Zlomený reťazec kompozitných izolátorov, jeho príčiny a zodpovedajúce analytické metódy
V súčasnosti sa v prenosových vedeniach elektrickej siete používa veľké množstvo kompozitných izolátorov, ktoré predstavujú asi 50 percent spotreby izolátorov vedenia. Medzi nimi tvoria vyšší podiel lineárne veže. Takmer všetky lineárne veže v silne znečistených oblastiach používajú kompozitné izolátory. Kompozitný izolátor vyriešil problém preskoku znečistenia, ktorý sužuje elektrickú sieť už mnoho rokov, vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu proti vzplanutiu znečistenia, ale z času na čas sa vyskytne problém s pretrhnutím šnúry. V prípade jednostrunových strunových veží, keď sa reťazec kompozitných izolátorov zlomí, často to spôsobí pád lana, čo predstavuje obrovskú hrozbu pre sociálnu bezpečnosť. V prípade stožiarov s viacerými sériami, akonáhle sa struna zlomí, bude to mať vplyv aj na veže a iné izolátory, čo ovplyvní spoľahlivosť vedenia. Keďže sa v posledných rokoch výrazne znížil počet výpadkov spôsobených znečistením, praskanie strún sa stalo dôležitým problémom, ktorému čelia kompozitné izolátory.
Mnoho príčin vedie k prasknutiu kompozitného izolačného reťazca a existuje veľa rozdielov vo vzhľade a výsledkoch testov. Akonáhle dôjde k prasknutiu, je veľmi dôležité presne nájsť príčinu pre následnú liečbu. Zároveň by sa mali zhrnúť príčiny rozbitia, ktoré majú dôležitý význam pre izolátory, ktoré sa majú pripojiť do elektrickej siete. Preto v kombinácii s formami zlomených strún, ktoré jednotlivci kontaktovali, budeme hovoriť o príčinách zlomených strún ao tom, ako ich analyzovať a overiť. Môžu existovať dôvody pre zlomené struny, ktoré nie sú zakryté. Môžete zanechať správu alebo poslať e-mail na diskusiu.
1. Klasifikácia a lomové charakteristiky zlomených kompozitných izolátorových strún
Formy zlomených strún kompozitných izolátorov možno rozdeliť do troch kategórií: trhanie vonkajšou silou, krehké lámanie a hnilé lámanie. Medzi nimi je veľmi málo prípadov trhania vonkajšou silou a krehké lámanie a hnilé lámanie sú hlavnými typmi zlomených strún.
1.1 Trhanie vonkajšou silou
Príčinou trhania vonkajšou silou sú často extrémne silné vetry, silná námraza na vlascoch a odmrazovacie skoky.
Ako celok je mechanickou pevnosťou riadenou časťou izolátora spravidla hrdlo guľovej hlavy, to znamená, že keď je vystavená iba ťahovému namáhaniu, guľová hlava sa často zlomí ako prvá. Avšak pri kombinovanom pôsobení torzného napätia, ťahového napätia alebo tlakového napätia je spojovacia časť medzi kovovou armatúrou a jadrovou tyčou kompozitného izolátora najkrehkejšia, takže poloha zlomu ječasto umiestnené na spojovacej časti armatúry a jadrovej tyče.
Jadro tyče je vyrobené z vysokopevnostného skleneného vlákna. Pri čiastočnom poškodení a následnom roztrhnutí kombinovaným pôsobením torzného a ťahového napätia,lom jadrovej tyče je často nerovný, niektoré vlákna sú metlovité a lom nemá stopy po karbonizácii.Postava 1.
Obrázok 1 Typická zlomenina trhania vonkajšou silou
1.2 Krehký lom (napäťová korózia)
Krehký lom je hlavným typom pretrhnutia strún pri skorej aplikácii kompozitných izolátorov a proces lomu je sprevádzaný procesom korózie pod napätím.Miesto zlomu je možno vo vnútri koncoviek a blízko spojenia koncoviek a jadrovej tyče.
Najzrejmejším znakom krehkého lomu je, že väčšina lomu je plochá a hladká a rez je kolmý na os jadrovej tyče.Typická morfológia zlomeniny je znázornená na obrázku 2.
a) Plochá zlomenina
(b) Zlomenina je stupňovitá a každý stupeň je plochý.
