автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Методика ускоренных испытаний на трекингостойкость образцов материалов и элементов полимерных изоляционных конструкций наружной установки

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЗЛЕКГРИШАЦИИ СССР Сибирский научно-исследовательский институт энергетики

На правах рукописи

ЩЦАШЕВ Абдулла Кадырович

УДК 621.315.61.002.25

МЕТОДИКА УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕКИНГОСТОЙКОСТЬ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

\

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1990

Работа выполнена в лаборатории Техники высоких напряжений Института энергетики и автоматики Академии наук УзССР.

Научный руководитель:-

Официальные оппоненты:-

Ведущая организация -

кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. С. КУДРАТИЛЛАЕВ

доктор технически^ наук, профессор В.Ф.УШАКОВ

кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Г.ОВСЯННИКОВ

ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект". Среднеазиатское отделение

Защита диссертации состоится "-л о " / ^-¿¿/'а 1990 г. в /& час, на заседании специализированного совета К 144.04.01 при Сибирском научно-исследовательском институте энергетики.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Адрес: 630091, г. Новосибирск-91, ул. Фрунзе, 9

Автореферат разослан "" Н/с^--1990 г.

■У

Ученый секретарь специализированного совета, д.т.н. Ю.Н.ШУМИЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Снижение затрат на строительство и эксплуатацию линий электропередачи тесно связано с обеспечением экономичности и повышением надежности работы изолинии. Одним из путей решения данной проблемы является широкое применение полимерных изоляционных конструкций не только взамен традиционных подвесных изоляторов из фарфора или стекла, но и для создания принципиально новых изолирующих устройств в виде междуфазовых распоров , оттяжек, Байтовых и опорных конструкций.

Результаты опыта эксплуатации полимерных изолирующих конструкций в СССР и за рубежом свидетельствуют, что для достижений высокой технико-экономической эффективности от их внедрения требуется решить ряд научно-технических задач. Главный недостаток полимерных изоляционных материалов заключается в их невысокой трекингоэрозионной стойкости (ТС), т.е. в появлении под действием частичных разрядов на поверхности полимерной изоляции критической эрозии или проводящей наугле-роженной дорожки - трека. Поэтому в первую очередь необходимо разработать новые материалы с повышенной стойкостью к поверхностным частичным разрядам (П4Р) и, очевидно, эффективные ускоренные методы испытаний на ТС полимерных материалов и изолирующих материалов и изолирующих конструкций на стадии разработки.

В связи с изложенным, весьма актуальной является тема диссертации, посвященная разработке методики ускоренных испытаний полимерных изоляционных материалов на ТС, которая выполнена по отраслевой научно-технической программе "Дальнейшее повышение эффективности, надеясности и управляемости электрических сетей и энергосистем ЕЭЭС СССР" - задание 0.01.06.02.

Цель работы. Разработка ускоренной методики испытаний полимерных материалов и элементов изоляционных конструкций на ТС при соблюдении идентичности разрядных процессов, протекающих в них в условиях эксплуатации.

При этом ставились следующие задачи исследования:

1 - разработка установки и научно-обоснованный выбор схемы высоковольтных испытаний напряжением промышленной частоты;

2 - исследование влияния на время испытаний комплекса факторов, ускоряющих разрушение полимерной изоляции под действием ПЧР и выбор оптимального режима испытаний;

3 - определение ТС известных типов полимерных материалов и элементов изоляторов на основе стеклопластиковых стержней;

4 - исследование влияния напряженности электрического поля и естественной солнечной редиации на ТС полимерных изоляторов.

Научная новизна. I. Из комплекса факторов, ускоряющих разрушение полимерной изоляции под действием ПЧР, выделены как основные, и исследованы влияние на время испытаний величины напряженностей промышленной частоты, среднего тока ПЧР и концентрации Л/а.С£ в загрязняющем веществе. На этой основе разработана методика ускоренных испытаний полимерной изоляции на ТС в условиях "проводящего" тумана.

2. Получены экспериментальные данные по изменению ТС покрытия стеклопластиковых изоляторов в зависимости от величины напряженности электрического поля, режима увлажнения

и накопленной покрытием конструкции солнечной радиации при их длительном воздействии в процессе эксплуатации.

