Особенности конструкций и испытаний полимерных аппаратных изоляторов

Главная » Статьи » Статьи и справочные материалы о высоковольтных изоляторах для ЛЭП » Особенности конструкций и испытаний полимерных аппаратных изоляторов

Трифонов В.З., Остапенко Е.И., Годулян В.В., Туркот В.А. ГУП ВЭИ (г. Москва, Россия)

Положительный опыт эксплуатации линейных стержневых полимерных изоляторов в течение более чем 25 лет, технологические возможности переработки полимерных материалов предоставляют широкие возможности для реализации новых перспективных технических решений по применению полимерных изоляторов в качестве подстанционной и аппаратной изоляции.

Полимерные аппаратные изоляторы представляют собой, как правило, стеклопластиковый полый цилиндр с защитной ребристой оболочкой, которая может быть выполнена из отдельных изоляционных элементов или в виде цельнолитой оболочки. Такие конструкции в основном применяются в качестве изоляционных покрышек для высоковольтных вводов, ограничителей перенапряжения, выключателей и измерительных трансформаторов.

Для опорных изоляторов в качестве несущего элемента могут быть использованы стеклопластиковая труба или стеклопластиковый стержень. Были проведены сравнительные испытания таких изоляторов на напряжение 110 кВ. Оба типа изоляторов соответствует требованиям ГОСТ 9984-85 по электрической и механической прочности, однако прогиб изолятора со стеклопластиковым стержнем при нормированной механической нагрузке на изгиб значительно превышает допустимые значения.

Анализ результатов испытаний и расчеты показывают, что в качестве несущего элемента следует использовать преимущественно стеклопластиковый полый цилиндр. В случае применения изоляторов только в качестве опорной изоляции внутренняя полость покрышки может быть выполнена с защитным ребристым покрытием. Таким образом, выполнена, например, опорная изоляция вакуумного выключателя на 35 кВ для наружной установки).

Покрытие внутренней полости стеклопластикового цилиндра трекингостойкой защитной оболочкой считаем обязательной и при выполнении опорных изоляторов в виде герметичной полой конструкции, т.к. трудно исключить возможность конденсации влаги внутри такого изолятора. Конструкция изолятора должна исключать перекрытие изолятора по внутренней поверхности, а сама поверхность должна быть стойкой к таким разрядам

Наиболее распространенный способ изготовления защитной оболочки - формование отдельных ребер и их склейка на несущий элемент. В настоящее время многие производители как за рубежом, так и в России перешли на формование оболочек на несущий элемент изолятора за один технологический цикл .

Определяющим фактором механической прочности полимерного изолятор является способ крепления металлического фланца.

Соединения металлических фланцев и стеклопластикового цилиндра можно разделить на следующие группы: клеевые, зацеплением, трением и комбинированные. Наиболее естественным видом неразъемного соединения деталей является клеевое. Однако прочность этих соединений существенно зависит от температуры (резко снижается с ростом температуры), а достоверных данных о зависимости прочности клеевых соединений от температуры, особенно усталостной нет.

Большинство соединений зацеплением не следует распространять на композиционные материалы без соответствующих расчетов и анализа, так как их несущая способность может определяться межслойной прочностью композиционного материала. Для передачи осевой нагрузи можно использовать модернизированные резьбовые и штифтовые соединения. Представляет интерес также цанговое соединение (посадка на конус), для осуществления которых высокая точность не требуется.

Наиболее распространенное соединение трением - посадка с натягом по цилиндрическим поверхностям - успешно применяют при изготовлении линейных подвесных изоляторов. Однако в случае использования стеклопластиковых полых цилиндров такой способ считают ненадежным.

При выборе способа соединения необходимо учитывать характер внешнего воздействия. Известно, что работоспособность соединений, нагруженных циклической -ударной нагрузкой, резко снижается, если имеются зазоры. Поэтому в соединениях элементов конструкций, подверженных динамическим воздействиям, зазоры крайне не желательны. Этому условию в полной мере удовлетворяют качественные клеевые соединения, В соединениях же зацеплением избежать зазоров практически невозможно.

Для окончательного выбора соединения необходимы проверочные расчеты на прочность.

Каждое из рассмотренных соединений имеет определенные недостатки, которые могут повлиять на долговечность изделия. Если не устранить, то смягчить перечисленные недостатки позволяют комбинированные соединения. Наиболее простым является клеештифтовое соединение. Следует ожидать повышения эффективности штифтов в таком сочетании, JBK как заполнение зазоров клеем приведет к снижению динамических эффектов, выравниванию нагрузки на штифты, увеличению поверхности смятия и предотвращению выпадения штифтов во время эксплуатации.

Основные конструктивные отличия полимерных изоляторов от фарфоровых заключаются в следующем:

1) наличие нескольких границ раздела различных диэлектриков;

2) снижение механических и электрических характеристик полимеров в процессе старения;

3) применение материалов в той или иной степени способных разрушаться от поверхностных токов утечки.

