+24

Полимерные изоляторы.

Сегодня для электроэнергетиков в России и во всем мире термин "полимерные изоляторы" стал уже привычным и понятным.
Правда, за рубежом чаще используют термин "изоляторы из композитных материалов". Однако основные элементы конструкции любого полимерного изолятора (ПИ) во всех случаях одни и те же:
- стеклопластиковый элемент, несущий механическую нагрузку;
- металлические оконцеватели или фланцы для крепления к токоведущим
частям и заземленным конструкциям;
- полимерная оболочка, защищающая несущий стеклопластик от атмосферных воздействий и формирующая необходимую длину пути утечки тока.

История развития ПИ у нас и за рубежом имела драматическое начало из-за неудачного выбора материала оболочки.

Практически все первые конструкции ПИ создавались на основе эпоксидных смол. Лучшие из них выдерживали 5 - 7 лет эксплуатации.
Под воздействием солнечной радиации и поверхностных частичных разрядов
оболочка разрушалась, на ее поверхности появлялись следы сильной эрозии и токопроводящие треки.

Новый этап в развитии ПИ у нас наступил, когда в конце 70-х усилиями двух
организаций Минэнерго СССР, Сибирским НИИ энергетики и Славянским СКТБ ВПО "Электросетьизоляция", с участием Ленинградского НИИ постоянного тока и Московского ВЭИ были разработаны ПИ с оболочкой из кремнийорганических эластомерных композиций (резин).

Прошло более 20 лет с момента изготовления и испытания первых опытных
образцов ПИ. За это время были разработаны научные основы производства
таких изоляторов, подготовлены нормативные документы,
в том числе ГОСТ 28856-90 "Полимерные изоляторы. Технические требования. Методы испытаний и приемки".

Для подтверждения высоких эксплуатационных характеристик первые партии
изоляторов устанавливались в районах с экстремальными климатическими условиями:
в Якутии, Туркмении, на севере Тюменской области и т.д.
В настоящее время в эксплуатации находится более 400 тысяч ПИ на ВЛ всех
классов напряжения от 35 до 750 кВ и несколько сотен опытных образцов
опорных изоляторов на ОРУ 35 и 110 кВ.

Из опыта эксплуатации и лабораторных испытаний ПИ, демонтированных после различной продолжительности эксплуатации, установлены следующие
положительные результаты:
- в районах с умеренными загрязнениями не зарегистрировано случаев пробоя
изоляторов или их ребер, образования трека или эрозии оболочки;
- изоляторы сохраняют высокие значения удельного поверхностного сопротивления:
в одинаковых условиях этот показатель в 3 - 4 раза выше, чем у стеклянных изоляторов;
- влагоразрядные напряжения ПИ, бывших в эксплуатации от 5 до 12 лет, почти вдвое выше, чем у гирлянд стеклянных изоляторов, с той же длиной пути утечки, эксплуатировавшихся в тех же условиях;

- ПИ сохраняют исходно высокую электрическую прочность при воздействии
грозовых и коммутационных перенапряжений, не изменяя их даже после
неоднократных перекрытий, сопровождавшихся силовой дугой;
- механическая прочность ПИ превышает нормированную величину;
- электрическая прочность стеклопластикового стержня и границы раздела
его с полимерной оболочкой остается на исходном уровне, что говорит об
отсутствии электрического старения и надежной защите стеклопластика от влаги;
- напряжения зажигания короны на оконцевателях и защитных экранах превышает рабочее напряжение ВЛ.

До последнего времени были известны лишь единичные случаи аварийных
отказов линейных ПИ.
Расследования показали, что к отказам приводят три характерные причины:
- некачественное выполнение работ на отдельных операциях сборки изоляторов
при отсутствии должного контроля качества готовой продукции ( единичные случаи с изоляторами ВЛ 110 кВ: механическое разрушение из-за некачественной опрессовки оконцевателя и пробой по границе раздела полимерной оболочки
со стеклопластиковым стержнем из-за сборки без герметика или малым его содержанием);
- необоснованное изменение отлаженной и проверенной испытаниями конструкции изолятора в целях ее упрощения и удешевления (два случая разрушения изоляторов
ВЛ 35 кВ из-за отсутствия дугоотводящих дисков на оконцевателях: длительное
горение дуги однофазного КЗ привело к прогоранию оконцевателей, увлажнению стеклопластикового стержня и к последующему его пробою);
- воздействие на изолятор нерасчетных механических нагрузок (единичный случай на ВЛ 500 кВ в Тюменьэнерго: подсечка фазного провода негабаритным транспортом с передачей изгибающей нагрузки на изолятор, в результате чего произошел чрезмерный изгиб стеклопластикового стержня, его расщепление, разрыв защитной оболочки, постепенное увлажнение и последующее
разрушение стержня).

Объем опытной эксплуатации ПИ на наиболее массовых распределительных
ВЛ 35 - 220 кВ сегодня вполне достаточный, чтобы провести оценку надежности отечественных изоляторов нового поколения.

Наибольшее распространение ПИ получили на ВЛ 110 кВ. Объем наработки здесь составляет более 3 х 10/6 изоляторолет. За этот период зарегистрировано 2
аварийных случая. Это означает, что среднегодовой уровень отказов у таких
изоляторов не превышает 1 х 10/-6.

