Полимерные изоляторы в российской электроэнергетике, как, впрочем, и остальное оборудование, - «долгожители». Некоторые из них эксплуатируются по 30 и более лет. Поэтому проблема старения полимеров и потеря ими изоляционных качеств стоит достаточно остро.

Рынок Электротехники, журнал-справочник

Рустам Мансуров

Механизм и динамика старения полимерных материалов пока не вполне изучены: известно, например, что это сложный физико-химический процесс, включающий в себя деструкцию, дегидратацию и газовыделение. Ресурс же полимерных изоляторов определяется главным образом химическим механизмом и динамикой (кинетикой) деградации, приводящей к потере механической и электрической прочности. Деградация же в свою очередь наряду с гидролизом под действием влажностного и температурного климатических факторов происходит под действием ультрафиолета, коронных, частичных и грозовых разрядов при действии электрического поля, которое, являясь деструктивным фактором, усиливает, как правило, все прочие процессы деградации. Следовательно, как отмечают производители , деградация полимерных изоляторов является плазменно-радиацион-но-комбинированным процессом. Поэтому для оценки свойств и прогнозирования стойкости изоляторов к эксплуатационным воздействиям правомерно также применение принципов защиты от излучений.

Показатель, позволяющий судить о механизме и динамике процессов деградации полимерного материала, - это радиационно-химический выход, представляющий собой число образовавшихся или распавшихся молекул либо межмолекулярных связей на 100 эВ поглощенной энергии излучений. Долговременную стойкость к негативным эксплуатационным факторам полимерам придают содержащиеся в них структуры ароматического ряда, поскольку энергия комбинированных физико-химических воздействий эффективно рассеивается подобными соединениями.

На сегодняшний день специалисты отмечают следующие основные способы повышения долговременной стойкости этих полимеров:

получение механических смесей кремнийорганических соединений, содержащих фенильные группы (например, полидиметил- и полиди-фенил си л океанов );

синтез гомополимеров, содержащих либо фенильные группы, присоединенные к атому кремния, либо кремнийорганические аналоги конденсированных углеводородов;

синтез блок-сополимеров, состоящих из линейных блоков, содержащих алкильные группы, и лестничных блоков, содержащих фенильные группы.

Для таких полимерных соединений доля энергии, рассеянной благодаря присутствию защитных добавок, есть коэффициент защиты (Кз), а доля энергии, отведенной к рассеивающим структурам композиции пластика, поделенная на их концентрацию, представляет собой фактор передачи энергии излучений (ФПЭ). Таким образом, срок службы полимерного изолятора будет тем дольше, чем выше величины Кз и ФПЭ.

Эксплуатационная стойкость изоляторов, таким образом, будет зависеть от способности материала пластика к рассеянию энергии излучений различной природы, т. е. определяется коэффициентом защиты Кз, который является также определяющим для таких показателей стойкости, как константа разрушения Кр, энергетические коэффициенты эрозии Вэ и газостойкости Вг, а также критическая поглощенная доза Дкр.

Институт физической химии Российской Академии наук совместно с ОАО «Иркутскэнерго» и ОАО ВНИИЭ разработали методологию оценки долговременной стойкости полимерных материалов и пластиков RIP-изоляции вводов к радиационно-комбинирован-ным эксплуатационным воздействиям. Методология включает в себя несколько пунктов реализации:

деградация материала или изделия по разработанным ИФХ РАН методикам в комбинированном режиме, максимально адекватном эксплуатационным воздействиям;

определение энергетических коэффициентов газостойкости Вг, выхода свободных радикалов BR, констант разрушения Кр и радиационно-химических выходов при температурах эксплуатации;

определение коэффициентов защиты Кз и факторов передачи энергии ФПЭ в армированных композициях пластика по величинам Вг и BR и энергетического коэффициента деградации Вд;

прогнозирование срока службы по величинам В, Кр, Кз и ФПЭ относительно эталонных композиций;

расчет Дкр, проведение комбинированной деградации изделия при общем или местном состаривании до Дкр и определение электрических характеристик изделия при Дкр;

выдача мотивированного заключения о прогнозируемом сроке службы электроизоляционного пластика.

Реализуется методология на специальных установках. Разработчики утверждают, что методология может быть

использована для оценки и прогнозирования ресурсных характеристик с целью аттестации полимерных композиционных материалов, применяемых при производстве опорных и подвесных полимерных изоляторов и высоковольтных вводов, а также в процессе проектирования подобных материалов.

Следует отметить, что отечественные полимерные изоляторы - достаточно наложные электротехнические устройства. Так, за 10 лет эксплуатации первых изоляторов, изготовленных на ОАО «Энергия-21», не зарегистрировано ни одного случая пробоя, выхода из строя по конструктивным или технологическим причинам. Поврежденные от дуги перекрытия изоляторы прошли Проверку в испытательном центре ВЭ11. Устройства успешно выдержали полный цикл проверок. На изоляторах последующих серий были увеличены изоляционная длина и длина пути утечки. Последующие испытания стандартными полными грозовыми импульсами 1,2/50 мке составили U 50% + 695 кВ и - 780 кВ при нормированном значении 450 кВ на ЛК 70/110-А-2 и подтвердили правильность решения.

Специалисты предприятия опытным путем определили условия, в наибольшей степени влияющие на качество изолятора. Это в первую очередь касается применения материалов. При изготовлении герметиков и подслоя используется кремнийорганическая резина российского производства, по качеству не уступающая зарубежным, производства компаний «Ваккер» и «ДАУ-Корнинг». Стержневой стеклопластик идет от «Тверьстеклопластика» и «Бийского завода стеклопластиков». «Шапка» изготавливается из стального высокоточного литья Ст45Л, а вся арматура подвесных, опорных и железнодорожных изоляторов цинкуется горячим способом. Для обеспечения высокой механической прочности применяется метод радиального обжатия оконцевателя восемью сегментами на прессе FINN-POWER (Финляндия), что способствует сохранению структуры стеклопластика и препятствует разрушению цинкового покрытия оконцевателя. Все комплектующие изолятора проходят 100-процентный входной контроль.

В результате предприятию удалось создать достаточно надежные устройства, неплохо зарекомендовавшие себя в различных климатических зонах. Так, опорные полимерные изоляторы на ПО кВ обладают высокой механической прочностью (за счет стеклопластиковой трубы диаметром до 140 мм с толщиной стенки 12,5 мм в качестве несущего силового элемента). Фланцы изолятора выполнены из высокопрочного модифицированного чугуна. Сборка стеклопластиковой трубы с фланцами производится по плотной посадке с применением эпоксидного компаунда и установкой внутренней распорной втулки. Таким образом, механическая прочность изоляторов обеспечивается с большим запасом и обеспечивает надежную эксплуатацию в течение 30 лет и более.