Obr.2 Typická morfológia lomu krehkého lomu kompozitného izolátora
1.3 Zlomenina v dôsledku korózie (karbonizácia jadrovej tyče)
Zlom v dôsledku korózie sa v posledných rokoch stal hlavnou formou prasknutia strún kompozitného izolátora a jeho prasknutie je sprevádzané dlhodobým procesom vnútorného vybíjania.Zlom sa zvyčajne nachádza v blízkosti vysokonapäťového konca kompozitného izolátora.
Hlavnými vzhľadovými znakmi hnilého lomu je výrazná karbonizácia (sčernenie) jadrovej tyče a zároveň je lom nerovnomerný a zreteľná ťahanie drôtu.Typický tvar zlomu je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3 Typická morfológia lomu krehkého lomu kompozitného izolátora
2. Príčiny a proces vývoja zlomených strún
Spomedzi troch typov zlomených strún je pravdepodobnosť pretrhnutia vonkajšou silou extrémne malá a proces je jednoduchý a ľahko analyzovateľný v extrémnych poveternostných podmienkach. Preto tento článok iba predstavuje príčiny, proces vývoja a metódy analýzy krehkého lomu a hnilého lomu.
2.1 Krehký lom
Krehký lom je vo všeobecnosti sprevádzaný procesom korózie pod napätím. Izolátor nesie hmotnosť drôtu a je pod napätím. Keď jadrová tyč z nejakého dôvodu vstúpi do kyslej kvapaliny, kyslá kvapalina koroduje jadrovú tyč. Jadrová tyč, ktorá nie je odolná voči kyselinám, používaná v prvých kompozitných izolátoroch, je pod napätím. Pri kombinovanom pôsobení korózie sa v jadrovníku postupne objavujú trhliny a trhliny sa postupne rozširujú, až zostávajúca jadrová tyč neznesie ťahovú silu a nezlomí sa.
Z vyššie uvedeného je zrejmé, že existujú dve hlavné podmienky pre krehký lom: zlyhanie tesnenia a jadrová tyč je jadrová tyč odolná voči kyselinám.Okrem toho vytváranie trhlín výrazne urýchľuje výskyt krehkého lomu. Podľa skutočných prípadov má proces vývoja krehkého lomu tieto dve kategórie:
(1) Porucha tesnenia - jadrová tyč je vlhká - vytvára sa vnútorný výboj - vzniká kyslá látka - korózia pod napätím - jadrová tyč utrpí krehký lom;
(2) Výrobné chyby ponechané na konci (klinová štruktúra) - porucha tesnenia - vstup kyslých látok do atmosféry - korózia pod napätím - krehký lom jadrovej tyče.
Klinová štruktúra potrebuje vraziť klin do konca jadrovej tyče, čo ľahko zanechá drobné praskliny v jadrovníku. Keď je utesnenie normálne, rozťahovanie drobných trhlín je veľmi pomalé. Keď tesnenie zlyhá, vyššie uvedené trhliny sa stanú východiskovým bodom korózie pod napätím. Konkrétny typ klinovej štruktúry nájdete v mojom inom článkuKonštrukcia izolátora prenosového vedenia-1 (závesný izolátor porcelánového/skleneného disku, tyčový závesný kompozitný izolátor).
a) Vnútorná klinová štruktúra
(b) Vnútorný klin je poháňaný na rozdelenie jadrovej tyče.
Obrázok 4 Vnútorná klinová štruktúra a poškodenie jadrovej tyče
Existujú tri typy porúch tesnenia:
(1)Porucha koncového tesnenia:Tesniaci tmel je prasknutý, alebo je koniec poškodený počas inštalácie, čo spôsobuje zlyhanie tesnenia.
(2)Porucha tesnenia v dôsledku poruchy plášťa:
A. Materiál plášťa je nekvalitný a plášť je skorodovaný vonkajším výbojom; na povrchu kompozitného izolátora bude v daždivom počasí korónový výboj a koniec sa ľahko spáli vysokoteplotným oblúkom, keď ho zasiahne blesk. Vo vyššie uvedených prípadoch je ľahké prasknúť, čo spôsobí navlhčenie jadrovej tyče.
B. Nesprávna konfigurácia vyrovnávacieho krúžku spôsobí silný korónový výboj a naruší plášť; ak je vyrovnávací krúžok nainštalovaný nesprávne alebo parametre nie sú správne zvolené, vysokonapäťový koniec spôsobí silný korónový výboj a dlhodobý účinok poškodí plášť a spôsobí navlhčenie jadrovej tyče.
(3) Vyskytol sa problém na rozhraní plášťa a tyčea vlhkosť vstupuje do jadrovej tyče difúziou.
