گذر دارای شیب تند از خرابی ضربه‌ای عایق‌های سرامیک مرکب پوشیده شده با HTV: مکانیزم‌ها، آزمون‌ها و شبیه‌سازی

چینی و شیشه‌ای عایق‌ها دارای عملکرد عایق‌بندی و قدرت مکانیکی بسیار خوب هستند، اما در شرایط آلودگی شدید به سوختن ناشی از آلودگی آسیب‌پذیر هستند که عملکرد پایدار شبکه‌های برق را تهدید می‌کند. برای افزایش مقاومت علیه سوختن ناشی از آلودگی در عایق‌بندی بیرونی، سازندگان معمولاً روکش‌های سیلیکونی رومیزی (RTV) با خاصیت هیدروفوبی و انتقال هیدروفوبی بالا را بر روی سطح عایق‌ها اعمال می‌کنند، که منجر به کاهش خطرات سوختن می‌شود. در ابتدا، روکش‌های RTV در چین به صورت محلی اعمال می‌شدند، روشی که با مشکلات ساخت و نگهداری کنترل کیفیت نامطمئن همراه بود.

بعداً، فرآیندهای غوطه‌وری یا پاشش کارخانه‌ای توسعه یافت، که امکان تحویل عایق‌های پوشیده شده با RTV به عنوان محصولات کامل تحت نظارت و قبولی را فراهم می‌کرد، کیفیت محصول را به طور قابل توجهی افزایش می‌داد و استفاده گسترده‌ای در شبکه‌های برق را ترویج می‌کرد. با این حال، روکش‌های RTV دارای قدرت مکانیکی پایین و جوشکاری ضعیف در میانه‌ای با بدنه عایق‌بندی هستند که آنها را در حمل، ساخت، نصب و عملکرد بلندمدت آسیب‌پذیر می‌کند. پدیده‌های تولید قدیمی مانند لپ، شکاف و جدا شدن رایج هستند که نیازمند جداسازی و روکش مجدد هستند و هزینه‌های نگهداری بالایی را ایجاد می‌کنند.

عایق‌های پorzcelan suspenzijos kompozitai naudoja pilną porcelano izoliatorių kaip branduolį, su aukštos temperatūros vulkanizuoto silikoninio gumo (HTV) apdanga – minimalus storis 3 mm – formuojama vienu grynojo formavimo procesu per aukštos temperatūros injekciją. Palyginti su RTV, HTV rodo geresnį mechaninį stiprumą, taip pat pagerintas savybes atsekamumo ir erosijos atsparumui, liejamoji atsparumas, elektrinės savybės, senėjimo atsparumas ir aukštos temperatūros atsparumas.

Be to, porcelano paviršiaus glazurolės modifikavimas ir specialių jungiklių panaudojimas svarbiai pagerina porcelano ir HTV silikoninio gumo tarpusavio jungiamumo stiprumą, skatindami komponento integruotumą ir vienodumą. Taigi, diskiniai suspensijos kompozitinės porcelano izoliatoriai siūlo geresnį mechaninį ir užteršimo sprogimo atsparumą bei mažas eksploatavimo ir priežiūros reikalavimus, atveriant naują kelią išoriniams izoliacijos pritaikymams elektros perdavimo linijose.

Lauko patirtis rodo, kad kai oreines linijas traukia liūdesys, rezultuojantis perkeltu elektrometu, kuris yra labai trumpas, didelės gražies ir labai aukštos viršutinės viršutinės įtampos, sudarantys rimtą grėsmę linijų izoliatoriams. Tokios gražios impulsai gali sukelti diskinio izoliatoriaus trąšimą ar net eksplodavimą, o sunkiu atveju - grandinės trūkumą ir linijos nuleidimą. Gražios impulsų atsparumas yra svarbus izoliatorių kokybės rodiklis.

