"Новости Электротехники №2(22)"Надежная изоляция. Создание полимеров для наружной установки

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №4(22) 2003

Надежная изоляция. Создание полимеров для наружной установки

Игорь Маркелов, ЗАО «РайЭнерго»

Разработка новых материалов требует от исследователей обширных знаний и больших усилий, что подтверждает и история создания изоляционных полимеров для кабельной арматуры.

Разработка
Первые работы по созданию электроизоляционных полимерных материалов с оптимизированными поверхностными свойствами были начаты в 60-х годах. Целью была разработка такого материала, который мог бы применяться для высоковольтной кабельной арматуры, способной работать в различных условиях наружной установки по всему миру. Способом нанесения такого изоляционного материала на кабель должно было стать термоусаживание. Полимер, способный к термоусаживанию, обязан обладать полукристаллической структурой, такой, как у полиэтилена и некоторых его сополимеров.
В конце 1960-х годов полимер был создан и началось его промышленное применение. Первое поколение материалов было основано на полиолефине с добавками (стабилизаторами, экранами, наполнителями и др.). Эта структура обеспечивала кристалличность, нужную для термоусадки, высокие электрические и механические свойства, влагонепроницаемость и трекингостойкость.
В 1970-х годах появилось второе поколение изоляционных полимеров. Были найдены альтернативные полимерные структуры, одна из которых была основана на сополимерах этилена и этиленвинилацетата (ЭВА). Именно эта структура, смешанная с определенными добавками, дала полимер с улучшенными погодостойкими и водоотталкивающими свойствами. ЭВА – надежный и экономичный материал, широко применяется в электротехнике в качестве изоляции и наружного покрова кабеля. Однако, как оказалось, его структура очень трудно смешивается с добавками, придающими полимеру свойства, необходимые для наружной установки.
Создание в 1980-х годах нового полимера для наружной установки – это еще один этап в развитии технологии. Достоинства материалов третьего поколения: более широкий диапазон усадки, улучшенные механические свойства и повышенная водонепроницаемость. Благодаря полимерной изоляции кабельная арматура приобрела ряд важных качеств. Так, при термоусаживании происходит герметичное механическое и электрическое сопряжение с поверхностями материалов, на которые происходит усадка и которые остаются интегрированными при больших перепадах температуры. Оборудование разных производителей, созданное с применением таких полимеров, успешно используется на протяжении многих лет на разных уровнях напряжения, в различных областях и климатических условиях. И наконец, есть возможность практически любого применения изоляционного материала, обусловленная многообразием форм изделий: трубки, ленты, пластины, специальные формы и т.д. Полимер легко наносится на заготовку методом прямого литья, что широко применяется, в частности при производстве изоляторов и ОПН.

Испытания
Новый полимер стал объектом длительных испытаний в различных условиях и лабораториях, и только после успешного завершения лабораторных и полевых испытаний он начал применяться по всему миру.

Испытания изоляционного материала на трекингостойкость

Испытания в естественных условиях

Поверхностные разряды при испытаниях

Ускоренные испытания в камере

Полимерные изоляционные материалы очень плохо реагируют на естественное ультрафиолетовое излучение, которое их разрушает: на поверхности образуются трещины, материал становится хрупким. Типовые промышленные испытания предполагают выдержку полимера под ультрафиолетом в лабораторных условиях в течение 1000 часов.
Программа испытаний вновь разработанного материала намного превышала эти нормы, чтобы гарантировать длительную эксплуатацию при неизменности физических свойств изоляции, и должна была составлять не менее 5000 часов. Однако на практике образцы подвергались испытаниям 20000 часов.
Увлажненная поверхность электроизоляционного материала не должна разрушаться, на ней не должны образовываться угольные дорожки (треки) под воздействием поверхностных дуговых разрядов, возникающих в условиях наружной установки, во влажных помещениях, при образовании росы или во время тумана. Обычно испытание на трекингостойкость длится 200 минут, что наиболее приемлемо для оценки материала. До и после испытаний проводится тест на ускоренное старение. В результате одновременного испытания нового материала на трекингостойкость и эрозионную стойкость его поверхность не разрушалась.
Механическая прочность – одно из важнейших свойств материала для наружной установки, учитывая возможные повреждения. Механические испытания проводятся на протяжении всех 20000 часов лабораторных испытаний полимеров. Тест показал, что созданный изоляционный материал остается жестким после всех воздействий.
Длительные испытания на тепловое старение при высоких (до +180oС) и низких (до -50oС) температурах также являются обязательными для материалов, применяемых в электрических сетях наружной установки, особенно важны они для концевых муфт и ОПН.

Для проведения ускоренных испытаний
погодным старением применяются специальные камеры, где наряду с ультрафиолетом материалы подвергаются воздействию вредных газов, усиливающих деградацию. Изоляционные полимеры прошли эти испытания по принятым методикам. Дополнительно образцы были испытаны и на старение в естественных условиях.
Полимерный материал успешно прошел испытания и на ускоренное старение соленым туманом в специальных камерах. Этот тест проходят все новые конструкции концевых муфт, изоляторов и ОПН.
Изоляционные полимеры для наружной установки применяются в электросетях уже более 30 лет и подтверждают свою надежность, работая по всему миру в условиях и очень жаркого, и очень холодного климата, в загрязненных промышленных зонах, на железных дорогах и на морском побережье.