3. Применительно к сложному вопросу определения срока службы выдвинута гипотеза - модель для оценки времени работы' полимерных изоляторов до образования начального трека при допустимых по условиям эксплуатации нагрузках на основе результатов ускоренных испытаний их элементов и установленных закономерностей изменения ТС полимерных материалов в зависимости от параметров электрических и климатических факторов.

4. Обоснована принципиальная возможность обнаружения начального трека на полимерных изоляционных конструкциях и контроля состояния их поверхности путем регистрации и анализа хронограмм тока ПЧР.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана методика, позволяющая в течение одного рабочего дня определить стойкость различных типов полимерной изоляции

к воздействиям ПЧР. Методика использована для обоснованного выбора типа и состава композиционных материалов для приборостроения (внедрена в п/я А-1173) и изоляторостроения (внедрена в СКТБ по изоляторам и арматуре ВПО "Союзэлектро-сетьизоляция").

Основные положения, выносимые на защиту?

1. Принципы ускорения времени испытаний полимерной изоляции на ТС в условиях "проводящего" тумана.

2. Результаты экспериментальных исследований трекинго-стойкости полимерных материалов и элементов изоляционных конструкций в зависимости от параметров воздействующих факторов при ускоренных испытаниях и в условиях эксплуатации.

3. Способы повышения надежности работы полимерных изоляторов за счет внесения конструктивных изменений и своевременной диагностики состояния поверхности покрытия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Техсовете СКТБ по изоляторам и арматуре ВПО "Союзэлектросетьизоляция" (г. Славянок, Донецкой обл., 1962 г.); Всесоюзной школе передового опыта "Разработка и применение новых изоляционных конструкций на линиях электропередачи" (ВДНХ СССР, 1984 г.); Всесоюзных научно-технических конференциях (г.Ташкент, ноябрь 1986г.; сентябрь, ноябрь 1989 г.); Международном коллоквиуме по высоковольтной испытательной технике (г. Ленинград, 1989 г.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа объемом 188 стр. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 83 наименований, трех приложений и содержит 129 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе, носящей обзорно-постановочный характер, дана общая характеристика исследуемой проблемы, проанализированы известные методы испытания полимерных изоляционных

материалов и конструкция на ТС, а также состояние вопроса прогнозирования срока их службы по результатам выборочных испытаний в лабораторных условиях. Сделан вывод о том, что известные полимерные материалы имеют недостаточно высокую ТС и этот показатель в настоящее время является определяющим срок службы полимерных изоляционных конструкций.

Большое разнообразие назначений, условий работы и физико-химических свойств полимерных материалов привело к тому, что в настоящее время существует ряд методов испытаний их образцов на ТС: "фиксированной дуги", метод "окунания", "пыли и тумана", "частотный" метод и др. Однако в известной постановке, ни один из этих методов испытаний не решает в полной мере все задачи по определению ТС полимерных материалов и не дает ответа на вопрос о сроке службы изоляционных конструкций. Существенным вкладом в решение задачи молено считать разработанную и принятую в СССР "Единую комплексную методику определения ТС полимерных изоляционных материалов и конструкций", которая в определенной степени учитывает воздействие на изоляцию эксплуатационных факторов. Однако, как показано,в диссертации, этот метод испытания требует значительных затрат времени (более 300 час) на проведение экспериментов и не учитывает фактора старения изоляционных конструкций за счет высокой напряженности электрического поля и естественной солнечной радиации.

Несмотря на то, что основной целью испытаний полимерных изоляционных материалов и конструкций на ТС является определение возможности длительного сохранения их работоспособности в условиях эксплуатации, предпринятые до настоящего времени попытки по установлению зависимости между ТС полимерного материала, определенной в лабораторных условиях, и сроком службы изоляционной конструкции из этого материала, нельзя считать успешными.-

В известных рекомендациях либо требуется параллельное проведение длительных стендовых испытаний изоляционных конструкций, либо ограничивается небольшим числом воздействующих факторов. В диссертации ставится вопрос о необходимости постановки и решения задач и по этой проблеме.