2.2 Zlomenina v dôsledku korózie
V súčasnosti väčšina prevádzkovaných kompozitných izolátorov používa jadrové tyče odolné voči kyselinám, takže pravdepodobnosť krehkého lomu sa výrazne znížila a hnilé lomy sa stali hlavnou formou pretrhnutia šnúry izolátora. Rozpad je často sprevádzaný dlhodobým výbojom vo vnútri jadrovej tyče a vytvorená energia postupne spôsobuje zmenu štruktúry jadrovej tyče. Na jednej strane sa rozkladá živica, ktorá obaluje a fixuje sklenené vlákno, a štruktúra sklenených vlákien zmäkne. Na druhej strane je sklenené vlákno karbonizované a mechanické vlastnosti sú pozoruhodné. Zostupujte, kým jadrová tyč nevydrží zaťaženie a nezlomí sa.
V tomto procese sa vnútorné defekty vyvíjajú pozdĺž radiálneho smeru jadrovej tyče a tiež sa vyvíjajú v axiálnom smere a v jadrovej tyči sa vytvára vnútorný výbojový kanál a intenzita elektrického poľa na konci je extrémne veľká, čo spôsobuje aby plášť prenikol zvnútra von. Typická fotografia je znázornená na obrázku 5.
(a) Chybná expanzia vo vnútri jadrovej tyče
b) Dierovač plášťa jadrovej tyče
Obrázok 5 Chybná expanzia vnútri jadrovej tyče zlomená v dôsledku korózie
Podľa pôvodu vnútorného výboja jadrovej tyče možno rozpad rozdeliť do nasledujúcich dvoch kategórií:
(1) Porucha tesnenia - jadrová tyč je vlhká - vytvára sa vnútorný výboj - vytvára sa kyslá látka - korózia pod napätím - jadrová tyč utrpí krehký lom;
Pôvodom vnútorného výboja tohto typu zlomeniny je zlyhanie koncového tesnenia a poškodenie puzdra a dôvody sú rovnaké ako pri predchádzajúcej krehkej zlomenine.Je vidieť, že aj keď sa použije jadrová tyč odolná voči kyselinám, pokiaľ zlyhá tesnenie, struna sa stále pretrhne!
(2) V jadrovej tyči sú vnútorné defekty – prenikanie vody – výboj vytvorený vo vnútri – vznikajú kyslé látky – plášť je erodovaný – zvýšený vnútorný výboj – karbonizácia jadrovej tyče;
Vnútorné defekty jadrovej tyče sú vo všeobecnosti spôsobené zlým rozhraním jadro tyč-plášť, ako je zlé spojenie, vzduchové otvory ponechané na rozhraní atď. Zlé spojenie povedie k rozpojeniu a tvorbe vnútorných vzduchových medzier. Pre takéto prerušené reťazce existujú nasledujúce kľúčové procesy:Povrch plášťa je neporušený, ale vlhkosť vstupuje do jadrovej tyče.
3. Metóda analýzy zlomených reťazcov
Pretrhnutie struny spôsobené trhaním vonkajšou silou sa dá ľahko získať z meteorologických informácií, preto sa tu hovorí len o analýze krehkého lomu a hnilého lomu. Keď dôjde k pretrhnutiu struny, najskôr zistite, či je zlomená struna krehká alebo zhnitá podľa tvaru lomu a polohy lomu, a potom vyberte zodpovedajúcu skúšobnú položku na overenie podľa možných dôvodov uvedených vyššie.
3.1 Krehký lom
Ak je to posúdené ako krehký lom, podľa vyššie uvedeného, môže to byť spôsobené poruchou tesnenia a jadrovou tyčou neodolnou voči kyselinám, alebo to môže byť spôsobené zvyškovými výrobnými chybami na konci plus poruchou tesnenia plus kyselinovzdorná jadrová tyč.
(1) Porucha tesnenia plus jadrová tyč odolná voči kyselinám
Overenie zlyhania koncového tesnenia:Rovnaká séria výrobkov sa podrobuje skúške tesnosti, rozrezaniu zlomených tvaroviek izolátora a detekcii vnútorných komponentov hrdze.
Test utesnenia spočíva v tom, že sa na kompozitný izolátor aplikuje 70 percent menovitého mechanického zaťaženia na 96 hodín a potom sa koniec obalí penetračným prostriedkom na 20 minút. Vizuálnou kontrolou a anatómiou skontrolujte, či farbivo preniká do konca a do hĺbky prieniku. Koncové tesnenia sa považovali za prijateľné, pokiaľ hĺbka prieniku nedosiahla jadrovú tyč.
