Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Опорно-стержневые изоляторы конструкция, эксплуатация, диагностика. Учебное пособие
.pdf
Изоляторы покрывают глазурью, которая создает ровную и гладкую поверхность. В результате уменьшается загрязняемость изолятора в процессе эксплуатации, улучшаются его электрические свойства.
Глазурованные изделия подсушивают и обжигают однократно
в печи по специальному режиму.
При обжиге происходит спекание фарфора, плавление глазурного
покрытия. Во избежание появления температурных напряжений
и трещин необходимо обеспечить медленное охлаждение изделий перед их извлечением из печи.
Затем на фарфоровый корпус с помощью цементной заделки
устанавливаются элементы арматуры-фланцы, которые служат
для закрепления изолятора на опорной конструкции и установки токоведущих элементов.
По стандарту срок эксплуатации ОСИ марки С4-80-II-М составляет не менее 30 лет.
Для изготовления арматуры ОСИ применяется чугун марки
ВЧ50, а также ковкий, серый и высокопрочный чугун в соответствии
со специальными стандартами.
Следует отметить, что арматура может изготавливаться из специальной литейной стали.
Некоторые производители для изготовления арматуры в соответствии с ГОСТ [3] применяют алюминиевые сплавы (компания
«Инвольт»).
Поверхность арматуры должна соответствовать определенным
требованиям, которые установлены ГОСТ [3].
У модернизированных изоляторов антикоррозийное покрытие
арматуры выполнено горячим или термодиффузионным цинком.
Некоторые производители в качестве защитного покрытия соединительного цементного слоя используют специальные силиконовые герметики, которые характеризуются высокой прочностью и эластичностью.
Соединение фарфоровой части с арматурой (фланцами) (армирование) в соответствии с требованиями [3] должно проводиться арми-
11
рующей связкой с применением портландцемента марки не ниже ПЦ
500-ДО-Н или другого материала с аналогичными техническими характеристиками.
Поверхности изоляционных частей и арматуры опорных изоляторов всех категорий размещений и классов напряжения, которые соприкасаются с армирующей связкой, покрываются ровным слоем
компенсирующей промазки толщиной 0,2–0,3 мм.
Наружная поверхность шва армирующей связки имеет влагостойкое покрытие.
По конструктивному исполнению изоляторы условно разделены
на типы:
– изоляторы с «жёстким» армировочным швом;
– изоляторы с «эластичным» армировочным швом.
Изоляторы с «жёстким» армировочным швом – изоляторы, у которых жёсткость армировочного шва соизмерима с жёсткостью
фланцев и фарфорового тела.
У изоляторов с «эластичным» армировочным швом жёсткость
армировочного шва ниже жёсткости фланцев и фарфорового тела.
Изоляторы с «жёстким» армировочным швом наиболее распространены, выпускаются российскими, китайскими и европейскими
производителями.
Изоляторы с «эластичным» армировочным швом выпускаются
некоторыми производителями из Китая и западной Европы (например, АВВ и PPC).
Раньше при изготовлении опорных изоляторов основным исходным материалом являлся силикатный фарфор. Из-за этого значительная часть ОСИ выходила из строя.
В середине 90-х годов прошлого века низкая эксплуатационная
надежность ОСИ, разработанных и изготовленных в соответствии
с требованиями ГОСТ 9964-85 «Изоляторы керамические опорные
стержневые на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия», приводила к выходу из строя большого количества изоляторов.
12
Были выпущены специальные циркуляры, направленные на снижение аварийности в электроустановках из-за дефектов ОСИ [1].
С 01.01.2004 г. был введен государственный стандарт ГОСТ Р
52034-2003 «Изоляторы керамические опорные стержневые
на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия» (взамен
ГОСТ 9984-85).
В соответствии с ГОСТ Р 52034-2003 изоляционную часть изоляторов необходимо было изготовлять из материала керамического
электротехнического подгруппы 110 по ГОСТ 20419-83. Однако аварийные ситуации, обусловленные недостаточным качеством фарфоровых ОСИ, продолжали происходить достаточно часто. Поэтому
в соответствии с новым стандартом [3] началось создание нового поколения фарфоровых опорно-стержневых изоляторов, материалом
которых является электротехническая керамика подгруппы 120 (высокоглиноземный материал по ГОСТ 20419-83) взамен подгруппы
110 (кварцевый фарфор).