Вторая глава посвящена разработке методики ускоренных

испытаний полимерных изоляционных материалов на ТС. Основное внимание в ней уделено выбору схеш и режима испытаний. Описана разработанная установка для испытаний образцов полимерных изоляционных материалов и элементов конструкций, которая состоит из камеры тумана, регулируемого источника высокого напряжения на базе трансформатора НОМ-Ю, систем распыления увлажняющего раствора и непрерывной регистрации токов ПЧР. Камера тумана имеет габаритные размеры 1600х800х х800 мм и позволяет одновременно испытывать по 10 образцов плоской и цилиндрической формы. Экспериментально установлено, что для обеспечения оптимальных условий осаждения частиц тумана на поверхности испытуемых образцов материалов необходимо поддерживать температуру раствора на 1-2°С выше температуры поверхности образцов.

На основе накопленного опыта испытания производили в следующей последовательности.

После герметизации камеры на подготовленные к испытаниям образцы материалов подавали высокое напряжение 5-10 кВЭфф, затем включали в работу систему увлажнения. Этот момент времени принимается за начало испытаний.

Специальными исследованиями характера увлажнения поверхности образцов полимерных материалов и элементов стержневых изоляторов было установлено, что время появления начальных ПЧР в зависимости от концентрации соли в проводящем тумане приходится на 30-50 мин от начала испытания.

Этот момент времени принимается за время выхода образцов на режим ускоренного старения под действием ПЧР ( t, ) к одновременно включается в работу система непрерывной регистрации токов ПЧР. В дальнейшем, по визуальным наблюдениям, либо по характеру зарегистрированных пачек имцульсов сигналов токов ПЧР определяли время появления точечного трека ( ) и время,- когда трек развивался до 1/3 длины поверхности межэлектродного расстояния, т.е. ( ). Время ~6 3 является завершением испытаний, госле которого производили съем вышедших из строя образцов. В случае, если в конце экспериментов длина трека на каком-либо образце испытуемой партии была меньше, чем 1/3 длины межэлектродного расстояния, то время пересчитывали по средней скорости развития трзка

на других однотипных образцах.

Г1о изложенной последовательности исследовано влияние на время испытаний ограничительного резистора, величины испытательного напряжения, токов ГНР и концентрации соли в "проводящем" тумане.

Установлено, что существенное Елияние на характер дужек и время испытаний оказывает величина токов ПЧР и место подключения демпфирующего резистора в схему. В первом случае, когда резистор ^ подключали после испытуемого образца, часто происходило его перекрытие го поверхности до образования трека, что приводило к нарушению режима испытаний. Во-втором случае, при включении резистора в рассечку между высоковольтной обмоткой трансформатора и испытуемым образцом перекрытие происходило, как правило, после развития трека до определенной длины и, что очень' важно, при этом существенно сокращалось время испытаний.

Для выяснения причины вышеизложенных явлений были проведены специальные эксперименты. Установлено, что в обоих случаях в момент перекрытия сухой зоны поверхности образца происходило мгновенное перераспределение напряжения в схеме и посадка напряжения'на образце.

В первом случае, в канал лидера передается энергия, запасенная в емкости схемы - емкость обмотки трансформатора + емкость ошиновки на земло и лидер, прорастая до заземленного электрода, перекрывает образец. Во втором случае резистором

Р д ограничивается влияние указанной емкости на процесс развития лидера и за счет посадки напряжения дуга на образце гаснет. Тем самым обеспечивается стабильность процесса частичных дужек и их разрушающее воздействие на покрытие.

Влияние токов ПЧР на время испытания исследовали путем изменения величины сопротивления резистора Яр , включенного по второму варианту схемы. При £■£ = I кВ/см, £ = 15 % и отсутствии в схеме резистора Яд время Ьз образцов стержневых стеклопластиковых изоляторов ( сС = 14-22 мм) было более 300 час. Включение в схему резистора и увеличение его сопротивления до I МЭм приводило к уменьшению средней величины токов ПЧР, к увеличению числа импульсов тока в единицу времени и, в результате, к сокращению времени

испытаний в 50-90 раз (см. рис. 1,а). При = I Шм максимальное значение токов не превышало 8 мА, (наиболее часто, примерно в 85 % случаев следовали дужки с током до 2 мА). Число ПЧР в единицу времени увеличивалось почти на порядок по сравнению со случаем Яу. = 0.

Испытаниями в режиме ^ = I Шм и ^ = 15 % установлена зависимость ¿з полимерных материалов от средней напряженности вдоль пути утечки Е& и от максимальной напряженности на поверхности электрода £« . Выбор в качестве аргумента £:£ было связано с изменчивостью и неудобством контроля истинного значения напряженности поля на точках сухих зон образцов по условиям решила испытаний.

