close
Choose Your Site
Global
Social Focus
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2021-10-07 Происхождение:Работает
Ожидается, что производители оборудования для распределения электроэнергии поставят продукцию, которая прослужит десятилетия даже в суровых условиях эксплуатации.В случае ограничителей перенапряжения корпус защищает внутренние диски варисторов из оксида металла.Таким образом, ожидаемый срок службы разрядника тесно связан со сроком службы его полимерного корпуса.
Компаундирование подходящих полимерных материалов для применения в электрическом оборудовании является сложной задачей и часто омрачается мнением пользователей о том, что базовый полимер определяет все необходимые характеристики продукта.В действительности, производительность также сильно зависит от того, какие наполнители и добавки входят в состав базового полимера.Опыт поставщиков также играет роль в обеспечении стабильного и надежного полимерного материала.
В этом отредактированном вкладе в INMR Хейли Энгель из Hubbell Power Systems (HPS) в США рассматривается, что требуется для изготовления полимерного материала, подходящего для применения в критически важном оборудовании и компонентах, таких как разрядники распределения.
Принято считать, что единственной наиболее важной характеристикой изоляционных материалов является гидрофобность — способность водяных пленок образовывать капли и разрывать потенциальные пути тока утечки.Но полимерный корпус также является основной системой защиты электрического компонента.Это означает, что другие характеристики также должны быть приняты во внимание, чтобы гарантировать удовлетворительные долгосрочные эксплуатационные характеристики:
• Устойчивость к слежению и эрозии;
• Стойкость к УФ;
• Высокая механическая прочность;
• Низкая влагопроницаемость;
• Кратковременная и долговременная гидрофобность.
Важной характеристикой любого полимерного соединения является способность противостоять растрескиванию и эрозии, особенно в условиях загрязнения.При высоком уровне загрязнения навесы могут начать дорожать и образовывать вдоль своей поверхности электропроводящую дорожку.Наличие таких новых токопроводящих дорожек противоречит назначению изоляционного материала и может привести к короткому замыканию линии на землю.Более того, высокие токи утечки в сочетании с сопутствующим дуговым разрядом в сухом состоянии могут серьезно повредить поверхность полимера в виде эрозии.Сухая ленточная дуга генерирует озон, высокие температуры и воздействие УФ-излучения на поверхность полимера.Например, полимерный компаунд ESP™, разработанный HPS, не предназначен для трекинга.Кроме того, основа EPDM при воздействии высоких температур переходит в газообразное состояние, не оставляя токопроводящих следов.Это свойство продлевает срок службы, независимо от уровня гидрофобности.
Устройства в полимерном корпусе, такие как разрядники, подвергаются воздействию УФ-излучения в виде солнечного света, а также в результате коронного разряда или дугового разряда сухого пояса.Это может вызвать изменения на поверхности.В случае материала ESP™ во время этого процесса образуется легкое меление, которое защищает подложку от ультрафиолетового излучения.
Компоненты распределительных сетей часто подвергаются высоким механическим нагрузкам при транспортировке и установке.Поэтому очень важно, чтобы полимерный корпус был достаточно прочным, чтобы поддерживать механическую целостность.Повреждение корпусов разрядников защиты от перенапряжения, например, может привести к попаданию влаги и, в конечном счете, к отказу электросети.Кроме того, коммунальные службы по всему миру также сообщают о случаях повреждения полимерного изоляционного материала в результате клева птиц.Опыт HPS подтверждает, что материалы на основе EPDM механически прочнее и, следовательно, более устойчивы к таким повреждениям.
Низкая влагопроницаемость корпуса ОПН важна, учитывая частое воздействие дождя и влажности, а также тот факт, что попадание влаги является наиболее распространенной причиной отказа ОПН.В случае компаунда ESP™ были добавлены специальные наполнители для предотвращения накопления влаги внутри корпуса.
Гидрофобность — это способность поверхности собирать воду в шарики и снижать электрическую активность.Это свойство особенно ценно для полимеров, таких как силиконовые каучуковые материалы, низкое поверхностное натяжение которых помогает противостоять растрескиванию и эрозии.В то же время полевой опыт показал, что длительное воздействие УФ-излучения и загрязнений может привести к деградации полимерных поверхностей, значительному или даже полному снижению гидрофобных свойств.Такая временная потеря поверхностного натяжения может сделать полимерный материал уязвимым для трекинга в период до восстановления гидрофобных свойств.Идеальный полимерный корпус должен иметь либо постоянно гидрофобную поверхность, либо высокий уровень сопротивления токам утечки.
Составы, подходящие для электроизоляции, обычно состоят из 10 или более ингредиентов, которые можно разделить на три основные категории: основной полимер;наполнители, составляющие почти 50% состава;и активные добавки.Оптимизация рецептуры эластомера с использованием этих наполнителей и добавок направлена не только на достижение желаемых характеристик в полевых условиях, но и на упрощение производства.
Рис. 1: Типичный состав полимерного соединения.
Базовый полимер, из которого состоит соединение, называется эластомером.Двумя упоминаемыми здесь и наиболее широко признанными являются EPDM и силикон.Но выбор базового соединения — это только первый шаг в разработке надежного полимерного материала для электрических применений.ESP™, например, представляет собой компаунд на основе этилен-пропиленового каучука, который был разработан на основе многолетних исследований, начавшихся во время перехода корпусов разрядников от фарфора к полимеру.
