Полимерные изоляторы. Опыт и перспективы

Таблица 6. Опыт эксплуатации RTV - оболочек на фарфоровых изоляторах в США

Эксплуати-рующая организация	Загрязнение	Тип покры-той изоля-ции	Класс напряжения, кВ	Длитель-ность эксп- луатации, г
PG and E, Калифорния	Соленый туман с океана	Изоляторы, плавкие пре- дохранители, вводы	12 - 230	20
NE Utilities Коннектикут	Соленый туман	Подстанци- онные изоляторы	345	4
LADWP Калифорния	Соленый туман	Линейные вводы, электропере-дачи пост. тока, изоляторы электропере- дачи пост. тока	133 - 500 пост. тока 138 переменного тока	13
СonEd, Нью - Йорк	Морское и соль с дорог	Подстанци- онные изоляторы	69 - 345	7
Idaho Power Айдахо	Фосфорные удобрения	Подстанци- онные изоляторы	13,8 - 138	9
Newada Power, Невада	Угольная пыль	Подстанци- онные изоляторы	69 - 230	8
FPL, Флорида	Морское	Подстанци- онные изоляторы, гирлянды изоляторов	13 - 138	4
Southern Cal Эдисон	Морское и промышлен- ное	Подстанци- онные изоляторы, гирлянды изоляторов	56 - 220	9
BPA, Орегон	Цемент, промышлен-ные, удобрения	Подстанци-онные изоляторы	56 - 220	9
CP and L, Техас	Морское	Подстанци-онные изоляторы, гирлянды изоляторов	138 - 345	8
FP Corp., Флорида	Фосфатная промышлен-ность	Подстанци-онные изоляторы, гирлянды	115	4
Itaipu, Бразилия	Пыль с дорог	Линейные вводы, подстанци-онные изоляторы	400 постоянного тока	9

Стоимость RTV - оболочек выше, чем у смазок, но если отнести её к сроку службы, она оказывается ниже, чем у смазок, т.к. частота нанесения RTV - оболочек значительно более редкая, кроме того удаление смазок для повторного нанесения более трудоёмко, чем подготовка к новому нанесению RTV. Как правило, RTV - оболочки в США наносят один раз и обмывают через 7 - 10 лет эксплуатации. Приведены конкретные экономические выгоды, полученные разными энергокомпаниями от внедрения RTV - оболочек / 75 / в районах с загрязненной атмосферой. В последние годы для RTV - оболочек на первый план выходит определение поверхностной проводимости при искусственном увлажнении,как показателя гидрофобности и старения, однако соответствующая методика ещё только разрабатывается. Наиболее надежным методом оценки RTV - покрытий в настоящее время признается накопление опыта их эксплуатации в естественных условиях.

Основными проблемными вопросами, связанными с применением защитных RTV - покрытий за рубежом, являются разработка методики надежного прогнозирования их срока службы ( в первую очередь, определяемого ресурсом низкомолекулярных соединений в тонком кремнийорганическом слое ) и методики сравнительной оценки в лабораторных условиях эффективности RTV - оболочек разного состава.

17. Применение полимерных изоляторов на ВЛ постоянного тока

В последнее время существенно расширилось применение полимерных изоляторов на электропередачах постоянного тока напряжением до + 500 кВ / 4 /. Появились также многочисленные исследования, посвященные лабораторным испытаниям полимерных изоляторов и, в основном, проблеме старения изоляторов при постоянном напряжении. Не останавливаясь на всех аспектах проблемы отметим, что наиболее подробные данные лабораторных испытаний полимерных изоляторов на постоянном напряжении приведены в докладе СИГРЭ - 94 / 15 /, подготовленном совместно итальянскими и индийскими исследователями в связи с намечаемым в Индии строительством электропередач постоянного тока. Испытывалось 9 типов изоляторов, предназначенных для работы на ВЛ 150 кВ переменного тока ( наибольшее рабочее напряжение 170 кВ ). Оболочки изоляторов были выполнены из ЕРDM, EPR и КО - резины ( RTV, HTV ). Изоляционная высота всех испытуемых изоляторов была примерно одинаковой ( 1,15 - 1,27 м ), а длина пути утечки находилась в пределах от 3,1 до 4,05 м. Изоляторы имели как постоянный, так и переменный вылет ребер. Испытания проводились по той же методике и в той же испытательной камере, что и выше описанные испытания на переменном напряжении / 43 /. Отметим, что для Индии, как и для Италии, характерны интенсивные морские ( солевые ) загрязнения высоковольтной изоляции. Если при испытании переменным напряжением изоляторы испытывались при 100 кВ, то при постоянном напряжении на них длительно подавалось 70 кВ ( отрицательная полярность ). В течение всех длительных испытаний на старение допускалось не более 3 - х перекрытий изоляторов данного типа, после чего испытания этих изоляторов прекращались. В докладе / 15 / сообщается о наработанной длительности испытаний на старение на постоянном напряжении 3000 часов. Токи утечки ( в режиме соленого тумана ) были в целом на постоянном напряжении заметно меньше, чем на переменном. Однако, в отличие от опытов в / 43 / на постоянном напряжении почти все испытуемые типы изоляторов неоднократно перекрывались при соленом тумане, причем при заметно меньших временах старения, чем при переменном напряжении. Особенно плохо вели себя в этом отношении кремнийорганические изоляторы. Описываемая методика испытаний сочетает старение изоляторов с оценкой их длительной электрической прочности и позволила авторам исследования сделать вывод, что постоянное напряжение 70 кВ ( отрицательная полярность ) является более опасным с точки зрения перекрытия полимерных изоляторов, чем 100 кВ переменного тока при тех же окружающих условиях ( возможно вследствие большего накопления загрязнения на поверхности изоляторов при длительном приложении постоянного напряжения ). Также большей загрязняемостью могут быть объяснены низкие напряжения перекрытия на постоянном напряжении горизонтально расположенных изоляторов. Изменение поверхности изоляторов после испытаний на постоянном напряжении в основном были практически такими же, как и описанные в / 43 / при переменном напряжении ( см. выше ). Особо большие повреждения получили изоляторы с оболочкой из кремнийорганической резины при их горизонтальной установке. В среднем снижение разрядных напряжений, полученных по ускоренной методике, при увлажнении соленым туманом составило для состаренных изоляторов около 10 % для переменного и около 20 % для постоянного тока. Соотношение между разрядными напряжениями на постоянном и переменном напряжении при солености 80 кг / м ³ составляет в среднем 0,85 для новых изоляторов и 0,75 для состаренных изоляторов. Не обнаружено видимой корелляции между увеличением поверхностной проводимости и повреждениями поверхности изоляторов. Это означает, что эрозия поверхности защитной оболочки и изменение разрядного напряжения вдоль этой поверхности на постоянном напряжении два независимых процесса, хотя оба они обусловлены большими длительностями приложения различных эксплуатационных воздействий.