В разделе показано, что при увеличении напряженности Ек с 15 до 50 кВ/см (что соответствует изменению диаметра провода кольцевого электрода с 10 мм до I мм) на образцах материалов стержневой формы число ПЧР с токами 0,5-2,0 мА увеличивается примерно в три раза, а время испытаний уменьшается в 2,54-3 раза. Одинаковый характер зависимости ~63=](.Ё£) для различных типов материалов голучается при испытании с электродами диаметром провода 1+3,5 мм. На рис. 1,6 эта зависимость показана для четырех типов покрытий. По сравнению с ££ = 0,7 кВ/см при Е£ = I кВ/см время испытаний уменьшается в два раза. Исследования показали, что дальнейшее увеличение до 2 кВ/см неоднозначно влияет на время испытания различных типов материалов. С учетом этого и млевших место при Ее = 2 кВ/см случаев перекрытия образцов до появления точечного трека было определено, что для исключения перекрытий оптимальную границу увеличения следует принять равной Ее = I кВ/см. Зависимость

Ек) объясняется тем, что при воздействии напряженности электрического поля на частицы тумана с размерами менее 10~^м, увеличивается их концентрация^электрода, а также неоднородность поля здесь. За счет этого улучшаются условия ионизации газа и перехода коронного разряда в скользящий разряд. На основании результатов исследований зависимости

на образцах различных типов и форм определено, что эту зависимость с достаточной точностью мокло описать выражениями - -В

Для используемых в настоящее время в сетевом строительстве

полимерных материалов с удовлетворительной точностью можно принять А=1 и В=2.

Результаты экспериментальных исследований влияния концентрации соли £ в "проводящем" тумане на время испытаний при Яу = I ГОм и £е = 0,54-1,5 кВ/см показаны на рис. 1,в. Анализ полученной зависимости показывает, что резкое (в три раза) уменьшение времени испытаний получается при повышении концентрации £ с I дл 5 %, в интервале изменения £ 15+ +20 % разница во времени испытаний не была выявлена. Поэтому оптимальная концентрация fJcx.CC в растворе "проводящего" тумана была принята равной 15 %, когда время испытаний ш сравнению со случаем £ =1 % ускоряется до 10 раз. Из рис. I.б. видно, что с изменением Е(, характер зависимости ТС от £ не меняется.

Таким образом выявлено, что существенное сокращение вре-, мени достигается испытаниями:

- с ограничительным резистором, включенным в рассечку меяду высоковольтной обмоткой трансформатора и испытуемым объектом, при значениях сопротивления в пределах 0,9+1,1 Юм;

- в режиме с рабочим градиентом ££ = I кВ/см и концентрацией соли в растворе "проводящего" тумана ~15 %.

Полученные выше данные легли в основу разработанной методики ускоренных испытаний полимерных материалов и изоляционных конструкций. Новизна режима испытаний по разработанной методике защищена авторским свидетельством СССР № 1170385.

Статистическая обработка экспериментальных данных ТС различных типов полимерных изоляционных материалов по разработанной методике показали, что выборка по времени испытаний как {¡с так и ¿л* описывается теоретическим распределением Вейбулла. В работе это обосновано соответствующей проверкой с помощью критерий: Пирсона, Колмогорова и Стьюдента.

В третьей главе описаны результаты исследований влияния климатических и электрических воздействий на ТС образцов полимерных изоляторов, проведенных по разработанной методике испытаний.

Для оценки влияния естественной солнечной радиации на старение и ТС полимерных материалов на двух стендах экспонировались по 30 образцов стержневой формы: стеклопластик без

покрытия, с покрытием из УП-21П, эпоксифторопластом и фторопластом. По истечении I, 2, 3, 6, 12 и т.д. месяцев экспонирования часть образцов кавдого типа снимали со стенда и после предварительного контроля состояния их поверхности они испытывались на ТС. Исследовали изменение поверхностного сопротивления, утла смачивания и ТС покрытия в зависимости от накопленной поверхности изолятора солнечной радиации (1 .

