Применение кремнийорганических защитных покрытий на фарфоровых и стеклянных изоляторах

В настоящее время хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации кремнийорганические оболочки (силиконы) используются не только путем нанесения их на стеклопластик в композитных изоляторах (наиболее широкая область применения), но и используются также за рубежом путем нанесения на фарфоровые подстанционные изоляторы и значительно реже на стеклянные и фарфоровые линейные изоляторы. Такие покрытия применяют для повышения надежности работы изоляторов в сильно загрязненных районах. Наиболее часто эти покрытия именуются в литературе RTV — покрытиями («вулканизация при комнатной температуре »). Подробное рассмотрение широкого круга проблем, связанных с применением кремнийорганических оболочек на фарфоровых (стеклянных) изоляторах, которым в последние годы посвящено очень большое число публикаций в научно-технической литературе/76 — 89 /, выходит за рамки настоящего обзора. Однако, кратко на современном состоянии рассматриваемого вопроса, изложенном в /42, 75 /, целесообразно остановиться.

Многие авторы указывают, что важен не только состав покрытия и технология его нанесения, но и мастерство наносящего его оператора. К 1996 г. накоплен обширный 8 — 9 летний опыт эксплуатации таких покрытий. В основном этот опыт положителен, но наблюдались также случаи деполимеризации оболочек в процессе эксплуатации (как в нормальной, так и в кислотной средах). Деполимеризация наблюдается, если кремнийорганическое покрытие имеет посторонние примеси, разрывающие длинные полимерные цепи. Другой вероятной причиной этого явления может быть корона. На ряде подстанций в США на опорных изоляторах материал оболочки стал хрупким, легко отделяемым от фарфора. В других случаях материал покрытия становился мягким, подобным замазке. Хотя случаев положительного применения RTV — покрытия описано очень много, случаи выхода их из строя, приведенные в / 42 /, показывают, что проблема надежной работы этих покрытий ещё полностью не решена. Толщина покрытия должна обеспечить восстановление гидрофобности после периода длительного увлажнения (все RTV — оболочки в таких условиях хотя бы временно, но теряют гидрофобность).Момент времени, когда требуется обмыв или замена оболочки обычно определяется по сильному увеличению акустического шума на подстанции. Это является показателем того, что оболочки начинают утрачивать гидрофобность (появляется большой ток утечки, корона и искрение на подсушенной зоне). Случаи реального повторного нанесения оболочки на фарфор вследствие выхода первоначально нанесенной пленки из строя пока не известны. Прогнозируемый срок службы оболочек пока не установлен, хотя ясно, что у хороших оболочек, он достаточно большой. (первые кремнийорганические оболочки были применены примерно 20 лет назад и некоторые из них ещё работают). Считается, что кремнийорганическая оболочка, если она не подвергается деполимеризации и хорошо соединилась с фарфором, должна работать очень длительное время, возможно столько же, сколько и фарфор. Однако, если загрязнение начинает накапливаться на поверхности изолятора и низкомолекулярные частицы перестают проникать в слой загрязнения для передачи ему гидрофобности, кремнийорганическая оболочка может отслаиваться. Когда характеристики изолятора, покрытого оболочкой, станут такими же, что и у изолятора без оболочки, наступает время необходимости вмешательства (обмыв, чистка, нанесение нового слоя RTV или и то, и другое).

В районах с загрязненной атмосферой применение RTV — покрытий позволяет либо исключить обмыв (чистку) изоляторов, либо сократить период между обмывами в 3 — 5 раз. Например, на ОРУ 230 кВ вблизи цементных заводов в Канаде применялся ежемесячный обмыв, но перекрытия не удавалось полностью исключить. Кроме того в рассматриваемых условиях / 42 / изоляторы постепенно покрывались плохо удаляемой обмывом коркой загрязнения, удаление которой специальными средствами обходится очень дорого. Применение RTV — покрытия на этом ОРУ позволило увеличить интервал между обмывами до года, при этом сама чистка (обмыв) существенно облегчается. Обмыв под давлением (вплоть до 1200 фунт / на кв. дюйм) при этом не разрушает силиконовую оболочку и не срывает её с фарфора, если она нанесена на чистый и сухой изолятор. Если же перед нанесением покрытия поверхность фарфора очищена недостаточно хорошо, адгезия покрытия к фарфору может оказаться недостаточной. Стандартных требований к толщине покрытия не имеется. Например фирмой «CSL Silicones «в качестве оптимальной рекомендована толщина 0,015 — 0,020 дюйма (при толщине 0,01 дюйма и менее под слоем оболочки начинает просматриваться фарфор).