В целом результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод, что проблема поверхностного разрушения не ограничивает применение изоляторов, эффективно использовавшихся на переменном токе, в электропередачах постоянного тока. Основная существующая для постоянного напряжения проблема - обеспечить надежную работу полимерных изоляторов в загрязненных районах. Дополнительная специфическая проблема - коррозия металлических оконцевателей изоляторов на постоянном напряжении.

18. Испытания некерамических изоляторов при искусственном загрязнении

В последние годы за рубежом все большее внимание уделяется проблеме испытаний некерамических изоляторов при их искусственном загрязнении ( ИЗ ), как фактору существенно определяющему пригодность изоляторов для эксплуатации в районах с той или иной степенью естественного загрязнения. В значительной мере актуальность этой проблемы вызвана неоднозначным опытом эксплуатации полимерных изоляторов в районах с сильными загрязнениями. Подавляющее большинство результатов исследований в этом направлении опубликовано американскими специалистами. Проблемой искусственного загрязнения полимерных изоляторов в настоящее время занимается рабочая группа СИГРЭ 33. 04, а также две рабочих группы IEEE. Особо важен этот вопрос для некерамических подстанционных изоляторов, у которых теряется преимущество малого диаметра, характерного для композитных линейных изоляторов. В России методика испытаний некерамических изоляторов при ИЗ проработана достаточно глубоко и даже предложены нормы по электрической прочности полимерных изоляторов при ИЗ, включенные в стандарт / 48 /. Разработан также проект соответствующих методик испытаний и норм для опорных полимерных изоляторов. За рубежом нормативных требований ещё не имеется и обширные исследования связаны с поиском наиболее приемлемой методики лабораторных испытаний некерамических изоляторов при ИЗ. В очень многих зарубежных публикациях отмечается, что испытания полимерных изоляторов при ИЗ являются серьезной и полностью ещё не решенной технической проблемой, хотя и имеется ряд заслуживающих внимания предложений.

В естественных условиях эксплуатации под действием климатических факторов и атмосферных загрязнений в течение достаточно длительного времени ( не менее 1 года ) на полимерных изоляторах образуется установившийся слой загрязнения. Задачей лабораторных испытаний при ИЗ является нанесение за короткое время такого загрязнения, которое :

- обеспечивает равномерный и воспроизводимый от опыта к опыту по своим параметрам поверхностный слой;

- по своим физико-химическим характеристикам соответствует загрязнению некерамических изоляторов в естественных условиях;

- дает возможность нормирования параметров слоя загрязнения ( ESDD, ), эквивалентных заданным условиям работы изоляторов в эксплуатации.

Известно, что в лабораторных условиях ИЗ плохо прилипает к поверхности новых некерамических изоляторов, загрязнение получается неравномерным ( пятнистым ), кроме того вследствие гидрофобности их поверхность плохо смачивается при искусственном увлажнении. Поэтому некерамические изоляторы необходимо тем или иным способом подготовить к нанесению ИЗ. По существу это означает, что перед нанесением по возможности равномерного слоя ИЗ поверхность нового некерамического изолятора нужно предварительно искусственно состарить, но при этом обеспечить, чтобы после нанесения загрязнения все параметры поверхностного слоя полимерной оболочки полностью восстановились. Предложено очень много методов быстрого загрязнения некерамических изоляторов, см.,например, / 49 - 56 /, но ни один из них не дал полностью приемлемого результата ( представляющие большой интерес новейшие японские предложения приведены в разделе 9 настоящего обзора ). С другой стороны, метод испытаний при ИЗ после длительного старения в естественных условиях также мало приемлем, т.к. требует значительного времени. При общей оценке предлагаемых методов подготовки надо учитывать, что механические и химические воздействия на поверхность изоляторов не отражают изменения гидрофобности поверхности некерамических изоляторов в естественных условиях, а лабораторные методы, связанные с достаточно длительным циклическим воспроизведением климатических факторов, трудоёмки и более подходят для испытаний на старение.

Для подготовки некерамических изоляторов к испытаниям при ИЗ предлагались следующие способы :

- предварительная длительная экспозиция изоляторов в действующих электроустановках или на испытательных стендах ;

- протирка поверхности изоляторов каолином или другим инертным веществом ;

- протирка поверхности изоляторов различными абразивными материалами при помощи различных приспособлений ;

- использование пескоструйных устройств или других способов механической обработки ;

- очистка изоляторов с использованием спирта перед испытанием в чистом тумане ;

- применение смачивающих веществ ( фото-фло, детергенты ) ;

- предварительное покрытие цементом с последующим воздействием чистого или проводящего тумана ;

- длительная обработка поверхности изоляторов частичными разрядами в чистом или соленом тумане ;

- циклическое нанесение и смыв предварительного загрязнения с приложением напряжения и без него ;

- выдержка изоляторов под напряжением с обработкой загрязняющим веществом в воздушном потоке с одновременным увлажнением чистым туманом ;

- воздействие климатических факторов ( солнечной радиации, температуры, влаги, чистого и соленого тумана ) и рабочего напряжения ;

- другие комбинированные методы воздействия на поверхность некерамических изоляторов.