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что у стеклопластика без покрытия гидрофобность теряется после облучения солнечной радиацией 20-45 ккал/см^, а для УП-21П после 6-7-месячной выдержки ( (2 = 90-120 ккал/с(.Г). Особенность фторосодержащих материалов, кроме наличия в них прочных внутренних связей, еще и способность хорошо отражать свет, проявилась в том, что после их 2-3-летнего облучения они не утратили своих гидрофобных свойств - угол смачивания -100°.

На рис. 2,а приводятся результаты испытаний различных материалов на ТС. Из рис. 2,а видно, что к концу третьего месяца облучения за счет интенсивной деструкции поверхностного слоя, снижения гидрофобности и быстрого выхода на режим ускоренного старения под действием ПЧР в условиях "проводящего" тумана ТС стеклопластиковых образцов снижается на 90 %, Установлено, что изолятор с покрытием из УП-2Ш после 6-ти месячной дозы облучения теряет 40 %, а к исходу годовой выдержки - более 50 % ресурса ТС, тогда как заметное снижение ТС фторсодержащих материалов происходит после 2-3-летнего облучения, когда С? 300 ккал/см^.

В целом, с учетом разрушающего действия солнечной радиации на полимерные материалы возникает необходимость разработки светостойких изоляционных материалов, а также мер по ограничению его воздействия солнечной радиации на полимерные изоляторы в условиях эксплуатации.

В условиях эксплуатации увлажняющие факторы воздействуют на изоляторы с перерывами; это возможно и в ходе испытаний по предлагаемой методике. Влияние перерыва в увлажнении на ТС полимерных материалов исследовано в камере тумана на примере стержневых образцов. В работе показано, что перерыв в увлажнении образцов при испытаниях в условиях "проводящего"

тумана, увеличивает ТС материалов в среднем в 1,5 раза.

Влияние рабочей напряженности на ТС полимерных изоляционных материалов было исследовано на базе элементов стек-лопластиковых изоляторов ВЛ-ПО кВ. Стержневые гладкие и ребристые изоляторы устанавливали на стенд, высота которого от земли составляет 4,5 м. Часть изрляторов работала без экранов, а другая часть - с экранами в виде одиночных и двойных тороидальных колец, установленных со стороны высокого напряжения ( иисп = 66-68 кВэфф). Поскольку одновременно с высоким напряжением на испытуемые объекты воздействовали высокая температура и солнечная радиация, то в целях вццеления влияния основного фактора, на стенде была смонтирована партия однотипных изоляторов без подачи на нее высокого напряжения.

До истечении определенного промежутка времени , 3-5 шт каждого типа экспонированных на стенде изоляторов демонтировали и с учетом распределения нацряженности Е1 по длине конструкции разрезали их на отдельные участки. Подготовленные таким образом образцы годвергались ускоренным испытаниям на ТС по разработанной методике. Взамен демонтированных конструкций на стенд устанавливалась новая партия изоляторов, которые испытывались в конце цикла (5 лет).

За более, чем 340000 часов экспонирования на стенде-для стеклопластиковых изоляторов с эпоксифторопластовым покрытием был собран достаточный статистический материал по изменению ТС покрытия со временем, в зависимости от напряженности В1 . Выявлено, что распределение напряжения вдоль изоляторов влияет на скорость изменения со временем ТС их участков. После 5-летней работы изолятора без экрана ТС его участка, где средняя напряженность была примерно 5 кВ/см, оказалась в 2,5 раза ниже среднего значения ТС для всего изолятора, и наоборот, ТС его участков, где £ 0,2 кВ/см, оказалась в 2-3 раза выше среднего значения. _

На рис. 2,6 приведена полученная зависимость построенная по 10 сериям экспериментов на элементах стекло-пластикового изолятора (по 5 шт), выдержанных под напряжением от I до 5 лет.

Видно, что при значении напряженности = I кВ/см с

течением времени ТС изолятора снижается примерно в два раза, а при напряженности Е 3 кВ/см процесс старения покрытия изолятора ускоряется еще в два раза.

Обработка зависимостей „при Г= СО/75 £

при Е=с.опз£ и ^^(Е-т) показала, что изменение со временем -¿3 изолятора под действием только напряженности электрического поля описывается одной кривой, аппроксимируемой выражением вида

¿3Ю)[*-6 %(£„•?)] ,

где Ём - среднее значение напряженности на наиболее нагруженном участке изолятора; " О. " и " 3 " - постоянные, характеризующие материал покрытия.

