Steil-front impulsbreek van HTV-gevoerde komposiet-porselein isolatoren: Mekanismes toetsing en simulasie

Porselein en glas isolators het uitstekende isolerende eienskappe en meganiese sterkte, maar is vatbaar vir besoedelingflitsoverslae onder ernstige besoedeling, wat die stabiele bedryf van kragnette bedreig. Om die weerstand teen besoedelingflitsoverslae van buiteisolering te verhoog, pas vervaardigers gewoonlik kamertemperatuur vulkaniseerde silikon rubber (RTV) oorlae met uitstekende hidrofoobe en hidrofoobie-oordraag eienskappe op isolatorvlakke toe, wat flitsrisiko's verlaag. Aanvanklik is RTV oorlae in China ter plaatse aangebring, 'n metode gekenmerk deur hoë konstruksie-moeilikheid en onkonsekwente gehaltebeheer.

Daarna is fabriek-gebaseerde indompel of spuitprosesse ontwikkel, wat RTV-bespotelde isolators as volledige produkte kan lewer onder toezicht en aanvaarding, wat die produkgehalte betekenisvol verbeter en wydverspreide toepassing in kragnette bevorder. RTV oorlae ly egter aan lae meganiese sterkte en swak interfaciale hechting aan die isolerende liggaam, wat hulle vatbaar maak vir skade deur eksterne kragte tydens vervoer, konstruksie, installasie en langtermynbedryf. Operasionele ouderdomsverskynsels soos afskeiding, breek en afplakking is algemeen, wat herverwydering en herbekleding benodig, wat tot hoë onderhoudskoste lei.

Skofhangende komposiet-porselein isolators gebruik 'n volledige porselein isolator as kern, met 'n hogetemperatuur vulkaniseerde silikon rubber (HTV) omhulsel - minimum dikte van 3 mm - gevorm deur 'n enkele gietproses deur hogetemperatuur inspui. In vergelyking met RTV, wys HTV uitmuntende meganiese sterkte, sowel as verbeterde prestasie in spoorvorming- en erosie-weerstand, brandvertragendheid, elektriese eienskappe, ouderdomsweerstand en hoëtemperatuur uithoumoed.

Verder word die interfaciale hechting tussen porselein en HTV silikon rubber beduidend verbeter deur die glazuurlaag op die porseleinoppervlak te verander en spesialiseerde koppelaars te gebruik, wat integrasie en eenvormigheid van die komponent bevorder. Gevolglik bied skofhangende komposiet-porselein isolators uitmuntende meganiese en anti-besoedelingflitsoverslae prestasie met lae operasionele en onderhoudsvereistes, wat 'n nuwe pad oopmaak vir buiteisoleringstoepassings in oordraglyne.

Veldervaring dui daarop dat wanneer oorkantlyne deur bliksems getref word, die resultante oorspanning steile-frontimpulse bevat met baie kort duur, hoë steilheid en baie hoë piekvoltages, wat beduidende bedreigings vir lynisolators vorm. So steile impulss kan bore in of selfs ontploffing van skofisolators veroorsaak, en in ernstige gevalle lei dit tot stringbreek en lynval. Steil-frontimpulsweerstand is 'n kritieke aanduiding van isolatorgehalte.

Alhoewel uitgebreide navorsing oor die steilgolfprestasie van porselein en glas isolators beide binne- en buiteland gedoen is, bly studies oor skofhangende komposiet-porselein isolators skaars, en hul onderliggende mekanismes is nie goed begryp nie. Daarom voer hierdie artikel lugsimpulsinslagtoetse op skofhangende komposiet-porselein isolators uit om hul steilgolfinslagkenmerke te ondersoek.

Lugsimpulsinslagtoetse evalueer effektief die steilgolfweerstand van elektriese toerusting, wat veiligheid en betroubaarheid onder ekstreme toestande verseker, en het groot waarde in isolatorgehalte-assessering. Hierdie studie voer eers impulsinslagtoetse uit om die steilgolfprestasie te analiseer, dan stel 'n elektriese veldverdeling simulering by die piek van die steilgolfspanning op grond van toetsresultate op om die mekanisme van prestasieverandering te verken, met die doel om riglyn te gee vir isoleringkoördinering van komposiet-porselein isolators in oordraglyne.

1 Lugsimpulsinslagtoetsopsparing

1.1 Monster

Die HU550B240/650T AC skofhangende komposiet-porselein isolator geproduseer deur 'n vervaardiger is gekies as die toetsmonster. Die isolator het 'n driedubbele paraplustruktuur, soos in Figuur 1 getoon. Sy hoofprestasieparameters is in Tabel 1 opgesom.

1.2 Toetsplatform en -skema
'n 2400 kV impulsspanningsgenerator is vir die toets gebruik. Die isolatorkap is neergewend op 'n geaarde metaalplaat geplaas, en 'n standaard bal Sok is by die pin-einde geïnstalleer om oormatige elektriese veldkonsentrasie in die gesementeerde area rondom die pin te voorkom. Die isolatoropsparing word in Figuur 2 getoon.

