Жылмалы фронтты пульсативды жабу HTV-покрытылған композит фарфор инсуляторлар: Механизмдер, тесттер және моделирование

Фарфор және стекло изоляторлары өте жақсы диэлектрикалық қасиеттерге және механикалық күштілікке ие, бірақ күрістік есептелмей тұрғанда ауызшаңдыру рискинен туындайтын қуатты станциялардың стабильді жұмысына қауіп келтіреді. Диэлектрикалық қасиеттердің ауызшаңдыру рискині төмендету үшін өндірушілер изоляторлардың бетіне одақтық температуралы вулканизацияланған силикон резина (RTV) жабдықтарын қолданады, олар өте жақсы гидрофобиялық және гидрофобиялық өту қасиеттері бар. Бастапқыда Китаїда RTV жабдықтары аймақта қолданылған, бұл әдіс қатынасыздықты жою және сапалы қадағалауды қиындастырады.

Содан кейін, заводта түзілу немесе жабысу әдістері дамытылды, RTV-жабылған изоляторларды толық өнімдер ретінде жеткізуге және қабылдау мен басқаруға болады, бұл өнімнің сапасын өте жақсартып, электр желілерінде өнімдің кеңіреспе қолданылуына ықпал етеді. Бірақ RTV жабдықтарының механикалық күштілігі төмен және диэлектрикалық денеге интерфейс қосылуы аз, бұл оларды транспортировка, құрылыс, орнату және узак мезгілді іске қосу кезінде сыртқы күштерден зиян келетін. Иштете алған қысыну, шығу, және бөлінетін феномендері кездеседі, бұл өнімді алып тастау және қайта жабу керек, бұл жоғары қызмет көрсету заттарын қажет етеді.

Диск сүйікті композит фарфор изоляторлары толық фарфор изоляторын ядро ретінде қолданады, оның бетіне жылдам температуралы вулканизацияланған силикон резина (HTV) - қабырғасын минималды 3 мм көлемінде жылдам температуралы инжекция арқылы бір түзіліс процесінде жасалған. RTV-ге салыстырмалы HTV механикалық күштілікті, отбұлақтық және эрозиялық қасиеттерді, қызылымды басқару қасиеттерін, электр қасиеттерін, қызмет ету қасиеттерін және жылдам температуралы қасиеттерін жақсартады.

Олайßerdem, fayans yüzeyindeki sır keçeğini değiştirerek ve özel bağlayıcı maddeleri kullanarak, fayans ile HTV silikon kauçuk arasındaki arayüz bağlanma gücünü önemli ölçüde artırmak, bileşenin birleşmesini ve birlikte çalışmasını teşvik etmek mümkündür. Bu nedenle, disk askılı kompozit fayans izolatörleri düşük işletme ve bakım gereksinimleriyle daha iyi mekanik ve kirletme aşınmaya karşı performans sunar, elektrik hattı dış yalıtım uygulamalarında yeni bir yolu açar.

Alan deneyimi, havada giden hatlar yıldırım çarptığında, sonucunda oluşan aşırı gerilim çok kısa süren, yüksek dikliği ve çok yüksek zirve gerilimine sahip dik dalga darbeleri içerdiği için, hat izolatörlere önemli tehditler oluşturduğunu gösterir. Bu tür dik darbeler disk izolatörlerinin delinmesine veya hatta patlamasına neden olabilir ve ciddi durumlarda dizgi kopması ve hat düşmesine yol açabilir. Dik dalga dayanıklılığı, izolatör kalitesinin kritik bir göstergesidir.

Fayans ve cam izolatörlerin dik dalga performansı hakkında ulusal ve uluslararası olarak geniş kapsamlı araştırmalar yapılmış olsa da, disk askılı kompozit fayans izolatörler üzerinde yapılan çalışmalar azdır ve altta yatan mekanizmalar tam olarak anlaşılmamıştır. Bu nedenle, bu makale, disk askılı kompozit fayans izolatörler üzerinde hava ortamında darbe aşınma testleri yaparak onların dik dalga aşınma özelliklerini incelemektedir.

