Опыт эксплуатации и некоторые результаты исследований полимерных изоляторов в Китае

Обширностью внедрения полимерных изоляторов в распределительные и магистральные электрические сети выделяется континентальный Китай. Соответствующему опыту эксплуатации посвящено множество публикаций китайских авторов , наиболее полные данные приведены в статье / 64 / , подготовленной сотрудниками Центрального НИИ Энергетики КНР. В настоящее время многие китайские фирмы по национальным и зарубежным лицензиям осуществляют выпуск полимерных изоляторов различного назначения , причем это внедрение идет по трем направлениям : керамические изоляторы с КО - оболочками , полимерные бустерные юбки на керамических подстанционных изоляторах ( опорных , вводах ) , композитные ( стеклопластиковые ) полимерные линейные изоляторы. Основная причина применения всех указанных видов полимерных изоляторов в Китае  -  многочисленные перекрытия традиционных изоляторов ВЛ и ОРУ из-за их загрязнений ( природные , промышленные ). Пик этих массовых перекрытий , произошедших в Северо-Восточном , Восточном и Северном Китае , пришелся на конец 80-х - начало 90 - х гг. В Китае широкое применение нашли только силиконы , поскольку по мнению китайских исследователей они лучше других полимерных изоляторов ( в Китае исследовались также изоляторы из ЕРDМ , эпоксидных смол и др. ) сопротивляются воздействию УФ - излучения , озона и коронных разрядов , лучше других противостоят искрению подсушенных зон , трекингу и эрозии. Китайские авторы , как и исследователи других стран , особо выделяют гидрофобность силиконовых изоляторов , которая передается на слой загрязнения и тем самым предотвращает его перекрытие.

Применение в Китае кремнийорганических покрытий керамических изоляторов , вулканизирующихся при комнатной температуре ( RTV ) , является эффективной мерой защиты от перекрытий загрязненной внешней изоляции. Срок службы этих покрытий до повторного нанесения намного больше по сравнению с применявшимися ранее смазками и воском. Основные характеристики применяемых в Китае покрытий RTV :   10 ¹⁴ Ом. см , пробивное напряжение 15 кВ / мм , прочность на отрыв 80 Н / см , прочность на задир 1800 Н / м , модуль упругости 39 , сопротивление трекингу ТМА 4,5. Испытания изоляторов с искусственным загрязнением по методу твердого слоя ( ESDD =0,1 - 0,4 мг / см ²  ) , выполненные в 3 - х лабораториях Китая , показали , что разрядное напряжение изоляторов с RTV выше чем у тех же изоляторов без покрытия ( с тем же слоем загрязнения ) в 1,5 - 2,5 раза. Напряжение начальной короны у подвесных изоляторов с RTV покрытием выше , чем у изоляторов без покрытия , на 30 % в сухом состоянии и на 18 % под дождем. Первые RTV покрытия изоляторов на ВЛ 35 - 110 кВ были опробованы в Китае в середине 80 - х годов. В настоящее время их применение на ВЛ расширилось для решения проблемы надежной работы изоляторов в загрязненных районах. Получены первые положительные результаты применения RTV покрытий на подстанционных изоляторах. В прибрежном районе и в районах с химическими загрязнениями применение RTV покрытий позволило полностью исключить имевшие место ранее частые перекрытия изоляции. По состоянию на 1992 г. в Китае RTV были покрыты тысячи опорных изоляторов и вводов , на что ушло 3 т RTV силикона. Технология нанесения покрытий была ручной и это в ряде случаев приводило к утрате эффективности покрытия из-за плохой его адгезии к фарфору между ребрами. В последние годы появилось новое RTV покрытие американской фирмы Dow Corning Co. В сильно загрязненных районах Северного Китая на опорные изоляторы было нанесено 150 кг такого покрытия. На двух преобразовательных подстанциях постоянного тока 500 кВ                    ( Центральный и Восточный Китай ) на 24 ввода ( горизонтальных и вертикальных ) с 1991 г. было нанесено более 500 кг RTV покрытия Dow Corning Co. Раньше на этих вводах было много перекрытий при дожде и тумане , приходилось применять обмыв или снижать рабочее напряжение. За 1991 - 1994 гг. на всем оборудовании с RTV покрытием короны и перекрытий не наблюдалось. В настоящее время продолжаются испытания рассматриваемого покрытия на старение , а также сопоставления этого покрытия с другими типами RTV покрытий. В Китае всё же опасаются , что срок службы RTV покрытий вследствие трека и эрозии может оказаться недостаточным.

