Полимерные изоляторы с силоксановым покрытием

УДК 621.315.62:678

<  Изоляция электрооборудования высокого напряжения и вентильные разрядники. Труды ВЭИ, 1982, выл. 91, с.80—83.
Приводятся данные по конструкции и разрядным характеристикам комбинированных изоляторов со стеклопластиковыми стержнями и с силоксановыми ребрами на напряжения 10-110 кВ. Представлены результаты испытаний, полученные как в лабораторных условиях, так и на наружном стенде.
Библиогр.: 3.

В. 3. Трифонов
ПОЛИМЕРНЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ С СИЛОКСАНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные разработки полимерных изоляторов.
Разделение механических и электрических нагрузок в полимерных изоляторах позволяет сочетать высокую механическую прочность с хорошими электрическими характеристиками изоляторов. В таких комбинированных конструкциях в качестве несущего механическую нагрузку элемента используются стеклопластиковые стержни или цилиндры. Защитное полимерное покрытие обеспечивает высокие электрические характеристики изоляторов в условиях эксплуатации.
Основное требование к материалу покрытия — его трекингостойкость, т. е. стойкость к образованию поверхностных проводящих дорожек за счет термического разложения материала, вызванного электрическими разрядами по его поверхности.
Наилучшие результаты по электрическим и механическим характеристикам дает такое сочетание сердечника и покрытия, когда материал покрытия имеет хорошую адгезию к сердечнику, обладает хорошей эластичностью и его свойства слабо зависят от температуры.
Таким требованиям наиболее полно удовлетворяет силоксановый эластомер. Зарубежный опыт эксплуатации синтетических изоляторов с кремний-органическим покрытием, а также исследования, проведенные в ВЭИ, показывают, что данный материал может быть использован для изготовления надежных изоляционных конструкций высокого напряжения.
Существует ряд методов испытаний материалов на трекингостойкость [1] . В данной работе в качестве основного был принят американский стандарт ASTM—2303 — метод испытания электроизоляционных материалов на стойкость к образованию проводящего слоя и эрозии под действием жидкого загрязнителя с помощью наклонной плоскости. Эта методика предусматривает достаточно жесткие условия испытаний образцов материалов за счет интенсивной сцинтилляции по поверхности испытуемого образца. При использовании данной методики наблюдается трекинг даже у тех материалов, у которых он не обнаруживается при испытаниях капельным методом (публикация 112 МЭК) или методом камеры пыли и тумана (ASTM 2132).
Для выбора материала покрытия изоляторов было испытано более 25 образцов силоксанового эластомера в виде пластин 50x150 мм толщиной 1-2 мм, отличающихся друг от друга рецептурным составом. Испытания проводились при напряжении 5 кВ, межэлектродное расстояние составляло 50 мм. Выбранный для изготовления ребер изоляторов материал выдержал испытания на наклонной плоскости в течение более 200 ч.
В целях проверки работоспособности изоляционных конструкций на базе силоксанового эластомера были изготовлены изоляторы с ребристой поверхностью на напряжения 10,35 и 110 кВ. Основные технические данные изоляторов приведены в таблице.

