Официальные сообщения исследовательских комитетов 33 и 12 СИГРЭ

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.  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. 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.   

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, 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. 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. 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.

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 д- р 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 “.