Применение кремнийорганических защитных покрытий на фарфоровых и стеклянных изоляторах

В настоящее время хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации кремнийорганические оболочки ( силиконы ) используются не только путем нанесения их на стеклопластик в композитных изоляторах ( наиболее широкая область применения ) , но и используются также за рубежом путем нанесения на фарфоровые подстанционные изоляторы и значительно реже на стеклянные и фарфоровые линейные изоляторы. Такие покрытия применяют для повышения надежности работы изоляторов в сильно загрязненных районах. Наиболее часто эти покрытия именуются в литературе RTV - покрытиями ( “ вулканизация при комнатной температуре “ ). Подробное рассмотрение широкого круга проблем , связанных с применением кремнийорганических оболочек на фарфоровых              ( стеклянных ) изоляторах , которым в последние годы посвящено очень большое число публикаций в научно-технической литературе/76 - 89 / , выходит за рамки настоящего обзора. Однако , кратко на современном состоянии рассматриваемого вопроса , изложенном в /42 , 75 / , целесообразно остановиться.

Многие авторы указывают , что важен не только состав покрытия и технология его нанесения , но и мастерство наносящего его оператора. К 1996 г. накоплен обширный 8 - 9 летний опыт эксплуатации таких покрытий . В основном этот опыт положителен , но наблюдались также случаи деполимеризации оболочек в процессе эксплуатации ( как в нормальной , так и в кислотной средах ). Деполимеризация наблюдается , если кремнийорганическое покрытие имеет посторонние примеси , разрывающие длинные полимерные цепи. Другой вероятной причиной этого явления может быть корона. На ряде подстанций в США на опорных изоляторах материал оболочки стал хрупким , легко отделяемым от фарфора. В других случаях материал покрытия становился мягким , подобным замазке. Хотя случаев положительного применения  RTV - покрытия описано очень много, случаи выхода их из строя , приведенные в / 42 / , показывают , что проблема надежной работы этих покрытий ещё полностью не решена. Толщина покрытия должна обеспечить восстановление гидрофобности после периода длительного увлажнения ( все  RTV - оболочки в таких условиях хотя бы временно , но теряют гидрофобность ).Момент времени , когда требуется обмыв или замена оболочки обычно определяется по сильному увеличению акустического шума на подстанции. Это является показателем того , что оболочки начинают утрачивать гидрофобность ( появляется большой ток утечки , корона и искрение на подсушенной зоне ). Случаи реального повторного нанесения оболочки на фарфор вследствие выхода первоначально нанесенной пленки из строя пока не известны. Прогнозируемый срок службы оболочек пока не установлен , хотя ясно , что у хороших оболочек , он достаточно большой. ( первые кремнийорганические оболочки были применены примерно 20 лет назад и некоторые из них ещё работают ). Считается , что кремнийорганическая оболочка , если она не подвергается деполимеризации и хорошо соединилась с фарфором , должна работать очень длительное время , возможно столько же , сколько и фарфор. Однако , если загрязнение начинает накапливаться на поверхности изолятора и низкомолекулярные частицы перестают проникать в слой загрязнения для передачи ему гидрофобности , кремнийорганическая оболочка может отслаиваться. Когда характеристики изолятора , покрытого оболочкой , станут такими же , что и у изолятора без оболочки , наступает время необходимости вмешательства ( обмыв , чистка , нанесение нового слоя RTV или и то , и другое ).