В 2001 г. первым в России ОАО «ЭЛИЗ» освоило выпуск модернизированных изоляторов ИОС-110-600 М УХЛ1 и провел их испытание. В последние годы было налажено производство ОСИ с другими характеристиками.
Некоторые производители, например, LAPP INSULATORS
при изготовлении фарфоровых ОСИ используют глиноземный фарфор высокой прочности С130 либо сверхвысокой прочности С130 HS.
В условном обозначении марок фарфоровых изоляторов, выпущенных до введения ГОСТ [4], буквы и цифры означают:
И – изолятор;
О – опорный;
С – стержневой;
10, 20, 35, 110 – номинальное напряжение;
300, 400, 500, 600, 1000, 1250, 1500, 1600, 2000 – минимальная
разрушающая нагрузка на изгиб, приложенная к верхнему фланцу
изолятора при закрепленном нижнем фланце, да Н (кгс);
01, 02, 03, 04 – конструктивное исполнение;
13
УХЛ, Т – климатическое исполнение по ГОСТ 15150;
1 – категория размещения по ГОСТ 15150.
Пример записи условного обозначения фарфорового опорностержневого изолятора с нормированной минимальной механической
разрушающей нагрузкой на изгиб 600 даН (кгс), на класс напряжения
110 кВ, конструктивного исполнения 02, модернизированного конструктивного исполнения, климатического исполнения УХЛ
(по ГОСТ 15150), категории размещения 1 (по ГОСТ 15150): ИОС110-600-02 М УХЛ1.
У изоляторов, имеющих в маркировке букву М больше длина пути утечки. Например, у изолятора ИОС-110-400 УХЛ1 длина пути
утечки – не менее 190 см, а у модифицированного изолятора ИОС110-400 М УХЛ1 – не менее 205 см.
Под длиной пути утечки понимают наименьшее расстояние
по поверхности внешней изоляции между металлическими частями
разного потенциала без учета участков, проходящих вдоль слоев армирующих материалов.
В соответствии с требованиями ГОСТ [4] в условном обозначении
вновь разрабатываемых типов изоляторов буквы и цифры означают:
С – изолятор керамический опорный стержневой;
4; 6; 8; 10; 11; 12,5; 16; 20 – минимальная механическая нагрузка
(сила) на изгиб, кН;
80; 125; 170; 195; 200; 250; 450; 480; 550; 750; 950; 1050; 1300;
1800 – испытательное напряжение грозовых импульсов (полный им-
пульс), кВ;
I, II – классы по длине утечки внешней изоляции;
УХЛ, Т – климатическое исполнение по ГОСТ 15150;
1 – категория размещения по ГОСТ 15150.
Пример условного обозначения изолятора керамического опорного стрежневого с минимальной механической разрушающей силой
на изгиб 8 кН, испытательным напряжением грозовых импульсов
450 кВ, II класса по длине утечки, климатического исполнения УХЛ,
категории размещения 1:
изолятор С8-450-II УХЛ1 ГОСТ 25073-81.
14
Хорошие положительные отзывы от эксплуатационного персонала
электроустановок различного назначения получили ОСИ, производимые ПО «ФОРЭНЕРГО» ООО «ВОЛЬТА» (России, Челябинская обл.,
г. Южноуральск). Изоляторы, производимые этим предприятием, имеют более высокие механические и электрические характеристики.
Например, у изолятора марки ИОС-110-1250 М УХЛ1 VOLTA гарантированная минимальная механическая разрушающаяся сила на изгиб
16 Н при нормируемой по ГОСТ – 12,5 Н; длина пути утечки – 223 см.
Производство различных марок ОСИ освоено многими предприятиями РФ:
– Южно-Уральским арматурно-изоляторным заводом (ЮУАИЗ);
– АО «Арматурно-изоляторным заводом» (АИЗ) (Московская
обл., г. Лыткарино);
– ООО «Гжельский завод электроизолятор» и т. д.
Опорно-стержневые изоляторы являются важнейшим элементом
разъединителей. Надежность ОСИ во многом определяет надежность
разъединителей, а также безопасность для эксплуатационного персонала при работах по переключениям.
