Біологічна очистка опорних полімерних ізоляторів

При виконанні технічного обстеження низки підстанцій у районі Карельського перешийка та Південної Карелії встановлено аномально високу забруднюваність опорних полімерних ізоляторів класів напруги 35–110 кВ.

У ході досліджень виявлено грибкову природу забруднень.

Мал. 1 Опорні полімерні ізолятори типу ІОСПК 10-110/480-II-УХЛ1 у складі роз'єднувача горизонтально поворотного типу. Видно забруднені та чисті ребра

Високовольтна полімерна ізоляція нині інтенсивно впроваджується в енергосистеми практично всіх країн світу. В Україні застосування полімерних ізоляторів отримало важливий специфічний напрямок, пов'язаний з використанням опорних ізоляторів всіх класів напруги до 220 кВ включно. Причиною цього є складні кліматичні (головним чином, температурні) умови, що викликають руйнування фарфорових ізоляторів, що традиційно використовувалися, що вже призвело до численних аварій на діючих підстанціях. Застосування полімерних ізоляторів замість фарфорових дозволяє підвищити надійність підстанцій, проте вимагає врахування специфічних властивостей полімерних матеріалів, що виявляються при тривалій експлуатації.

Виготовлені з полімерних матеріалів захисні оболонки опорних ізоляторів мають високу хімічну стійкість, широкий температурний діапазон і, що дуже важливо, високу гідрофобність. З іншого боку, в залежності від великої кількості різних факторів однотипні ізолятори компаній-виробників суттєво різняться за якістю. Причому визначити дійсний стан виробу можна лише в результаті випробувань, які нерідко потребують значних засобів та складного обладнання.Більше того, до зниження якості ізоляторів можуть призвести порушення технологічного режиму, виявити які у готовому виробі існуючими засобами вкрай важко, а стандартизованими випробувальними процедурами просто неможливо.

Як приклад можна зазначити аномально високу забруднюваність опорних полімерних ізоляторів у деяких районах Південної Карелії. Карельський перешийок та Південна Карелія – це територія на північ від Санкт-Петербурга, обмежена Фінською затокою Балтійського моря та Ладозьким озером. Тут розташовано низку населених пунктів, а також промислові підприємства із заготівлі лісу та видобутку граніту. Енергопостачання цих об'єктів здійснюється за повітряними лініями електропередачі 110 кВ та розподільними мережами 35 і 10 кВ за допомогою ряду знижувальних підстанцій.

Починаючи з 2002 року, деякі з цих підстанцій були забезпечені опорними полімерними ізоляторами (ОПІ) 35 та 110 кВ, що виконують функції шинних опор, а також опорно-поворотних елементів у роз'єднувачах горизонтально-поворотного типу РНД та РНДЗ (рис. 1). Загалом на п'ять обстежених під час виконання цієї роботи підстанціях системи ВАТ «Кареленерго» встановлено понад 300 ОПІ, причому заміна традиційних фарфорових ізоляторів на полімерні відбувалася щорічно практично однаковими партіями. В експлуатації знаходяться ОПІ чотирьох різних українських виробників. Частина ОПИ виготовлена методом пореберного складання, а інша частина – методом виливка. Захисна оболонка ОПІ світло-сірого та синього кольору виготовлена з кремнійорганічної гуми високотемпературної вулканізації (HTV).

АНОМАЛЬНІ ЗАБРУДНЕННЯ ОПІ

У процесі експлуатації було відмічено, що з часом встановлені ОПІ покриваються забрудненнями,що складаються з окремих плям чорного кольору діаметром до 20 мм. На рис. 1 видно лише нижні поверхні ребер, проте забруднення однаково покривають і верхню поверхню, концентруючись на зовнішній периферії ребер. Вертикальні циліндричні поверхні забруднені трохи меншою мірою. Поступово збільшуючись у розмірах, на деяких ОПІ за п'ять років експлуатації плями забруднень покрили поверхню полімерної захисної оболонки суцільним шаром, що викликало необхідність спеціальних робіт із очищення цих ізоляторів.