В районах с загрязненной атмосферой применение RTV - покрытий позволяет либо исключить обмыв ( чистку ) изоляторов , либо сократить период между обмывами в 3 - 5 раз. Например , на ОРУ 230 кВ вблизи цементных заводов в Канаде применялся ежемесячный обмыв , но перекрытия не удавалось полностью исключить. Кроме того в рассматриваемых условиях / 42 / изоляторы постепенно покрывались плохо удаляемой обмывом коркой загрязнения , удаление которой специальными средствами обходится очень дорого. Применение RTV - покрытия на этом ОРУ позволило увеличить интервал между обмывами до года , при этом сама чистка ( обмыв ) существенно облегчается. Обмыв под давлением ( вплоть до 1200 фунт / на кв.дюйм ) при этом не разрушает силиконовую оболочку и не срывает её с фарфора , если она нанесена на чистый и сухой изолятор. Если же перед нанесением покрытия поверхность фарфора очищена недостаточно хорошо , адгезия покрытия к фарфору может оказаться недостаточной. Стандартных требований к толщине покрытия не имеется. Например фирмой  “ CSL Silicones “ в качестве оптимальной рекомендована толщина 0,015 - 0,020 дюйма ( при толщине 0,01 дюйма и менее под слоем оболочки начинает просматриваться фарфор ).

Для повторного нанесения удаление прежней оболочки , как правило , не требуется , если полимерный материал попрежнему хорошо соединен с керамической подложкой. Однако , если имеются признаки плохой адгезии ( видны пузырьки или мойка водой под давлением отслаивает оболочку ) , рекомендуется удалить старую оболочку перед нанесением новой.

В настоящее время на подстанциях за рубежом наблюдается явно выраженная конкуренция между применением композитных изоляторов и изоляторов с  RTV - покрытиями. Как показывает опыт , в загрязненных районах с длительными , например , морскими увлажнениями кремнийорганика рано или поздно утрачивает свои свойства. В этом случае при весьма возможном разрушении оболочки на композитных изоляторах обнажается стеклопластиковый сердечник , и как правило , вдоль него происходит трекинг с очень вероятным полным механическим разрывом изолятора и с тяжелым отказом электроустановки. Поэтому в тяжелых условиях загрязнения в настоящее время энергопредприятия в различных частях мира всё чаще переходят к использованию фарфоровых и стеклянных изоляторов с RTV - оболочкой. При этом учитывается , что , обеспечивая гидрофобность и достаточно продолжительный срок службы в условиях загрязнения , RTV - оболочка даже в случае потери ею гидрофобности и перекрытия изолятора , как показывает опыт , не отслаивается от него , а сам изолятор сохраняет свою механическую прочность. О высокой репутации современных RTV - оболочек свидетельствует следующий пример. В Катаре в 1995 - 1996 годах введены в эксплуатацию две ВЛ 220 кВ , на которых установлено около 30 тысяч стеклянных подвесных изоляторов аэродинамического типа ( с полусферической тарелкой ) с предварительно нанесенной в стационарных условиях RTV - оболочкой. Ожидается , особенно в Азии , расширение применения на ВЛ изоляторов с предварительно нанесенной оболочкой в районах , где возникали проблемы с композитными кремнийорганическими изоляторами , а также в районах  , где вследствие больших солевых загрязнений  нет альтернативы применению RTV - покрытий. Большая возникающая при этом проблема  -  обеспечение упаковки изоляторов , изготовленных в заводских условиях , для безопасной для оболочек транспортировки. Поэтому разрабатываются проекты массового нанесения оболочки на изоляторы в полевых условиях до установки их на ВЛ. Известны отдельные , не получившие большого распространения, случаи нанесения RTV - оболочек непосредственно на изоляторы действующих ВЛ 115 кВ в Северной Америке. В Азии больше интерес к нанесению оболочек на линейные изоляторы , чем на подстанционные , тогда как в Северной Америке наоборот. Кроме того в Азии районов с сильными природными загрязнениями , где требуются изоляторы с RTV - оболочками , намного больше , чем в Северной Америке , где регионы с загрязнением составляют менее 10 %.

