Официальные сообщения по полимерным изоляторам исследовательских комитетов 33 и 12 СИГРЭ

Предваряя дальнейшее изложение, отметим, что в настоящее время единой точки зрения по различным вопросам, связанным с характеристиками и применением некерамических изоляторов, в мире не достигнуто, многие оценки и мнения носят противоречивый, дискуссионный характер. В обзоре сначала рассматриваются мнения официальных международных организаций, а затем отдельных исследователей и фирм. При этом последовательно излагаются различные точки зрения по одним и тем же вопросам, что неизбежно приводит к необходимости повторного рассмотрения тех или иных проблем.

Наиболее интересные и объективные данные опубликованы в докладах на сессиях СИГРЭ в 1992 — 1996 гг. / 10 — 20 /. Последний по времени официальный документ СИГРЭ — специальный доклад рабочей группы комитета 33 СИГРЭ «Перенапряжения и координация изоляции «, посвященный дискуссии по полимерным изоляторам на сессии 1994 г., опубликован в / 21 /. Результаты дискуссии на сессии СИГРЭ — 96 ещё не опубликованы, однако в предварительном плане общая оценка отношения к полимерным изоляторам на этой сессии может быть дана по материалам отчета / 22 /.

На сессии — 94 в работе рабочей группы комитета 33 участвовало около 220 делегатов. Главными вопросами по полимерной (некерамической) тематике были: старение некерамической поверхности, опыт эксплуатации различных конструкций, испытания на старение, рабочие характеристики новых некерамических изоляторов и их же после старения, методы испытания изоляторов в условиях загрязнения, методы оценки характеристик локальных условий работы изоляторов.

Самым спорным из эксплуатационных показателей некерамических изоляторов является их старение. Англо-американский доклад / 14 /, подготовленный членами рабочих групп 33.04 СИГРЭ и 15.03.03. МЭК, подчеркивает, что более 60% отказов в работе были обусловлены разрушением поверхности этих изоляторов. Это обстоятельство, еще более проявившееся в дискуссии на сессии СИГРЭ — 96, является главной причиной всё еще очень осторожного (по данным комитета 33 СИГРЭ) отношения энергоснабжающих организаций к широкомасштабному использованию некерамических изоляторов. В целом можно отметить, что только в Северной Америке (США, Канада) и в меньшей мере в Китае некерамические изоляторы применяются широко и в достаточно разнообразных по условиям работы районах. Ниже будет более подробно рассмотрен опыт эксплуатации некерамических изоляторов в отдельных странах, представленный специалистами из этих стран, (США, Германия, Италия, Франция, Китай, Швейцария и др.). Здесь же пока ограничимся оценкой международного опыта эксплуатации комитетом 33 СИГРЭ. В двух выступлениях на дискуссии — 94 сообщалось о длительных эксплуатационных наблюдениях за бушингами и длинностержневыми изоляторами с оболочками из КО-резины, в том числе при очень сильном загрязнении в Германии. После 15 лет эксплуатации в таких условиях гидрофобность поверхности попрежнему сохраняется, хотя слой загрязнения имел толщину 0,3 — 1,0 мм. В настоящее время в Германии осторожно расширяется применение некерамических изоляторов — оболочек бушингов, измерительных трансформаторов и разрядников напряжением до 420 кВ. Во Франции накоплен положительный опыт эксплуатации некерамических кабельных муфт напряжением 63−90 кВ, начинается их применение в системах 420 кВ и выше. В диапазоне распределительных напряжений во Франции большинство наружных кабельных муфт и разрядников относится к некерамическому типу.

Общепринято, что наиболее важным свойством некерамической поверхности является её гидрофобность. Потеря гидрофобности в эксплуатации в условиях загрязнения и увлажнения приводит к поверхностным перекрытиям, эрозии и последующему разрушению поверхности изолятора. Сохраняемость гидрофобности при длительной эксплуатации требует подтверждения длительными испытаниями на старение. Методы лабораторного старения, используемые в настоящее время в разных странах, весьма различны и стандартом МЭК не регламентированы. В дискуссии — 94 на комитете 33 СИГРЭ особое внимание уделялось следующим методам испытаний на старение :

