УДК 621.315.623.5.002.25
СТАРЕНИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ В УСЛОВИЯХ, МОДЕЛИРУЮЩИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ, И В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ*
Де Туррель, Бурдо, Лантеню (Канада)
Высоковольтные комбинированные изоляторы (КИ) эксплуатируются на ВЛ в течение нескольких лет, в одних случаях в порядке проведения испытаний, в других находятся в эксплуатации на многокилометровых участках. И хотя выявились некоторые проблемы, и имеются случаи отказов КИ, в целом опыт их эксплуатации можно считать удовлетворительным, и это новое поколение изоляторов находит все большее применение. Конструкция КИ такова, что электрические и механические функции выполняют разные элементы КИ, поэтому можно выбрать материалы, наилучшим образом отвечающие своему назначению. Механическую прочность обеспечивает эпокси- стеклопластиковый стержень. Его защищает от внешних воздействий ребристая оболочка с геометрией ребер, обеспечивающей требуемую длину пути утечки.
*G. De Tourreil, Р. Bourdon, J. Lanteigne. Ageing of composite insulators caused by service and simulated service conditions (Canada). Доклад 15-01 на сессии СИГРЭ 1986 г. Пер с англ. В. А. Минасбековой.
Важнейший аспект проблемы надежности - сохранение на установленном уровне свойств полимерных материалов в течение многих лет при эксплуатации в условиях наружной установки, когда они подвергаются термической, электрической и механической нагрузкам и воздействию ультрафиолетового облучения, влаги и загрязнений.
Так как различные материалы выполняют разные функции, целесообразно отдельно, в соответствии с их назначением, оценивать характеристики старения, чтобы иметь возможность предсказать долговременное поведение КИ в целом. Были проведены исследования старения эпоксистеклопластикового стержня и разных полимерных композиций для ребристой оболочки, а также поведения в условиях эксплуатации изоляторов, в частности, явлений, возникающих в критических зонах КИ: на границах раздела стеклопластиковый стержень-оболочка-металлический оконцеватель.
В докладе представлены результаты исследований четырех материалов для оболочек КИ и проведено сравнение данных, полученных при испытаниях в естественных условиях и ускоренных испытаниях в лабораторных условиях. Обсуждены результаты оценки долговременных механических характеристик разных типов соединений стеклопластикового стержня с металлическим оконцевателем.
Старение материалов наружной оболочки.
Наружная оболочка в КИ подвергается в основном электрическому старению и воздействию внешних условий. Действуют и механические нагрузка, возникающие со временем или вследствие самой конструкции изолятора. Фактор электрического старения становится важным только тогда, когда оно вызывает разряды. Влияние электрических нагрузок, когда они еще не вызывают разряды, практически не изучено. В процессе эксплуатации наружная оболочка изолятора подвергается воздействию УФ-облучения, влаги и температуры. Изменение характеристик четырех материалов для оболочек во времени исследовано несколькими диагностическими методами. Для производителей и потребителей КИ полезно иметь возможность предсказать свойства КИ в процессе многолетней эксплуатации. Это можно сделать только с помощью ускоренных испытаний, выполненных в лаборатории. Образцы материалов, состаренных в естественных условиях, сравнивались с образцами, прошедшими ускоренные испытания.
Испытательные образцы. Из ряда материалов, пригодных по своим свойствам для ребристой оболочки, были выбраны два этиленпропиленовых каучука - сшитый этиленпропилендиевый тройной сополимер (I) и двойной сополимер этилена с пропиленом (II) - и два силиконовых каучука - один вулканизующийся при комнатной температуре (III), другой - при высокой (IV). Эти материалы получены от трех фирм, производящих КИ. Они содержат 50% или более, неорганического наполнителя (А12О3. Н,О). Образцы I имели следующие размеры: длина 120 м, ширина 50, толщина 6 или 2 мм; образцы III и IV - длина 120, ширина 50, толщина 10 или 3 мм. Разная толщина образцов обусловлена проведением различных диагностических испытаний.
Визуальные наблюдения и измерения профиля поверхности проводили на тонких и толстых образцах. Состаренные толстые образцы были использованы для измерения трекингостойкости и эрозии. Все другие диагностические испытания проводили на тонких образцах.
Образцы II вырезали из больших ребер КИ, поэтому их верхняя и нижняя стороны были незначительно закруглены, так что толщина образцов изменялась от 6 до 10 мм. В большинстве испытаний образцы II подвергали старению в том виде, в каком они были получены от фирм. Однако при измерении удлинения при разрыве это создавало определенные проблемы. Для этих испытаний после старения образцы обрезали до толщины 3 мм. При определении потери массы также выравнивали толщину образцов II до 3 мм и после этого ставили на старение.
Методика испытаний на старение. По нескольку образцов каждого материала подвергали старению на наружных испытательных стендах и в лаборатории в условиях, моделирующих внешние воздействия. В первом случае образцы подвергались естественному УФ-облучению, температурным изменениям и воздействию влаги в виде тумана, дождя и снега в зависимости от климатических условиц. В лаборатории для моделирования солнечной УФ-радиации в климатической камере использована ксеноновая лампа. Температура поверхности образца, подвергающейся непосредственно УФ-облучению, становится выше, чем температура внутри камеры, которая поддерживается на уровне 50°С. Каждые 2 ч на образцы в течение 12 мин распылялась вода, вследствие чего повышалась относительная влажность и понижалась температура. В остальное время относительная влажность поддерживалась на уровне 50%. Образцы, подвергающиеся старению в естественных условиях, монтировались под углом 45 и были обращены к югу. Стенды были установлены в трех местах провинции Квебек: на севере с низкой температурой и практическим отсутствием загрязнений, в районе сильных ветров, несущих морской туман и иногда мелкозернистый песок, и в районе IREQ, где, как в пригородной зоне, загрязнения очень незначительные. Часть образцов подвергалась диагностическим испытаниям после старения в естественных условиях в течение 6 мес, 1, 2, 4 и 6 лет. Некоторые образцы подвергались старению 8 и 10 лет. В климатической камере образцы подвешивали к цилиндрическому элементу, вращающемуся вокруг ксеноновой лампы. Использование соответствующих фильтров дает возможность воспроизводить спектр солнечной УФ-радиации. Образцы извлекали из камеры для проведения диагностических испытаний после 500, 1 000, 2 000 и 8 000 ч. Чтобы установить наличие синергетического эффекта при воздействии УФ-облучения и механической нагрузки, дополнительное количество образцов помещали в специальном держателе в испытательную камеру. При определении потерь массы часть образцов подвергали термическому старению в печи с циркуляцией воздуха при 100°С.
В 1977 г. несколько сот КИ напряжением 735 кВ с ребрами из указанных материалов находились в эксплуатации на ВЛ, расположенной вблизи Квебека, где они могли подвергаться незначительным загрязнениям, возникающим в пригородной зоне. Ежегодно проводился тщательный визуальный осмотр. В процессе эксплуатации на ребристую оболочку воздействовали внешние факторы, которые изменялись во времени и в зависимости от сезона.
Электрическая нагрузка не является одинаковой по длине изолятора и зависит от состояния поверхности ребер. Действуют и механические нагрузки, но не высокие.
