Влияние естественного и искусственного старения в процессе эксплуатации на ОПН и полимерные изоляторы в распределительных сетях

Использование полимерных материалов для изготовления устройств, таких как ОПНы, изоляторы и крепления, для установки на электрораспределительной сети в последнее время возросло. Полимерные материалы, которые используются чаще для наружного применения, представляют лучшие характеристики по сравнению с фарфором и стеклом, поэтому поведение этих товаров должно быть хорошо изучено и понятно в целях оптимизации их производительности для нормального применения в области энергетики. Они представляют собой одни из наиболее эффективных альтернатив по снижению перебоев, из-за большого количества ударов молний. Применение полимерной продукции имеет такие преимущества, как легкость обработки и монтажа в труднодоступных районах, а также уменьшение случаев вандализма. Кроме того, силиконовая резина (СР) обладает большой гидрофобностью по сравнению с фарфором и стеклом, и, следовательно, можно ожидать более низкий уровень тока утечки (ЛНР) и частоту пробоев. Однако, есть еще много вопросов, касающихся их долгосрочной работы в природных условиях, особенно при промышленных или морских загрязнениях. Использование полимерных материалов, таких как силиконовая резина, растёт более быстрыми темпами, чем использование стекла или фарфора. Считается, что корпуса из силиконовой резины, когда правильно подобранны, как правило, обеспечивают лучшую производительность изолятора, хотя другие материалы также могут вести себя удовлетворительно. Гидрофобность силиконовой резины препятствует образованию загрязненной водной пленки на поверхности диэлектриков, в то время как в случае фарфоровых и стеклянных изоляторов вода образует сплошную пленку на гидрофильной поверхности. При наличии загрязнений, развиваются токи утечки, что может привести к пробою изолятора. В случае с силиконовой резиной образуются капельки воды, которые легко удаляются с поверхности. Однако, эта гидрофобность может быть временно утрачена под воздействием электрических разрядов или сильного загрязнения. После последующего периода отдыха, гидрофобность обычно восстанавливается. Одной из основных причин старения является развитие тока утечки, который производит нагрев электролитического слоя на влажной загрязненной поверхности изолятора. Эффект деградации полимера на ОПН может привести к потере эксплуатационных характеристик оборудования или сбоя на линии передач. Чтобы расширить их применение в системе электрических сетей, характеристика материала должна быть проверена в лаборатории, чтобы проверить, что новые соединения термо и фото стабильны. Даже у продуктов, широко применяющихся в других регионах и других странах, необходимо определять их характеристики, чтобы определить целесообразность их использования. Композитные анкерные и подвесные изоляторы состоят из пултрузионных стекло-армированных композитных стержней, которые защищены полимерным корпусом. Концы изоляторов разрываются по отношению к стальной арматуре, к которой механически крепится пултрузионный стержень опечатанный в полимерный корпус. Механические отказы и электрические пробои являются причинами выхода из строя полимерных изоляторов и ограничителей перенапряжения. Механический отказ является катастрофическим и необратимым. Изоляторы и ограничители перенапряжения подвергаются этому режиму разрушения, часто из-за плохой герметизации между концевыми фитингами и полимером, что позволяет проникнуть воде. Электрический пробой может быть следствием переходных процессов в сети или снижения способности изолятора выдерживать эксплуатационные напряжения.

Ограничители перенапряжений и изоляторы, испытанные в этом исследовании, были изготовлены из высокотемпературной вулканизированной силиконовой резины, отверженной при 160-170 ° C, которая представляет собой смесь из силиконового полимера (полидиметилсилоксана) и силиконовой смолы с молекулярной массой от 300 000 до 700 000 грамм на моль. Смешивание полимера происходит через разложение пероксидов при температурах 100 ° С. Пероксиды распадаются на свободные радикалы, которые реагируют с ненасыщенными связями или даже с метильными группами за счет абсорбции атомов водорода. Полимерные корпуса ограничителей перенапряжений заполнены тригидратом оксида алюминия, что помогает предотвратить и ограничить эрозию материала. Это, как правило, считается основным защитным механизмом в предотвращении развития тока утечки, который является предвестником возгорания.