Наполнители используются для поддержки базового эластомера и обычно составляют 40-60% компаунда.Существует два типа наполнителей, классифицируемых как армирующие и расширяющие.Армирующие наполнители служат для улучшения прочности на растяжение, модуля, прочности на разрыв и сопротивления истиранию компаунда.Расширяющийся наполнитель представляет собой нагружающий или неармирующий материал, используемый для улучшения требуемых свойств, таких как электрические характеристики и устойчивость к воспламенению.
Тригидрат оксида алюминия (ATH) действует как расширяющий наполнитель, который дополнительно улучшает электрические характеристики соединения.Дополнительным преимуществом является то, что при перегреве АТГ подвергается эндотермической реакции, в ходе которой он регидратируется с выделением воды.Это оставляет неорганический компонент и в процессе охлаждает поверхность, делая ее более устойчивой к повреждениям из-за дугового разряда сухой ленты.
Добавки поддерживают производственные процессы, защищая химическую связь между наполнителями и эластомером во время вулканизации.Эти материалы составляют небольшой процент от общего состава, но помогают производителям добиться однородности конечного продукта.
Комбинация вышеуказанных трех компонентов направлена на получение универсального полимера, который может противостоять факторам окружающей среды, которые в противном случае могли бы привести к порче и деградации.
После определения характеристик, необходимых для идеального полимерного материала корпуса, следующим шагом является разработка соответствующего протокола испытаний.Например, компания Ohio Brass разработала серию методов испытаний полимеров, цель которых — соотнести лабораторные показатели с долгосрочной надежностью в полевых условиях.
Полимерные соединения для применения в высоковольтной изоляции должны быть испытаны на их способность сопротивляться прослеживанию, эрозии, коронному разряду и ультрафиолетовому излучению, чтобы гарантировать долгосрочную надежность.Ключевые процедуры испытаний были определены для достижения характеристик, необходимых для подходящего материала корпуса.(Подробная информация содержится в Полимерных соединениях, используемых в Изоляторы высокого напряжения.) Таблица 1, например, описывает специальный режим испытаний, разработанный HPS, который позволяет оценивать различные материалы, чтобы обеспечить оптимальный выбор материалов для электроизоляционных приложений.
Таблица 1: Требования к лабораторным характеристикам полимерных компаундов Hubbell
Тест отслеживания Хаббелла был впервые разработан для оценки составов глазури для фарфора, а затем использовался для оценки устойчивости полимерных изоляционных материалов к отслеживанию и эрозии, а также их способности противостоять поверхностным электрическим разрядам.Этот тест предлагает метод скрининга, чтобы убедиться, что любой полимерный материал будет работать так же, как фарфор.Оценка отслеживания выполняется на прямоугольном участке формованного материала.Электроды зажимаются с противоположных сторон с определенным зазором между ними.Затем на образец подается питание и неоднократно опрыскивается проводящим раствором.Поверхностные токи между электродами нагревают и сушат образец до тех пор, пока ток не прекратится.Образец снова опрыскивают токопроводящим раствором, и эти циклы продолжаются до тех пор, пока на поверхности материала не появятся признаки карбонизации или эрозии.Такое разрушение обычно является результатом растрескивания и/или эрозии и характеризует способность полимера выдерживать суровые условия эксплуатации.
Наружная изоляция подвергается воздействию УФ-излучения от солнечного света, а также от коронного разряда и дугового разряда сухого пояса.УФ-тестирование направлено на проверку способности полимера сопротивляться поглощению этого излучения в сочетании с высокой влажностью, что в совокупности может повлиять на его диэлектрические и атмосферостойкие свойства.Эта характеристика подтверждается двумя тестами: QUV и коронным разрядом.QUV подвергает образец циклам интенсивного ультрафиолетового излучения, нагревания и влажности, в то время как испытание на коронный разряд подвергает механически напряженный образец воздействию концентрированного коронного разряда от «игольчатого» электрода.Присутствие короны состарит полимеры за счет образования УФ-излучения и озона, и прохождение этого теста демонстрирует, что во время производства имело место надлежащее химическое соединение.
Чтобы дополнительно квалифицировать полимерный состав для электрических применений, проводятся испытания на истирание и разрыв, чтобы убедиться, что материал обладает высокой механической прочностью.В случае распределительных пламегасителей необходимо также учитывать влагопроницаемость материала в сочетании с системой герметизации конечного продукта.Стандарты на разрядники IEC 60099-4 и IEEE C62.11 содержат рекомендации по обширным испытаниям всей конструкции разрядника.Эти испытания затем документируются в отчетах изготовителя о типовых испытаниях, чтобы гарантировать, что защитная функция продукта остается неизменной во время эксплуатации.
В результате требуемых критериев эффективности, а также методов испытаний для их проверки, два материала оказались наиболее подходящими для применения в качестве корпусов распределительных разрядников – EPDM и полимеры на основе силиконового каучука.Стандартные тесты Хаббелла, например, доказали свою эффективность при определении прочности материала, и эти же тесты до сих пор используются для квалификации компаундов на основе силикона и EPDM.Компания Hubbell выбрала способ смешивания силикона с EPDM для создания своего материала.Это усовершенствованный полимер, в котором используется комбинация EPDM и силикона с такими добавками, как АТН, для достижения высокого уровня устойчивости к скольжению и эрозии под воздействием короны и УФ-излучения.Этот состав также демонстрирует высокую механическую прочность и стойкость к влагопроницаемости.
Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.
