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高压直流系统复合材料和绝缘子的新标准
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高压直流系统复合材料和绝缘子的新标准

September 24, 2015 • Columns, Insulator / 绝缘子, Ravi's Column, 最近文章汇总

毫无疑问,复合绝缘子在高压直流系统的线路和设 备上的应用将日益增加。关于这方面,目前各种制 定标准的组织正在进行一系列活动。 例如,IEC技术委员会36工作组内部正在准备有关污秽 地区选择直流绝缘子的文件(非常类似于IEC 60815)。 此外,CIGRE研究委员会D1内的D1-27工作组正在制定 新的试验方法,评定诸如抗漏电起痕和蚀损性、抗电晕 和憎水性保持等材料性能,最后一个参数特别适用于诸 如硅橡胶聚合物这样的动态材料。 在此,提及一段令人记忆犹新的有趣回忆。复合绝缘子 安装在交流系统的早期阶段,主要是在硅橡胶和其它材 料之间进行比较,诸如三元乙丙橡胶(EP)和环氧树脂。 但是由于表现出了用肉眼就能看到的超强憎水性,硅橡 胶开始取代所有其它伞套材料而成为主宰者。目前,无 论是交流还是直流,就运行性能而言,日益演变为硅橡 胶材料不同配方之间的比较,当然还有产品设计。 因为有许多共同因素可以共享,IEC60587和ASTMD 2303 标准中详述的斜面法试验将作为评估直流抗漏电起痕 和蚀损性的基础。文字描述便可以了解斜面法试验的 背景。二十世纪六十年代首次引入了这种方法,当时,大 量的复合材料被考虑用于户外绝缘。材料家族中诸如聚 酯、环氧树脂、丁基橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯等都是可能 的候选者。但是,人们很快认识到,上述大多数材料都 要求加入大量的填充料才能推迟电痕的出现并且减少电 蚀损。而且,上述材料很快就变成亲水性。人造湿润剂 和高电导的电解质共同存在,一定程度地保证了材料周 围的强烈起弧活动。那些抗电痕性能脆弱的材料数小时 之内便出现故障,而能够坚持八小时以上的材料被认为 是高压户外绝缘的合适候选者。 促进将这种试验方法用在标准化中的主要特性中,包含 了试验时间短,试验设施相当简单以及试品形状也容易 制备(例如矩形试样50mm×125mm×6mm厚)。制造 商能够根据这个试验,快速决定选用或者舍弃哪种配方 的材料。在这方面,尽管试验的真正目的决不是预测最 终选定的绝缘子或外套在运行中的表现,这个试验能够 为制造商提供一个“通过或者不通过”的决定。例如,在 试验中,硅橡胶聚合物的表现通常没有高填充的三元乙 丙橡胶和环氧树脂好,但是运行的经验却得出了完全相 反的结果。 当今,众所周知,硅橡胶部件优异的运行性能是由于其 具有长期的憎水性,该特性本质上有助于消除泄漏电 流。只有取得了硅橡胶绝缘子在污秽条件下成功的长 期运行经验,才使工程师们信服,硅橡胶材料产品的试 验,必须在不同与其它材料的试验条件下进行。因此,或 者修改了试验方法,或者开发了新方法,允许憎水性损 失较低的材料,以及引入恢复期,重新恢复由于持续放 电活动而暂时失去的憎水性。然而,斜面法试验基本上
保 持 没 变 。这 表 明 ,一 旦 某 种 东 西 成 为 了 标 准 ,要 改 变 它即使并非不可能,也是很困难的。 当持续放电期间泄漏电流超过60mA时,斜面法试验 要求某种过电流保护。严重污秽的地方已经建立了几个 试验站点,迄今为止,仅有南非贝赫绝缘子污秽试验站 (KIPTS)实际记录到了如此高的电流。在该试验站的复 合绝缘子和设备上观察到的退化速度不同于任何地方, 这是广为所知的。当然,首次研发交流系统的试验时, 我们并没有奢望中的现场经验。但是现在我们已经有了 几乎40年的交流运行经验和20多年的直流运行经验, 我们无法承受重犯相同的错误。 因此,我们应该可以做到将一些绝缘子从运行中摘取下 来并送到不同的研究试验室进行分析。仅需要拇指甲般 大小的试品便可以使用最先进的诊断工具,如扫描电子 显微镜和光谱技术,检测等值附盐密度(ESDD)、灰密 (NSDD)、憎水性、接触角以及任何老化的特征。试品稍 微大一点也可以测量到潮湿表面的电阻以及硬度和拉 伸强度。可以使用整条线路或部分线路段的绝缘子评定 污秽性能、电晕起始电压和熄灭电压。这将检查绝缘子 是否完好,并为确定实验室的试验基准提供有价值的资 讯。的确,我很高兴地在韩国召开的上一届INMR国际会 议上获悉,上面提到的其中一些工作已经进行了。 评定污秽条件下的闪络电压这一课题需要进行更多的 讨论。用于瓷绝缘子的反复不定的标准以及开发的相对 较新的快速闪络方法正是目前用于评定交流线路系统 复合绝缘子的标准和方法。因此建议应该谨慎地解读试 验结果。受现实条件的限制,诸如能够得到的试品数量 ( 特 别 是 现 场 发 生 老 化 的 试 品 ) 、试 验 持 续 时 间 、难 以 对 硅橡胶绝缘子施加均匀的污秽,一般要求在一个试品上 进行多次试验。 这样的试验室条件将不能现实地表征其表面的憎水性。 硅橡胶会在电流引起的持续放电活动中产生退化,此处 电流的大小远远低于引起闪络所要求达到的电流量。多 年来的运行经验表明,多数硅橡胶绝缘子的憎水性与新 的相比没有太大差别。这种绝缘子的闪络电压并不比工 频下测到的湿闪络电压低太多。因此在近期的INMR国 际会议期间,获悉中国的硅橡胶绝缘子已经没有污秽闪 络发生令人很感兴趣,在中国,硅橡胶绝缘子在很多情 况下的泄漏距离仅仅只有瓷和玻璃绝缘子的75%。硅橡 胶绝缘子在运行中,很有可能在污秽闪络发生之前就出 现退化。迄今为止所做的材料评定试验表明,与交流相 比,直流的退化更加严重。因此,对目前正在使用的评定 硅橡胶绝缘子闪络电压的原理和方法提出质疑看来是 有价值的。
Prof. Ravi S. Gorur Arizona State University

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