Hava darbe aşınma testleri, elektrik ekipmanlarının dik dalga dayanıklılık performansını etkili bir şekilde değerlendirmek, aşırı koşullar altında güvenli ve güvenilir olmasını sağlamak ve izolatör kalite değerlendirmesinde önemli bir değere sahiptir. Bu çalışma, öncelikle dik dalga performansını analiz etmek için darbe aşınma testleri gerçekleştirir, ardından test sonuçlarına dayalı olarak dik dalga geriliminin zirvesindeki elektrik alan dağılımını simüle eder, bu sayede performans değişkenliğinin mekanizmasını keşfetmeye ve iletim hatlarında kompozit fayans izolatörlerin yalıtım uyumu için rehberlik sağlamaya yönelik amaca ulaşır.

1 Hava Darbe Aşınma Test Kurulumu

1.1 Örnek

Bir üreticinin ürettiği HU550B240/650T AC disk askılı kompozit fayans izolatörü test örneği olarak seçildi. İsolatör üç şemsiye yapısına sahiptir, Şekil 1'de gösterildiği gibi. Ana performans parametreleri Tablo 1'de listelenmiştir.

1.2 Test Platformu ve Şeması
Test için 2400 kV darbe gerilimi jeneratörü kullanıldı. İsolatör kaplığı yerden bağlı metal plaka üzerine aşağı doğru yerleştirildi ve pin ucuna standart top soketi takıldı, böylece pin çevresindeki çimento bölgedeki aşırı elektrik alan yoğunluğunu önlemek için. İsolatör kurulumu Şekil 2'de gösterilmiştir.

Toplam 20 izolatör örneği üzerinde hava ortamında darbe aşınma testleri gerçekleştirildi. Hava darbe aşınma test yöntemleri diklik yöntemi ve genlik yöntemi olarak sınıflandırılır, genlik yöntemi çoğunlukla disk izolatörler için kullanılır.

Bu çalışma, genlik yöntemini kullandı, bu yöntem darbe önünün doğrusallığına ihtiyaç duymaz, sadece aşınma geriliminin genliği kriter olarak kullanılır, ön zamanı 100 ila 200 ns arasında ve genlik sapması %±10 içinde kontrol edilir. Test sırasında her izolatöre beş pozitif kutuplu darbe gerilimi uygulanır, ardından beş negatif kutuplu darbe gerilimi uygulanır ve bu dizi bir kez tekrarlanır. Ardışık darbeler arasındaki aralık 1 ila 2 dakika arasında korunur.

Yurtiçi ve uluslararası kaynaklardan yapılan araştırmalar, fayans izolatör yüzeylerine silikon kauçuk kaplama uygulamasının fayans izolatörlerde yüzey akımının yayılma hızını değiştirerek dik dalga dayanıklılığını azalttığını göstermiştir. Ancak, gerçek işletmede izolatör başındaki yalıtım performansı etkilenmez.

Bu fenomen, yurtiçi ondan fazla disk izolatör üreticisi tarafından doğrulanmıştır: derin rib veya alternatif şemsiye profili ne olursa olsun, ya da baş yapısı silindirik veya konik olsun, tüm izolatörler silikon kauçuk kaplama uygulandıktan sonra dik dalga aşınma performansında belirli bir derecede azalma gösterir.

Bu nedenle, ilgili standartlar gözden geçirilmiş ve RTV kaplı disk izolatörler için hava ortamında darbe aşınma test genliği 2.8 p.u. 'dan 2.2 p.u. 'ya indirilmiştir. İlk test sonuçları, 2.2 p.u. 'da nadiren aşınma olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, bu çalışma RTV kaplama olmayan fayans izolatörler seçildi ve standart test gerilimi olan 2.8 p.u. 'da hava ortamında darbe aşınma testleri gerçekleştirildi, gerilim ön zamanı 100-200 ns aralığında kontrol edildi.