Практически все приведенные методы применяются при испытаниях некерамических изоляторов на искусственное ускоренное старение, откуда они были перенесены на подготовку поверхности изоляторов для обеспечения испытаний при ИЗ, однако полностью положительного результата достичь при этом не удалось. В докладе на СИГРЭ - 94 / 14 / приведены результаты сопоставления эффективности различных способов подготовки поверхности некерамических изоляторов для испытаний при ИЗ. В итоге в качестве наиболее воспроизводимого метода подготовки ( при использовании загрязнения способом окунания изолятора в стандартную суспензию ) рекомендовано воздействие соленого тумана и солнечной радиации, хотя и этот метод признается недостаточно удовлетворительным.

Важно отметить, как весьма неблагоприятное обстоятельство, что от способа подготовки очень сильно зависят разрядные характеристики изоляторов даже при одинаковых параметрах слоя ИЗ (, ESDD ).

Сравнение разных методов искусственной подготовки с состоянием поверхности изоляторов, состаренных в естественных условиях различных районов США, показало, что ни один из методов не дает того состояния поверхности, которое имеет место в естественных условиях. В / 14 / сделан вывод, что наиболее соответствует естественным условиям длительное испытание изоляторов в камере ускоренного старения, но этот метод трудоёмок и не может быть многократно повторен на полномасштабных изоляторах.

Целесообразно особо отметить работу / 54 /, в которой описан метод искусственного загрязнения некерамических изоляторов без значительного изменения поверхности физическими и химическими методами, сходный с японской методикой / 16 /. В основном он заключается в нанесении каолинового порошка на поверхность изолятора перед его загрязнением способами разбрызгивания или окунания по стандартной американской методике / 57 /. В этой же работе показано, что использование стандартного расхода пара ( 50 г / м³ час ), установленного для фарфоровых изоляторов в США при испытаниях методом чистого тумана, приводило к завышенным значениям разрядных напряжений изоляторов с кремнийорганической оболочкой. Значительное снижение разрядного напряжения ( примерно в 1,5 раза ) получено при больших расходах пара, обеспечивающих лучшую смачиваемость поверхности изоляторов. Это явление, по мнению авторов / 54 /, согласуется с отмеченными перекрытиями в эксплуатации ( США ) кремнийорганических изоляторов при интенсивных увлажнениях.

Другая серьезная проблема, сопровождающая испытания при искусственном загрязнении - определение времени, необходимого для восстановления поверхностных свойств полимерной оболочки, т.е. интервала времени от загрязнения изоляторов до начала высоковольтных испытаний. Некоторые лаборатории предлагают делать паузу между загрязнением и приложением напряжения от 8 до 24 часов ( для восстановления гидрофобности ), в других лабораториях испытания проводятся сразу же после загрязнения изоляторов. Чаще всего при испытаниях искусственно загрязненных некерамических изоляторов применяют метод чистого тумана или метод соленого тумана, в основном соответствующие стандарту МЭК / 47 /.

Наиболее приемлемым методом испытаний некерамических изоляторов при ИЗ за рубежом считается метод длительного приложения напряжения в двух альтернативных вариантах :

- метод чистого тумана, подаваемого на предварительно загрязненные изоляторы, находящиеся под напряжением ; при использовании этого метода требуется предварительная подготовка поверхности изоляторов;

- метод соленого тумана, когда чистые изоляторы включают под напряжение, а затем начинается увлажнение туманом с различным содержанием соли; в этом случае предварительная подготовка поверхности изоляторов, как правило, не требуется.

Быстрые методы чистого тумана и соленого тумана, используемые с целью сокращения времени испытаний / 52 /, дают для некерамических изоляторов ошибочные результаты, т.к. повторные перекрытия приводят к систематическому снижению разрядных напряжений изоляторов вследствие постепенного ухудшения гидрофобности их поверхности, вызванного действием электрических разрядов / 14 /.

Во многих зарубежных публикациях указывается, что разрядные напряжения, полученные в лабораторных условиях при ИЗ, обычно получаются значительно ниже, чем в реальных условиях. Приведение методики лабораторных испытаний в соответствие с эксплуатационными характеристиками загрязненных некерамических изоляторов является пока нерешенной важной исследовательской задачей.

Анализ литературных данных показывает, что на разрядные характеристики некерамических изоляторов при искусственном загрязнении сильное влияние оказывают :

- тип и содержание ионообразующей составляющей в загрязняющем веществе ;

- тип и содержание инертной составляющей в загрязняющем веществе;

- степень неравномерности загрязнения ;

- время, прошедшее от момента загрязнения до начала испытания ;

- способ приложения напряжения к загрязненному изолятору ;

- способы определения характеристик слоя загрязнения ( ESDD, )

По всем этим факторам в зарубежной литературе имеются отдельные предложения, но единого согласованного подхода пока не выработано. Ясно лишь, что методы испытаний, применяемые для фарфоровых и стеклянных изоляторов по стандарту МЭК / 47 / для некерамических изоляторов должны быть существенно переработаны. Воспроизводимые результаты испытаний при искусственном загрязнении некерамических изоляторов могут быть получены только при однозначной и жесткой регламентации всех этапов подготовки и проведения испытаний изоляторов. При отсутствии единой методики испытаний ( единое загрязняющее вещество, унифицированный метод подготовки изоляторов, один итот же метод увлажнения, одинаковый способ приложения напряжения и т.д. ) можно получить существенно разные значения разрядных напряжений изоляторов.

Нерешенной дискуссионной проблемой остается также согласование критерия, по которому возможна наиболее правильная оценка степени загрязнения некерамических изоляторов ( как при ИЗ, так и в естественных условиях ). Целесообразность применения ESDD для этой цели в настоящее время находится под вопросом, т.к. вследствие гидрофобности поверхности некерамических изоляторов не весь слой их загрязнения участвует в процессе развития разряда ( в формировании величины разрядного напряжения ). Поэтому использование ESDD может привести к ошибочной оценке опасности загрязнения и к неправильному сопоставлению разрядных напряжений изоляторов различного типа, в том числе некерамических и традиционных.

