Монолитность многослойных полимерных изоляторов высоковольтных выключателей

Проведен анализ конструкции полимерных изоляторов для высоковольтных выключателей наружной установки. Отмечается, что важным критерием, характеризующим надежность конструкции, является недопустимость скопления газа на границе раздела цилиндр—оболочка. На основании теоретического анализа выведен критерий сплошности границы раздела, а также предложен метод испытаний, позволяющий контролировать качество изоляторов с учетом предложенного критерия.

Е. И. Остапенко, Д. С. Литманович
МОНОЛИТНОСТЬ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ВЫСОКОВОЛЬНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ЕЕ КОНТРОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ

 В качестве опорной изоляции и изоляции вводов высоковольтных выключателей наружной установки применяется конструкция, состоящая из полимерного армированного цилиндра и фарфоровой покрышки, пространство между которыми продувается воздухом под избыточным давлением [1]. Армированный цилиндр в такой конструкции защищает фарфоровую покрышку от внутреннего давления газа, покрышка же защищает цилиндр от воздействия факторов внешней среды.

Полимерные изоляторы (рис. 1) представляют собой единую монолитную конструкцию, где функции высокопрочного цилиндра выполняет такой же цилиндр, как и в конструкции с фарфоровой покрышкой, а функцию фарфора — наружное трекингостойкое ребристое покрытие из силоксанового эластомера, адгезионно связанное с армированным полимерным цилиндром. При этом недопустимо скопление газа, находящегося во внутренней полости изолятора, на границе раздела цилиндр — оболочка [2].
Условием монолитности двухслойной стенки полимерного изолятора (ПИ) является стационарность режима переноса газа через нее [3].
Для двухслойной стенки:

Рис. 2
Зависимость коэффициента газопроницаемости высокомолекулярных силоксановых эластомеров на основе каучука СКТВ от давления и толщины стенки по данным ВНИИСК представлена на рис. 2, из которого следует, что значение Г2 при расчетах можно принять постоянным и минимальным, соответствующим наиболее опасному случаю Г2 = 2,3 нсм³-см/(см²-с-Па).
Коэффициент газопроницаемости армированного пластика, из которого изготавливаются цилиндры для изоляторов, определяется в первую очередь технологическими факторами. Цилиндры изготавливают намоткой предварительно пропитанных эпоксидной смолой стеклоровинга либо лавсановой ткани на формующую оправку. Такая технология обеспечивает образование на внутренней и наружной поверхностях цилиндра слоев заполимеризованной смолы, что исключает наличие в стенке цилиндра открытых пор и сквозных трещин. Коэффициент газопроницаемости цилиндра зависит от структуры расположения армирующих волокон, неравномерности усадки связующего при отверждении. Необходимо также учитывать возможность повреждения цилиндров в процессе механической обработки (проточка наружной поверхности, нарезание резьбы).
Для выполнения условия монолитности (3) двухслойного ПИ необходимо соблюдение неравенства:

В табл. 1 приведены рассчитанные по формуле (4) максимально допустимые значения коэффициентов газопроницаемости Г1 для различных конструкций ПИ.

Таблица 1

Зная максимально допустимые значения Г1, можно разработать обоснованную методику испытаний цилиндров при изготовлении изоляторов. Как отмечено выше, цилиндр с момента его изготовления до нанесения на него оболочки из силоксанового эластомера проходит ряд технологических операций, при которых не исключена возможность его повреждения. Поэтому коэффициент газопроницаемости цилиндра определяется после окончательной механической обработки непосредственно перед нанесением на него ребристой оболочки.
Испытание проводится по схеме, приведенной на рис. 3. Цилиндр 1 герметизируется фланцами 2. Для уменьшения объема сжатого газа во внутреннюю полость цилиндра закладывается вставка 3. В свободное пространство 4 подается элегаз. Давление поднимается плавно до значения Рисп. Время выдержки под давлением — t. Течеискателем проверяется отсутствие элегаза в свободном объеме камеры 5. Чувствительность течеискателя определяет минимально обнаруживаемый объем элегаза.
На основании решения уравнения Фика [4] известно, что если в цилиндре, коэффициент газопроницаемости которого а площадь внутренней боковой поверхности S, находится газ под давлением Рисп, то за время t через стенку цилиндра толщиной δ вытечет наружу (в камеру) объем газа, равный Q:

Рис. 3
Если через время t течеискатель не обнаружит элегаз в камере, значит газопроницаемость меньше допустимой и, следовательно, при работе изолятора условие его монолитности (3) будет выполняться. Это обеспечивает отсутствие отслоения на границе раздела ПИ, а значит и надежность всей конструкции. В табл. 2 приведены значения t — длительности проведения испытаний для различных конструкций ПИ.

Таблица 2

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергия, 1980.
2. Пат. 3735019 США, Н01В 17/26, 1973. Эластичные, подвергающиеся атмосферным воздействиям оболочки для наполненных газом проходных изоляторов.
3. Рейтлингер С. А. Проницаемость полимерных материалов. М.: Химия, 1974.
4. Диффузия в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит., 1948.