Линии электропередачи 345 кВ и выше - Испытание загрязнений

1. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Методы испытания загрязнений можно грубо разделить на три категории: при соленом тумане, при влажном загрязнении, при чистом тумане. Краткое описание каждого метода приведено в табл. 6.4.1. Существенное различие указанных методов испытаний зачастую приводит к противоречивым результатам. Например, изолятор, имеющий высокие показатели при одном виде испытаний, может иметь худшие показатели при другом.
Обоснованность метода испытания. Любой метод испытаний должен соответствовать действительным условиям загрязнения. Однако из-за невозможности имитировать полностью все естественные условия это требование должно относиться только к наиболее важным условиям, определяющим поверхностный пробой изоляции. В принятых методах испытаний имеют место существенные различия в выборе состояния поверхности изолятора. Как следует из табл. 6.4.1, испытания в соленом и чистом тумане, а также все виды испытаний при увлажненном загрязнении производятся с учетом того, что поверхность загрязненного изолятора в момент приложения напряжения увлажнена и обладает проводимостью, хотя в некоторых испытаниях при чистом тумане производится увлажнение туманом сухих изоляторов, находящихся под напряжением. Различные условия также принимаются при выборе способа нанесения загрязнения на поверхность изоляторов.

Например, при испытаниях в соленом тумане загрязнение наносится на изоляторы одновременно с влагой, в то время как при других способах испытаний они наносятся в разные периоды времени.
Методы испытаний, применяемые на практике. Способ испытаний, полностью имитирующий действительные условия эксплуатации, по многим причинам является неприемлемым. С инженерной точки зрения исследования должны проводиться в течение ограниченного времени, определяемого сроками строительства. Изготовители обращают особое внимание на воспроизводимость результатов испытаний. Электрическая прочность не должна меняться во времени и в зависимости от лаборатории. Поэтому для ограничения разброса результатов испытаний желательно иметь упрощенный способ их проведения. В основном упрощения должны снизить длительность испытаний и их стоимость (последнее особенно важно). Значение этой проблемы возрастает с увеличением длины гирлянд изоляторов, т. е. с увеличением напряжения.
Метод испытания загрязнений разработан на основе компромиссного решения всех вышеперечисленных требований. Любой метод, конечно, имеет недостатки. При некоторых способах испытаний при влажных загрязнениях удовлетворяются требования простоты и воспроизводимости результатов. Кроме того, они являются наиболее тяжелыми для некоторых типов изоляторов. Однако необходимость точного воспроизведения природных условий является дискуссионной. С другой стороны, метод, имеющий исследовательский характер, более сложен, имеет большую дисперсию результатов и требует большего времени. Эти проблемы неизбежно возникают при попытках повторить природные условия.
Методы испытаний. Одним из широко применяемых методов является испытание при соленом тумане [6.10, 6.11]. Этот метод в окончательном виде был предложен как результат совместной работы СЭДБ (Великобритания), ЭДФ (Франция) и ЭНЭЛ (Италия). Изолятор находится под напряжением, значение которого поддерживается постоянным в течение испытания, и подвергается воздействию соленого тумана (степень насыщения солью которого выражается в килограммах соли на 
кубический метр раствора), создающего требуемый уровень загрязнения. Применяемые значения степени насыщения обычно представляют собой ряд геометрической прогрессии в диапазоне 2,5—160 г/м3. Капли тумана распыляются сжатым воздухом через форсунку с множеством выпускных отверстий.

Рис. 6.4.1. Типы изоляторов, характеристики которых сравниваются в табл. 6.4.2.
Наибольшую степень насыщения солью, которую выдерживает изолятор в трех испытаниях из четырех при длительности каждого 1 ч, принято называть выдерживаемой засоленностью, и этот параметр рассматривают как критерий качества.
Обоснованность проведения испытаний в соленом тумане была подтверждена испытаниями с естественными загрязнениями. Был выбран ряд изоляторов различных типов (рис. 6.4.1) с целью испытания их в разных лабораториях. Затем были получены их относительные характеристики путем регистрации импульсных токов утечки на изоляторах с естественными загрязнениями. Затем те же изоляторы были испытаны способом соленого тумана и степень их качества оценена выдерживаемой степенью насыщения солью. При испытаниях в соленом тумане существует линейная зависимость между максимальным током утечки и степенью насыщения тумана солью. Поэтому сравнение характеристик изоляторов (табл. 6.4.2) проводилось по току утечки. Как видно, в основном существует хорошая корреляция между полученными результатами испытаний.
T а б л и ц а 6.4.2