Впервые за рубежом ( в отличие от России ) только в последнее время обращено серьезное внимание на удельную поверхностную проводимость, как на степень загрязнения полимерных изоляторов / 14, 54 /. Показано, что этот параметр лучше коррелирует с разрядным напряжением полимерных изоляторов, чем ESDD / 13 /. В настоящее время по рассматриваемому вопросу ведутся в двух рабочих группах IEEE и в рабочей группе 33. 04 СИГРЭ. Можно ожидать, что в качестве общепризнанного критерия для оценки степени загрязнения некерамических изоляторов будет принята удельная поверхностная проводимость слоя их искусственного равномерного загрязнения и слоя загрязнения в естественных условиях.

19. Гидрофобные свойства поверхности полимерных изоляторов и их значение

В предыдущих разделах обзора уже неоднократно рассматривались вопросы, связанные с гидрофобностью поверхности как новых, так и состаренных ( в условиях эксплуатации или искусственно ) полимерных изоляторов. Ввиду исключительной важности этого вопроса и в связи с большим количеством результатов исследований гидрофобности полимерных изоляторов, опубликованных в самое последнее время целесообразно рассмотреть эту проблему подробнее.

Хорошая работа полимерных изоляторов в условиях загрязнения по сравнению с фарфоровыми и стеклянными изоляторами по мнению многих исследователей, в значительной мере связана с поверхностной гидрофобностью материала оболочки. Среди наиболее серьезных исследований в этом направлении можно отметить работы /10,23,29,56,68-74,77,81,90/. Во всех исследованиях подчеркивается, что поверхностной гидрофобностью обладают в той или иной степени почти все известные полимерные изоляционные материалы, однако отличительной особенностью только кремнийорганических оболочек является длительное сохранение гидрофобности даже при сильном загрязнении, а в экстремальных случаях при загрязнении и увлажнении потеря гидрофобности у силиконов наблюдается только временно.

Перенос гидрофобности в слой загрязнения и восстановление гидрофобности являются уникальными характеристиками кремний-органических эластомеров. Именно эта характеристика обеспечивает их лучшую работу в условиях сильных загрязнений по сравнению с другими полимерными изоляторами. Эти свойства силикона обусловлены наличием в его объеме подвижного полимера с низким молекулярным весом ( полидиметилсилоксана ) и способностью этого компонента мигрировать к поверхности изолятора. Анализ гидрофобных свойств поверхности композитных изоляторов зарубежные исследователи проводят как на новых изоляторах, так и после их искусственного старения в испытательных камерах или после старения в естественных условиях на действующих электроустановках или на испытательных стендах. Некоторые результаты таких исследований уже приводились в разделах 9, 11 и 13 настоящего обзора. Применяется множество методов определения гидрофобности, наряду с широко применяемой во всем мире методикой STRI / 23 /, применяются и такие прямые методы, как измерение угла смачиваемости и использование электронной сканирующей микроскопии.

Все исследователи пришли к выводу, что, если после естественного или искусственного старения количество низкомолекулярного компонента в общем объеме полимерного материала заметно уменьшается, то это может привести к снижению гидрофобности поверхности изолятора и к ухудшению его эксплуатационных характеристик. У многих полимерных материалов после лабораторного извлечения из них низкомолекулярного компонента наблюдалось значительное ухудшение способности восстанавливать гидрофобность / 70 /. Поэтому измерение количества и характеристик полимерных составляющих с низким молекулярным весом, извлекаемых обычно стандартными методами экстракции, после испытаний на старение является эффективным показателем работоспособности и остаточного ресурса ( срока службы ) полимерного изолятора.

В / 56 / исследовались состаренные кремнийорганические изоляторы, демонтированные после 7 - 10 и более лет эксплуатации на ВЛ 138 - 765 кВ ( в том числе + 500 кВ постоянного тока ) и испытательных стендах, расположенных в различных районах США с сильными промышленными и морскими загрязнениями ( визуально изоляторы были загрязнены очень сильно ). Удельная длина пути утечки демонтированных изоляторов составляла от 1,1 до 3,5 см / кВ. На всех изоляторах ( даже с плотным равномерным черного цвета слоем загрязнения с высокой адгезией к поверхности силикона ) угол смачивания составлял более 90, т.е. изоляторы были полностью гидрофобными. Стандартные механические и электрические характеристики изоляторов после 7 - 10 ( и более ) лет эксплуатации не изменились по сравнению с такими же характеристиками у новых изоляторов. Содержание низкомолекулярных компонентов в / 56 / определялось стандартным методом экстракции Сокслета ( в гексане ), затем химический состав экстрактов определялся при помощи инфракрасной спектроскопии. Для оценки степени восстановления гидрофобности поверхности состаренные в эксплуатации изоляторы предварительно обрабатывались в течение 2 - 4 минут коронным разрядом по методике / 70 / для перехода от гидрофобности к гидрофильности. Скорость восстановления гидрофобности определялась мониторингом угла смачивания в функции от времени после обработки коронным разрядом.

В результате исследований /56 / выявлено, что кремний - органические оболочки, подвергнутые естественному старению, содержат такое же количество низкомолекулярного компонента ( экстрактов полидиметилсилоксана ), что и новые материалы ( около 1% ). В слое загрязнения на демонтированных изоляторах, имевшего существенно различный химический состав, количество полидиметилсилоксана составляло не менее 10 % от веса загрязняющего вещества.

Для сравнительной оценки проникновения низкомолекулярных компонентов не только на поверхность полимерной оболочки, но и непосредственно в слой загрязнения в / 56 / новые и состаренные в эксплуатации кремнийорганические изоляторы сначала очищались от слоя естественного загрязнения, а затем искусственно загрязнялись различными веществами, не содержащими силикона, с воспроизведением по возможности естественного слоя загрязнения по толщине ( 0,013 - 0,025 мм ), равномерности и адгезии к кремний - органической оболочке. Искусственное загрязнение в разные периоды времени удалялось с отдельных участков поверхности для оценки содержания в нём силикона и контроля скорости миграции полимера в слой загрязнения. Выявлено, что эта скорость одинакова для силикона до и после старения. При 60 С миграция прекращалась за 24 - 36 час., при 20 С - за 2 - 3 дня. Эти данные косвенно согласуются с результатами, полученными в / 71 /, где показано, что требуется 3 - 4 дня после искусственного загрязнения кремнийорганических изоляторов, чтобы напряжение их перекрытия соответствовало равновесному состоянию, наблюдаемому в эксплуатации.

