Правильный выбор внешней изоляции высоковольтных вводов – гарантия надежности работы оборудования

Преимущества полимерной изоляции при эксплуатации высоковольтных вводов

Высоковольтные вводы являются частью конструкции силовых трансформаторов, реакторов, баковых масляных выключателей, а также устанавливаются в стенах и перекрытиях зданий распределительных устройств.

Ввод, имеет внешнюю и внутреннюю изоляцию. Процессы во внешней и внутренней изоляции, определяющие их электрическую прочность, существенно различны. Поэтому необходимые уровни электрической прочности внешней и внутренней изоляции достигаются разными средствами.

Вводы наружной установки имеют оребренную внешнюю покрышку, выполненную из фарфора или полимера, оба вида изоляции, и фарфоровая, и полимерная, применяются и эксплуатируются на протяжении всего срока службы ввода, не менее 30 лет.

Далеко выступающие ребра защищают от дождя расположенные под ними части изолятора. Этим достигается сохранение необходимого уровня изоляции при воздействии на изолятор дождя. Юбки изолятора обеспечивают необходимую ДПУ, чтобы выдерживать напряжения во всех условиях эксплуатации.

Самые первые полимерные изоляторы отличались тем, что один изолирующий материал принимал на себя и механическую и электрическую функции. Трекингостойкость используемых материалов была не удовлетворительной для надежной работы оборудования.

Длительные исследования данных полимерных изоляторов показали, что характеристики неупругих полимеров могут быть значительно улучшены за счёт модификации материала. Идея разделить механические и электрические функции привела к развитию полимерных изоляторов 2-го поколения.

В полимерных изоляторах для высоковольтных вводов, в качестве материала, обеспечивающего механическую функцию, был выбран стеклопластик, материал представляет собой композит полимера и стекловолокна, который в 3 раза прочнее алюминия и в 9 раз обычного ПВХ. Это достигается за счет особой технологии, когда содержание стекла в конечном продукте доводится до 60%.

Композитные свойства материала придают повышенную прочность конструкции. Полимерный материал отливается непосредственного на цилиндр из стеклопластика. В этом случае существует только два дополнительных элемента (цилиндр и фланцы), которые абсолютно неразделимы в течение эксплуатации. Соединение между цилиндром, полимерной покрышкой и фланцами обеспечивает наилучшие свойства в течение многих лет. Полимерная покрышка, как внешняя изолирующая часть цилиндра из стекловолокна, выполняет необходимую диэлектрическую функцию, а также обеспечивает защиту от внешних воздействий.

Вес полимерной изоляции примерно на 35% меньше по сравнению с фарфоровой, что обеспечивает снижение механической нагрузки на стены/перекрытия зданий РУ (для стеновых вводов) и снижение механической нагрузки на оборудование для трансформаторных и выключательных вводов, а также уменьшение затрат на транспортировку и монтаж вводов.

Полимер обладает лучшими диэлектрическими характеристиками в условиях загрязнений, чем фарфор. Эти результаты объясняются тем фактом, что полимерный материал является водоотталкивающим, поэтому даже после интенсивного контакта с водой на поверхности остаются только небольшие капельки без образования водной плёнки.

Это свойство называется гидрофобностью, которое обеспечивается химически неполярными группами, содержащимися в самом материале. Капли воды очищают поверхность и быстро удаляются посредством эффекта гравитации или воздействием ветра.

Эффект гидрофобности так же частично передаётся слою загрязнения на поверхности, которая в результате не покрывается слоем полупроводящего вещества. Из-за этого поверхностные токи утечки у полимерных изоляторов очень малы. Передача эффекта гидрофобности слою загрязнения объясняется наличием низкомолекулярных полимерных компонентов, которые способны проникать в слои загрязнения, которые находятся на поверхности. В результате отложения также приобретают свойства гидрофобности (передача гидрофобности). Этот феномен позволяет полимеру сохранять водоотталкивающие свойства даже после долгого времени и в условиях тяжелых загрязнений. Благодаря эффекту гидрофобности, полимерные изоляторы не требует технического обслуживания, мытья и очистки (самоочищающаяся поверхность, т.к. ветер создает вибрацию юбок изолятора), в отличии от фарфоровых изоляторов.

Основываясь на опыте применения аппаратных полимерных изоляторов, можно так же сделать выводы относительно их характеристик, определяющих стойкость к старению и устойчивость к загрязнению.

По характеристикам старения, результаты многолетних полевых испытаний показывают, что даже при наименьшей длине пути утечки и в тяжелых морских условиях окружающей среды на поверхности полимерных изоляторов не наблюдаются следы эрозии.

По устойчивости к загрязнению, кратковременные и долговременные гидрофобные свойства у полимерных изоляторов лучше, чем у фарфоровых в тех же условиях. Число импульсов тока утечки с большой амплитудой, которые могут спровоцировать перекрытие, у полимерных изоляторов намного меньше, чем у фарфоровых в тех же условиях.

Принимая во внимание характеристики старения и стойкость к загрязнению, для полимерных изоляторов, применяемых в тяжелых условиях загрязнения, можно рекомендовать уменьшение длины пути утечки по крайней мере на 1 ступень.

Полимерные изоляторы с удельной длиной пути утечки 25 мм/кВ можно без риска применять вместо фарфоровых изоляторов с длиной пути утечки 31 мм/кВ.

В случае землетрясений или сильных вибраций (при транспортировке или монтаже) полимер имеет большую надежность и запас прочности. 

Различные испытания имитирующие землетрясения доказывают, что полимерные изоляторы могут выдерживать без повреждений большие отклонения и воздействия в отличии от фарфоровых изоляторов.

При установке оборудования в зоне песчаных бурь ухудшается и разрушается поверхность фарфоровых изоляторов, что проявляется в механической эрозии глазури поверхности и отложению растворимых и не растворимых веществ, которые создают слои загрязнения на поверхности фарфорового изолятора, а также происходит формирование жидкостной пленки (соответственно высок риск перекрытия по поверхности). У полимера, несмотря на небольшую эрозию поверхности, свойства гидрофобности будут сохранены.

Как следует из опыта эксплуатации полимерной изоляции в ряде районов с повышенными концентрациями в воздухе различных химических веществ, глазурь фарфоровых изоляторов в этих районах разрушается намного быстрее, приводя к необходимости замены изоляторов.

В связи с этим наметилась ярко выраженная тенденция к переходу на полимерную изоляцию и, в первую очередь, на подстанциях, расположенных в зоне с повышенными концентрациями химических веществ в окружающем воздухе.

Применяемые полимерные изоляторы, для высоковольтных вводов, прошли все необходимые испытания в независимых лабораториях, включая воздействия климатических факторов внешней среды до -60°С, они успешно используются ведущими производителями высоковольтных аппаратов во всем мире уже более 60 лет.

В настоящее время, более 30% высоковольтных аппаратов, на классы напряжения до 500 кВ включительно, по всему миру, выпускают с полимерной внешней изоляцией, они находятся в эксплуатации во всех климатических зонах, демонстрируя стабильность свойств изоляции на протяжении всего срока службы.

Полезные ссылки

Узнать больше "Высоковольтные вводы с RIP изоляцией"