Lugsimpulsinslagtoetse is op 'n totaal van 20 isolatormonsters uitgevoer. Die toetsmetodes vir lugsimpulsinslag word ingedeel in die steilheidmetode en die amplitudemetode, met die amplitudemetode hoofsaaklik vir skofisolators gebruik.

Hierdie studie het die amplitudemetode gebruik, wat nie lineêrheid van die impulsfront vereis nie, maar slegs die amplitude van die inslagspanning as kriteria gebruik, met die fronttyd tussen 100 en 200 ns beheer en amplitudeafwyking binne ±10%. Tydens die toets is elke isolator aan vyf positiewe-polariteit impulsspannings blootgestel, gevolg deur vyf negatiewe-polariteit impulspannings, en hierdie ry is een keer herhaal. Die interval tussen opeenvolgende impulspannings is tussen 1 en 2 minute gehou.

Navorsing van beide binne- en buiteland dui daarop dat die bespoteling van isolatorvlakke met silikon rubber die verspreidingskoers van oppervlakstreiers op porselein isolators verander, wat lei tot verminderde steil-frontimpulsweerstand. Die isolasieprestasie by die isolator se kop bly egter onaangetas in werklike bedryf.

Hierdie verskynsel is bevestig deur meer as tien inheemse skofisolatorvervaardigers: ongeag of die profiel van die schaduw dieprib of alternerende paraplu-tipe is, of of die kopstruktuur silindries of kegelvormig is, al die isolators vertoon 'n mate van verminderde steilgolfinslagprestasie na silikon rubberbespoteling.

As gevolg hiervan is relevante standaarde hersien, en die impulsinslagtoetsamplitude in lug vir RTV-bespotelde skofisolators is van 2.8 p.u. na 2.2 p.u. verlaag. Voorlopige toetsresultate wys dat inslag selde by 2.2 p.u. plaasvind. Daarom is porselein isolators sonder RTV-bespoteling gekies en lugsimpulsinslagtoetse by die standaardtoetsspanning van 2.8 p.u. uitgevoer, met die spanningsfronttyd binne die 100–200 ns bereik beheer.

Verdere statistiese analise van die spanningspolariteit en inslagplek het getoon dat uit 15 inslaggebeure, 14 onder positiewe polariteit plaasgevind het en net een onder negatiewe polariteit. Van die positiewe-polariteit inslags het 8 by die kop en 6 by die schaduwe geplaas; die enkele negatiewe-polariteit inslag het by die kop plaasgevind. Daarbenewens is booggewys op die isolatoroppervlak voor skaduwinslags waargeneem, terwyl geen so 'n booggewys tydens kopinslags waargeneem is nie.

Echter, in verwysing, het alle steil-frontinslags van porselein isolators by die kop plaasgevind, en in verwysing, het porselein isolators by die kop gebreek sowel voor as ná RTV-bespoteling. In teenstelling hiermee wys hierdie toets dat sonder die eenmalige inspui-giet HTV-overtrek, steilgolfinslags in dieselfde partjie porselein isolators uitsluitlik by die kop plaasgevind het. Na HTV-overgieting het inslags in die komposiet-porselein isolators nie net by die kop, maar ook by die nek plaasgevind, wat dui op 'n verandering in die inslagpad deur die HTV silikon rubber oorlae.

Die aantal impuls-toepassings voor inslag is opgeneem, met resultate soos in Figuur 4 getoon. Soos getoon, het 12 isolators binne die eerste vyf impulspannings gebreek, een het op die 7de impuls gebreek, en twee het op die 15de impuls gebreek. Verwysing dui daarop dat porselein isolators met RTV-bespoteling 'n beduidende vermindering in steilgolfweerstand vertoon, met 'n hoër inslagwaarskynlikheid vir groter-tonnage isolators, wat dui op die degradasie van steilgolfweerstand deur silikon rubberbespoteling. In hierdie toets het 80% van die HTV-overgiete komposiet isolators binne die eerste vier impulspannings gebreek, wat verder bevestig dat die teenwoordigheid van HTV silikon rubber die isolator se vermoë om steil-frontimpulse te weerstaan beduidend verlaag.

3 Elektriese veldverdeling simulering by die piek van die steilgolfspanning

Analise van die toetsresultate in Afdeling 2 wys dat, in vergelyking met porselein isolators, die inslagpad van komposiet isolators verander het en hul steilgolfweerstandprestasie beduidend verminder het. Hierdie afdeling gebruik simulering om die elektriese veldverdeling van die komposiet isolator by die piek van die impulsspanning te bereken, met die doel om die redes vir die veranderde inslagpad en verminderde steilgolfprestasie te ondersoek.