Подробный технологический регламент по применению защитных RTV - покрытий на фарфоровых изоляторах приведен в руководстве, подготовленном Аризонским университетом США. В нем приведены рекомендуемые методы очистки изоляторов от загрязнения , произведено сравнение физико-химических характеристик гидрофобных углеводородных смазок ( давно применяемых для защиты изоляторов при сильных загрязнениях ) и кремнийорганических  RTV - покрытий , рекомендованы способы их нанесения , дана сравнительная оценка трекингостойкости и эффективности различных покрытий , приведены данные по опыту их эксплуатации и предполагаемому сроку службы. Кратко опыт эксплуатации  RTV - покрытий в США приведен в табл. 6 . Все приведенные в этой таблице энергопредприятия сообщили о положительном опыте эксплуатации  RTV - оболочек. Во всех случаях , приведенных в табл. 6   , другие методы ( обмыв , применение гидрофобных смазок ) не были эффективны , до применения  RTV - покрытий наблюдались частые случаи перекрытий загрязненных изоляторов. В то же время сообщается / 75 / , что в США наблюдались случаи , когда неправильное нанесение оболочек ( например , на изоляторы с явно недостаточной длиной пути утечки или использование покрытий на изоляторах без защитной арматуры ) приводило к утрате гидрофобности оболочек и перекрытиям.

                                                                         Таблица 6

Опыт эксплуатации RTV - оболочек на фарфоровых изоляторах

в США

Эксплуати-рующая организация	Загрязнение	Тип покры-той изоля-ции	Класс напряжения, кВ	Длитель-ность эксп- луатации ,     г
PG and E , Калифорния	Соленый туман с океана	Изоляторы , плавкие пре- дохранители, вводы	12 - 230	20
NE Utilities Коннектикут	Соленый туман	Подстанци- онные изоляторы	345	4
LADWP Калифорния	Соленый туман	Линейные вводы , электропере-дачи пост. тока , изоляторы электропере- дачи пост. тока	133 - 500 пост. тока       138 переменного тока	13
Продолжение табл.6
СonEd , Нью - Йорк	Морское и соль с дорог	Подстанци- онные изоляторы	69 - 345	7
Idaho Power Айдахо	Фосфорные удобрения	Подстанци- онные изоляторы	13,8 - 138	9
Newada Power , Невада	Угольная пыль	Подстанци- онные изоляторы	69 - 230	8
FPL , Флорида	Морское	Подстанци- онные изоляторы , гирлянды изоляторов	13 - 138	4
Southern Cal Эдисон	Морское и промышлен- ное	Подстанци- онные изоляторы , гирлянды изоляторов	56 - 220	9
BPA , Орегон	Цемент , промышлен-ные , удобрения	Подстанци-онные изоляторы	56 - 220	9
CP and L, Техас	Морское	Подстанци-онные изоляторы , гирлянды изоляторов	138 - 345	8
FP Corp. , Флорида	Фосфатная промышлен-ность	Подстанци-онные изоляторы , гирлянды	115	4
Itaipu , Бразилия	Пыль с дорог	Линейные вводы , подстанци-онные изоляторы	400 постоянного тока	9

Стоимость RTV - оболочек выше , чем у смазок , но если отнести её к сроку службы , она оказывается ниже , чем у смазок , т.к. частота нанесения RTV - оболочек значительно более редкая , кроме того удаление смазок для повторного нанесения более трудоёмко , чем подготовка к новому нанесению RTV. Как правило , RTV - оболочки в США наносят один раз и обмывают через 7 - 10 лет эксплуатации. Приведены конкретные экономические выгоды , полученные разными энергокомпаниями от внедрения RTV - оболочек / 75 / в районах с загрязненной атмосферой. В последние годы для RTV - оболочек на первый план выходит определение поверхностной проводимости при искусственном увлажнении ,как показателя гидрофобности и старения, однако соответствующая методика ещё только разрабатывается. Наиболее надежным методом оценки RTV - покрытий в настоящее время признается накопление опыта их эксплуатации в естественных условиях.

Основными проблемными вопросами , связанными с применением защитных RTV - покрытий за рубежом , являются разработка методики надежного прогнозирования их срока службы ( в первую очередь , определяемого ресурсом низкомолекулярных соединений в тонком кремнийорганическом слое ) и методики сравнительной оценки в лабораторных условиях эффективности RTV - оболочек разного состава.