Прекинути низ композитних изолатора, његови узроци и одговарајуће методе анализе
Тренутно се велики број композитних изолатора користи у далеководима електричне мреже, који чине око 50 процената потрошње линијских изолатора. Међу њима, линеарне куле имају већи удео. Готово сви линеарни стубови у јако загађеним подручјима користе композитне изолаторе. Композитни изолатор је решио проблем прескока загађења који је мучио електричну мрежу дуги низ година са својим одличним перформансама против загађења, али се проблем ломљења жице јавља с времена на време. За куле са једним низом, када се низ композитних изолатора покида, то често узрокује пад линије, што ће донети огромну претњу друштвеној безбедности. За стубове са више серија, када се струна покида, то ће такође утицати на стубове и друге изолаторе, утичући на поузданост линије. Како је брзина прекида услед преласка загађења увелико смањена последњих година, лом жице је постао важан проблем са којим се суочавају композитни изолатори.
Многи узроци доводе до пуцања композитне жице изолатора, а постоје многе разлике у изгледу и резултатима испитивања. Када дође до лома, веома је важно тачно пронаћи узрок за накнадни третман. Истовремено треба сумирати узроке лома, који имају важан значај за повезивање изолатора у електроенергетску мрежу. Стога ћемо, у комбинацији са облицима поломљених жица које су контактирали појединци, говорити о узроцима покиданих жица и како их анализирати и верификовати. Можда постоје разлози за поломљене жице који нису покривени. Слободно оставите поруку или пошаљете е-пошту за дискусију.
1. Класификација и карактеристике лома прекинутих композитних изолаторских струна
Облици поломљених струна композитних изолатора могу се поделити у три категорије: кидање спољашњом силом, крто ломљење и труло ломљење. Међу њима је врло мало случајева кидања спољном силом, а крто ломљење и труло ломљење су главне врсте поломљених жица.
1.1 Цепање спољном силом
Узроци кидања спољне силе често су екстремно јаки ветрови, јако залеђивање линија и скокови од леда.
У целини, део изолатора који контролише механичку чврстоћу је углавном врат кугличне главе, то јест, када је подвргнут само затезном напрезању, лопта се често прва сломи. Међутим, када је подвргнут комбинованом деловању торзионог напрезања, затезног напрезања или напрезања притиска, спојни део између металног споја и шипке језгра композитног изолатора је најкрхкији, тако да је положај лома најломљивији.често налази на спојном делу фитинга и шипке језгра.
Језгро штапа је направљено од стаклених влакана високе чврстоће. Када је делимично оштећен, а затим поцепан комбинованим дејством торзионог напона и затезног напона,прелом језгра штапа је често неуједначен, нека влакна су метласта, а на лому нема трагова карбонизације.Слика 1.
Слика 1 Типичан прелом кидања спољном силом
1.2 Крт лом (напрегнута корозија)
Крхки лом је главни тип ломљења струне у раној примени композитних изолатора, а процес лома је праћен процесом корозије под напоном.Локација прелома је могуће у унутрашњости крајњих фитинга и близу споја крајњих фитинга и језгрене шипке.
Најочигледнија карактеристика кртог прелома је да је већи део лома раван и гладак, а пресек је окомит на осу шипке језгра.Типична морфологија прелома је приказана на слици 2.
(а) Равни прелом
(б) Прелом је степенаст, а сваки корак је раван.
Слика 2 Типична морфологија лома кртог лома композитног изолатора
1.3 Лом услед корозије (карбонизација шипке језгра)
Лом услед корозије је последњих година постао главни облик кидања струне композитног изолатора, а њено кидање је праћено дуготрајним унутрашњим процесом пражњења.Прелом се углавном налази близу високонапонског краја композитног изолатора.
Главне карактеристике труле фрактуре су значајна карбонизација (црњење) штапа језгра, а истовремено је прелом неравномеран и видљиво је вучење жице.Типичан облик прелома је приказан на слици 3.
Слика 3 Типична морфологија лома кртог лома композитног изолатора
2. Узроци и процес развоја прекинутих жица
Међу три врсте поломљених жица, вероватноћа кидања спољне силе је изузетно мала, а процес је једноставан и лако анализирати у екстремним временским условима. Стога се у овом раду само представљају узроци, процес развоја и методе анализе кртог лома и трулог лома.
