Испытания полимерной изоляции оборудования наружной установки - Оценка стойкости к трекингу и эрозии изоляторов в камере тумана

Методика испытаний в камере тумана активно разрабатывается в основном в США в течение примерно 10 лет, и эти работы явились предпосылкой для деятельности рабочей группы СИГРЭ. Ниже будут кратко рассмотрены наиболее интересные из этих работ и результаты, полученные на образцах, рекомендуемых СИГРЭ.
Установка для испытаний состоит из камеры тумана, высоковольтного источника питания, системы насосов, обеспечивающей контролируемую проводимость тумана, распыляемого через сопла, и электрической схемы для измерения и регистрации поверхностных токов.
Следующие параметры испытаний подлежат контролю: геометрия образцов и расположение электродов;
состояние поверхности образца (в исходном состоянии, после предварительных обработки или старения);
уровень напряжения и длительность испытаний под напряжением;
проводимость воды;
степень смачивания, размер капель (насос и сопло);
Результаты испытаний могут быть представлены различными способами:

1. визуальные наблюдения и фотографирование через определенные промежутки времени для определения развития трекинга и эрозии в зависимости от длительности испытаний;
2. визуальные наблюдения и фотографирование трекинга и эрозии в зависимости от переноса суммарного поверхностного заряда и/или максимальных амплитуд тока и их числа;
3. определение потери массы в зависимости от переноса суммарного поверхностного заряда и/или максимальных амплитуд тока и их числа.  .

В 1971 г. при испытаниях изоляторов методом морского тумана была установлена возможность использовать измерения поверхностного тока для контролирования условий испытаний на образование сухих полос. Замечено также, что если будет установлена зависимость между током по поверхности при испытаниях и в условиях эксплуатации, то можно будет предсказать срок службы изоляторов по результатам испытаний в камере тумана. К сожалению, регистрация токов утечки по поверхности образцов полимеров в естественных условиях не проводилась до того момента, когда можно установить надежный коэффициент ускорения. Из графика зависимости потери массы образцов полимера от времени испытаний в естественных условиях на протяжении 6 лет и в камере тумана при 0,02% NaCl на протяжении 100 ч установлено, что коэффициент ускорения между этими испытаниями составляет 330:1 для циклоалифатического эпоксидного материала, содержащего гидроокись алюминия, при 55 В/мм. На рис. 15 приведена зависимость потери массы от длительности испытаний в камере тумана цилиндрических образцов из наполненного эпоксидного материала при различной концентрации соли и различных напряженностях электрического поля.

Рис. 15. Зависимость потери массы от времени выдержки в камере тумана: сплошная линия — при проводимости водного раствора NaCl 1,5 мСм-см-1 (0,07% NaCl); пунктирная - при 0,42 мСм-см-1 (0,02% NaCl)

В 1982 г. были опубликованы данные, полученные при подобных исследованиях в шатровой камере. Обнаружена прямая зависимость между суммарной потерей массы и суммарным количеством электричества, прошедшим через образец во время испытания, для цилиндрических образцов этиленпропиленового каучука. Наклон кривой характеризует скорость эрозии образца. По-видимому, уровни тока утечки и другие характеристики испытуемых образцов в камере тумана только тогда имеют смысл, когда связаны с реальным поверхностным током утечки в условиях эксплуатации. Первая регистрация токов после 6 мес. старения в естественных условиях показала, что максимумы разрядного тока на макетах изоляторов были значительно более низкими, чем измеренные в камере тумана, но считается, что в дальнейшем ток будет возрастать и что реальный срок службы изоляторов в годах можно определить из отношения суммарного значения разрядного тока, Кл, до пробоя при лабораторных испытаниях к суммарному значению разрядного тока, Кл, за год при испытаниях на открытом воздухе.
Указано на возможные проблемы этой концепции. Разряды на изоляторах наружной установки будут слабее, и их возникновение на протяжении значительно более длительного периода времени и, следовательно, скорость эрозии не будут такими же, как при испытаниях в камере тумана. Кроме того, возможно, что коэффициенты ускорения будут различны для разных материалов.
В 1985 г. были получены результаты исследования в камере тумана цилиндрических образцов диаметром 25,4 мм и длиной 152,4 мм. Напряженность электрического поля на поверхности образцов составляла около 39 В/мм. Изучение влияния параметров испытаний показало, что при более высокой концентрации соли в растворе увеличение суммарного тока утечки становится в основном линейным со временем и одинаковым для всех полимерных образцов. Это происходит, вероятно, вследствие того, что преобладающим становится влияние сильного потока загрязнений по поверхности.
Исследование напряжения перекрытия в зависимости от длительности испытаний в камере тумана показало, что оно значительно снижается у образцов, которые в итоге пробиваются. Однако у материалов с ограниченной эрозией напряжение перекрытия остается достаточно высоким при испытаниях в течение 500 ч в камере тумана.
При измерении потерь массы установлены их значительные различия в зависимости от длительности испытаний и материала. Сделан вывод, что на основании данных о потерях массы и напряжении перекрытия нельзя судить о старении поверхности полимера при той концентрации солевого раствора, которая была использована. На основе этих характеристик не смогли предсказать быстрый пробой, который наблюдался у некоторых образцов.
Полный цикл испытаний образцов, рекомендуемых СИГРЭ, с использованием методов, описанных ранее, был проведен двумя американскими лабораториями. В одной лаборатории испытания проводили на образцах длиной 152,4 мм при напряжении 8 кВ (52 В/мм) в камере тумана при проводимости солевого раствора 2300 мкСм-см-1. В начале испытаний и затем каждые 10 мин приложенное напряжение повышали на 1 кВ и определяли напряжение перекрытия как меру степени снижения характеристик системы в этих условиях старения.

Таблица 5. Результаты испытаний методом морского тумана

*Испытания при 8 кВ цилиндрических образцов длиной 152,4 мм; проводимость солевого раствора 2300 мкСм-см-1.

Результаты, приведенные в табл. 5, показывают, что четыре образца системы А подвергаются трекингу, приводящему к пробою в течение 4-8 ч. Один из двух образцов системы В подвергался трекингу после 55 ч, а другой имел удовлетворительные характеристики после 87 ч. В процессе старения напряжение перекрытия этого образца снижалось от 13,5 до 11,5 кВ, у образцов системы С снижения этой характеристики вообще не наблюдалось.
Измерения во второй лаборатории проводили на аналогичных шести образцах длиной 152,4 мм и для сравнения на образце фарфора при 9 кВ (59 В/мм) с угольными электродами. В течение 24-часового цикла испытаний 16 ч в камеру тумана подавали солевой раствор и проводили измерения каждые 8 ч.
Измерение суммарного количества электричества после 10 циклов дало следующие результаты:
Системы             Ток, Кл
А............. '.......... Перекрытие
В......................... 2580; 3961
С......................... 384; 644
Пробой системы А происходил под действием трекинга через 5 циклов, системы В и С выдержали испытания, хотя образцы системы С имели значительно меньший суммарный ток утечки, чем образцы системы В.
Напряжение перекрытия измеряли сразу после 5 и 10 циклов старения при повышении напряжения на 1 кВ каждые 10 мин. Результаты, приведенные в табл. 6, также показали, что пробой под действием трекинга происходит у системы А, у систем В и С напряжение перекрытия снижается на 20-25%, у фарфорового образца напряжение перекрытия изменяется мало.