Таким образом утрата гидрофобности при определенных условиях ( воздействие короны, разрядов на подсушенной зоне и т.д. ) для кремнийорганической резины является временной и после окончания испытательных или эксплуатационных воздействий её гидрофобность полностью восстанавливается. После старения силиконы восстанавливают свою гидрофобность практически с той же скоростью, что и новый материал ( до углов смачивания более 95 ), на что затрачивается не менее 24 часов /56, 70/. Поэтому срок службы кремнийорганических изоляторов с точки зрения поддержания гидрофобности их поверхности можно считать практически неограниченным.

20. Рекомендации по усовершенствованию национальных стандартов и методов испытаний полимерных изоляторов с учётом требований МЭК

В настоящее время в России имеются следующие нормативно-методические документы по методам испытаний и нормативным требованиям к подвесным композитным ( полимерным ) изоляторам :

- стандарт б. СССР - ГОСТ 28856 - 90 /48/аспространяется только на серийно выпускаемые изоляторы ) ;

- разработанный НИИПТ совместно с ВЭИ проект “ Нормы и методы “ /76/ ( распространяется на опытные образцы и серийно выпускаемые изоляторы ) ;

- типовая методика приемочных ( ПМ ) испытаний / 77/распростра-

няется только на опытные образцы ) ;

- стандарт МЭК 1109 / 1 / распространяется на опытные образцы и серийно выпускаемые изоляторы ).

В связи с необходимостью упорядочения системы нормативных документов по подвесным композитным изоляторам, приведения их в соответствие с накопленными в последние годы новыми данными, сближения требований отечественных и международных норм и методик в настоящее время в России проводится разработка комплекса документов, регламентирующих требования к подвесным композитным изоляторам, в том числе относящихся к их опытной эксплуатации.

Ниже проводится сопоставление основных требований указанных выше документов и, в первую очередь, сравнение требований стандарта МЭК и отечественных нормативов и методик.

Классификация испытаний.

Стандарт МЭК устанавливает 4 вида испытаний изоляторов :

- испытания конструкции ;

- типовые испытания ;

выборочные испытания ;

- сплошной контроль.

ГОСТ 28856 устанавливает 3 вида испытаний изоляторов :

- приёмо - сдаточные ;

- периодические ;

- типовые.

“ Нормы и методы “ устанавливают 4 вида испытаний изоляторов :

- приёмочные ;

- приёмо - сдаточные ;

- периодические ;

- типовые.

Приёмочные испытания по / 76,77 / по своему назначению близки к “ испытаниям конструкции “ по / 1 / и при этом имеют некоторые преимущества :

а ) Приёмочные испытания проводятся на опытных образцах ( в от дельных оговоренных случаях на макетах ), полностью идентичныхизоляторам, намеченным для серийного производства. “ Испытания конструкции “, как указано в / 1 / проводятся для проверки пригодности разработки, материалов и способа изготовления изоляторов.Результаты “ испытаний конструкции “ считаются действительными не только для испытуемых изоляторов ( макетов ), но и для целого класса изоляторов, имеющих по сравнению с испытанными изоляторами :

- такой же материал сердечника и юбок и такой же способ их изго -товления

- такой же материал и конструкцию оконцевателей и такой же способ соединения ;

- такую же или большую толщину слоя материала юбки на сердечнике ( включая покрытие, если оно использовано ) ;

- * такое же или меньшее отношение наибольшего напряжения к длине изоляции ;

- * такое же или меньшее отношение всех механических нагрузок к наименьшему диаметру сердечника между оконцевателями ;

- * такой же или больший диаметр сердечника ( в случаях, отмеченных звёздочкой, отклонения в 15 % не требуют повторения испытаний конструкции. )

Поэтому “ испытания конструкции “ скорее соответствуют применяемым в отечественной практике предварительным испытаниям, когда решается вопрос о принципиальной пригодности того или иного нового конструктивного решения. Можно полагать, что “ испытания конструкции “ предполагают высокий и стабильный уровень производства, гарантирующий обеспечение на серийно выпускаемых изоляторах тех характеристик, которые выявлены на макетах или изоляторах, аналогичных серийным ( по материалу, конструкции и внешней конфигурации ), на стадии предварительных испытаний. Очевидно, что для современных условий производства композитных изоляторов в России такой подход нельзя признать приемлемым.

Отметим, что в России в соответствии с / 76/ приёмочные испытания по полной программе необходимо производить даже при освоении в новых условиях производства уже принятых ранее изоляторов, что несомненно жестче, чем правила, установленные “ испытаниями конструкции “.

б ) Приемочные испытания содержат больший объём видов испытаний, чем “ испытания конструкции”. Оба сопоставляемых класса испытаний содержат следующие воздействия ( приводятся в формулировках стандарта МЭК ) :

- испытания напряжением промышленной частоты в сухом состоянии ( в / 76/ только для классов напряжения 6 - 35 кВ ) ;

- испытания резким сбросом нагрузки ;

- термомеханические испытания ;

- испытания погружением в воду ;

- испытания импульсами с крутым фронтом ;

- определение разрушающей нагрузки при растяжении ;

- испытание оболочки на трек и эрозию ;

- испытания материала стержня красителем ;

- испытания материала стержня на высоким напряжением ;

- осмотры изоляторов после испытаний.

В отечественных нормативах / 76/ в приемочные испытания включены следующие воздействия, не предусмотренные “ испытаниями конструкции “:

- испытания в загрязненном и увлажненном состоянии при промышленной частоте ;

- испытания в загрязненном и увлажненном состоянии при коммутационных импульсах ;

- испытания на стойкость к действию силовой дуги ;

- испытания на стойкость к воспламеняемости ;

- определение гидрофобности защитной оболочки ;

- испытания по определению уровня радиопомех от изоляторов.