На рис. 1.5 представлен общий вид разъединителя РГП-3-СЭЩ110/1250, на котором могут быть установлены (по желанию заказчика) ОСИ марок С4-450-II-М УХЛ1, ОТПК 6-110Б-2 УХЛ1-02,
ОСК 10-110-Б-2 УХЛ1.
Рис. 1.5. Общий вид разъединителя серии РГП-3-СЭЩ-110/1250
15
1.2. Дефекты фарфоровых опорно-стержневых изоляторов
Статистические данные, приведенные на сайте «Ростовэнерго»,
показывают, что 26,92 % отказов в работе энергетического оборудования обусловлены авариями фарфоровых изоляторов. Основными
видами повреждений таких изоляторов является излом (19,23 %)
и нарушение электрической прочности (23,08 %).
Часто разрушения фарфоровых ОСИ возникают из-за повреждений, полученных при транспортировке и хранении.
В процессе эксплуатации ОСИ разъединителей проявляются дефекты, обусловленные:
несовершенством и нарушением технологии изготовления, ко-
торые приводят к снижению их механической прочности;
ошибками при монтаже, наладке и техническом обслуживании
разъединителей;
загрязнением поверхности изоляторов промышленными, соле-
выми и другими уносами.
Из-за климатических факторов (перепады температур, дождь
и т. п.) и механических нагрузок различного происхождения (ветер,
операции по переключениям и т. п.) возможно появление и развитие
внешних и внутренних трещин в фарфоре. Кроме этого, возможно
разрушение у фарфоровых ОСИ элементов соединения «фланец –
фарфор» из-за наличия кольцевых трещин в армировочных швах,
плохого качества влагостойкого покрытия армировочных швов.
«Электротехнический фарфор является композиционным материалом, состоящим в основном из кварцевых частиц, распределённых
в стеклообразной матрице. В процессе изготовления изолятора эти
частицы подвергаются воздействию значительных растягивающих
напряжений, возникающих при охлаждении фарфора после обжига
из-за разных коэффициентов линейного расширения двух материа-
лов. При действии этих напряжений могут зарождаться микротрещины в кварцевых частицах, стеклообразной матрице и на их границах.
Этот процесс в некоторой степени характерен даже для доброкачественных изделий» [5].
16
В работе [5] отмечено: « При этом:
– дефекты даже очень малых размеров (например, поверхностная
трещина глубиной всего 0,1 мм, расположенная у нижнего фланца
изолятора) способны привести к разрушению изолятора;
– длительность развития трещины от её зарождения до излома
фарфора трудно прогнозировать (от секунд до нескольких лет);
– визуально обнаружить внутренние трещины фарфора, а также
трещины, расположенные под фланцем изолятора, невозможно. Поверхностные трещины – очень трудно».
Воздействие на изолятор внешней силы приводит к появлению
в нем дополнительных напряжений, разрушению новых частиц
и скачкообразному росту микротрещин.
Большое количество дефектов фарфоровых ОСИ обнаруживается
в армировочных швах, которые представляют собой механическую
смесь фарфоровой крошки и цемента. По истечении некоторого времени армировочный шов стареет, и в нем происходят необратимые
изменения. Под воздействием влаги (как всякий бетон, армировочный
шов достаточно гигроскопичен), температурных перепадов и внешних механических воздействий в нем образуются дефекты в виде
трещин (разрыхление армировочного шва). На некоторых энергопредприятиях ещё встречаются изоляторы, у которых герметизация
армировочного шва выполнена расплавленной серой. По истечении
некоторого времени сера кристаллизуется, и в герметизирующем слое
также образуются трещины [5].
При попадании влаги в трещины армировочных швов и понижении температуры до отрицательных значений, в зависимости от количества влаги могут происходить следующие явления:
– если количество влаги не превышает некоторую «критическую»
величину, то происходит повышение прочности и жёсткости изолятора (смерзание армировочного шва);
– если количество влаги превышает «критическую» величину, то
возможно выкрашивание армировочного шва, разрыв фланца или
разрушение фарфорового тела (вода при замерзании увеличивается
в объёме, а металл и фарфор уменьшаются).
17
В процессе эксплуатации развиваются микроскопические трещины и зоны растрескивания (ЗР) в оконечностях изолятора.