В настоящее время за рубежом ( Индия , Египет , Австралия и др. ) достаточно широко применяются полимерные бустерные юбки , удлиняющие путь утечки керамических подстанционных изоляторов. Рассмотрим , как решается эта проблема в Китае , где , как и в Индии , применение бустерных юбок считается наиболее эффективным и экономичным способом предотвращения перекрытий вследствие загрязнения. Такие юбки применяются в Северо - западном и Восточном Китае с середины 80 - х годов. Этим способом удалось полностью исключить перекрытия при дожде трансформаторных вводов переменного тока 500 кВ и опорных изоляторов на ОРУ 110 - 330 кВ          ( загрязнение углем , цементом , уносами химических и металлургических заводов , морской солью ). Наибольший срок эксплуатации бустерных юбок 9 лет , средний срок эксплуатации по 9 подстанциям  -  4,5 года. По данным заводов - изготовителей на 1992 г. изготовлено около 300 тысяч штук ( ! ) бустерных юбок и удлинителей пути утечки. Они изготавливаются из пластмасс , эпоксидных смол , силикона и поперечно связанных термоусадочных материалов. Ранее применявшиеся изделия из пластмасс и эпоксидной смолы были более дешевыми , имели меньший вес , просты для монтажа и обслуживания. Однако  они характеризовались низкой дугостойкостью и имели более короткий срок службы. Силикон же обладает превосходной гидрофобностью , эффективно противостоит тепловому , ультрафиолетовому и окислительному разрушению. Для силиконовых удлинителей пути утечки основной проблемой является прочность склейки. Поперечно связанные термоусадочные материалы находятся в стадии экспериментальной проверки и их опыт эксплуатации ещё не накоплен.

Опыт эксплуатации в Китае кремнийорганических композитных подвесных изоляторов распространяется главным образом на районы с сильным загрязнением , вандализм по отношению к изоляторам в Китае ( характерный для США и Европы ) практически отсутствует. Впервые в Китае композитные изоляторы были использованы в контактной сети железных дорог , а в начале 80 - х гг. начата опытная эксплуатация таких изоляторов на ВЛ напряжением 220 кВ и ниже. Общее число эксплуатируемых в Китае композитных изоляторов в 1990 г. составляло всего лишь около 3000 шт. , при этом они использовались в 10 районах : на ВЛ напряжением ниже 66 кВ  - 66 шт. , 110 кВ  -  2001 шт. , 220 кВ  -  77 шт. В Китае имеется собственное сырье для производства изоляторов ( кремнийорганика , стеклопластик ) и в настоящее время действуют десятки мелких производств для изготовления композитных изоляторов на напряжение 35 - 500 кВ переменного тока и на механические нагрузки 70 - 210 кН.  С 1990 г. применение композитных изоляторов в Китае резко увеличилось , в эксплуатации уже находятся десятки тысяч подвесных изоляторов , в том числе 5 тыс. шт. установлено на ВЛ 500 кВ ( из них 4 тыс. шт. фирм  Reliable и Hoechst ). Некоторые ВЛ уже полностью оснащены композитными изоляторами. Например , в Северном Китае на ВЛ 110 - 220 кВ работает около 9,5 тыс. таких изоляторов , а на ВЛ 500 кВ  около 3,5 тыс. шт. Благодаря их применению удалось полностью исключить часто происходившие ранее перекрытия линейных изоляторов вблизи химических и металлургических предприятий.

Первые серии композитных изоляторов имеют срок службы не более 5 - 8 лет , типичными проблемами в эксплуатации были : разрушение вдоль границы стеклопластик - оболочка , перекрытия первого поколения композитных изоляторов при сильных загрязнениях, перекрытие с обгоранием оболочки и экранной арматуры при грозовых перенапряжениях , снижение механической прочности после нескольких лет эксплуатации ( в одном случае после 2 - х лет работы на ВЛ механическая прочность на растяжение 3 - х изоляторов 110 кВ снизилась до 70 % нормированной прочности ). Наблюдались и другие повреждения композитных изоляторов : растрескивание и поломка ребер при транспортировке , обгрызание оболочек грызунами на складе, исклевывание птицами во время эксплуатации , а также порча по другим причинам. В силу указанных причин надежность композитных изоляторов в Китае признается недостаточной и ведутся соответствующие проработки по усовершенствованию конструкции изоляторов. Прорабатываются вопросы применения композитных изоляторов в зонах интенсивной грозовой активности , повышения надежности крепления концевой арматуры , контроля за изменением механических характеристик изоляторов в процессе эксплуатации.