В четвертой главе изложены результаты экспериментов по определению ТС образцов полимерных изоляционных материалов и конструкций. Разработана гипотетическая модель для оценки срока службы изоляционных конструкций на основе ускоренных испытаний их элементов на ТС.

Испытывали образца плоской формы, размерами 200x200 мм, толщиной 2-6 мм, изготовленные из эпоксидных компаундов различных типов. На исследуемую поверхность образцов накладывались кольцевые заземленные электроды (радиус круга - 100 мм, диаметр провода электрода - 2 мм), в центр круга вертикально устанавливался игольчатый электрод с радиусом закругления 0,1 мм, на который подавалось высокое напряжение.

Результаты исследований показали, что с помощью разработанной ускоренной методики испытаний можно различить ТС полимерных материалов не только по типам компаундов, но и в зависимости от различных добавок в составе композиции, режима полимеризации, а также толщины покрытия.

Образцы стержневых изоляторов испытывали по системе электродов "кольцо-кольцо"(диаметр провода электрода 2 мм). Основу образцов составляли эпоксидный компаунд различных марок и стеклопластик. Стеклопластиковые стержни имели покрытия из циклоалифатической смолы (УП-2П1); из фторсодер-жащих материалов (Ф32-Л0Н, эпоксифторопласт); из кремний-органической резины (Н-69, К—1410, К-2120).

Установлено, что в условиях "проводящего" тумана среди испытанных материалов наибольшей ТС обладают стеклопластики с покрытием из эпоксифторпласта и кремнийорганической резины типа К-69 с £3 = 6+7 час и = 9-15 %•

Показано также, что с помощью разработанной методики испытаний можно различить ТС образцов изоляторов не только в зависимости от типа материала покрытия, но и по качеству и технологии его изготовления.

В плане поиска способа прогнозирования срока службы полимерных изоляционных конструкций в главе рассмотрены вопросы перехода к значениям их ТС в условиях эксплуатации на основе результатов выборочных испытаний образцов по ускоренной методике. При разработке модели перехода от результатов лабораторных экспериментов на ТС к ТС в реальных условиях эксплуатации было решено рассматривать влияние на ТС изолятора каждого воздействующего фактора как независимое событие, а совместное влияние факторов - как произведение "коэффициентов" влияния независимых событий. В этих целях рекомендуется получать и использовать зависимости ТС от параметров каждого воздействующего фактора. В дополнение к известным факторам предлагается и обосновывается необходимость учета влияния на ТС полимерных изоляционных конструкций старения их покрытия со временем, за счет воздействия напряженности электрического поля и солнечной радиации. В работе приемлемость разработанной модели оценки срока службы полимерных изоляционных конструкций показана на примере расчета времени работы ¿3 гладкостержневого стеклопластикового изолятора с эпок-сифторопластовым покрытием на напряжение класса ПО кВ, при значениях параметров воздействующих факторов: а 0,4 кВ/см,

Ек = 14 кВ/см, (Л = 140 ккал/см^-год и — 5 мкСм. При этих параметрах ожидаемый срок службы составит 9 лет.

В пятой главе рассматриваются вопросы повышения срока службы полимерных изоляционных конструкций.

В результате выполненного анализа известных способов повышения ТС полимерных изоляционных материалов и конструкций показана необходимость решения научно-технических задач по уменьшению степени воздействия на защитное покрытие климатических факторов и по усовершенствованию методов диагностики

его состояния.

Установлено, что достаточно эффективное ограничение действия солнечной радиации и увлажняющих факторов на полимерные изоляторы достигается цутем окружения конструкции по высоте дополнительными диэлектрическими кожухами. Согласно разработанного и экспериментально подтверзденного технического решения, к изолятору концентрично, с зазором по отношению к его боковой поверхности, с помощью изолирующих распорок прикрепляются по меньшей мере два диэлектрических кожуха, выполненные по форме тела вращения и разными по диаметру, причем, кожух с меньшим диаметром частично входит во Бнутрь кожуха с большим диаметром, образуя кольцевой зазор между боковыми поверхностями. При этом, для исключения прямого попадания частиц влаги на поверхность изолятора через зазор между изолятором и верхним торцом крайнего кожуха рекомендуется к окон-цевателю прикрепить козырек, выполненный в виде слоя сферы с диаметром, перекрывающим диаметр кожуха большего размера.