Obrázok 6 Test koncového tesnenia - anatomická kontrola hĺbky prieniku po zapuzdrení penetrantu
Príkladom je často zlyhanie tesnenia na konci. Skúška tesnenia rovnakej šarže produktov nemusí byť schopná nájsť problém. Ak však na konci dôjde k zlyhaniu tesnenia, bude trvať určitý čas, kým sa proces korózie pod napätím úplne prejaví. Vo vnútri koncoviek preto často dochádza ku korózii. Preto sú anatómia zlomeného konca izolátora a detekcia komponentov hrdze tými najpriamejšími a najúčinnejšími prostriedkami.
Overenie zlyhania tesnenia v dôsledku zlého materiálu plášťa: Vykonajte sledovanie a test elektrickej odolnosti materiálov plášťa dáždnika na rovnakej šarži produktov.
Odolnosť materiálu krytu dáždnika voči sledovaniu a elektrickej korózii spočíva v rozrezaní izolátora na plochú vzorku určitej hrúbky a vykonaní testu metódou konštantného sledovacieho napätia. Testovacie napätie je AC 4,5 kV a vzorka vydrží 6 hodín bez korózie. Skúška sa považuje za vyhovujúcu, ak hĺbka nepresahuje 2,5 mm.
Obrázok 7 Vzorky podrobené sledovaniu a testom odolnosti voči elektrickej korózii
Overenie zlyhania tesnenia plášťa spôsobeného nesprávnou inštaláciou triediaceho krúžku:Skontrolujte, či je triediaci krúžok nainštalovaný opačne, či je jeho inštalačná poloha správna a vykonajte výpočet overenia elektrického poľa na schéme konfigurácie triediaceho prstenca.
Overenie zlyhania tesnenia spôsobeného zlým rozhraním jadro-tyč-plášť:Vykonajte test priepustnosti jadrovej tyče, test difúzie vody plášťa jadrovej tyče, test zvýšenia teploty remeňa pri napájacej frekvencii, test prudkého nárastu teploty pre rovnakú dávku izolátorov Test vlnením, pitva.
Overenie odolnosti jadrovej tyčinky voči kyselinám:Vykonajte skúšku odolnosti jadrovej tyče voči kyselinám pre rozbité izolátory alebo výrobky z rovnakej šarže.
Skúška odolnosti jadrovej tyče voči kyselinám spočíva v odlúpnutí časti plášťa izolátora, aby sa jadro tyče odkrylo, a potom sa po rozomletí obalí 1 mol/l kyselinou dusičnou a súčasne aplikuje určité napätie počas 96 hodín. . Hodnota napätia je súčinom plochy jadrovej tyče a 300 MPa, napríklad 96h. Potom, čo jadrová tyč nie je poškodená a na povrchu nie je žiadna významná trhlina, sa predpokladá, že jadrová tyč je potrebná na odolnosť voči kyselinám. (Tiež známa ako jadrová tyč odolná voči kyselinám)
Podrobnejšie informácie o metódach a kritériách vyššie uvedených testov nájdete v časti „GB/T 19519-2014 Definícia, testovacie metódy a akceptačné kritériá pre izolátory nadzemného vedenia s nominálnym napätím nad 1000 V pre AC systémy so zavesením a ťahom Kompozitné izolátory“.
(1) Zvyškové výrobné chyby na konci plus zlyhanie tesnenia plus jadrová tyč odolná voči kyselinám
Overenie zlyhania tesnenia a jadrovej tyče neodolnej voči kyselinám je rovnaké ako vyššie. Konečné výrobné chyby je možné overiť záťažovou skúškou mechanického poškodenia tej istej šarže produktov, ale konečné výrobné chyby sú často ojedinelé prípady a je ťažké presne vysledovať zdroj prostredníctvom testu. Môže jej pomôcť koncová štruktúra a poloha zlomeniny. Ak má koniec klinovú štruktúru a zlom sa nachádza vo vnútri koncovej armatúry a je blízko ku koncu hnaného klina, znamená to, že existuje väčšia možnosť výrobných chýb vo vnútri.
3.2 Zlomenina v dôsledku korózie
Ak je to posúdené ako krehký lom, podľa vyššie uvedeného môže byť spôsobené vnútorným dlhodobým výbojom spôsobeným poškodením tesnenia, alebo môže byť spôsobené vnútornými defektmi jadrovej tyče, ktorá eroduje cez plášť zvnútra smerom von, čo spôsobí vnútorné dlhodobé vybitie, ktoré spôsobí pretrhnutie struny.
