УДК 621.623.5.001.6
ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ. ОБЗОР, АНАЛИЗ, ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК*
Иеда, Кале, Мейсон, Орбек, Станнетт (Великобритания)
Использование полимеров для изготовления изоляторов для ВЛ, измерительных трансформаторов, вводов, концевых кабельных муфт представляет значительный интерес, так как они имеют малую массу, легко перерабатываются, их трудно повредить при актах вандализма. Применению большинства полимеров мешает прогрессирующее снижение диэлектрических и механических характеристик при одновременном воздействии солнечной радиации, истираний твердыми частицами при сильном ветре, температурных изменений, влаги и различных типов загрязнений. На свойства некоторых материалов эти факторы отрицательно влияют даже в сухих условиях, но значительно более серьезные проблемы возникают во влажной атмосфере. Разработанные в последнее время литьевые композиции являются, как правило, гидрофобными, но после воздействия атмосферных условий на них может образоваться сплошная пленка влаги, содержащая загрязнения, что может привести к значительному возрастанию поверхностной проводимости. Локальное испарение влаги может вызвать образование сухих полос даже при относительно низких напряженностях электрического поля. Концентрация напряжений на сухих полосах приводит к возникновению поверхностных разрядов. Разрядный ток и рассеяние энергии, вызываемые этими разрядами, могут быть настолько значительными, что приводят к локальной деструкции полимеров с образованием углерода (трекинг) или газообразных углеводородов и окислов (эрозия).
*М. Ieda, М. Kahle, J. H. Mason, Т. Orbeck, A. W. Stannett. Testing of high polymer insulation for outdoor application. Review, analysis and development (United Kingdom). Доклад 15—11 на сессии СИГРЭ 1986 г. Пер. с англ. В. А. Минасбековой.
Характеристики изоляторов определяются их конструкцией и используемыми материалами. Естественно, что разумно использовать те материалы, которые сами по себе стойки к процессам электрохимического старения, наблюдающимся при определенных условиях эксплуатации. Для оценки трекингостойкости и стойкости к эрозии электроизоляционных материалов были разработаны различные методы испытаний, и ожидалось, что материалы, которые при этих испытаниях оказались трекингостойкими, будут иметь удовлетворительные характеристики при эксплуатации в условиях наружной установки. Некоторые полимерные изоляторы, действительно, продемонстрировали прекрасные эксплуатационные характеристики, другие подверглись быстрому разрушению. В 1983 г. Исследовательский комитет 22 (Рабочая группа 22.10) рекомендовал, чтобы комбинированные изоляторы проходили испытания или методом морского тумана в течение 1000 ч, или 5000 ч при воспроизведении воздействия солнечной радиации, влажного и сухого тепла и морского тумана при приложении в обоих случаях напряжения частотой 50 Гц. Кроме того, эти изоляторы должны выдерживать испытания по методу МЭК (Публикация 587) на трекинг и эрозию. Необходимо было также провести требуемую Исследовательским комитетом 15 оценку достоинств и ограничений этого метода, и, если необходимо, разработать новые методы, которые обеспечивали бы лучшее моделирование эксплуатационных воздействий. Задача группы 4 Рабочей группы 6 Исследовательского комитета 15 и состояла в проведении этой работы.
В работе группы 15.06.04 приняли участие ученые ряда стран. Много времени было посвящено обсуждению текущей работы и обмену идеями. Эти дискуссии оказали значительное влияние на работы, о которых сообщается в данном докладе, и положили начало другим экспериментальным исследованиям, ранее не проводившимся.
Были рассмотрены хорошо известные испытания на трекинг и эрозию. Весьма возможно, что любые различия между лабораторной оценкой материалов и эксплуатационными данными могут возникнуть вследствие того, что испытания в лабораториях проводятся в течение короткого отрезка времени и синергетические эффекты, которые могут действовать в процессе эксплуатации, остаются невыясненными. Кроме того, малое расстояние между электродами при испытаниях материалов дает возможность оценить скорее начало трекинга, а не развитие во времени трекинга и эрозии. При испытаниях с раствором хлорида аммония и методом морского тумана могут быть получены различные результаты, так же как при загрязнении в условиях пустыни и промышленных районов. Поскольку испытания методом наклонной плоскости идут более длительное время, межэлектродный промежуток больше (по сравнению с другими методами) и это единственный метод, признаваемый МЭК, было решено проводить испытания данным методом до и после выдержки материалов в условиях УФ-облучения, а также провести сравнение результатов, полученных на одних и тех же материалах при этих испытаниях, принятых Electricity de France, и значительно более длительных испытаниях методами, используемыми в настоящее время или разрабатываемыми.
Чтобы увязать деятельность различных стран и сотрудничающих лабораторий, Рабочей группой 15.06.04 СИГРЭ для исследований были выбраны три наиболее типичных материала (в скобках приведено содержание компонентов в композициях в масс. ч.):
система А - эпоксидная смола на основе бисфенола А (100), отвердитель НТ 901 (30), кварцевый наполнитель Ζ 300 (200);
система В - циклоалифатическая эпоксидная смола СУ 184(100), отвердитель НТ 907(90), кварцевый наполнитель, обработанный силаном, W 12(350);
система С - силиконовый каучук.
Системы А и В - типичные материалы, используемые для изоляторов, которые, как ожидается, должны быть трекингостойкими. Они поставлялись CIBA (Великобритания) для испытаний в виде листов 300x300x3,5 мм, которые разрезались на образцы размером 50x150 мм. Образцы силиконового каучука поставляла фирма Dow Corning в виде листов толщиной 7 мм. Кроме того, те же материалы испытывали в виде цилиндров диаметром 250 и длиной 150 мм.
Помимо кратковременных испытаний, упомянутых выше, были проведены длительные испытания методом морского тумана, а также так называемым карусельным методом, когда образец попеременно то погружали в солевой раствор, то извлекали из него, а затем подавали напряжение. Был проведен сравнительный анализ результатов этих испытаний и эти данные были рассмотрены в связи с другими исследованиями: испытаниями с электродами из различных металлов, при различных межэлектродных промежутках, при различных концентрациях и типах загрязнений, а также в сравнении с данными по влиянию истирания поверхности твердыми частицами в климатической камере и при старении в естественных условиях.