Для повторного нанесения удаление прежней оболочки, как правило, не требуется, если полимерный материал попрежнему хорошо соединен с керамической пдложкой. Однако, если имеются признаки плохой адгезии (видны пузырьки или мойка водой под давлением отслаивает оболочку), рекомендуется удалить старую оболочку перед нанесением новой.

В настоящее время на подстанциях за рубежом наблюдается явно выраженная конкуренция между применением композитных изоляторов и изоляторов с RTV — покрытиями. Как показывает опыт, в загрязненных районах с длительными, например, морскими увлажнениями кремнийорганика рано или поздно утрачивает свои свойства. В этом случае при весьма возможном разрушении оболочки на композитных изоляторах обнажается стеклопластиковый сердечник, и как правило, вдоль него происходит трекинг с очень вероятным полным механическим разрывом изолятора и с тяжелым отказом электроустановки. Поэтому в тяжелых условиях загрязнения в настоящее время энергопредприятия в различных частях мира всё чаще переходят к использованию фарфоровых и стеклянных изоляторов с RTV — оболочкой. При этом учитывается, что, обеспечивая гидрофобность и достаточно продолжительный срок службы в условиях загрязнения, RTV — оболочка даже в случае потери ею гидрофобности и перекрытия изолятора, как показывает опыт, не отслаивается от него, а сам изолятор сохраняет свою механическую прочность. О высокой репутации современных RTV — оболочек свидетельствует следующий пример. В Катаре в 1995 — 1996 годах введены в эксплуатацию две ВЛ 220 кВ, на которых установлено около 30 тысяч стеклянных подвесных изоляторов аэродинамического типа (с полусферической тарелкой) с предварительно нанесенной в стационарных условиях RTV — оболочкой. Ожидается, особенно в Азии, расширение применения на ВЛ изоляторов с предварительно нанесенной оболочкой в районах, где возникали проблемы с композитными кремнийорганическими изоляторами, а также в районах, где вследствие больших солевых загрязнений нет альтернативы применению RTV — покрытий. Большая возникающая при этом проблема — обеспечение упаковки изоляторов, изготовленных в заводских условиях, для безопасной для оболочек транспортировки. Поэтому разрабатываются проекты массового нанесения оболочки на изоляторы в полевых условиях до установки их на ВЛ. Известны отдельные, не получившие большого распространения, случаи нанесения RTV — оболочек непосредственно на изоляторы действующих ВЛ 115 кВ в Северной Америке. В Азии больше интерес к нанесению оболочек на линейные изоляторы, чем на подстанционные, тогда как в Северной Америке наоборот. Кроме того в Азии районов с сильными природными загрязнениями, где требуются изоляторы с RTV — оболочками, намного больше, чем в Северной Америке, где регионы с загрязнением составляют менее 10%.

Подробный технологический регламент по применению защитных RTV — покрытий на фарфоровых изоляторах приведен в руководстве / 75 /, подготовленном Аризонским университетом США. В нем приведены рекомендуемые методы очистки изоляторов от загрязнения, произведено сравнение физико-химических характеристик гидрофобных углеводородных смазок (давно применяемых для защиты изоляторов при сильных загрязнениях) и кремнийорганических RTV — покрытий, рекомендованы способы их нанесения, дана сравнительная оценка трекингостойкости и эффективности различных покрытий, приведены данные по опыту их эксплуатации и предполагаемому сроку службы. Кратко опыт эксплуатации RTV — покрытий в США приведен в табл. 6. Все приведенные в этой таблице энергопредприятия сообщили о положительном опыте эксплуатации RTV — оболочек. Во всех случаях, приведенных в табл. 6, другие методы (обмыв, применение гидрофобных смазок) не были эффективны, до применения RTV — покрытий наблюдались частые случаи перекрытий загрязненных изоляторов. В то же время сообщается / 75 /, что в США наблюдались случаи, когда неправильное нанесение оболочек (например, на изоляторы с явно недостаточной длиной пути утечки или использование покрытий на изоляторах без защитной арматуры) приводило к утрате гидрофобности оболочек и перекрытиям.

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

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.