(1) Poškodenie tesnenia plus vnútorné dlhodobé vybitie
Metóda overenia zlyhania koncového tesnenia a poškodenia plášťa je rovnaká ako v predchádzajúcej časti 3.1.
Ak sa zistí, že na tyči jadra je diera, bude kľúčové posúdiť, či je diera spôsobená vonkajšou príčinou, ktorá vedie k zlyhaniu tesnenia plášťa, alebo je spôsobená vnútorným defektom a perforáciou. Môžeme vychádzať z rozdielu v zložení medzi vnútornou a vonkajšou stranou otvoru. Všeobecne platí, že strana s vyšším podielom karbonizovaných komponentov má vyššiu pravdepodobnosť skoršieho začiatku vybíjania a je pravdepodobnejšie, že otvor začne z tejto strany.
(2) Chyby vo vnútri jadrovej tyče
V posledných rokoch sa vyskytli prípady vnútorných defektov jadrovej tyče, spôsobených najmä zlým rozhraním jadrovej tyče a obalu.Overenie chybného rozhrania:Vykonajte test priepustnosti jadrovej tyče, test difúzie vody plášťa jadrovej tyče, test zvýšenia teploty remeňa s výdržou napäťovej frekvencie, test prudkého nárastu teploty pre rovnakú dávku izolátorov vlnový test, pitvu.
Skúškou priepustnosti jadrovej tyče je narezanie jadrovej tyče na vzorku s dĺžkou 10 mm, smer rezu je kolmý na jadrovú tyč, vyleštenie oboch koncov brúsnym papierom a jej umiestnenie do červeného alebo fialového metylénového roztoku. Horný koniec prenikne a meria sa čas, za ktorý roztok prenikne do jadrovej tyče nahor.
Obrázok 8 Test priepustnosti
Test vodnej difúzie jadrovej tyče s plášťom spočíva v narezaní jadrovej tyče na 30 mm dlhú vzorku, smer rezu je kolmý na jadrovú tyč, oba konce obrúsime brúsnym papierom, povaríme v 0,1-percentnom roztoku NaCl po dobu 100 hodín a potom aplikujte striedavé napätie 12 kV na 1 minútu, zmerajte zvodový prúd.
Obrázok 9 Časť testu difúzie vody
Skúška nárastu teploty remeňa s odolnosťou pri výkonovej frekvencii spočíva v privedení najvyššieho prevádzkového napätia na izolátor na 30 minút a na meranie nárastu teploty izolátora pomocou infračerveného žiarenia.
Pre test strmých vĺn sa izolátor varil 42 hodín a 25-krát sa aplikovalo impulzné napätie so strmosťou 1000 kV/us-1500kV/μs.
Pitva spočíva v odstránení plášťa nožom alebo vonkajšou silou a pozorovaní stavu povrchu jadrovej tyče po odlúpnutí plášťa.
Obrázok 10 Vzorka po pitve
Podrobnejšie informácie o vyššie uvedených testoch nájdete v časti „Definícia GB/T 19519-2014, skúšobné metódy a akceptačné kritériá pre izolátory nadzemného vedenia s nominálnym napätím nad 1000 V pre AC systémy so závesnými a ťahovými kompozitnými izolátormi“.
Po vylúčení problému s tesnením, ak je niektorý z vyššie uvedených testov výrazne abnormálny, možno usúdiť, že izolátor má pravdepodobne problémy s rozhraním.Významné abnormálne znaky každej štúdie boli:
Test priepustnosti jadrovej tyče: Skúšobný úsek jadrovej tyče prenikne metylénovým roztokom do 15 minút.
jadrová tyč s testom difúzie vody v plášti: zvodový prúd jadrovej tyče presahuje 1 mA;
Skúška zvýšenia teploty remeňa s výdržou napäťovej frekvencie: Počas laboratórneho simulačného testu je nárast teploty jadrovej tyče významný a nárast teploty sa postupne zvyšuje s predlžovaním doby tlakovania; ak ide len o mierny nárast teploty, môže sa stať, že plášť je vlhký, ale vo vnútri jadrovej tyče nie je žiadny problém.
Test strmých vĺn: vnútorný rozpad jadrovej tyče;
Pitva: Veľká plocha povrchu jadrovej tyče je priamo odkrytá.
Pokiaľ ide o posúdenie problémov s rozhraním kompozitného izolátora, viac informácií nájdete v mojom ďalšom článku:Problémy rozhrania kompozitných izolátorov a ich detekcia.