Вместе с тем, необходимо отметить, что в “ Испытаниях конструкции “ содержатся воздействия, не предусмотренные отечественными нормативами :

- проверка крутизны зависимости “ механическая прочность - время“ ;

- испытание на диффузию воды в стеклопластиковый стержень .

Кроме того испытания стандартным грозовым импульсом и напряжением промышленной частоты под дождем по стандарту МЭК проводятся при типовых испытаниях, а по “ Нормам и методам “ - при приемочных испытаниях. Стандартом МЭК предусмотрены испытания напряжением коммутационных импульсов под дождем ( типовые испытания ), а по “ Нормам и методам “ предусмотрены испытания напряжением коммутационного импульса в сухом состоянии ( для 110 - 750 кВ ) при приемочных испытаниях.

Таким образом можно сделать вывод, что в целом при приемочных испытаниях в России изоляторы подвергаются большему спектру разнообразных воздействий, чем при “ испытаниях конструкции” по стандарту МЭК. Другой возникающий при таком сопоставлении вопрос - методика и жесткость отдельных из применяемых воздействий. Соответствующее сопоставление международных и отечественных требований в этом плане производится ниже.

Важно также отметить, что при типовых испытаниях, предусмотренных отечественными нормами /76/, а тем более /48/, никаких принципиально новых воздействий по сравнению с приемочными испытаниями не предусмотрено. В международных же нормах / 1 / при типовых и выборочных испытаниях предусмотрены следующие, не рассмотренные выше воздействия :

- механическое испытание “ нагрузка - время “ ;

- проверка гальванизации.

в)Отечественные документы/48,76/ устанавливают методы испытаний,критерии приёмки и нормированные значения электрических и механических характеристик композитных изоляторов, стандарт МЭК содержит только методы испытаний и критерии приемки.

г ) Приемочные испытания проводятся на значительно большем числе изоляторов, чем испытания конструкции по стандарту МЭК (для приемочных испытаний по / 76 / выделяется 28 изоляторов, а для испытаний конструкции по / 1 / всего 12 изоляторов ).

д ) В отечественных нормативах принята иная последовательность

испытаний, проводимых на одних и тех же изоляторах, чем в между-народных нормах. Анализ показывает, что принятая в России последовательность испытаний в основном может быть сохранена, т.к. она более продумана в части жесткости воздействий и периодического контроля изменений характеристик изоляторов.

На основе изложенных соображений можно сделать вывод о том, что вводить “ испытания конструкции “ в отечественные нормативы нецелесообразно. Следует сохранить для вновь разрабатываемых изоляторов нормы, методы и критерии приемки при проведении приемочных испытаний с сохранением в основном принятого в / 76 / количества испытуемых изоляторов, последовательности их испытаний и с введением некоторых новых испытательных воздействий с учетом рекомендаций МЭК. Некоторые уже содержащиеся в отечественных нормативах воздействия целесообразно привести в большее соответствие с рекомендациями МЭК. Подробнее этот вопрос рассматривается ниже. Следует сохранить требование о том, что все вновь разрабатываемые или изготовленные в новых условиях изоляторы должны проходить приемочные испытания, даже в случае, если аналогичный изолятор уже успешно выдержал приемочные испытания.

Типовые испытания по стандарту МЭК проводятся для проверки некоторых характеристик композитных изоляторов, зависящих в основном от их формы и размеров. Типовым испытаниям должны подвергаться изоляторы, класс которых прошел испытания конструкции. Они должны быть проверены только в случае изменения типа или материала композитного изолятора. Достаточно близкая по существу и более подробная формулировка типовых испытаний содержится в отечественном стандарте / 48 /, где указано, что эти испытания проводят в случае изменения конструкции, типа материала или технологических процессов изготовления составных частей и сборки изоляторов для оценки влияния внесенных изменений на характеристики и качество конструкции. Однако эта формулировка требует переработки, т.к. в случае изменения конструкции и материалов изоляторов следует обязательно провести приемочные испытания по существу нового изолятора. Повидимому, более правильно в новой редакции отечественного стандарта записать, что типовые испытания в общем случае должны проводиться в объеме приемочных, однако объем типовых испытаний может быть сокращен, если внесенные в изолятор изменения заведомо не могут повлиять на те или иные характеристики серийно выпускаемого изолятора. В целом можно считать, что область применения типовых испытаний по международному и отечественному стандарту одна и та же.

Выборочные испытания по стандарту МЭК проводятся для проверки тех характеристик композитных изоляторов, которые зависят от качества изготовления и от использованных материалов. Они проводятся на изоляторах, произвольно выбранных из партий, представленных к выпуску.

Периодические испытания, предусмотренные отечественным стандартом, по смыслу эквивалентны выборочным испытаниям по МЭК( формулировка выборочных испытаний в / 48 / не приведена, но имеется в основополагающем стандарте / 78 / ).

Испытания на сплошной контроль по стандарту МЭК имеют целью не допустить выпуск композитных изоляторов с дефектами при изготовлении. Они проводятся на каждом изоляторе, представленном к выпуску. Эти испытания по назначению полностью соответствуют приемо-сдаточным испытаниям по отечественному стандарту.

Таким образом нет никаких противоречий между типовыми, выборочными и испытаниями на сплошной контроль по стандарту МЭК и типовыми, периодическими и приемо- сдаточными испытаниями композитных изоляторов по отечественному стандарту. Следует отметить, что порядок проведения и объем всех этих испытаний, проводящихся в заводских условиях на серийно выпускаемых изоляторах, в отечественном стандарте представлены в существенно более проработанном виде. Ниже отдельно будут сопоставлены воздействия при этих испытаниях в соответствии с международным и отечественным стандартами.