2.1 Крхки прелом
Крти лом је генерално праћен процесом корозије под напоном. Изолатор носи тежину жице и под затезањем је. Када шипка језгра из неког разлога уђе у киселу течност, кисела течност ће кородирати шипку са језгром. Шипка језгра која није отпорна на киселине коришћена у раним композитним изолаторима је под напетошћу. Под комбинованим деловањем корозије, на штап језгра постепено се појављују пукотине, а пукотине се постепено шире све док преостала шипка језгра не може да поднесе затезну силу и ломи се.
Из горе наведеног може се видети да постоје два главна услова за крти лом: квар заптивке, а штап језгра је шипка језгра која није отпорна на киселинуПоред тога, стварање пукотина у великој мери убрзава настанак кртог лома. Према стварним случајевима, процес развоја кртог лома има следеће две категорије:
(1) Отказивање заптивања - шипка језгра је влажна - долази до унутрашњег пражњења - ствара се кисела супстанца - корозија под напоном - шипка језгра трпи крт лом;
(2) Производни недостаци остављени на крају (клинаста структура) - квар заптивке - улазак киселих материја у атмосферу - корозија под напоном - крхки лом штапа језгра.
Структура клина треба да забије клин у крај шипке језгра, што лако оставља ситне пукотине на шипки језгра. Када је заптивање нормално, ширење ситних пукотина је веома споро. Када заптивање не успе, горње пукотине ће постати почетна тачка корозије под напоном. Конкретна врста клинасте структуре може се наћи у мом другом чланкуСтруктура изолатора далековода-1 (овјесни изолатор типа порцелана/стакленог диска, композитни изолатор типа суспензије штапа).
(а) Унутрашња клинаста структура
(б) Унутрашњи клин се покреће да расцепи шипку језгра.
Слика 4 Унутрашња клинаста структура и оштећење шипке језгра
Постоје три типа кварова заптивача:
(1)Отказивање крајњег заптивача:Заптивач је напукао, или је крај оштећен током уградње, што доводи до квара заптивке.
(2)Отказивање заптивке због квара омотача:
А. Материјал омотача је лош, а омотач је кородиран спољашњим пражњењем; доћи ће до коронског пражњења на површини композитног изолатора по кишном времену, а крај се лако спали високотемпературним луком када га удари гром. У горе наведеним случајевима, лако се пуца, што доводи до квашења шипке језгра.
Б. Неправилна конфигурација прстена за изједначавање ће изазвати јако коронско пражњење и еродирати омотач; ако је прстен за изједначавање неправилно инсталиран или параметри нису правилно одабрани, крај високог напона ће произвести озбиљно коронско пражњење, а дуготрајни ефекат ће оштетити омотач и узроковати да језгро штапа буде влажно.
(3) Постоји проблем на интерфејсу шипке омотача и језгра, а влага дифузијом улази у штап језгра.
2.2 Лом услед корозије
Тренутно, већина композитних изолатора у раду користи језгрене шипке отпорне на киселину, тако да је вероватноћа кртог лома знатно смањена, а трули лом је постао главни облик ломљења жице изолатора. Пропадање је често праћено дуготрајним пражњењем унутар штапа језгра, а енергија која се генерише постепено изазива промену структуре шипке језгра. С једне стране, смола која обавија и фиксира стаклено влакно се распада, а структура стаклених влакана постаје мека. С друге стране, стаклено влакно је карбонизовано, а механичка својства су изузетна. Спуштајте се све док шипка са језгром не издржи оптерећење и не пукне.
У овом процесу, унутрашњи дефекти се развијају дуж радијалног правца штапа језгра, а такође се развијају и у аксијалном смеру, а унутрашњи канал за пражњење се генерише у шипки језгра, а јачина електричног поља на крају је изузетно велика, што узрокује омотач да продире изнутра ка споља. Типична фотографија је приказана на слици 5.
(а) Дефектна експанзија унутар шипке језгра
(б) Пробијање омотача шипке за језгро
Слика 5 Дефект експанзије унутар шипке језгра сломљеног услед корозије
Према пореклу унутрашњег пражњења штапа језгра, распадање се може поделити у следеће две категорије:
(1) Отказивање заптивања - шипка језгра је влажна - ствара се унутрашње пражњење - производи се кисела супстанца - корозија под напоном - шипка језгра трпи крт лом;
Порекло унутрашњег пражњења код ове врсте прелома је квар крајњег заптивача и оштећење омотача, а разлози су исти као код претходног кртог прелома.Може се видети да чак и ако се користи језгро отпорно на киселину, све док печат не успе, струна ће и даље бити поломљена!