Наявність та концентрація забруднень не пов'язані з орієнтацією поверхні щодо зовнішнього електричного поля або щодо троянди вітрів, не залежать від розташованих поруч предметів чи області переважної освітленості. Оскільки аналогічні процеси виникнення плям мають місце усім ОПИ різною мірою, спостереження не дозволили також пов'язати забруднюваність ОПИ з будь-якої з фірм-виробників. Найбільш дієвим встановленим експлуатаційним фактором, що впливає на забруднюваність ОПІ, є тривалість експлуатації: чим вона більша, тим сильніше збільшуються розміри, щільність почорніння та концентрація плям забруднень. Крім того, була відзначена залежність інтенсивності забруднень ОПІ від відстані до місця проведення кар'єрних (у тому числі вибухових) робіт на гірничо-добувному підприємстві з видобутку граніту: найбільше сильно забруднених ізоляторів та найбільший ступінь забруднення спостерігаються на підстанції № 93 «Кар'єрна» на відстані 1,5-2 км від місця проведення робіт. На підстанції «Лахденпохья», розташованій на відстані понад 30 км від місця гірничих розробок, рівень забруднення ОПІ загалом помітно нижчий.

Важливо зауважити, що на низці ізоляторів зазначеноЗначна відмінність забруднюваності ребер: поруч із ребрами, покритими плямами забруднень, є ребра, майже вільні від забруднень (рис. 1). У всіх випадках ця відмінність спостерігалася виключно на ізоляторах, виготовлених за методом пореберного складання, що експлуатуються протягом найбільш тривалого часу (випуск 2002, експлуатація з 2003). На ізоляторах, виготовлених методом лиття, такого немає. При цьому щільність забруднень на ребрах відповідає загальній зазначеній вище тенденції до посилення забруднюваності при збільшенні тривалості експлуатації, тоді як чисті ребра явно випадають із цієї залежності, зберігаючи свій вихідний чистий стан значно краще, ніж інші ізолятори, встановлені пізніше. Забруднення у вигляді плям також дуже незначні (практично відсутні) на поверхні розміщених поруч порцелянових опорних ізоляторів, незважаючи на те, що в експлуатації вони знаходилися набагато довше (10–15 років). Загалом загальний рівень забруднення фарфорових опорних ізоляторів значно нижчий, ніж у полімерних.

Незважаючи на наявність забруднень, поверхня ОПІ повністю зберігає гідрофобність: вода концентрується на ній у вигляді відокремлених крапель, у той час як на фарфорових ізоляторах утворює рівну плівку. Гідрофобність поверхні ОПІ була повністю відновлена навіть після випробувань на трекінгоерозійну стійкість, пов'язаних із тривалим впливом електричної дуги. При цьому високою гідрофобністю володіє не тільки власне поверхня полімерного матеріалу, але і забруднення, що виникли на ній, що є проявом відомої властивості силіконової гуми передавати гідрофобність. Це пояснюється складною молекулярною структурою матеріалу, у складі якого присутні, поряд із міцноюполімерними гратами, легкі, не пов'язані з нею молекули. Вони, володіючи здатністю до дифузії, переміщаються всередині захисного шару, виходять на поверхню і обволікають частинки, що знаходяться на ній. Таким чином, забруднення, що спостерігаються в даному випадку, виявляються гідрофобними в такій же мірі, як чиста поверхня матеріалу захисної оболонки.

При випробуваннях на трекінгоерозійну стійкість відповідно до ГОСТ 27473-87 за класом 4,5 кВ, зразки матеріалу захисного покриття були піддані інтенсивному впливу частковими дужками, причому показали високу стійкість. Руйнування поверхні мають явно виражений ерозійний характер без утворення треку, що проводить, і мінімальні масштаби. Сліди ерозії на поверхні мають форму канавки глибиною не більше 0,3 мм та шириною 1,5–2,5 мм. В ході випробувань експлуатаційні забруднення в місцях стікання потоку електроліту були частково змиті, при цьому оголилася гладка чиста поверхня зразка, а забруднення збереглися тільки в окремих точках діаметром не більше 100 мкм. Під час випробувань та за отриманими результатами не було вказівок на фіксацію поверхневих розрядів на слідах експлуатаційних забруднень. Результати випробувань показали, що матеріал покриття задовольняє нормативним вимогам, що висуваються незалежно від відсутності або наявності забруднень.

Збереження високої експлуатаційної якості поверхні ОПІ підтверджується відсутністю інформації про підвищену інтенсивність перекриттів забруднених ізоляторів, оскільки єдиною вказівкою на їхню відмінність від «чистих» ізоляторів є факт появи забруднень, але не підвищена аварійність, пов'язана з перекриттями.