В работе на примере гладкосгержневого изолятора показано, что такое усовершенствование позволит существенно ослабить процесс увлажнения поверхности изолятора и увеличить его ТС как минимум в два раза, а разрядное напряжение конструкции при этом останется на уровне ребристых изоляторов типа ЛК.

При дальнейшем исследовании разрядных процессов на образцах полимерных материалов и элементов изоляционных конструкций выявлена возможность контроля состояния их поверхности путем регистрации и анализа по времени сигналов от ПЧР. Фрагмент хронограммы записи сигналов токов ПЧР для примера приведена на рис. 3. Согласно разработанного способа контроля поверхности изолятора, решение о ее состоянии принимается на основе анализа зарегистрированных во время осадков хронограмм сигналов от токов ПЧР. Установлено, что при длительности пачек импульсов сигналов от ПЧР = 2+10 с состояние покрытия изолятора можно определить как опасное, требующее усиленного контроля. В последующем, до момента образования на поверхности изолятора точечного трека (время в хронограмме), серия единичных импульсов чередуется с пачками импульсов, подобных ¿' . При этом пауза меззду пачками импульсов ( •Ь1 ) составляет от 20 с до 10 мин. Число пачек импульсов в промежутке

¿г -¿I разное и, как показано в работе, не зависят ни от материала покрытия, ни от развитости поверхности изолятора. Появление точечного трека на поверхности изолятора в хронограмме проявляется в виде единичной пачки импульсов длительностью от 20 до 70 с, что соответствует предаварийно-му состоянию изолятора. Появление и развитие трека на поверхности изолятора в хронограмме проявляется в виде пачки (пачек) импульсов длительностью £3 = 100+200 с. При этом конструкция пребывает в аварийном состоянии, которая подлежит немедленной замене.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика ускоренных испытаний полимерных изоляционных материалов на ТС, позволяющая до 100 раз сократить время, необходимое для испытаний при сохранении идентичности разрядных процессов, протекающих при них и в условиях эксплуатации.

2. Исследованы и установлены зависимости ТС полимерных изоляционных материалов от параметров схемы испытаний, величины испытательного напряжения, тока ПЧР и концентрации соли в "проводящем" тумане. Показано, что существенного ускорения по времени можно достичь при испытании стержневых голимерных изоляционных материалов:

- по схеме с ограничительным резистором с сопротивлением поредка I Юм и токами ПЧР величиной 1-2 мА;

- в режиме с рабочим градиентом I кВ/см и концентрацией соли в "проводящем" тумане 15 %.

3. Получены новые данные о влиянии на ТС полимерных изоляционных материалов и элементов изоляционных конструкций напряженности электрического поля, естественной солнечной рад ации и перерыва в увлажнении.

4. По разработанной ускоренной методике определена ТС различных полимерных изоляционных материалов, применяемых в изоляторостроении и приборостроении.

Показано, что в условиях "проводящего" тумана наибольшей ТС обладают фтореодержащие голимеры и силиконовые каучуки

5. Разработаны способы повышения ТС и надежности работы

полимерных изоляторов за счет конструктивных изменений и диагностики состояния их поверхности. Принцип усовершенствования основан в защите поверхности изолятора от солнечной радиации и увлажняющих факторов системой диэлектрических кожухов.

Основа способа дистанционного определения начального трека на изоляторе заключается в регистрации и анализе сигналов от токов ПЧР.

6. Разработанная методика ускоренных испытаний использована для обоснованного выбора типа и состава полимерных материалов, применяемых в изоляторостроении•(СКТБ по изоляторам и арматуре ВПО "Союзэлектросетьизоляция") и приборостроении (п/я A-II73).

Результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. A.c. СССР № II70385, МКЛ4 G Ol R 31/12. Способ испытания изоляционных материалов на трекингоэрозионную стойкость/ Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К., Юсупов Т.А., Садыков К.С. (СССР) № 3366288/24-21; Заявлено I0.I2.8Ir.

2. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. Методика ускоренного определения трекингоэрозионной стойкости образцов полимерных материалов // Повышение надежности высоковольтной изоляции/ Сб. науч.тр. ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект" - 1978. - С. 71-77.