• -испытание на трек и эрозию по МЭК 1109 в соленом тумане 10 г/л длительностью свыше 1000 ч ;
• -испытание по МЭК 1109 с циклическим воздействием соленого тумана 7 г/л, ультрафиолетового облучения, дождя и в сухом состоянии с общей длительностью свыше 5000 ч ;
• -вариант этого альтернативного испытания с повышенной соленостью (до 80 г/л), доклад 33 — 104 (1994 г), Италия ;
• -метод, принятый EPRI (США) с циклами соленого тумана (5 г/л), ультрафиолетового облучения с раздельной имитацией зимнего и летнего периодов, под дождем; длительность испытаний составляет примерно 2 года, доклад 33 — 103 (1994 г), США/Канада.

Кроме указанных исполнителей наиболее углубленные и последовательные испытания на старение проводятся в EDF (Франция STRI и Chalmers University of Technology (Швеция). В целом признается, что оба испытания, оговоренные в стандарте МЭК 1109, дают результаты, согласующиеся с опытом эксплуатации. Методы испытаний, применяемые в Италии, отражают наиболее тяжелые условия загрязнения и только лучшие современные материалы способны выдержать эти наиболее жесткие испытания. Сравнительные испытания по четырем методам ещё не проведены и в ближайшее время нельзя ожидать согласия на одну из альтернатив. Намечено продолжить дальнейшие исследования в рамках соответствующих рабочих групп СИГРЭ и МЭК. Более подробно испытания на старение рассмотрены в разделе 21, а испытания в США и Италии — в разделах 11 и 13 настоящего обзора. Следует отметить, что в России исследования старения полимерных изоляторов не проводятся, что в будущем чревато самыми непредсказуемыми последствиями.

В целом в комитете 33 СИГРЭ согласовано мнение, что характеристики загрязненных некерамических изоляторов очень существенно зависят от снижения в процессе эксплуатации гидрофобности поверхности защитной оболочки. Это означает, что испытания с искусственным загрязнением должны проводиться при гидрофобности, соответствующей той, что имеется после достаточного времени эксплуатации. Наиболее приемлемая на практике количественная оценка гидрофобности разработана в STRI (Швеция) / 23 /, однако ещё не имеется общего мнения относительно приемлемого способа воспроизведения состояния поверхности изоляторов в эксплуатации при испытании новых изоляторов. В дискуссии упоминались различные способы от механической обработки до испытаний на старение в пылевых камерах. Восстановление гидрофобности наблюдалось у лучших материалов оболочки, главным образом у кремнийорганики, как находящихся в эксплуатации (после окончания увлажнений), так и при лабораторных испытаниях после некоторой паузы после перекрытий. Многие специалисты в то же время отмечают, что даже сверх осторожные испытания новых некерамических изоляторов при искусственном загрязнении и увлажнении в условиях полной потери гидрофобности их наружной поверхности приводит к неплохим результатам благодаря удачной геометрической конфигурации некерамических изоляторов. Поэтому при любых методах испытаний их разрядные характеристики в условиях искусственного загрязнения при одинаковой длине всегда выше, чем у традиционных изоляторов. Для дополнительного использования преимуществ гидрофобности некерамических материалов необходимы дальнейшие исследования. Подробнее вопросы сохранения гидрофобности некерамических изоляторов рассмотрены в разделе 20 нестоящего обзора.

В качестве меры степени загрязнения в районе эксплуатации некерамических изоляторов все участники дискуссии на СИГРЭ — 94 согласились, что в этом случае эквивалентная плотность солевых отложений (ESDD), успешно используемая для традиционных изоляторов, не подходит. Прежде всего потому, что этот параметр не учитывает гидрофобный эффект поверхности некерамических изоляторов. Многие специалисты полагают, что существует корреляция между гидрофобностью и поверхностной проводимостью. В любом случае ясно, что опыт с традиционными изоляторами не может быть использован для прогнозирования степени загрязнения в том же районе некерамических изоляторов. В этом отношении должны быть установлены новые зависимости, которые в большой степени определяются видом полимерного материала. Следует отметить большой интерес, проявляемый специалистами рабочих групп МЭК и СИГРЭ, к разработке методики испытаний некерамических изоляторов при искусственном загрязнении. В настоящее время разрабатывается первая редакция соответствующей методики, которая, как известно, отсутствует в стандарте МЭК 1109. При его разработке (80 — е годы) этот вопрос считался неактуальным, но опыт эксплуатации некерамических изоляторов в загрязненных районах выявил большую актуальность этой проблемы.

