"Новости Электротехники"Опорные полимерные изоляторы зао «феникс-88»: изготовление, испытания, опыт

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №2(14) 2002


	Опорные полимерные изоляторы зао «феникс-88»: изготовление, испытания, опыт *Г. Данилов, В. Власов, В. Сухар, В. Сяков, к. т. н., ЗАО «Феникс-88», Новосибирск* ФАРФОР – ЭТО НЕНАДЕЖНО И ТРУДОЕМКО Повышенное внимание к разработке опорных полимерных изоляторов обусловлено частыми случаями отказа и разрушения высоковольтных опорных фарфоровых изоляторов в составе электрических аппаратов (в частности, в разъединителях и в распределительных устройствах). Основные недостатки фарфоровых оболочек известны: склонность к хрупкому растрескиванию и разрушению, относительно низкие допускаемые механические напряжения, неопределенность прочностных свойств в состоянии «изгиб плюс кручение», проблемы с обеспечением долговременной надежной армировки фланцев-оконцевателей. Диагностика механического состояния фарфоровых изоляторов с определением остаточного ресурса – сложная задача. В какой -то мере она решается регулярными осмотрами, ремонтами, акустико-эмиссионным контролем и т.п., выполнение которых регламентирует циркуляр РАО «ЕЭС России» Ц-01-01(Э) от 14.05.01. Однако эти мероприятия усложняют эксплуатацию изоляторов. решение проблемы – в разработке опорных изоляторов с гарантированной прочностью и стойкостью на весь срок службы, не требующих специальных средств диагностики механического состояния. Разработки таких изоляторов на основе полимеров ведутся многими фирмами, но опыт их создания, испытания и применения еще мало освещен в открытых публикациях. С ПОЛИМЕРНЫМ ИЗОЛЯТОРОМ МОЖНО ЖИТЬ ЛЕГКО И ДОЛГО Конструктивное исполнение опорных полимерных изоляторов ЗАО «Феникс-88» однотипное для класса напряжения 35 и 110 кВ. Это стеклопластиковая труба, являющаяся силовым элементом для восприятия механических нагрузок, заделанные по торцам трубы стальные металлические фланцы, наружная и внутренняя полимерная изоляция из кремнийорганической резины. Такое исполнение допускает более высокие механические напряжения, обеспечивая при этом отсутствие склонности к хрупкому разрушению, ударопрочность, более надежную заделку фланцев, удовлетворительную работу тела изолятора в сложнонапряженном состоянии и повышенную стойкость внешней изоляции при работе в загрязнённой атмосфере. Тем не менее обеспечение упомянутых свойств полимерных изоляторов требует тщательного выбора конструкции, исходных материалов, отработки технологии и подтверждения этих свойств испытаниями. К тому же на сегодняшний день еще не принят, к сожалению, нормативный документ (ГОСТ) на полимерные опорные изоляторы, что порождает неоднозначность мнений и подходов к производству, испытаниям и применению изоляторов. Особого внимания требует вопрос обеспечения жесткости изоляторов на изгиб и кручение, так как полимерные материалы обладают меньшим модулем упругости, чем фарфор. ОПЫТНОМУ РАЗРАБОТЧИКУ И КАРТЫ В РУКИ ЗАО «Феникс-88», выпуская сертифицированные ограничители перенапряжений – ОПН на класс напряжений до 500 кВ (полимерная изолирующая оболочка которых подобна оболочке изоляторов), приобрело достаточный опыт проектирования, подбора исходных материалов и изготовления подобных изоляционных систем. Этот опыт послужил основанием для выпуска полимерных изоляторов в первую очередь на класс напряжения 110 кв. Они же применяются и в разъединителях. Особое внимание было обращено на достижение механической прочности конструкции при работе на изгиб и кручение, что достигается прежде всего выбором стеклопластиковых труб с заданными свойствами, параметрами и выбором способа закрепления фланцев на трубе. С поставщиком были подписаны соответствующие технические условия, оговаривающие стабильные прочностные и электрические параметры труб при их повышенной механической стойкости. Это позволило минимизировать деформации изолятора при механических нагрузках. В частности, периодический входной контроль и испытания образцов труб подтверждают их электрическую прочность на пробой не менее 3,5 кВ/мм, модуль упругости на изгиб не менее 18000 МПа. Плотность и