поверхности защитной оболочки изготовленной из материала. Последнее обстоятельство, как показывает опыт и как указано ниже, проводит к существенному изменению механизма пробоя вдоль загрезнен7ной увлажненной поверхности.

Опыт эксплуатации.

За последние два-три десятилетия в России и за рубежом накоплен значительный опыт эксплуатации как линейных, так и опорных ПИ. Несмотря на то, что доля линейных ПИ не превышает 1% от общего числа эксплуатирующих на ВЛ 35-500 кВ гирлянд фарфоровых и стеклянных тарельчатых изоляторов (1), в абсолютном выражении объема опыта эксплуатации достаточно велик и в целом положителен. Например, подвесные изоляторы серии ЛК производства России при общем количестве 100 тыс.шт. эксплуатируются с максимальным сроком 18 лет при объеме эксплуатации 750 тыс.шт. х год (1). За последние 6 лет объем выпуска опорных ПИ класса 110 кВ только ООО «Альфа-Энерго» превышает 50 тыс.шт.

Особенности развития разряда вдоль поверхности ПИ

Специфические свойства поверхности ПИ (главным образом – гидрофобность) проявляются как при накоплении загрязненной и увлажненной поверхности. Опыт эксплуатации показывает, что при прочих равных условиях загрязняемость Пи значительно ниже, чем у аналогичных фарфоровых и стеклянных изоляторов. Гидрофобные свойства поверхности приводят к тому, что процесс развития разряда также в значительной степени затруднен. Отдельные капли воды на поверхности не имеют гальванического контакта между собой, что, по сути, не позволяет использовать понятие тока утечки и пути утечки. В качестве примера рассмотрим результаты испытаний опорного изолятора ИОСПК-10-110/480-II-УЧЛ1 производства ОАО «Альфа-Энерго» после эксплуатации в течение одного года на ГПП-2 Красноярского алюминиевого завода, в условиях IV степени загрязнения атмосферы, при наличии в окружающей среде кислотных выбросов и фтористых соединений, при изменении температуры окружающей среды от -400С до +400С. Испытания показали полное сохранение свойств гидрофобности, отсутствие коронирования и частичных разрядов (по уровню не более 20 пКл). Сопротивление утечки в увлажненном состоянии соответствует показанию «бесконечность» мегомметра с приложенным напряжением 1500В. Естественным последствием годовой эксплуатации изолятора является появление серого налета загрязнений без каких-либо признаков изменения свойств самой защитной оболочки. Загрязнение снимаются тряпкой с применением слабых технических растворителей (например, этилового спирта), однако их наличие не сказывается ни на гидрофобных свойствах поверхности, ни на снижении поверхностного сопротивления. В этом проявляется специфические свойства ПИ с силиконовой защитной оболочкой, указывающие на необходимость разработки специальных процедур испытаний:

Свойство гидрофобности передается от поверхности защитного покрытия из силиконовой резины к загрязнениям с определенной задержкой, не имеющей значения в условиях естественных загрязнений ввиду малой скорости их появления. Этот процесс нельзя интенсифицировать при испытаниях с искусственными загрязнениями, поскольку при этом теряется одно из важных достоинств защитного силиконового покрытия
Гидрофобность покрытия приводит к формированию на поверхности отдельных, не связанных между собой капель влаги. Нельзя при испытаниях интенсифицировать процесс увлажнения до уровня, при котором постоянное стекание процесс увлажнения до уровня, при котором постоянное стекание воды по поверхности создает сплошную пленку, поскольку в природных условиях такой уровень увлажнения возникает крайне редко, а принудительное формирование сплошного пути утечки принципиально искажает физическую картину явлений на поверхности при увлажнении средней и малой интенсивности.
На недопустимость применения быстрых методов чистого и соленого тумана указано в частности в (2).

Различие электрической прочности при пробое вдоль поверхности полимерных и керамических изоляторов.

Указанные особенности формирования загрязнений и перекрытия вдоль поверхности ПИ приводят к значительной более высокой электрической прочности при пробое, чем у керамических изоляторов. В литературных источниках приводятся различные оценки этого превышения. Например, по данным (3), у Пи удельное разрядное напряжение в 1,5 раза выше, чем у керамических изоляторов. В соответствии с (4), при замене керамических изоляторов на ПИ, удельная длина пути утечки может быть уменьшена с 5 кВ/см до 4 кВ/см, то есть на 20%, без видимого снижения электрической прочности. По данным (5) на ВЛ класса напряжения 380 кВ при работе в местности с III степенью загрязнения, замена фарфоровых изоляторов с длиной пути утечки 4,3 м произведена на ПИ с длиной утечки 2,7 м, то есть удельная длина уменьшена в 1,6 раза. По данным (6) , к аналогичному эффекту приводим нанесение гидрофобного покрытия на традиционные керамические изоляторы: напряжение перекрытия увеличивается в 1,5-2 раза. В (1) приведены результаты сравнительных испытаний керамических и ПИ естественном и искусственном загрязнении.

Предложения по выбору ПИ

Сказанное позволяет считать, что применение ПИ с гидрофобной поверхностью эффективно именно в районах с сильным загрязнением. Опыт наблюдений показывает, что загрязняемость Пи в зонах I-IIIстепени загрязнения (С3) невелика и влияние загрязнений на характеристики изоляторов в этих зонах незначительно. В этих условиях градация ПИ по зонам I-III практически нецелесообразна. В соответствии с ГОСТ 9920-89, удельная длина утечки наружной изоляции не должна быть менее 1,5 кВ/см для местности с С3I, не менее 2,5 к/В для СЗII и не менее 2,5 кВ/см для С3III. Указанное выше превышение разрядных характеристик ПИ на класс ниже по С3, чем требуется для традиционной керамической изоляции в соответствии с ГОСТ 9920-86. Это позволит в полной мере раскрыть и использовать возможности ПИ, а также получить значительный экономический эффект, связанный со снижением затрат на производство и с уменьшением габаритов высоковольтного оборудования.

Литература

Владимирский Л.Л. Основные направления работ ОАО НИИПТ в области исследования и внедрения и эксплуатации полимерных изоляторов. Материалы международной научно-технической конференции «Подвесные и опорные полимерные изоляторы: производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, диагностика» 4-9 октября 2004 г, г. Санкт-Петербург.
Lambert P.J. Variable voltage application for insulation pollution test. IEEE Trans. on Power Delivery, 1988, v.3, № 4
Riguel G., Fourmique J.M., Decker D.De., Joulie R., Parrand R. Studies of the long term performance of composite insulators and of the representativity of ageing tests. CIGRE 1996, Pap. 33-304
Kindersberger J., Schutz A., Karner H.C., Huir R.V.D.
Kuhl M. Report on properties of SIR composite insulators after longterm exposure in service. Stockholm Power Tech. Conference, 1995, Pap. SPT IS 12-4
Zhaoying Sun, Zhiyi Su. Service experience with composite outdoor insulation in China. RGE, 1994, № 9, 39-42

Отправить на Email