Gerilim kutbuvuluğu ve aşınma yeri hakkında daha fazla istatistiksel analiz, 15 aşınma olayından 14'ünün pozitif kutbuvuluğa, sadece birinin ise negatif kutbuvuluğa sahip olduğunu gösterdi. Pozitif kutbuvuluğundaki aşınmalardan 8'i başta, 6'sı şemsiyelerde; tek negatif kutbuvuluğundaki aşınma başta gerçekleşti. Ayrıca, şemsiye aşınmalarından önce izolatör yüzeyinde ark oluşumları gözlemlendi, ancak baş aşınmalarında böyle bir ark oluşumları gözlemlenmedi.

Ancak, referanslara göre, tüm fayans izolatörlerin dik dalga aşınmaları başta gerçekleşti ve RTV kaplama öncesinde ve sonrasında fayans izolatörlerin başta aşınması oldu. Buna karşılık, bu test, tek seferde enjeksiyonla HTV kaplama olmadan aynı partiden alınan fayans izolatörlerin dik dalga aşınmalarının sadece başta gerçekleştiğini gösteriyor. HTV kaplama sonrası, kompozit fayans izolatörlerdeki aşınmalar sadece başta değil, aynı zamanda boyunda da gerçekleşti, bu da HTV silikon kauçuk kaplamasının aşınma yolunu değiştirdiğini gösteriyor.

Aşınmadan önce uygulanan darbe sayısı kaydedildi, sonuçlar Şekil 4'te gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi, 12 izolatör ilk beş darbede aşındı, bir tanesi 7. darbede, iki tanesi 15. darbede aşındı. Referanslara göre, RTV ile kaplanmış fayans izolatörlerin dik dalga dayanıklılık performansında önemli bir azalma olduğu, daha büyük tonajlı izolatörlerin daha yüksek aşınma olasılığı olduğu ve bu, silikon kauçuk kaplamasının dik dalga direncini azalttığı gösterilmiştir. Bu testte, HTV ile kaplanmış kompozit izolatörlerin %80'inin ilk dört darbede aşınması, HTV silikon kauçuğunun varlığının izolatörün dik dalga darbelerine karşı dayanıklılığını önemli ölçüde azalttığını daha da göstermiştir.

3 Dik Dalga Gerilimi Zirvesinde Elektrik Alan Dağılımı Simülasyonu

2. bölümdeki test sonuçlarının analizi, fayans izolatörlere kıyasla, kompozit izolatörlerin aşınma yolu değiştiğini ve dik dalga dayanıklılık performansının önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Bu bölüm, kompozit izolatörün darbe gerilimi zirvesindeki elektrik alan dağılımını hesaplamak için simülasyon kullanmaktadır, bu sayede aşınma yolunun değişmesinin ve dik dalga performansının azalmasının nedenlerini incelemeyi amaçlamaktadır.

2.1 Simülasyon Modeli

Hava darbe aşınma testlerinden elde edilen gözlemler, kompozit izolatörlerde şemsiye aşınması olduğunda, arkler izolatör yüzeyi üzerinden aşınma noktasına doğru geliştiğini göstermektedir. Arklerin varlığı, elektrik alan dağılımını etkiler ve modelde dikkate alınmalıdır. Ancak, arklerin düzensiz şekilleri nedeniyle, 3D model oluşturma zor olacaktır, özellikle de silikon kauçuk tabakası ince ve izolatörün genel ölçüsüne göre çok daha küçük olduğundan, 3D ağlama zordur. Bu nedenle, bu bölümde, silikon kauçuk tabakası ve arklerin elektrik alan dağılımına etkisini niteliksel olarak analiz etmek için iki boyutlu eksen simetri modeli benimsenmiştir. Simülasyon modeli Şekil 5'te gösterilmiştir.

2.2 Malzemeler ve Sınır Koşulları

İsolatörün %50 yıldırım darbe aşınma gerilimi 145 kV'dır ve 2.8 p.u. dik dalga darbe geriliminin zirve değeri 406 kV'dır. Çoğu test örneğinin pozitif kutbuvuluğa sahip olduğu için, simülasyonda pin (demir pin) yüksek potansiyal (406 kV) olarak, kap (demir kap) sıfır potansiyal olarak ayarlanmıştır. Malzemelerin göreceli dielektrik sabit değerleri Tablo 2'de listelenmiştir.