Nors šiuolaikinėje ir tarptautinėje literatūroje buvo atlikta daug tyrimų dėl porcelano ir stiklo izoliatorių gražios bangos savybių, tyrimai dėl diskinio suspensijos kompozitinės porcelano izoliatorių yra reti, ir jų pagrindiniai mechanizmai nėra gerai suprantami. Todėl šiame straipsnyje atliekami impulsų trąšos bandymai ore dėl diskinio suspensijos kompozitinės porcelano izoliatorių, siekiant ištirti jų gražios bangos trąšos charakteristikas.

Oreini impulsų trąšos bandymai efektyviai įvertina elektroninės įrangos gražios bangos atsparumą, užtikrinant saugumą ir patikimumą ekstremaliomis sąlygomis, ir turi didelę vertę izoliatorių kokybės įvertinime. Ši studija pirmiausia atlieka impulsų trąšos bandymus, siekdama analizuoti gražios bangos savybes, tada remdamasi bandymų rezultatais, sukuria elektrinio lauko pasiskirstymo modeliavimą gražios bangos viršutinėje viršutinėje viršutinėje viršutinėje, siekdama ištirti savybių pokyčių mechanizmą, siekdama pateikti gaires kompozitinėms porcelano izoliatorių izoliacijos koordinavimui elektros perdavimo linijose.

1 Oreinis impulsų trąšos bandymo aparatinis komplektas

1.1 Bandymo pavyzdys

Pasirinktas HU550B240/650T AC disko suspensijos kompozitinis porcelano izoliatorius, gamintas gamintoju, kaip bandymo pavyzdys. Izoliatorius turi trijų parapetų struktūrą, kaip parodyta paveiksle 1. Jo pagrindiniai veiklos parametrai pateikiami lentele 1.

1.2 Bandymo platforma ir schema
Naudojamas 2400 kV impulsų elektrometų generatorius bandymams. Izoliatoriaus viršutinė dalis buvo padėta žemyn ant prižeminamos metalinės plokštės, o standartinis rutulys buvo įdiegtas ant šaltinio, kad būtų išvengta per daug koncentruotos elektros lauko vietos aplink šaltinį. Izoliatoriaus montavimas pavaizduotas paveiksle 2.

Oreinis impulsų trąšos bandymas buvo atliktas 20 izoliatorių pavyzdžių. Oreini impulsų trąšos bandymo metodai yra suskirstomi į gražios metodos ir amplitudės metodus, o amplitudės metodas yra pagrindinis diskiams.

Ši studija naudojo amplitudės metodą, kuriam nereikalinga impulsų fronto tiesiškumas, bet tik trąšos elektrometų amplitudė yra kriterijus, su fronto laiku kontroliuojama tarp 100 ir 200 ns ir amplitudės nuokrypis tarp ±10%. Bandyme kiekvienas izoliatorius buvo paskatintas penkis teigiamos poliarizacijos impulsais, sekančiais penkis neigiamos poliarizacijos impulsais, ir šis ciklas buvo kartotas vieną kartą. Tarp sekančių impulsų buvo laikomas intervalidas tarp 1 ir 2 minučių.

Tarptautinės ir šalies tyrimai rodo, kad porcelano izoliatorių paviršių apdorojimas silikoninio gumo keičia paviršių plazmos sklidimo greitį, sumažindamas gražios bangos atsparumą. Tačiau operatyvioje veikloje izoliatoriaus galvos dielektrinė atsparumą tai nesukelia problemų.

Šis reiškinys buvo patvirtintas per daugiau nei dešimt šalių disko izoliatorių gamintojų: nepriklausomai nuo to, ar profilis yra gilus ribinis ar alternacinis parapetinis, ar galvos struktūra yra cilindrinė ar konusinė, visi izoliatoriai po silikoninio gumo apdorojimo parodo tam tikrą gražios bangos trąšos atsparumo mažėjimą.

Dėl to buvo pakeisti atitinkami standartai, sumažinant oreini impulsų trąšos amplitudę su RTV apdorota disko izoliatoriais iš 2.8 p.u. iki 2.2 p.u. Pirminiai bandymų rezultatai rodo, kad trąša retai vyksta 2.2 p.u. Todėl ši studija pasirinko porcelano izoliatorius be RTV apdorojimo ir atliko oreini impulsų trąšos bandymus standartineje bandymo elektrometų 2.8 p.u., su elektrometų fronto laiku kontroliuojama tarp 100-200 ns.