Для изоляторов на напряжение 35 кВ наработка - около 1,5 х 10/6 изоляторолет также при двух отказах; среднегодовой уровень отказов менее 2 х 10/-6.

На ВЛ 220 кВ наработка изоляторов - более 2 х 10/5 изоляторолет при отсутствии аварийных случаев; соответственно среднегодовой уровень отказов
не более 5 х 10/-6.

Как видим, показатели надежности очень высокие, превышающие аналогичные пoкaзaтели одиночных подвесных изоляторов в 100 раз и более.

На ВЛ сверхвысоких классов напряжений 330 - 750 кВ объемы наработок ПИ
много меньше и полученные расчетные значения показателей надежности
не столь внушительны. Однако нет оснований опасаться, что они будут
существенно ниже показателей ПИ на 220 кВ.

В своих отзывах об эксплуатации кремнийорганических ПИ сетевые предприятия энергосистем, кроме высокой эксплуатационной надежности, отмечают и другие достоинства изоляторов нового поколения:
- малый вес (в 10 - 15 раз легче соответствующей гирлянды изоляторов);
- устойчивость к ударным механическим нагрузкам и актам вандализма,
в том числе к расстрелам;
- удобство в монтаже и транспортировке;
- эстетичный внешний вид.

Есть в их отзывах и замечания о недостатках. Чаще всего отмечаются три принципиальных недостатка:
- во-первых, линейные полимерные изоляторы ВЛ 35 и 110 кВ для слабозагрязненных районов (РЗА с 1 по 3) имеют строительную длину большую, чем типовая гирлянда изоляторов примерно на 20 см.

Это специфическая особенность не только полимерных, а всех стержневых изоляторов. Тем не менее она нередко является препятствием к использованию
ПИ при замене гирлянд изоляторов на ВЛ с предельными габаритами.
У изоляторов этих же классов напряжения для районов с загрязненной атмосферой
(РЗА с 4 по 7), а также у всех изоляторов на более высокие напряжения этот
недостаток отсутствует;

- во-вторых, практически у всех ПИ, установленных на ВЛ до 1999 г., оконцеватели имеют узлы сочленения с линейной арматурой только двух типов: проушина (верхний оконцеватель) и пестик (нижний), тогда как типовая подвеска гирлянд в верхней части имеет узел сферического зацепления (типа "гнездо"). Это также затрудняет простую замену гирлянды на ПИ. Требуется устанавливать дополнительную арматуру либо менять весь узел крепления подвески.

Это надо воспринимать как наказ изготовителямпо совершенствованию
конструкции ПИ;

- в-третьих, на оконцевателях некоторых изоляторов, несмотря на наличие цинкового покрытия, через 5 - 10 лет появляются следы ржавчины.

Причина все та же - низкое качество защитных покрытий. Сегодня все изготовители ПИ, кроме одного, наносят цинковое покрытие не горячим способом (в расплаве цинка), а гальваническим.
Проверка цинковых покрытий на оконцевателях демонтированных с ВЛ
изоляторов показала, что во многих случаях толщина и равномерность этих покрытий очень часто не соответствует требованиям общих технических условий
к линейной арматуре по ГОСТ 13276-79.

В целом, отечественный опыт эксплуатации ПИ серии ЛК можно квалифицировать
как очень успешный. Аналогичные результаты применительно к изоляторам с кремнийорганической оболочкой получены и за рубежом, где такие изоляторы используются в гораздо больших объемах и более продолжительное время.

В последние годы энергосистемам предложен ряд изоляторов с оболочкой из таких материалов (этиленпропиленовые резины и радиационно обработанные полиолефины).
Не отвергая в целом необходимость поиска новых материалов, пока есть все основания утверждать, что названные и другие материалы оболочек ПИ не могут
в полной мере конкурировать с кремнийорганической по трекинго-эрозионной стойкости и стабильности влагоразрядных характеристик.

Об этом же говорит и мировая практика.

Замечательные свойства кремнийорганической оболочки обусловлены уникальной способностью этого материала сохранять гидрофобные свойства наружной
поверхности в течение всего срока службы даже в сильно загрязненном состоянии.

Потребителями ПИ в лице сетевых предприятий энергосистем необходимо соблюдать осторожность в выборе производителя, учитывая его
производственные возможности, а главное объем и опыт эксплуатации продукции.

Наличие сертификата соответствия, как показала практика, не является
гарантией высокого качества и надежности.

Изоляторы предназначены для изоляции и крепления устройств контактной сети железных дорог в районах с умеренным и холодным климатом. Непревзойденная особенность кремнийорганических изоляторов - высокая надежность в условиях больших загрязнений контактной сети железных дорог.

Изоляторы изготавливаются из высокопрочного стеклопластикового стержня. Имеют гидрофобную, трекингостойкую кремнийорганическую оболочку. Оконцеватели изготавливаются методом горячей штамповки и в процессе изготовления приобретают дополнительную прочность. Оконцеватели изолятора защищены от коррозии цинком термодиффузионным методом на глубину до 120 мкм. Данный метод покрытия насыщает поверхностные слои стали цинком. Монолитность термодиффузионной защиты исключает отслоение покрытия при опрессовке оконцевателей на стержне, и создает защиту в 3 раза превосходящую гальваническое оцинкование и в 1,5 раза превосходит покрытие нанесенное методом окунания в расплав цинка (горячее цинкование).

Условное обозначение изолятора