Новые образцы и образцы, бывшие в эксплуатации, показаны на рисунке 1 и рисунке 2 соответственно. Некоторые исследования проводились на силиконовой резине, используемой в корпусе, полученной таким же образом и подвергнутой тем же условиям старения, что и разрядники перенапряжения. A, B, C, D и S обозначаются разные поставщики образцов.

Ускоренные тесты

Новые образцы, у которых время старения было равно нулю (t = 0), были оценены до искусственного старения с точки зрения их электрических (ток утечки и другие), химических, физических и тепловых свойств. Они подвергались процедурам искусственного старения в течение 6 месяцев и затем переоценивались для оценки деградации путем старения.

Рисунок 1. Новые продукты Campo Bom, Бразилия: силиконовые анкерные изоляторы и силиконовые разрядники.

Рисунок 2. ОПНы и изоляторы с проблемами, после эксплуатации.

Испытания стойкости к светопогоде

Испытания проводились с использованием ксеноновой дуговой лампы 6500 Вт с боросиликатными фильтрами. Интенсивность облучения составляла 0,35 Вт.м-2 при 340 нм; По стандарту ASTM G26 - 96, температура черной панели во время испытания составляла 63 ° C. Циклы были: 120 минут, используя 102 минуты света, затем 18 минут света и воды, периодически повторялись. Контроль относительной влажности не проводился.

Термическое старение

Образцы помещали в печь модели Fanem 320-E и выдерживали при 120 ° С в течение 6 месяцев. Погружение в воду при комнатной температуре. На рис. 3 показаны новые образцы при погружении в воду при комнатной температуре в течение 6 месяцев.

Распыление соли

Испытание на солевом тумане проводили в соответствии с ASTM B 117 -07a с использованием камеры USC модели BASS, поддерживаемой при 35 ± 2 ° C. Деградацию поверхности оценивали ежедневно визуальными наблюдениями образцов. После 6 месяцев визуальная эрозия силиконовой резины не была отмечена по соглашению с другими наблюдателями. Только металлические детали (оцинкованная сталь) подверглись коррозии, как показано на рисунке 4.

Электрическое напряжение

Измерения тока утечки (LC) проводилось для оценки производительности и степени старения полимерных изоляторов в лабораторных и полевых исследованиях.

Методы измерения деградации

Испытания проводились на новых образцах, образцах, бывших в эксплуатации и образцах после искусственного старения в лаборатории для контроля ускоренной и естественной деградации.

Рисунок 3. Образцы, погруженные в воду при комнатной температуре.

Рисунок 4. Образцы после 6 месяцев в соляном тумане.

Термический анализ

Данные дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) были получены в приборе TA Instruments 2910 DSC с использованием скорости сканирования 10°C/мин в температурном диапазоне от -150 до 300 ° C. Термогравиметрические анализы (TG) были получены в приборе 2050 TGA, работающем в азотной атмосфере. Образцы нагревали от 25 до 1000 ° С со скоростью нагрева 20°С/мин. Динамико-механический анализ (DMA) проводился в приборе TA Instruments 2980 в азотной атмосфере со скоростью нагрева 10°C/мин в температурном диапазоне от -150 до 100 ° C и частотой 1 Гц. Это же оборудование было использовано для определения температуры по Викату в соответствии со стандартом ASTM D 1525-98. В этом тесте определяют температуру, при которой плоская игла круглого сечения 1 мм2 проникает в образец полимера на глубину 1 мм под заданной нагрузкой с использованием выбранной равномерной скорости повышения температуры.

Инфракрасный анализ

Образцы анализировали в приборе Perkin Elmer Spectrum 100 с помощью пропускания и с использованием дополнительного аттенуированного полного отражения, стандарта ASTM E1252- 98.

Сканирующая электронная микроскопия

Образцы также анализировали с помощью сканирующей электронной микроскопии с использованием микроскопа JSN 6060 фирмы Jeol, что позволило оценить морфологию силикона.