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 увлажне-

  нием 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.

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.

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. 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.