Dar toliau statistinė analizė elektros poliarizacijos ir trąšos vietos atskleidė, kad iš 15 trąšų, 14 vyko teigiamoje poliarizacijoje, o tik viena - neigiamoje poliarizacijoje. Iš teigiamos poliarizacijos trąšų, 8 vyko galvoje, o 6 - parapetuose; vienintelė neigiamos poliarizacijos trąša vyko galvoje. Be to, prieš parapetų trąšą buvo pastebėtas lūžis ant izoliatoriaus paviršiaus, o tokio lūžio nebuvo matoma galvos trąšos metu.

Tačiau, kaip nurodyta, visos porcelano izoliatorių gražios bangos trąšos vyko galvoje, o, kaip nurodyta, porcelano izoliatoriai trąšavo galvoje tiek prieš, tiek po RTV apdorojimo. Priešingai, šis bandymas parodė, kad be vienos eilės HTV formavimo, tas pats porcelano izoliatorių partija trąšavo tik galvoje. Po HTV formavimo, kompozitinės porcelano izoliatorių trąšos vyko ne tik galvoje, bet ir kakloje, rodant, kad HTV silikoninio gumo apdorojimas keičia trąšos taką.

Buvo surinkta informacija apie impulsų skaičių prieš trąšą, o rezultatai pateikti paveiksle 4. Kaip parodyta, 12 izoliatoriai trąšavo pirmuosius penkis impulsus, vienas trąšavo septintą impulsą, o du trąšavo 15-ąjį impulsą. Kaip nurodyta, porcelano izoliatoriai su RTV apdorojimu parodo gražios bangos atsparumo reikšmingą mažėjimą, o didesnis tonų izoliatorių trąšos tikimybė, rodant, kad silikoninio gumo apdorojimas gražios bangos atsparumą degraduoja. Šiame bandyme 80% HTV formuotų kompozitinės porcelano izoliatorių trąšavo pirmuosius keturis impulsus, dar kartu parodant, kad HTV silikoninio gumo buvimas reikšmingai mažina izoliatorių gebėjimą atlaikyti gražias impulsų bangas.

3 Elektros lauko pasiskirstymo modeliavimas gražios bangos viršutinėje viršutinėje

Analizuojant 2 skyriaus bandymų rezultatus, lyginant su porcelano izoliatoriais, kompozitinės izoliatorių trąšos kelias pasikeitė ir jų gražios bangos atsparumas reikšmingai sumažėjo. Šiame skyriuje naudojamas modeliavimas, siekiant apskaičiuoti kompozitinės izoliatorių elektros lauko pasiskirstymą gražios bangos viršutinėje viršutinėje, siekiant ištirti trąšos kelio pokyčių priežastis ir gražios bangos atsparumo mažėjimą.

2.1 Modelio modelis

Iš oreinių impulsų trąšos bandymų stebėjimų, kai parapetų trąša vyksta kompozitinėse izoliatorių, lūžiai vystosi ant izoliatorių paviršiaus iki trąšos vietos. Lūžių buvimas veikia elektros lauko pasiskirstymą ir turi būti įtrauktas į modelį. Tačiau, dėl lūžių nereguliarios formos, 3D modelio sukūrimas būtų sudėtingas, ypač dėl to, kad silikoninio gumo sluoksnis yra plonas ir daug mažesnis nei viso izoliatoriaus matmenys, todėl 3D tinklaraščio sukūrimas būtų sudėtingas. Todėl, norint kokybiškai analizuoti silikoninio gumo sluoksnio ir lūžių poveikį elektros lauko pasiskirstymui, šiame skyriuje naudojamas dvimatės ašies simetriškas modelis. Modelio schematika pavaizduota paveiksle 5.