3. Кудратиллаев A.C., Чувилина Л.Ф., Сипягина М.А., Юлдашев А.К., Успенский Б.С. Исследование трекингостойкости теплостойких компаундов ЭТП-16 и ЭТЗ-16 // Обмен опытом в радиоэлектронной промышленности / Сб. НИИЭИР - М., 1982, № 4.

4. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К., Юсупов Г.А., Успенский Б.С. Исследование трекингостойкости полимерных изоляционных материалов // Тезисы докладов У Республиканской н.-т. конференции энергетиков, Ташкент, 22-24 сентября, 1976. -

С. 185.

5. Кудратиллаев A.C., Елдадев А.К. Влияние солнечной радиации на срок службы полимерных изоляционных материалов // Развитие и надежность Узбекской энергосистемы / Фан. - Ташкент - 1986. - С. 14-17.

6. Юлдашев А.К. Ускорение испытаний полимерных изоляционных материалов на трекингоэрозионную стойкость - основа

прогнозирования срока службы конструкций // Повышение надежности работы изоляции линий электропередачи и электрооборудования высокого напряжения / Тезисы докладов н. -т. конф., Ташкент, 24-26 ноября - 1986 - С. 102-103.

7. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. Установка для ускоренных испытаний образцов полимерных материалов и изоляционных конструкций на трекингоэрозионную стойкость // Информ. листок: Наука - производству / Фан - Ташкент - 1987.

8. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. Об ускорении испытаний полимерных изоляционных материалов на трекингоэрозионную стойкость // Известия Вузов, сер. Энергетика - 1988. - № 3. - С. 37-40.

9. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. Метод ускоренных испытаний полимерных изоляционных материалов на трекингоэрозионную стойкость // Инфор.1. сообщен. № 419 / Фан - Ташкент -1988. - 12 с.

10. Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. Дистанционный способ контроля состояния полимерных изоляционных конструкций //Разработка и исследование изоляционных конструкций из новых материалов и внедрение компьютерной технологии в проектирование и организации строительства / Тезисы докл. н.-т. конф., Ташкент - 14-15 ноября 1989. - С. 42-43.

11. Кудратиллаев A.C., Султанов С., Юлдашев А.К., Ермолов В.В. Комбинированная установка для испытания загрязненных конструкций под воздействием увлажняющих факторов // Стендовый докл. в матер. Международного коллоквиума по высоковольтной испытательной технике. - Ленинград. - 1988.

12. A.c. (положит, решен, от 26.06.89) МКЛ4 Н 01 В 17/00 Изолятор / Султанов С., Юлдашев А.К., Яшин Ю.Н. (СССР),

№ 4487441/24-07; Заявлено 28.09.88."

13. A.c. I54I540 СССР, ШЯ5 G Ol R 31/12. Способ контроля состояния полимерной высоковольтной изоляции / Кудратиллаев A.C., Юлдашев А.К. (СССР), № 4392643/24-21; Заявлено 14.03.88.

1

юо

:оо

00 50

Ю 'О

5

и а)

\

\ V \

ъ \ к

ч

>

• 1 ^

Д. - стеклопластик; + - стеклопластик + УП-2Ш;

О - стеклопластик + Ф32-Л0Н;

О - стеклопластик + эпокси-фторопласт;

О - стеклопластик + К-69.

20

50 «О 200 500 1ООО К Ом

20 1

/6

/2

и е 5)

л

\ \

N

Iй - Ё1

0,5

кЕ>/см г

X 60

5о

40

Ьо

го {о

-ь Г 16) 1 1' лрч Е -0,5 кЪ/СМ 2-приЁ=1кЬ/см 5-при Ё = 1,5кЬ/см

, \

V 1

V«

3 \ >

Ч '

5 Ю 15- % 20

Рис. I. Зависимость ТС образцов материалов от величины ограничительного резистора Ид., напряженности электрического поля (б) и концентрации соли Ё "проводящем" тумане (в)

«

0

ч го 1оо чоо

а)

Т=43-юЧ.

• • »

А • •Г > »

• \ • \

•Ч • N • • •

1

1 » ^Ч * •

! 4 м

: > • • • •

* • • I

О :1 2 с 3

Ь)

Рис. 2. Зависимость ТС образцов материалов от длительного воздействия солнечной радиации (а) и средней напряженности электрического поля (б).

Рис. 3. Фрагмент хронограммы тока ПЧР образца (изолятора) стеклопластик + кремнийорганическая резина К-69.