«…Практически все отечественные разъединители и высоковольтные
выключатели имеют невысокое качество фарфора изоляторов. Это
также подтверждается практикой эксплуатации – в 60–70 % случаев
основной причиной выхода из строя указанного оборудования является низкое качество изготовления изоляторов…» [5].
В работе [5] указаны следующие виды дефектов фарфоровых
изоляторов производственного происхождения:
некачественное сырье;
нарушение режима обжига;
нарушение технологии изготовления;
открытая микроскопическая пористость (ОМИП);
обжиговая макроскопическая пористость (ОМАП);
засорочная макроскопическая пористость (ЗасП);
нарушение состава фарфоровой массы (НСМ);
местные дефекты (МД) в виде макроскопических трещин, по-
лостей и включений.
Следует отметить, что причинами наиболее частого дефекта
фарфоровых изоляторов вида ОМИП являются нарушения технологии изготовления.
Открытая микроскопическая пористость – это дефект, который
возникает только при нарушении технологий изготовления изделий
из электротехнического фарфора («технологический дефект). ОМИП
представляет собой систему микроскопических (характерный размер – 5–7 мкм) пор «открытого» типа, то есть связанных между собой. Эти поры имеют, как правило, вытянутую форму, отличаясь
этим от «закрытых», не связанных между собой пор, и позволяют
влаге проникать в фарфор.
Открытая микроскопическая пористость приводит к впитыванию
влаги из окружающей среды в фарфоровое тело изолятора и последующему растрескиванию его при отрицательных температурах.
18
В соответствии с действующими стандартами на высоковольтный электрический фарфор ОМИП не должно быть по всему объему
изолятора [4].
Статистика показывает, что количество изделий с ОМИП, поступающих в эксплуатацию, составляет от 5 до 10 % к общему числу
установленных.
ОМИП бывает глубинной и поверхностной.
На рис. 1.6 показан характерный вид глубинной открытой
ОМИП, выявленной с помощью установки УДС2ВФ-ЦИВОМ.
Причиной появления зон ОМАП является несоответствие обжигаемого материала режиму обжига. По размерам и местоположению
зоны ОМАП можно предположительно установить, какие нарушения
технологии вызвали данный брак. Дефект выявляется методом ультразвуковой дефектоскопии.
Рис. 1.6. Изолятор ИОС-110-600, у которого выявлена
глубинная открытая микроскопическая пористость (ОМИП)
В некоторых случаях дефекты ОСИ обусловлены нарушением
электрической прочности изолятора.
На рис. 1.7 показан характерный вид обжиговой макроскопической
пористости, выявленной с помощью установки УДС2ВФ-ЦИВОМ, перед монтажом изолятора ИОС-110-600 в его нижней части.
Снижение диэлектрических свойств фарфорового изолятора часто является результатом загрязнений, поверхностных сколов и крупных трещин на их поверхности.
19
Серьезными дефектами фарфоровых ОСИ являются также повышенное внутреннее увлажнение и продольные раскрытые трещины.
Местные дефекты типа макроскопических трещин – разрывов –
являются следствием нарушения технологии при термообработке
(сушке и обжиге) фарфорового тела изолятора.
Рис. 1.7. Изолятор ИОС-110-600, у которого выявлена зона
обжиговой макроскопической пористости (ОМАП),
в нижней части изделия
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Укажите достоинства и недостатки фарфоровых опорно-стержневых
изоляторов.
2. Объясните конструкцию фарфоровых опорно-стержневых изоляторов.
3. Кратко объясните последовательность технологических операций по из-
готовлению фарфоровых опорно-стержневых изоляторов.
4. Из каких материалов изготавливаются фланцы фарфоровых опорно-
стержневых изоляторов?
5. Какие особые требования предъявляются к поверхности изоляционных
частей и фланцев, соприкасающейся с армирующей связкой?
6. Укажите требование к армирующей связке фарфоровых опорно-
стержневых изоляторов.
7. Какой материал применялся для изготовления изоляционной части фар-
форовых изоляторов в соответствии с ГОСТ 52034-2003?
8. Из какого материала изготавливают изоляционную часть фарфоровых опор-
но-стержневых изоляторов в соответствии с требованиями ГОСТ 52034-2008?
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]