Продолжение

Примечание. К — комбинированный, С — силоксановый, П — подвесной. О — опорный.
классы напряжения монтировали из отдельных ребер на стеклопластиковом стержне. Ребра изготовляли путем горячей вулканизации под давлением. Поверхность стеклопластикового стержня покрывали кремний-органическим эластомером холодной вулканизации КЛТ-30М, что обеспечивало высокую электрическую прочность поверхности стыка ребер и стержня. Электрическая прочность стыка при испытании в трансформаторном масле составила 30 кВ/см при длине по стыку 2,5 см. Металлическую арматуру изолятора монтировали методом опрессовки. Узел армировки герметизировали эпоксидной смолой и кремний-органическим эластомером холодной вулканизации.
Испытания изоляторов проводили в соответствии с ГОСТ 1516.2—76. Все изоляторы выдержали испытания. Пятидесятипроцентные разрядные напряжения изоляторов приведены в таблице. Разрядные напряжения изоляторов в сухом состоянии в основном определяются высотой изоляционной части изоляторов и близки к разрядным напряжениям фарфоровых изоляторов аналогичной высоты. Разрядные характеристики полимерных изоляторов под дождем оказались выше, чем у фарфоровых, примерно на 10%. Увеличение напряжений изоляторов под дождем объясняется, по-видимому, хорошими водоотталкивающими свойствами полимеров.
Наиболее слабым местом в синтетических изоляторах является связь между стеклопластиковым стержнем и оболочкой. Для проверки электрической прочности этого стыка применяют испытание изоляции крутым импульсом [2] . В ходе испытаний к изоляторам было приложено последовательно по 25 положительных и отрицательных импульсов со скоростью нарастания напряжения до 2000 кВ/мкс. Изоляторы успешно выдержали эти воздействия.
Известно, что существующие методы лабораторных испытаний образцов материалов не гарантируют трекингостойкости конструкции в реальных условиях эксплуатации. Поэтому ряд изоляторов на 10 кВ и моделей подвергали испытаниям в камере соленого тумана. В камере соленого тумана поддерживалась соленость 10 г/л при расходе раствора 0,25 л/ч. Испытания проводили при наибольшем рабочем напряжении для данного класса напряжения — 12 кВ. Изоляторы простояли в камере в течение 1000 ч. При этом на одном из изоляторов были обнаружены следы эрозии материала ребра. Анализ показал, что эрозия связана с дефектом при вулканизации ребер. Остальные два изолятора успешно выдержали испытания. Следует отметить, что в практике других организаций максимальное время испытаний в камере соленого тумана не превышает 300 ч. Одновременно с испытаниями в камере соленого тумана часть изоляторов проходила испытания на специальной установке при более жестких условиях по методу [3] .
Установка представляла собой четырехлучевую крестовину с подвешенными на конце каждого плеча изоляторами. Частота вращения крестовины равнялась 2—3 об/мин. Изоляторы по ходу вращения поочередно окунались в ванну с соленым раствором концентрацией 10 г/л. Когда очередной изолятор по выходе из соленого раствора приводился в соприкосновение с электродом высокого напряжения, вращение крестовины прекращалось, и происходили интенсивные электрические разряды по поверхности изолятора в течение 30—40 с до тех пор, пока поверхность изолятора не подсыхала под действием токов утечки. Испытывались изоляторы КСП-10 и стеклопластиковые стержни с циклоалифатическим покрытием. УП-2111 длиной 30 см. К изоляторам прикладывалось напряжение 15 кВ, так как разрядное напряжение изолятора после окунания в соленый раствор составляло 20 кВ. Изолятор КСП-10 успешно выдержал 60000 вышеуказанных циклов. На поверхности стеклопластикового стержня 14500 циклов образовался развивающийся трек.
Согласно [3] при 100000 циклов таких испытаний разрушается глазурь фарфоровых изоляторов.
Для проверки изоляторов в условиях реальной эксплуатации четыре изолятора на напряжение 10 кВ были установлены на наружном стенде ВЭИ. В течение года изоляторы испытывались при воздействии напряжения 13 кВ без приложения механической нагрузки. С марта 1979 г. изоляторы находятся под напряжением при постоянной механической нагрузке 1,5 и 2,5 т. Интенсивность загрязнения на стенде достаточно велика — проводимость слоя загрязнения достигает 6 мкСм. За время испытаний следов эрозии или трека на поверхности изолятора не обнаружено.
Таким образом, проведенные исследования образцов силоксанового эластомера и изоляционных конструкций для наружной установки с покрытием из силоксанового эластомера показали, что разработанный Всесоюзным научно-исследовательским институтом синтетического каучука материал может быть использован для изготовления опытной партии синтетических изоляторов. Технологические возможности силоксанового эластомера позволяют сконструировать как подвесные стержневые изоляторы, так и аппаратные изоляторы с оптимальными конструктивными размерами, что дает перспективу повысить электрическую прочность изоляционных конструкций высокого и сверхвысокого напряжения.
Список литературы

1. Mitchell G. R. Present status of ASTM Tracking test Methods. — J. of Testing and Eva but ion, 1974, vol. 2, № 1, p. 2331.
2. Karady G., Vitet R„ Souchereau N. New test methods for synthetic Insulators. CIGRE, 1976, rep. 22-15.
3. Die zweite Generation der Hochspannungsisobtoreen. IFO—Electric, Bromolta Franental, 1977,03-29.