(2) Постоје унутрашњи дефекти у шипки језгра—продирање воде—изнутра се ствара пражњење—генеришу се киселе супстанце—плашт је еродиран—повећано унутрашње пражњење—карбонизација штапа језгра;
Унутрашњи дефекти шипке језгра су генерално узроковани лошим интерфејсом штап-плашт, као што је лоше везивање, рупе за ваздух које остају на интерфејсу, итд. Лоше везивање ће довести до одвајања и стварања унутрашњих ваздушних празнина. Постоје следећи кључни процеси за такве прекинуте низове:Површина омотача је нетакнута, али влага улази у штап језгра.
3. Метода анализе прекинутих струна
Прекинуту струну узроковану кидањем спољне силе лако је добити из метеоролошких информација, тако да се овде разматра само анализа кртог лома и труле фрактуре. Када дође до пуцања струне, прво утврдите да ли је прекинута струна ломљива или трула у складу са обликом лома и положајем лома, а затим изаберите одговарајућу испитну ставку за верификацију у складу са могућим разлозима наведеним изнад.
3.1 Крхки прелом
Ако се процени да је крт лом, према горе наведеном, може бити узрокован кваром заптивке плус језгром који није отпоран на киселину, или може бити узрокован заосталим производним дефектима на крају плус кваром заптивања плус не- језгро отпорно на киселине.
(1) Отказивање заптивке плус шипка језгра која није отпорна на киселине
Провера квара крајњег заптивача:Иста серија производа се подвргава испитивању непропусности, сецирању поломљених изолационих спојева и откривању унутрашњих компоненти рђе.
Тест заптивања је да се на композитни изолатор примени 70 процената номиналног механичког оптерећења у трајању од 96 сати, а затим се крај омота пенетрантом на 20 минута. Визуелним прегледом и анатомијом проверите да ли боја продире у крај и дубину продирања. Завршне заптивке су сматране прихватљивим све док дубина продирања није достигла шипку језгра.
Слика 6 Тест завршне заптивке - анатомска инспекција дубине продирања након инкапсулације пенетранта
Неуспех заптивања краја је често пример. Тест заптивања исте серије производа можда неће моћи да пронађе проблем. Међутим, ако дође до квара заптивања на крају, биће потребно време да се процес корозије под напоном у потпуности догоди. Због тога се унутар крајњих фитинга често јавља корозија. Стога су анатомија сломљеног краја изолатора и детекција компоненти рђе најдиректније и најефикасније средство.
Провера квара заптивања због лошег материјала омотача: Извршити праћење и тестове отпорности на електричну корозију материјала кишобранског омотача на истој серији производа.
Отпорност материјала покривача кишобрана на праћење и испитивање електричне корозије је да се изолаторска решетка исече у раван узорак одређене дебљине и спроведе испитивање методом константног напона праћења. Испитни напон је АЦ 4,5кВ, а узорак може издржати 6х без корозије. Сматра се да је тест прошао ако дубина не прелази 2,5 мм.
Слика 7. Узорци подвргнути испитивању отпорности на електричну корозију
Провера квара заптивке омотача изазваног неправилном уградњом калибрационог прстена:Проверите да ли је прстен за нивелисање постављен обрнуто, да ли је положај уградње исправан и извршите прорачун верификације електричног поља на шеми конфигурације прстена за нивелисање.
Верификација квара заптивача узрокованог лошим интерфејсом штап-плашт:Спровести тест пропусности шипке језгра, тест дифузије воде у омотачу шипке језгра, тест пораста температуре појаса отпорног на фреквенцију снаге, тест стрмог пораста температуре за исту серију изолатора. Таласни тест, некропсија.
Валидација отпорности језгра шипке на киселину:Извршите испитивање отпорности на киселину шипке језгра за сломљене изолаторе или производе исте серије.
Тест отпорности на киселину штапа језгра је да се одлепи део омотача изолатора да би се штап језгра открио, а затим га умотајте са 1мол/Л азотне киселине након млевења и примените одређену напетост током 96х у исто време . Вредност напетости је производ површине шипке језгра и 300МПа, као што је 96х. Након што шипка језгра није оштећена и нема значајне пукотине на површини, сматра се да је шипка језгра неопходна за отпорност на киселину. (Такође познат као језгро отпорно на киселину)
За детаљније информације о методама и критеријумима горенаведених тестова, погледајте „ГБ/Т 19519-2014 дефиницију, методе испитивања и критеријуме прихватања за изолаторе надземних водова са називним напоном изнад 1000В за системе наизменичне струје са суспендованим и затезним Композитни изолатори".