В целом рассмотрение всех испытаний композитных изоляторов, предусмотренных стандартом МЭК и отечественными нормативами, позволяет сделать заключение о нецелесообразности изменения принятой в России системы испытаний, в частности введения в неё “ испытаний конструкции “. Следует сохранить сложившуюся в России практику проведения приемочных испытаний и продолжать работать над совершенствованием программы и методики таких испытаний.

При этом надо ещё раз отметить, что стандарт МЭК / 1 / включает в себя как испытания опытных образцов, так и испытания серийно выпускаемой продукции. По такому же типу были составлены российские нормы и методы / 76 /. Другой подход практиковался в б. СССР, где действовал стандарт / 48 /, распространявшийся на серийно выпускаемые изоляторы, и документ / 77 /, регламентирующий приемочные испытания опытных образцов. Представляется, что такая практика является более правильной. Актуальной задачей в связи с этим является :

- переработка ГОСТ 28856 - 90 применительно к российским усло - виям ( здесь существенных изменений не требуется ) ;

- разработка норм и методов приемочных испытаний подвесных композитных изоляторов (здесь необходимо учесть большой объем данных, накопленных в последние годы при эксплуатации, испытаниях и исследованиях композитных изоляторов, а также рекомендации стандарта МЭК ).

Большое преимущество намеченных к разработке документов, в отличие от стандарта МЭК, состоит в том, что они будут содержать не только методику, но и нормативные требования к характеристикам полимерных изоляторов разных классов напряжения, предназначенных для эксплуатации в районах с различными условиями загрязнения. Разрабатываемые нормативно- методические документы следует распространить на изоляторы 6 - 750 кВ. Эти документы должны регламентировать также проведение опытной эксплуатации, эксплуатационных и послеэксплуатационных испытаний композитных изоляторов.

Перейдем теперь к сопоставлению отдельных видов испытаний по стандарту МЭК и отечественным нормативам.

Разрядные характеристики в сухом состоянии и под дождем

Виды электрических воздействий и нормированные значения разрядных ( выдерживаемых ) напряжений подвесных композитных изоляторов, а также методики соответствующих испытаний в б. СССР неоднократно обсуждались ведущими научно-исследовательскими организациями ( СПГТУ, ВЭИ, НИИПТ, СибНИИЭ ) и согласованная точка зрения по этим вопросам отражена в “ Нормах и методах “ / 76 /. Поэтому целесообразно при переработке ГОСТ 28856, а также норм и методов приемочных испытаний композитных изоляторов разрядные характеристики в сухом состоянии и под дождем ( нормированные значения, методы испытаний, правила приемки ) принять без изменений в соответствии с проектом / 76/, разработанным в 1994 г. НИИПТ совместно с ВЭИ. Методика испытаний, приведенная в / 76 /, в основном соответствует требованиям ГОСТ 1516.2 / 80 /. В “ Нормах и методах “ приведены нормированные значения 50 %-ного разрядного напряжения грозовых импульсов ( 6 - 750 кВ ), 50 %-ного разрядного напряжения коммутационного импульса в сухом состоянии ( 110 - 750 кВ ), выдерживаемого напряжения промышленной частоты в сухом состоянии ( 6 - 35 кВ ), выдерживаемого напряжения промышленной частоты под дождем ( 6 - 750 кВ ). Стандартом МЭК / 4 / предусмотрен несколько иной набор испытательных воздействий высокого напряжения, отсутствуют нормированные значения разрядных ( выдерживаемых ) напряжений, а испытания проводятся по методике стандарта МЭК 383 /79/. В отличие от МЭК в / 76 / более подробно описаны правила приемки композитных изоляторов после определения их разрядных характеристик и эти правила следует сохранить в разрабатываемых документах. Изоляторы считают выдержавшими испытания, если разрядные характеристики не ниже нормированных и при этом не произошло существенных повреждений поверхности изоляторов.

Разрядные характеристики в загрязненном и увлажненном состоянии

Стандартом МЭК 1109 испытания композитных изоляторов в загрязненном и увлажненном состоянии не предусмотрены. В преамбуле этого стандарта испытания при загрязнении названы “ в целом нецелесообразными “, т.к. при эксплуатации в условиях загрязнения композитные изоляторы имеют очень высокие разрядные напряжения. Такая позиция МЭК связана с тем, что рассматриваемый стандарт разрабатывался в начале 80 -х годов / 30 /, когда прогноз поведения полимерных изоляторов в условиях загрязнения был необосновано оптимистическим. В настоящее время в МЭК точка зрения на поведение композитных изоляторов в условиях загрязнения и увлажнения их поверхности существенно изменилась, создано несколько рабочих групп МЭК, СИГРЭ и IEEE по разработке методики испытаний полимерных изоляторов в условиях загрязнения и определению критерия, характеризующего степень загрязнения этих изоляторов.

В б. СССР и России исследования разрядных напряжений полимерных изоляторов при их искусственном и естественном загрязнении были заблаговременно начаты около 20 лет назад (ЛПИ, НИИПТ, СКТБ, СибНИИЭ, ВЭИ и др. ), в результате проведенных исследований достигнута общая точка зрения по рассматриваемому вопросу, отраженная в ГОСТ 28856 и “ Нормах и методах “ / 48,76 /, где приведены не только методики соответствующих испытаний, но и нормированные испытательные степени загрязнения, нормированные значения разрядных ( выдерживаемых ) напряжений, а также правила приемки изоляторов после этих испытаний. Поэтому при разработке новых документов по подвесным полимерным изоляторам целесообразно в основном принять требования к их разрядным напряжениям при искусственном загрязнении и увлажнении, соответствующие проекту / 76 /. Вместе с тем необходимо отметить, что включенная в / 76 / методика испытаний при искусственном загрязнении, в основном базирующаяся на стандарте /85/, распространяющемся на керамические и стеклянные изоляторы, применительно к композитным изоляторам требует серьезной доработки. Соответствующие предложения подготовлены НИИПТ и будут предложены для новой редакции документов по методам испытаний подвесных композитных изоляторов.

