16+
При разработке и постоянной модификации опорных стержневых изоляторов конструкторы сталкиваются с противоречивыми задачами, которые необходимо совместить.
В частности, общеизвестно, что при уменьшении диаметра электроизоляционного тела стержневого изолятора значительно улучшаются все электрические показатели изолятора: электроизоляционные, сухоразрядные, мокроразрядные, уменьшается загрязняемость, благоприятно изменяется распределение электрического поля. Это обеспечивает лучшие характеристики подвесных стержневых изоляторов типа ЛК по сравнению с гирляндами тарельчатых изоляторов и их широкое применение в энергетике. Однако изоляторы ЛК испытывают только растягивающие нагрузки, а опорные изоляторы – в основном, изгибающие. Для жесткости изолятора необходим большой диаметр стеклопластикового стержня. В изоляторе СТАН™ на основе опыта последних 5 лет нашими специалистами найден оптимальный диаметр изоляционного тела, достаточный для высоких электроизоляционных свойств и для оптимальной жесткости всего изолятора.
Стержневые изоляторы: плюсы и минусы
Надо отметить, что изоляторы СТАН™ изготавливаются только на основе монолитного стеклопластикового стержня. В первые годы наше предприятие, так же как и многие другие, изготавливало опорные полимерные изоляторы на основе полых стеклопластиковых труб. Это было проще и дешевле. В дальнейшем мы первыми разработали технологию заполнения полости труб электроизоляционного тела пенополиуретаном. Наше предприятие получило патент на эту технологию, но в дальнейшем мы от нее отказались. Дело в том, что длительное воздействие электромагнитных волн, излучения, высокого напряжения может привести к разрушению пенополиуретана и образованию полостей для влаги. Помимо этого, до сих пор не изучено влияние частичных разрядов в полости пузырьков, из которых формируется пенополиуретановая пена.
В конструкции изолятора применены решения, на которые получено несколько патентов.
Самым слабым узлом стержневого опорного изолятора является стеклопластиковый электроизоляционный несущий стержень. Его защита от воздействия окружающей среды, солнечной радиации, эрозии токов утечки и трекинга является основной функцией кремнийорганической оболочки. Слабые места в защите располагаются в области соединения кремнийорганической оболочки с фланцем и в месте соединения ребер кремнийорганической оболочки при модульной сборке. Рассмотрим технические решения, устраняющие эти слабые места изолятора, подробнее.
Пути усовершенствования
Из-за возможности проникновения влаги и отсутствия герметичности между ребрами при модульной (шашлычной) сборке бытует мнение о худших характеристиках изоляторов, собранных по этой технологии. Однако у изоляторов, отлитых в форме с продольным разъемом, имеется другой фактор, ухудшающий характеристики изолятора: по линии разъема формы остается облой, и даже после его срезания сохраняется неровность, идущая от верхнего фланца, находящегося под потенциалом, до нижнего, заземленного. В результате на всех изоляторах, изготовленных литьевым способом, на поверхности изолятора присутствует «дорожка», которая обладает высокой склонностью к загрязнению и предрасположена к формированию трекинга и эрозии вдоль линии напряженности электрического поля. Этого недостатка лишены ребра, которые отпрессованы по отдельности, и линия разъема формы проходит поперек напряженности электрического поля, обычно по краю ребра.
Для решения этой дилеммы в изоляторе СТАН™ применена технология, широко известная у европейских и американских производителей высоковольтных изоляторов, таких, как Pfifster, Sefag, Ohio Braas, Hubbel, NGK, ABB и др. Эта технология заключается в том, что стеклопластиковый стержень методом экструзии покрывают тонким слоем кремнийорганической резины. В результате происходит полная герметизация стеклопластикового стержня. Кроме того, при экструзии не образуется продольных линий вдоль разъема литьевых форм. После этого на обрезиненный стержень помещают предварительно отформованные ребра из твердой кремнийорганической резины. При этом ребра изготавливаются из трекингостойкой кремнийорганической резины с высоким содержанием противоэрозионных и антитрекинговых веществ. В основном это тонкомолотые минеральные вещества, обладающие большой абразивностью. При обычном литье жидкой кремнийорганической резины производители не могут использовать их в силу быстрого износа форм от абразивного воздействия. По литьевой технологии используется трекингоэрозионностойкая резина, недостаточно твердая по сравнению с твердой резиной, перерабатываемой методом прессования. В итоге данная технология сочетает все плюсы машинной герметизации литьевой технологии со всеми плюсами трекингостойкости и отсутствия линий разъема форм модульной сборки.