2.1 Simulasie model

Waarnemings van die lugsimpulsinslagtoetse dui daarop dat wanneer skaduwflitsoverslae in komposiet isolators plaasvind, booggewys ontwikkel langs die isolatoroppervlak na die inslagplek. Die teenwoordigheid van booggewys beïnvloed die elektriese veldverdeling en moet in die model oorweeg word. Echter, as gevolg van die onreëlmatige vorm van booggewys, sal die vestiging van 'n 3D-model vir berekening moeilik wees, veral omdat die silikon rubberlaag dun is en baie kleiner in dimensie in vergelyking met die algehele isolator, wat 3D-roostering moeilik maak. Daarom word, om die impak van die silikon rubberlaag en booggewys op die elektriese veldverdeling kwalitatief te analiseer, 'n tweedimensionele assimmetriese model in hierdie afdeling vir vereenvoudiging aangewend. Die simulasie model word in Figuur 5 getoon.

2.2 Materiale en grenstoestande

Die 50% bliksemimpulsflitsoverslaespanning van die isolator is 145 kV, en die piekwaarde van die 2.8 p.u. steil-frontimpulsspanning is 406 kV. Omdat die meeste toetsmonsters positiewe-polariteit inslag ondervind het, word in die simulering die pin (stalen pin) as hoë potensiaal (406 kV) en die kap (stalen kap) as nul potensiaal gestel. Die relatiewe permittiwiteitswaardes van die materiale word in Tabel 2 opgesom.

2.3 Simulasieresultate en -analise

In die model sonder 'n silikon rubber oorlae, word die elektriese veldverdeling van die porselein isolator by die piek van die steil-frontimpulsspanning in Figuur 6(a) getoon. Soos in Figuur 6 te sien is, is die elektriese veldintensiteit hoofsaaklik gekonsentreer by die isolator se kop, wat tot 50 kV/mm reik, wat 'n hoë waarskynlikheid van kopflitsoverslae aandui - in ooreenstemming met veldervaring en verwante studies.

Om die effek van die silikon rubber oorlae vergelykend te analiseer, is die elektriese veldverdeling van die komposiet isolator model met eenmalige inspui-giet silikon rubber bereken, met resultate soos in Figuur 6(b) getoon. Dit kan in Figuur 6(b) waargeneem word dat die maksimum elektriese veld by die einde van die booggewys op die onderste oppervlak van die isolerende liggaam plaasvind, ongeveer 219.4 kV/mm; die veldsterkte by die einde van die booggewys op die bo-oppervlak is lager, 41.21 kV/mm; en beduidende veldkonsentrasie bestaan ook by die pin kop, met 'n maksimum van 50.68 kV/mm.

Gevolglik, onder die invloed van die silikon rubber oorlae, neem die oppervlakweerstand van die isolator toe, wat die verhouding van volume kapasitiewe stroom tot oppervlak weerspanningsstroom in die skaduwe beduidend verhoog. Dit lei tot 'n groot toename in die elektriese veldkomponent loodreg op die isolatoroppervlak, wat die booggewys na beginnery dalk langs die oppervlak laat volg.

Onder die invloed van die HTV oorlae, propageer oppervlakbooggewys langs die isolatoroppervlak wanneer dit blootgestel word aan steil-frontspanning, wat lei tot 'n skerp toename in plaaslike veldsterkte - ver oor die by die pin kop - wat inslag meer waarskynlik maak by die punt van die booggewys en lei tot skaduwflitsoverslae. Dit dui daarop dat die steilgolfweerstand beïnvloed word deur die HTV oorlae op die skaduwoppervlak. Daarbenewens wys die simulering 'n relatief hoë elektriese veld by die isolatorkop, wat korreleer met die waargenome kopinslags in toetse.

3 Gevolgtrekking

Lugsimpulsinslagtoetse is op komposiet isolators uitgevoer om hul steilgolfinslagkenmerke te analiseer, en elektriese veldverdeling simulering is by die piek van die steil-frontspanning uitgevoer. Die volgende gevolgtrekkings is getrek:

• Onder 2.8 p.u. steil-frontimpulsspanning, het 15 van 20 komposiet isolator monsters inslag ervaar, met 80% binne die eerste vier impulspannings, wat dui dat die teenwoordigheid van HTV silikon rubber die steilgolfweerstand van komposiet isolators beduidend verlaag.

• Van die 15 inslaggebeure, behalwe flitsoverslae by die pin kop, het ses by die skaduwe plaasgevind, wat 'n duidelike verandering in die algehele inslagpad in vergelyking met konvensionele porselein isolators aandui.

• Simulasieresultate wys dat die oppervlakbooggewyspropagatie in komposiet isolators 'n beduidende toename in skaduw-elektriese veldintensiteit by die spanningspiek veroorsaak, wat 217.64 kV/mm bereik, wat skaduwflitsoverslae meer waarskynlik maak. Inteendeel, vir isolators sonder 'n silikon rubberlaag, is die maksimum veld tydens booggewysontwikkeling by die pin kop, wat 49.55 kV/mm bereik, waar inslag hoofsaaklik plaasvind.