непроницаемость тела трубы подтверждается результатами испытаний на проникновение спиртового раствора фуксина на кольцевом образце трубы высотой 10 мм. Время проникновения раствора на высоту образца составляет в худшем случае более 20 мин. (норма 15 мин.), а большей частью проникновение вообще не происходит. Заделка фланцев обеспечивает герметизацию внутреннего пространства изолятора, что исключает влияние климатических факторов на его электрическую прочность. Отработка исполнения узла крепления фланцев проводилась на макетных образцах, подвергаемых испытаниям на влагопроницаемость (см. ниже). ОБОЛОЧКА ВНЕШНЯЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКАЯ Внешняя кремнийорганическая оболочка, являясь основной внешней электрической изоляцией, предохраняет также стеклопластиковую трубу от влияния внешних климатических факторов. Высокие электрические, трекингостойкие и гидрофобные свойства кремнийорганической (силиконовой) резины обусловили достаточно широкое применение ее на ранних стадиях внедрения внешней высоковольтной полимерной изоляции, например, в подвесных изоляторах. При этом гидрофобность обеспечивает грязестойкость внешней изоляции, а электрическая прочность загрязненной изоляции на 15-20 % выше, чем у фарфоровых изоляторов. (см. статью «Новая разработка завода «Мосизолятор»: высоковольтные вводы с полимерной внешней изоляцией» в журнале «Электрические станции», 1999 год, №12). Кремнийорганическая оболочка подвесных изоляторов была испытана и на дугостойкость (см. работу Соломатова В.Н. и др. «Дугостойкость изоляторов ВЛ 110-220 кВ из стеклопластика и кремнийорганических резин» в журнале «Электрические станции», 1986, №10). Отмеченные свойства и определили применение кремнийорганической резины в качестве внешней изолирующей оболочки изоляторов ЗАО «Феникс-88». ИЗОЛЯТОРЫ ИСПЫТЫВАЛИ – ИСПЫТЫВАЛИ... В сертифицированных испытательных центрах Москвы (НИЦ ВВА, ИЦ ГУП ВЭИ, ИЦ ВЭО ЭНИН) и Новосибирска выполнен большой объем приемочных испытаний изоляторов класса напряжения 35 и 110 кВ. Отличительная особенность испытаний изоляторов на класс напряжения 110 кВ – это принятая последовательность их выполнения. Сначала были выполнены в НИЦ ВВА циклические механические испытания изоляторов в составе разъединителя РНДЗ-110/1000 УХЛ1, в том числе и ресурсные испытания (10000 циклов «включения-отключения»), а затем определялись электрические и механические параметры изоляторов, которые должны быть не ниже заявленных в технических условиях. Данный порядок был реализован следующим образом (результаты испытаний положительны и подтверждены официальными протоколами): Испытания в условиях гололеда при наращивании толщины корки льда до 20 мм - выполнено 3 цикла «включение-отключение» с имитацией механической нагрузки на изоляторы от тяжения проводов 0; 1; 1,2 кН. Выполнены испытания на механическую износостойкость - 2500 циклов «включения-отключения» в зимних условиях с имитацией нагрузки на изоляторы от тяжения проводов 1,2 кН. Испытания в условиях нагрева номинальным током разъединителя с выполнением 25 циклов «включения-отключения» с имитацией нагрузки на изоляторы от тяжения проводов 1,2 кН. Испытания на стойкость при сквозных токах короткого замыкания (ударный ток и ток термической стойкости разъединителя). Механические испытания изгибающей нагрузкой 8 кН в течение 1 минуты (нагружение изоляторов стягивающими хомутами на каждом полюсе). Испытания электрической прочности импульсным напряжением грозового разряда и переменным кратковременным напряжением промышленной частоты в сухом состоянии и под дождем. Осмотр изоляторов после вышеперечисленных испытаний подтвердил их целостность и функциональную пригодность. Была выполнена дальнейшая наработка циклов «включение-отключение» в составе разъединителя до 10000 (ресурсные испытания) с имитацией механической нагрузки на изоляторы от тяжения проводов 1,2 кН. ...