Второе, наиболее проблемное место в стержневом полимерном изоляторе – соединение стеклопластикового стержня, кремнийорганической оболочки и металлического фланца, так называемая «тройная точка». Особенно опасна эта точка в зоне верхнего фланца. Изготовление и техническое решение в этой зоне в большинстве своем и определяет надежность изолятора. До 70 процентов случаев выхода из строя полимерных стержневых опорных и подвесных изоляторов связано с началом деструктивных процессов в этой зоне. В этой точке сходятся не только разные детали изолятора из разных материалов, но и сама точка находится в зоне наибольшей напряженности электрического поля. Граница электропроводной (фланец) и диэлектрической (стержень) среды определяет настолько неравномерное распределение поля, что возникают постоянные разряды (как внутренние, частичные, так и внешние), сопровождаемые короной. В изоляторе СТАН™ эта точка находится внутри фланца, в зоне отсутствия электрических полей. В соответствии с законом Фарадея напряженность электрического поля в точке, экранированной со всех сторон, равна нулю. Тем самым «тройная точка» защищена и экранирована от электрического поля. При этом то, как именно выполнено соединение кремнийорганической резины и оконцевателя, не имеет существенного значения. Оконцеватель сверху может быть залит силиконовой резиной, но это не обязательно – главное, чтобы «тройная точка» находилась внутри фланца, была экранирована. Это решение в течение многих лет применяется ведущими производителями высоковольтных изоляторов, например японской компанией NGK.
Аспекты соединения
Другой немаловажный аспект – способ соединения фланцев со стеклопластиковым несущим стержнем. Большинство производителей изоляторов не придают особого значения этому фактору, полагая, что главное – это обеспечение механической прочности заделки. Некоторые производители приклеивают металлические фланцы, другие крепят их на винтах. Однако изолятор эксплуатируется при температурах от –40 до +50. Разные коэффициенты температурного расширения металла и стеклопластика приводят к разрушению клеевого соединения, а иногда и к тому, что фланец оказывается просто никак не закрепленным на изоляционном теле. Фиксация фланца от проворота с помощью штифтов при неправильном выполнении операции также грозит серьезными последствиями уже не только в части механической, но и электрической прочности.
Штифт входит в тело стеклопластикового стержня, раздвигая нити стеклянного ровинга, и создает условия для развития внутренней трещины вдоль всего стержня. При отсутствии нагрузок трещина не развивается. Такая ситуация может быть достаточно длительной, изолятор при этом будет нормально работать. Механические нагрузки на изолятор в составе разъединителя возникают только в момент разъединения, что достаточно редкое явление. Но в момент приложения нагрузки, особенно крутящей, неизбежен рост трещины. Нарушение целостности изоляционного тела в итоге неизбежно приведет к выходу изолятора из строя.
Для исключения вмешательства в изоляционное тело и для надежного, но бережного крепления фланцев в изоляторе СТАН™ применена технология обжатия. На места крепления оконцевателей на электроизоляционное тело напрессовываются металлические втулки. Опрессование втулок выполняется круглыми матрицами по диаметру стержня равномерно со всех сторон. При этом производится контроль усилия и акустический контроль. Технология опрессовки оконцевателей положительно зарекомендовала себя в подвесных изоляторах типа ЛК. Оконцеватели изоляторов ЛК после обжатия на стеклопластиковом стержне диаметром 16 миллиметров выдерживает нагрузку на разрыв более 12 тнс. После этого к металлическим втулкам, надежно обжатым на изоляционном стеклопластиковом стержне, крепятся оконцеватели, имеющие необходимые присоединительные размеры для установки в разъединителях или других аппаратах. Крепление оконцевателей к металлическим втулкам не способно повредить целостность изоляционного тела и может выполняться любым способом, принятым в машиностроении: штифтовым, болтовым и другими.
Заключение
Таким образом, для надежной работы опорный стержневой изолятор должен иметь:
• монолитный стеклопластиковый стержень;
• экструзионную технологию защиты стержня кремнийорганической оболочкой;
• двойная оболочка с модульным размещением ребер на экструдированной оболочке;
• отсутствие электрического поля в «тройной точке», ее экранирование;
• крепление фланцев на стеклопластиковом стержне в оболочке методом обжатия, без нарушения целостности и герметичности;
• минимальный диаметр изоляционного тела изолятора;
• наличие экранов на верхнем фланце изоляторов начиная уже со 110 кВ для исключения короны, частичных разрядов, радиопомех.
Применение передовых технологий и конструкторских разработок, автоматизация технологического процесса позволили не только значительно увеличить надежность работы опорных изоляторов, но и существенно снизить их стоимость. Впервые полимерный опорный стержневой изолятор на 110 кВ стоит дешевле, чем фарфоровый изолятор. Цена изолятора типа СТАН-6-110‑Б, заменяющего фарфоровый опорный изолятор ИОС-110‑400, составляет 4950 рублей, изолятора СТАН на нагрузки 10 кН типа СТАН-10-110 – 4980 рублей. Стоимость других опорных изоляторов вы можете узнать в отделе сбыта завода или из прайс-листа на сайте компании.
WhatsApp
ВКонтакте
.svg)