Такие особенности обусловливают специфические требования к полимерным аппаратным изоляторам и соответственно, к методам испытаний. Основные требования к изоляционным покрышкам приведены в [1].

- трекингостойкость материала защитной оболочки;

- стойкость материала несущего элемента к диффузии влаги и проникновению красящей жидкости;

- обеспечение надежных границ раздела «несущий элемент - защитная оболочка, несущий элемент - металлический фланец (стойкость к проникновению влаги и стойкость к воздействию импульсов с крутым фронтом).

- термомеханическая прочность конструкции в диапазоне рабочих температур; длительная механическая прочность при изгибающих нагрузках.

По нашему мнению, требования к аппаратным изоляторам должны быть шире, чем в [1] тем более, что там опорные полимерные изоляторы не рассматриваются.

Особенности конструкций полимерных изоляторов не исключают возникновения частичных разрядов (ЧР).

Известно, что измерение интенсивности ЧР в готовых изделиях является эффективным методом диагностики качества их изготовления. Специфика измерения ЧР в опорных полимерных изоляторах связана с их чрезвычайно малой электрической емкостью. Например, изоляторы на класс напряжения 110 кВ имеют электрическую емкость порядка нескольких пикофарад. Анализ электрического поля опорных изоляторов и проведенные испытания показали, что разрядные процессы в таких изоляторах могут возникать как вблизи верхнего, так и вблизи нижнего фланцев в зависимости от условий установки, а наличия экранов. Для обеспечения высокой чувствительности регистрации разрядных процессов вблизи верхнего фланца целесообразно применение стандартной схемы измерения ЧР с включением измерительного импеданса в цепь конденсатора связи Со. Для измерения ЧР вблизи нижнего фланца целесообразно применение схемы с включением импеданса в цель объекта.

Другой особенностью полимерных изоляторов является снижение механической прочности при положительных температурах. В соответствии с ГОСТ 9984 фарфоровые изоляторы испытываются на механическую прочность при отрицательных температурах Наши исследования и результаты, приведенные в /2/, показывают, что критической для стекло пластиковых конструкций является положительная температура.

Для линейных полимерных изоляторов известен механизм разрушения стеклопластиков в результате «хрупкого излома»/3/. Такой же механизм разрушения возможен и для аппаратных изоляторов при изгибающих нагрузках. Поэтому необходимо проверять новые стеклопластики на стойкость к «хрупкому излому».

В настоящее время разрабатывается государственный стандарт на технические требования и методы испытаний полимерных изоляционных конструкций по заданию РАО « ЕЭС России» (исполнители НИИПТ и ВЭИ). Указанные особенности испытаний полимерных опорных нттяционных конструкций должны быть учтены в этом документе .

При всех своих положительных качествах полимерные опорные изоляторы еще не нашли широкого применения. Основной причиной ограниченного использования опорных полимерных изоляторов является отсутствие промышленной технологии производства, которая в свою очередь определяется применяемыми материалами. Поэтому по-прежнему

основной проблемой остается поиск новых материалов, удовлетворяющих достаточно широкой гамме требований к материалам защитного покрытия.

В ближайшие годы с целью усовершенствования конструкции полимерных изоляторов необходимо продолжить поиск более технологичных материалов и разработать новую технологию производства изоляторов и соответствующее технологическое оборудование.

За рубежом в последние годы появились новые материалы, разработанные специально для высоковольтных изоляторов наружной установки. Их основное отличие от ранее известных материалов - технологичность, что достигается за счет применения высокомолекулярных жидких силиконовых каунуков. Такие компании как Wacker Silicone (ФРГ), Dow Corning (США), Вауег SiHconc, Связьстрой-5 предлагают ряд жидких силиконовых двухкомпонентных компаундов с сoотношением компонентов 1:1. Применение таких компаундов позволяет изготавливать изоляторы методом литьевого формования. В ФРГ разработаны специальные двухкомпонентные литьевые машины.

Новизна технологии заключается в изготовлении цельнолитых изоляторов с внутренней защищенной поверхностью за одну технологическую операцию.

Выводы

1) В качестве несущего элемента для опорных изоляторов следует использовать преимущественно стсклопластиковые полые цилиндры, критерием выбора диметров является отклонение изолятора от оси при эксплуатационной нагрузке.

2) Для аппаратных изоляторов необходимо установить требование по уровню частичных разрядов.

3) Аппаратный полимерный изолятор должен быть стойким к возможным внутренним перекрытиям

Литература

1) CEI61462. Composite Insulators- Hollow insulators for use in outdoor and indoor electrical equipment. IEC 1998.

2) Исследования влияния факторов на механическую прочность опорных полимерных изолятров.Бреньков Н.Т. и др..доклад 2-12 ,9-ое общеесобрание Ассоциации ТРАВЭК.

3) Guide for the identification of brittle fracture of composite insulator FPR /Electra, 1992 , № 143, p.61-65.

VI Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2010», Том 3, 6.01

 

Каталог продукции