ИСПЫТЫВАЛИ – ИСПЫТЫВАЛИ *Установка для выходных испытаний и измерений частичных разрядов в лаборатории ЗАО «Феникс-88»* Дальнейшие испытания выполнялись на отдельных изоляторах: Выполнено испытание трех изоляторов кратковременным напряжением промышленной частоты 230 кВ и определены напряжения перекрытия в сухом состоянии (320-350 кВ). Повторно выполнены испытания грозовым импульсом с амплитудой 450 кВ. Выполнено испытание этих трех изоляторов воздействием импульсным напряжением с крутым фронтом по 25 импульсов положительной и отрицательной полярности. Определена зависимость 50 %-ного разрядного напряжения промышленной частоты загрязненных и увлажненных изоляторов от степени загрязнения. Определены 50 %-ные разрядные напряжения в сухом состоянии как коммутационного импульса (520 кВ), так и грозового импульса (620 кВ). Определен относительно низкий уровень радиопомех (20 дБ) при наибольшем фазном напряжении. Проверены упругие характеристики при механическом нагружении трех изоляторов изгибающей силой 1,5 кН и крутящим моментом 0,25 кНЧм. Определена фактическая разрушающая нагрузка при изгибе (свыше 20 кН), а при кручении (значение крутящего момента 2,5 кНЧм) разрушение так и не было достигнуто. На вновь изготовленных образцах изоляторов на напряжение 110 кВ выполнены испытания в ИЦ ГУП ВЭИ на трекинг-эрозионную стойкость воздействием раствора CaCl2 и испытательного напряжения 80 кВ в течение 300 и 375 часов с последующими проверочными испытаниями импульсным напряжением с крутым фронтом и воздействием коммутационными импульсами (U50% і 350 кВ). В том же центре выполнены испытания изоляторов на термомеханическую прочность воздействием четырех циклов по 24 часа охлаждения до -600С с последующим нагревом до +500С. Образцы во время циклов были нагружены изгибающей силой из расчета 60 % от минимальной разрушающей силы 12,5 кН. Последующие испытания импульсным напряжением с крутым фронтом и определение фактической разрушающей силы на изгиб показали хорошие результаты. Выполнены также испытания по определению длительной прочности при сроке службы изоляторов не менее 30 лет с определением зависимости «нагрузка-время» по МЭК 1109. Изоляторы длительно находились под воздействием изгибающих сил, рассчитанных исходя из минимальной разрушающей силы 12,5 кН. Как мы уже упоминали, изоляторы подверглись серьезным испытаниям на влагонепроницаемость. Их помещали в кипящую воду с раствором NaCl на 42 часа (ИЦ ВЭО ЭНИН). После кипячения выполнялись проверочные испытания импульсным напряжением с крутым фронтом, затем было определено напряжение перекрытия напряжением промышленной частоты, которое оказалось практически равным напряжению перекрытия изоляторов в сухом виде. В заключение изоляторы были испытаны переменным напряжением, равным 80 % от разрядного, в течение 30 минут. ПОВЫШЕННАЯ СТОЙКОСТЬ! Приведенный перечень далеко не полностью отражает выполненный комплекс испытаний. В частности, выполнялись электрические и механические испытания изоляторов на 35 кВ, конструкция которых однотипна с изоляторами на 110 кВ. Измерялся уровень частичных разрядов изолирующих оболочек, испытывался материал оболочки на воспламеняемость, проверялась устойчивость материала каркаса к проникновению влаги и др. При этом следует отметить, что целый комплекс успешных испытаний однотипной полимерной изолирующей оболочки на напряжение 110 и 35 кВ был выполнен при разработке нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН). Более 500 полимерных изоляторов класса напряжения 110 кВ были изготовлены ЗАО «Феникс-88» по временным техническим условиям и по техническим требованиям заказчиков. Все они эксплуатируются в сетях, в том числе и в составе разъединителей. Отзывы за 7-летний срок эксплуатации положительны, замечаний по механическим и электрическим параметрам нет. Особенно отмечается повышенная стойкость внешней полимерной изоляции в условиях загрязненной атмосферы. Результаты испытаний, опыт производства и эксплуатации дают уверенность в успешном применении полимерных опорных изоляторов в электрических сетях. Разработка «Изоляторы опорные стержневые полимерные на номинальное напряжение 35 и 110 кВ» принята межведомственной комиссией РАО «ЕЭС России». Согласованы технические условия, получено Свидетельство об аккредитации № Э-6113001-133 от 30.11.2001 на право поставки ОПН и изоляторов на объекты электроэнергетики.