2.3 Simülasyon Sonuçları ve Analiz

Silikon kauçuk kaplama olmayan modelde, dik dalga darbe geriliminin zirvesindeki fayans izolatörünün elektrik alan dağılımı Şekil 6(a)’da gösterilmiştir. Şekil 6’dan görüldüğü üzere, elektrik alan yoğunluğu çoğunlukla izolatörün baş kısmında toplanır, 50 kV/mm’ye kadar ulaşır, bu da baş aşınmasına yüksek bir olasılık olduğunu gösterir - bu, alanda yapılan deneyler ve ilgili çalışmaları destekler.

Silikon kauçuk kaplama etkisinin karşılaştırılmalı analizi için, tek seferde enjeksiyonla silikon kauçukla kaplanmış kompozit izolatör modelinin elektrik alan dağılımı hesaplandı, sonuçlar Şekil 6(b)’de gösterilmiştir. Şekil 6(b)’den görüldüğü üzere, maksimum elektrik alan, izolatör bedeninin alt yüzeyindeki arkın ucunda yaklaşık 219.4 kV/mm’de oluşur; arkın üst yüzeydeki ucundaki alan yoğunluğu daha düşük, 41.21 kV/mm’dir; ayrıca pin başındaki önemli bir alan yoğunluğu da vardır, maksimum 50.68 kV/mm’dir.

Böylece, silikon kauçuk kaplaması etkisiyle, izolatörün yüzey direnci artar, bu da şemsiyelerde hacim kapasitif akımın yüzey direnç akımı oranını önemli ölçüde artırır. Bu, izolatör yüzeyine dik olan elektrik alan bileşeninin önemli ölçüde artmasına neden olur, bu da arkın başlangıcından sonra yüzeyi yakından takip etmesine neden olur.

HTV kaplaması etkisiyle, dik dalga gerilimi altında yüzey arkı izolatör yüzeyi boyunca yayılır, bu da yerel alandaki elektrik alan yoğunluğunun keskin bir şekilde artmasına neden olur - bu, pin başındaki alandan çok daha yüksektir - bu da ark ucundaki aşınmayı daha muhtemel hale getirir ve şemsiye aşınmasına neden olur. Bu, dik dalga dayanıklılık performansının şemsiye yüzeyindeki HTV kaplaması tarafından etkilendiğini gösterir. Ayrıca, simülasyon, izolatör başındaki göreceli olarak yüksek elektrik alan yoğunluğunu gösterir, bu da testlerde gözlenen baş aşınmalarıyla uyumludur.

3 Sonuç

Kompozit izolatörler üzerinde hava darbe aşınma testleri yapıldı, dik dalga aşınma özelliklerini analiz etmek ve dik dalga gerilimi zirvesinde elektrik alan dağılımını simüle etmek için. Aşağıdaki sonuçlar elde edildi:

• 2.8 p.u. dik dalga darbe gerilimi altında, 20 kompozit izolatör örneğinin 15'inde aşınma meydana geldi, bunların %80'i ilk dört darbede gerçekleşti, bu, HTV silikon kauçuğunun varlığının kompozit izolatörlerin dik dalga dayanıklılık performansını önemli ölçüde azalttığını gösterir.

• 15 aşınma olayından, pin başındaki aşınmalara ek olarak, altı tanesi şemsiyelerde meydana geldi, bu, geleneksel fayans izolatörlere kıyasla genel aşınma yolunda açık bir değişiklik olduğunu gösterir.

• Simülasyon sonuçları, kompozit izolatörlerde yüzey arkının yayılması nedeniyle voltaj zirvesinde şemsiye elektrik alan yoğunluğunun önemli ölçüde arttığını, 217.64 kV/mm'ye ulaştığını, bu da şemsiye aşınmasını daha muhtemel hale getirdiğini gösterir. Karşılaştırmalı olarak, silikon kauçuk tabakası olmayan izolatörlerde, ark gelişimi sırasında maksimum alan pin başındaydı, 49.55 kV/mm'ye ulaştı, burada aşınma çoğunlukla gerçekleşti.