Выбор наружной полимерной изоляции на основе опыта длительной эксплуатации

Газета "Энергетика и промышленность России", №12(64), 2005 г.

Применение полимерных изоляторов (ПИ) в высоковольтной электроэнергетике в России происходит в течение более, чем 30 лет. За это время накоплен значительный, как положительный, так и отрицательный опыт эксплуатации, позволивший выбрать успешно функционирующие конструкции и технологические процессы, а также определить круг полимерных материалов, пригодных к длительному использованию в различных, иногда крайне суровых климатических условиях. Несмотря на то, поиск новых материалов, технологий и конструкций полимерных изоляторов активно продолжается. Накопленный опыт позволяет сделать ряд наблюдений и выводов, указывающих на специфичность ПИ и необходимость учета этой специфики при выборе наружного исполнения.

Фактор старения

Одним из основных отличий ПИ от традиционных фарфоровых и стеклянных изоляторов является старение, т.е. возможность изменения свойств при длительном воздействии многочисленных эксплуатационных факторов. Старение полимерной изоляции многократно наблюдалось в лабораторных условиях. Существует несколько причин этого явления:

а) трекинго-эрозионное старение защитной оболочки под действием термоокислительных и гидрологических процессов;
б) воздействие солнечной радиации;
в) разрушение стеклопластика и контактных зон длительно существующими частичными разрядами;
г) механическое разрушение тела изолятора в результате возникновения микротрещин(в особенности в сочетании с кислотной средой и электрическим полем - так называемый "хрупкий излом";
д) многократные температурные колебания в сочетании со значительной механической нагрузкой.

В результате выбора группы материалов на основе силиконовой резины проблема старения внешней поверхности ПИ в значительной степени решена. Это связано с высокой стойкостью силиконовой резины к воздействию кислот и щелочей, утрафиолетовому излучению и с высокими гидрофобными свойствами поверхности защитной оболочки. Это приводит к существенному изменению механизма пробоя вдоль загрезненной увлажненной поверхности.

Особенности развития разряда вдоль поверхности ПИ

Специфические свойства поверхности ПИ (главным образом - гидрофобность) проявляются при накоплении загрязненной и увлажненной поверхности. Опыт эксплуатации показывает, что загрязняемость ПИ значительно ниже, чем у аналогичных фарфоровых и стеклянных изоляторов. Гидрофобные свойства поверхности приводят к тому, что процесс развития разряда в значительной степени затруднен. Отдельные капли воды на поверхности не имеют гальванического контакта между собой, что не позволяет использовать понятий тока утечки и пути утечки. В качестве примера рассмотрим результаты испытаний опорных изоляторов ИОСПК-10-110/480 производства ООО "Альфа Энерго". Изоляторы находились в эксплуатации в течение одного года на Красноярском алюминиевом заводе. Характеристики окружающей среды: наличие кислотных выбросов и фтористых соединений; температурные колебания от -40^оС до +40^оС. Испытания показали полное сохранение свойств гидрофобности, отсутствие коронирования и частичных разрядов (по уровню не более 20 пКл). Сопротивление утечки в увлажненном состоянии соответствует показанию "бесконечность" мегомметра с приложенным напряжением 1500В. Естественным последствием годовой эксплуатации изолятора является появление серого налета загрязнений без каких-либо признаков изменения свойств самой защитной оболочки. Загрязнения не сказываются на гидрофобных свойствах поверхности и на снижении поверхностного сопротивления и могут быть удалены с применением слабых технических растворителей (например, этилового спирта). В этом проявляются специфические свойства ПИ с силиконовой защитной оболочкой, указывающие на необходимость разработки специальных процедур испытаний:

1. Свойство гидрофобности передается от поверхности защитного покрытия из силиконовой резины к загрязнениям с определенной задержкой, не имеющей значения в условиях естественных загрязнений ввиду малой скорости их появления. Этот процесс нельзя интенсифицировать при испытаниях с искусственными загрязнениями, поскольку при этом теряется одно из важных достоинств защитного силиконового покрытия
2. Гидрофобность покрытия приводит к формированию на поверхности отдельных, не связанных между собой капель влаги. Нельзя при испытаниях интенсифицировать процесс увлажнения до уровня, при котором постоянное стекание воды по поверхности создает сплошную пленку. В природных условиях такой уровень увлажнения возникает крайне редко, а принудительное формирование сплошного пути утечки принципиально искажает физическую картину явлений на поверхности при увлажнении средней и малой интенсивности.