Вопросы, связанные с полимерными материалами для высоковольтных изоляторов, рассматривавшиеся на СИГРЭ — 94 в комитете15 СИГРЭ «Изоляционные материалы «, обобщены в специальном докладе / 24 /. Указывается, что разработка методов лабораторных испытаний полимерных материалов для изоляторов наружной установки остается сложной проблемой и до сих пор отсутствует единое мнение по этому вопросу. Основная проблема здесь в том, что испытания, приемлемые для оценки трека и рабочих характеристик керамических или стеклянных материалов, не могут быть просто перенесены на полимерные материалы, где механизмы трекинга и перекрытия другие. Продолжаются разногласия специалистов в отношении методики испытаний с увлажнением, длительности периода несмачивания, дополнительного воздействия ультрафиолетового облучения, необходимости влажных и сухих испытаний на трекингостойкость, типа загрязнения. Указывалось на необходимость наладки лучшего обмена информацией между недавно созданной рабочей группой IEEE, группой 15.06.02 СИГРЭ, которая изучает поведение полимерных материалов в условиях периодического воздействия тумана, и действующими в этой области рабочими группами МЭК. Для комитета 15 СИГРЭ важно лучше понимать механизм ускоренного старения, поскольку это может привести к согласию по испытаниям материалов.

В комитете 15 достигнуто общее мнение о том, что гидрофобность силикона может сохраняться в течение многих лет без каких-либо признаков ограничения срока службы, так как полимеры с низким молекулярным весом, обеспечивающие хорошую гидрофобность, могут диффундировать из объема оболочки на её поверхность. Дискуссия показала. что гидрофобность может ухудшаться погружением в воду на длительные периоды. Отмечалось, что далеко не все кремнийорганические материалы обязательно имеют необходимые гидрофобные характеристики и поэтому материал для применения в изоляторах должен тщательно подбираться. Однако и другие полимерные материалы (не силиконы), не обладающие хорошими гидрофобными характеристиками, могут, тем не менее, иметь неплохие эксплуатационные характеристики. Отмечается, что полевые испытания для оценки состояния полимерных материалов, используемых в изоляторах, попрежнему являются областью исследований. в частности, это относится к определению в полевых условиях угла смачивания, как меры гидрофобности. Также было бы желательно иметь возможность оценивать снижение или утрату способности выдерживать напряжение, трекингостойкость и механическую прочность вследствие старения или необычных условий эксплуатации.

Из дискуссии на сессии СИГРЭ — 94 в комитетах 15 и 33 следует. что изоляторы из полимерных материалов за последнее десятилетие значительно улучшились и достаточно широко применяются также в качестве корпусов ОПН /25 — 27/. В настоящее время некерамические изоляторы становятся всё более конкурентноспособными по цене. Именно поэтому нужны дальнейшие работы по согласованию приемлемой методики испытаний полимерных материалов и изоляторов.

Материалы дискуссий в исследовательском комитете 33 СИГРЭ на сессии СИГРЭ — 96 приведены в / 22 /. В настоящее время в этом комитете работает 10 рабочих групп, одна из которых 33. 04 «Электрическая прочность внешней изоляции, работающей при переменном и постоянном напряжении «(руководитель др F. Risk, Канада) занимается некоторыми вопросами работы полимерных изоляторов (старение, подготовка к испытаниям и методы испытаний). Этой группой в настоящее время подготавливается «Руководство по применению изоляторов разной конструкции в разных условиях загрязнения «. На следующем коллоквиуме в 1997 г. (Канада) ИК 33 СИГРЭ в качестве одной из предпочтительных тем назвал дискуссию по сравнительным электрическим характеристикам фарфоровых, стеклянных и полимерных изоляторов при различных загрязнениях их поверхности. На сессию СИГРЭ — 98 ИК 33 выдвинул, как одну из предпочтительных, тему «Характеристики, старение, испытание и области эффективного применения на ВЛ и ПС полимерных изоляторов «.