В процессе разработки следует обсудить следующие вопросы:

- целесообразность нормирования районов работы изоляторов по семи СЗА, как принято в /48,76 /, или по четырем степеням загрязненности атмосферы, как принято в / 9, 81 / ;

- целесообразность сохранения включенных в / 76 / и не имеющихся в / 48 / требований к нормированным выдерживаемым напряжениям коммутационных импульсов при искусственном загрязнении.

В разрабатываемых документах целесообразно сохранить требование / 76 / о том, что изоляторы считают выдержавшими испытания, если их разрядные ( выдерживаемые ) напряжения при заданной испытательной поверхностной проводимости не ниже нормированных значений и при этом не отмечено существенных повреждений поверхности изоляторов.

Термомеханические испытания

По /48, 76 / термомеханические испытания проводятся в основном в соответствии со стандартом МЭК / 1 / при несколько большей величине приложенной растягивающей нагрузки и большей минусовой температуре. В разрабатываемых документах целесообразно сохранить редакцию / 76 / с добавлением, в качестве рекомендательной процедуры, контроля длины изоляторов до и после термомеханических испытаний, как это предусмотрено / 1 /. Повидимому, в соответствии со стандартом МЭК целесообразно также увеличить до 6 - 8 часов время воздействия крайних уровней температуры и привести график проведения испытаний, аналогичный включенному в / 1 /. Следует переработать последовательность испытаний, предусмотренную / 48, 76 / и в соответствии с рекомендациями / 48 / проводить на одних и тех же изоляторах последовательно термомеханические испытания, испытания на кипячение ( “ погружением в воду “ ) и на резкий сброс нагрузки, которые в / 76 / проводятся на различных образцах. В качестве контрольных испытаний кроме воздействия импульсов напряжения с крутым фронтом целесообразно добавить, как рекомендовано в / 1 /, приложение в течение 30 минут напряжения промышленной частоты, по величине близкого к сухоразрядному напряжению изоляторов.

В качестве критерия приемки целесообразно сохранить требование / 76 / о том, что изоляторы можно считать выдержавшими термомеханические испытания, если нормированная разрушающая сила достигнута без механического разрушения, не произошло смещения или деформации оконцевателей, смещения ребер, не обнаружены трещины на оконцевателях и изоляционной части, и если после испытаний импульсами с крутым фронтом и напряжением промышленной частоты не появились существенные повреждения - трещины, местная эрозия, науглероженные побеги общей длиной более 10 см, и не произошло пробоя изолятора.

Испытания погружением в воду

Приведенная в / 76, 77/ методика испытания на проникновение влаги ( “ на кипячение “ ) заметно отличается от испытаний погружением в воду по МЭК. Отечественные испытания проводятся попеременным погружением изоляторов ( или макетов ) в горячую ( 100 С ) и холодную ( 20 С ) воду, приведен рекомендуемый график нахождения изоляторов в горячей и холодной воде с общей продолжительностью 48 часов.

При разработке новых документов по испытаниям композитных изоляторов целесообразно принять полностью соответствующую МЭК методику, а именно выдерживать изоляторы (макеты ) в течение 42 часов в ёмкости с кипящей деионизованной водой, к которой добавлено 0,1 % по весу NaCl . После кипячения образцы должны оставаться в ёмкости до охлаждения воды примерно до 50 С и выдерживаться при этой температуре до начала контрольных испытаний.

Последовательность проведения испытаний, контрольные испытания и правила приемки целесообразно принять в соответствии с рекомендациями п. 5 настоящей работы ( термомеханические испытания ).

Испытания резким сбросом нагрузки.

Эти испытания включены в / 76,77 / и стандарт МЭК / 1 /. По МЭК испытания изоляторов или макетов проводятся при температуре от - 20 С до - 25 С при одновременном приложении растягивающей нагрузки ( 30 % от нормированной разрушающей ). В / 76,77 / нормировано приложение к изоляторам ( макетам ) в течение 5 мин при температуре около 0 С такой же нагрузки и сброса её за время не более 1 с. Там же приведены заимствованные из / 1 / примеры возможных устройств для резкого сброса нагрузки.

В разрабатываемые документы по композитным изоляторам целесообразно включить испытания по сбросу нагрузки в целом в редакции / 76 /, где указан ( в отличие от стандарта МЭК ) критерий приемки - изоляторы считаются выдержавшими испытания, если после трех циклов приложения и сброса нагрузки на каждом из трех испытуемом изоляторе ( по МЭК по одному циклу на каждом из 3 - х испытуемых изоляторов ) отсутствуют трещины на теле изолятора и сколы ребер. Вместе с тем при разработке рассматриваемых документов целесообразно рассмотреть следующие вопросы :

- возможность нормирования испытаний при низких температурах в соответствии с требованиями МЭК ( это потребует применения морозильных устройств ) ;

- необходимость ( как указывалось уже в п.п. 5, 6 ) проведения последовательно на одних и тех же изоляторах термомеханических испытаний, испытаний на проникновение влаги и испытаний на сброс нагрузки ; по / 76 / эти испытания проводятся на разных изоляторах.

Испытания на дугостойкость.

Такие испытания в стандарт МЭК 1109 не включены “ как нецелесообразные “. Повидимому, здесь отразилась излишне оптимистичная оценка композитных изоляторов, т.к., по мнению МЭК, опыт эксплуатации и проведенные испытания не дают оснований опасаться неблагоприятного воздействия силовой дуги на работоспособность композитных изоляторов. В преамбуле стандарта МЭК справедливо указано, что трудно нормировать проведение соответствующих испытаний, т.к. параметры силовой дуги разнообразны и могут иметь весьма различные значения в зависимости от конфигурации сети и конструкции устройств защиты от перенапряжений. Стандарт МЭК 1109 рекомендует решать проблему защиты от силовой дуги путем правильного выбора дугозащитных устройств. Вместе с тем этот стандарт не исключает возможности испытаний на дугостойкость по согласованию между эксплуатационниками и изготовителями. В преамбуле стандарта МЭК указано также, что в настоящее время стандартная методика дуговых испытаний находится на рассмотрении в подкомитете 36 В.

...