2.2 Medžiagos ir kraštinės sąlygos

Izoliatoriaus 50% liūdnio impulsų trąšos elektrometų yra 145 kV, o 2.8 p.u. gražios bangos viršutinėje viršutinėje viršutinėje yra 406 kV. Nors dauguma bandymo pavyzdžių trąšavo teigiamos poliarizacijos impulsais, modelyje šaltinys (geležinis šaltinys) yra nustatytas kaip aukštas potencialas (406 kV), o viršutinė dalis (geležinis viršutinis) yra nustatytas kaip nulis potencialas. Medžiagų santykinės dielektrinės konstantos pateiktos lentele 2.

2.3 Modelio rezultatai ir analizė

Modelyje be silikoninio gumo apdorojimo, porcelano izoliatoriaus elektros lauko pasiskirstymas gražios bangos viršutinėje viršutinėje pavaizduotas paveiksle 6(a). Kaip matome iš paveikslo 6, elektros lauko intensyvumas yra pagrindinės koncentracijos galvoje, siekiant iki 50 kV/mm, rodant, kad galvos trąšos tikimybė yra didelė - sutampa su lauko patirtimi ir susijusiais tyrimais.

Norint lyginamai analizuoti silikoninio gumo apdorojimo poveikį, buvo apskaičiuotas kompozitinės izoliatorių modelio su vienos eilės formavimo silikoninio gumo elektros lauko pasiskirstymas, o rezultatai pavaizduoti paveiksle 6(b). Iš paveikslo 6(b) matome, kad maksimalus elektros laukas yra lūžio pabaigoje ant apatinio izoliatorių paviršiaus, siekiant iki 219.4 kV/mm; lūžio pabaigos ant viršutinio paviršiaus intensyvumas yra mažesnis, siekiant 41.21 kV/mm; ir reikšmingas koncentracija yra taip pat šaltinio galvoje, siekiant iki 50.68 kV/mm.

Taigi, silikoninio gumo apdorojimo poveikiu, izoliatorių paviršiaus varža auga, reikšmingai padidindama tarpusavio santykį tarp tūrinio kapacitivo srovės ir paviršinės varžos srovės parapetuose. Tai sukelia reikšmingą elektros lauko komponento, statmeno izoliatorių paviršiui, padidėjimą, sukeliant lūžio artimą slėjimą po pradžios.

HTV apdorojimo poveikiu, paviršiniai lūžiai sklidžia ant izoliatorių paviršiaus, esant gražios bangos impulsams, sukeliant vietinio elektros lauko reikšmingą padidėjimą - daugiau nei šaltinio galvoje - padedant trąšai vykti lūžio viršūnėje ir sukeliant parapetų trąšą. Tai rodo, kad gražios bangos atsparumas yra veikiamas HTV apdorojimu parapetų paviršiuje. Be to, modeliavimas rodo reikšmingą elektros lauko galvoje, kas sutampa su galvos trąšos, stebėtomos bandymuose.

3 Išvados

Kompozitinėms izoliatorių atlikta oreini impulsų trąšos bandymai, siekiant analizuoti jų gražios bangos trąšos charakteristikas, ir atlikta elektros lauko pasiskirstymo modeliavimas gražios bangos viršutinėje viršutinėje. Buvo gautos šios išvados:

• Prie 2.8 p.u. gražios bangos impulsų, 15 iš 20 kompozitinės izoliatorių pavyzdžių trąšavo, o 80% trąšavo pirmuosius keturis impulsus, rodant, kad HTV silikoninio gumo buvimas reikšmingai mažina kompozitinės izoliatorių gražios bangos atsparumą.

• Iš 15 trąšų, be trąšų šaltinio galvoje, šešios vyko parapetuose, rodant, kad bendras trąšos kelias reikšmingai pasikeitė palyginti su tradiciniais porcelano izoliatoriais.

• Modeliavimo rezultatai rodo, kad kompozitinės izoliatorių paviršiniai lūžiai sukelia reikšmingą parapetų elektros lauko intensyvumo padidėjimą gražios bangos viršutinėje, siekiant iki 217.64 kV/mm, padedant parapetų trąšai. Priešingai, izoliatorių be silikoninio gumo sluoksnio, maksimalus elektros laukas lūžio vystymosi metu yra šaltinio galvoje, siekiant iki 49.55 kV/mm, kur trąša vyksta pagrindinai.