(1) Преостали производни дефекти на крају плус квар заптивке плус језгро отпорно на киселине
Провера квара заптивке и језгрене шипке која није отпорна на киселину је иста као горенаведена. Крајњи производни дефекти се могу потврдити тестом оптерећења механичким оштећењем исте серије производа, али крајњи производни дефекти су често изоловани случајеви и тешко је тачно пратити извор кроз тест. То може бити потпомогнуто крајњом структуром и положајем прелома. Ако крај има клинасту структуру и прелом се налази унутар крајњег фитинга, и близу је краја клина који се забија, то значи да постоји већа могућност грешке у производњи унутра.
3.2 Лом услед корозије
Ако се процени да је крт прелом, према горе наведеном, то може бити узроковано унутрашњим дуготрајним пражњењем изазваним оштећењем заптивке, или може бити узроковано унутрашњим дефектима шипке језгра, која еродира кроз омотач изнутра ка споља, узрокујући унутрашње дуготрајно пражњење да изазове ломљење жице.
(1) Оштећење заптивке плус унутрашње дуготрајно пражњење
Метода верификације за отказивање крајњег заптивача и квара омотача је иста као у претходном одељку 3.1.
Ако се утврди да постоји рупа на шипки језгра, биће кључно да се процени да ли је рупа изазвана спољним узроком који доводи до квара заптивке омотача или је узрокована унутрашњим дефектом и перфорацијом. Можемо почети од разлике у саставу између унутрашње и спољашње стране рупе. Генерално, страна са већим уделом карбонизованих компоненти има већу вероватноћу да ће време пражњења почети раније, а већа је вероватноћа да ће рупа почети са ове стране.
(2) Дефекти унутар шипке језгра
Последњих година било је случајева унутрашњих дефеката на шипки језгра, углавном узрокованих лошим интерфејсом штап-плашт.Верификација неисправног интерфејса:Спровести тест пропусности шипке језгра, тест дифузије воде у омотачу шипке језгра, тест пораста температуре појаса отпорног на фреквенцију снаге, тест стрмог пораста температуре за исту серију таласа изолатора, некропсију.
Тест пропусности шипке језгра је да се шипка језгра исече на узорак дужине 10 мм, правац сечења је окомит на штап језгра, оба краја исполирајте брусним папиром и ставите га у црвени или љубичасти раствор метилена. Горњи крај продире, а мери се време да раствор продре у унутрашњост штапа језгра до врха.
Слика 8 Тест пропусности
Тест дифузије воде штапа језгра са омотачем је да се штап језгра исече на узорак дужине 30мм, правац сечења је окомит на штап језгра, обрусите оба краја брусним папиром, прокувајте у раствору НаЦл концентрације 0,1 одсто. током 100х, а затим примените 12кВ наизменични напон на 1мин, измерите струју цурења.
Слика 9 Одељак за испитивање дифузије воде
Тест пораста температуре појаса отпорног напона снаге је да примени највиши радни напон на изолатор у трајању од 30 минута и користи инфрацрвену везу за мерење пораста температуре изолатора.
За испитивање стрмих таласа, изолатор је кључао 42 сата, а импулсни напон стрмине од 1000кВ/ус-1500кВ/μс је примењен 25 пута.
Обдукција је уклањање омотача ножем или спољном силом и посматрање површинског стања штапа језгра након што се омотач скине.
Слика 10 Узорак након обдукције
За детаљније информације о горњим тестовима, погледајте „ГБ/Т 19519-2014 дефиницију, методе испитивања и критеријуме прихватања за изолаторе надземних водова са називним напоном изнад 1000В за системе наизменичне струје са висећим и затезним композитним изолаторима“.
Након што се искључи проблем заптивања, ако је било који од горе наведених тестова значајно абнормалан, може се проценити да изолатор вероватно има проблема са интерфејсом.Значајне абнормалне карактеристике сваког испитивања биле су:
Испитивање пропусности штапа језгра: Испитни део шипке језгра је пробијен раствором метилена у року од 15 минута.
штап језгра са тестом дифузије воде у омотачу: струја цурења шипке језгра прелази 1мА;
Тест пораста температуре појаса отпорног напонског напона: Током лабораторијског симулационог теста, пораст температуре језгре штапа је значајан, а пораст температуре постепено се повећава са продужењем времена притиска; ако је у питању само благи пораст температуре, можда је омотач влажан, али нема проблема унутар шипке језгра.
Тест стрмих таласа: унутрашњи слом штапа језгра;
Некропсија: Велика површина површине штапа језгра је директно изложена.
Што се тиче процене проблема са интерфејсом композитног изолатора, више информација можете пронаћи у мом другом чланку:Проблеми са интерфејсом композитног изолатора и њихово откривање.