Испытания при увлажненном загрязнении. В этих испытаниях изоляторы загрязняются опрыскиванием загрязняющей смесью. Напряжение прикладывается через 3—5 мин после завершения процедуры загрязнения, пока изоляторы еще влажные. В одном варианте таких испытаний напряжение поднимается до тех пор, пока не произойдет поверхностный пробой, в другом оно равномерно увеличивается до предусмотренного значения и затем держится постоянным до момента, когда произойдет поверхностный пробой или поверхность изолятора высохнет и исчезнет искрение.
Обычно для загрязнения используют два типа жидкой глины. Один содержит 40 г каолина на литр воды и различное количество соли, необходимое для создания нужной плотности солевого отложения на поверхности изолятора. Другая смесь содержит материалы с высокой вязкостью и образует тонкий проводящий слой, который может длительное время стабильно сохранять состояние увлажненности. Первая смесь имеет сходство с применяемой в Японии [6.12], а вторая аналогична используемой в США [6.13]. В некоторых испытаниях выдерживаемое напряжение определяется как напряжение, которое трижды выдерживается без поверхностного пробоя. Другой используемый критерий состоит в статистическом анализе результатов, распределение которых аппроксимируется нормальным законом. При   этом за основу принимается уровень 1,6 а (5%-ная вероятность перекрытия).
Было найдено, что длинностержневые и штыревые изоляторы при загрязнении раствором с легкой или тяжелой глиной имеют относительно высокую электрическую прочность. Для раствора с тяжелой глиной это можно объяснить проводимостью поверхностного слоя, в то время как для легкой глины этого сделать нельзя. При применении раствора с тяжелой глиной на противотуманных изоляторах всех типов всегда получаются хорошие характеристики, так как в этих условиях его эксплуатационные качества улучшаются с увеличением длины пути утечки [6.14]. Метод испытания при влажном загрязнении имеет преимущества по отношению к другим методам из-за простоты его осуществления и низкой стоимости.
Метод испытаний в чистом тумане. Существуют два варианта этого метода испытаний. В первом изоляторы сначала загрязняются, высушиваются и затем увлажняются в чистом тумане. Испытуемое напряжение прикладывается к изолятору, когда сопротивление утечки достигает наименьшего значения. Этот метод главным образом применяется в ФРГ [6.15]. Он может считаться одним из вариантов метода испытаний при влажном загрязнении.
Во втором варианте напряжение прикладывается к сухому загрязненному изолятору и затем создаются условия увлажнения. Этот метод можно считать наиболее приближенной имитацией естественных условий, однако он более сложен, чем другие [6.16—6.18]. Именно этот метод применяется для ВЛ УВН, в котором для увлажнения используется пар. Процесс увлажнения поверхности изолятора при таких испытаниях является основным фактором. В условиях медленного увлажнения водяным паром, применяемого в проекте УВН, поверхностное сопротивление постепенно изменяется с изменением степени увлажнения изолятора, влажности воздуха, а также под действием тока утечки, высушивающего изоляцию [6.19]. Влияние нагрева может не проявляться, если скорость увлажнения достаточно высока и перекрывает высушивающее действие тока, утечки. Нелинейность зависимости электрической прочности изоляции от ее длины определяется наличием термоэффекта на каждом изоляторе в длинной гирлянде.
Поэтому линейность проявляется, когда применяется туман, обеспечивающий условия быстрого увлажнения [6.18]..
Обсуждение методов испытаний. Необходимо ясно понимать, чем отличаются друг от друга методы испытаний загрязненной изоляции. Каждый метод испытания имитирует различные явления. Фактор, важный для одного метода, может оказаться второстепенным для другого. Например, использование различных материалов в загрязняющей смеси иногда изменяет механизм поверхностного пробоя при испытаниях с увлажненным загрязнением. В испытаниях же в чистом тумане изменение загрязняющей смеси приводит только к изменению условий, но не изменяет механизм поверхностного пробоя. Условия увлажнения являются наиболее важным фактором при испытаниях в тумане и не являются таковым при испытаниях с влажными загрязнениями.
Методы испытаний в соленом тумане, в чистом тумане или при мокром загрязнении не могут быть взаимозаменяемыми. Поэтому не следует обсуждать уровень качества различных изоляторов, испытанных разными методами. Для практики важно выбрать метод испытаний, который хорошо имитирует условия эксплуатации.
Метод испытаний в соленом тумане не считается хорошей имитацией поверхностного пробоя при загрязнениях, присущих США, где пробои обычно происходят при отложениях загрязнений с последующим увлажнением.
Испытания при влажных загрязнениях, очевидно, являются хорошей имитацией поверхностного пробоя гирлянды изоляторов, которая была полностью увлажнена на обесточенной линии. С другой стороны, условия медленного увлажнения являются существенным компонентом при поверхностных пробоях в тумане и при росе.