Технические и экономические преимущества изоляторов

Технические и экономические преимущества
изоляторов RODURFLEX® из силиконовых каучуковых
композитных материалов в сравнение со стеклянными
типами изоляторов
Доктор Йенс M. Зайферт
Директор службы исследований, разработок и качества
Фирма «Lapp Insulator GmbH»
Вунзидель, Германия
Развитие технологии изоляторов в Европе
1910
1923
Стержень из
стекловолокна
Химические
соединенная
соединительная
поверхность
Оболочка из
силиконового каучука
Юбка из силиконового
каучука, вулканизир.
при выс. температуре
Герметик из
силиконового каучука
Арматура
1965
3-Силиконовый
каучук (3мм)
1-Литая смола со
стекловолокном
1938
Технология производства
Полимер/композитный материал
Растягивание стекловолоконных стержней
Шлифование стержней
Экструзия
Процесс вулканизации - 1 этап
(вулканизация стекловолоконного стержня с композитом)
Процесс вулканизации – 2 этап
(вулканизация «юбок» со стержнем)
Герметизация арматуры
(использование специально разработанного герметика)
Изоляторная система из
композитных материалов
Rodurflex®
45 – летний опыт эксплуатации
С 1967г.
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Модульная система RODURFLEX®
Модульная система
различной длины,
различных форм
изолятора и
размеров ...
Всевозможные типы
концевых соединений
для всех уровней
механической нагрузки
Изоляторы RODURFLEX®
могут быть разработаны
для всех рабочих условий в
любых погодноклиматических зонах
Введение
Конструкция изолятора Rodurflex® поколения III
Электромеханически и Силикон, вулканизированный
химически стойкое
при высокой температуре
стекловолокно
внедрено с 1979г.
Внедрено с 1983 г.
Химическое
сцепление
Силикон,
вулканизированный при
высокой температуре
внедрен с 1979г.
Кованая
сталь
с 1985г.
Метастабильный
силиконовый
герметик с 1982г.
Свойства композитных изоляторов поколения III
Устойчивый к хрупкому разрушению, армированный стекловолокном
стержень,электрохимически и механически стойкий/эпоксидная
основа с 1983 г.
Корпус из вулканизированного при высокой температуре силикона –
Химически сцепленные соединительные поверхности с 1979 г.
Концевые соединения обжимного типа из кованой стали(C45E) с 1983г.
Метастабильный силиконовый герметик с 1981 г.
Конструкция без существенных изменений с 1981 г. (опыт
эксплуатации)
Постоянная система управления качеством на всех стадиях
технологического процесса с 1982 г. в соответствии с ISO 9001
Поколение III: Эксплуатируются в всем мире
Вплоть до Um=1100кВ
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Почему длинностержневые
композитные изоляторы?
По сравнению с типом изоляторов «шапка и стержень»
длинностержневые композитные изоляторы обладают следующими
преимуществами:
• Лучшая изолирующая способность в условиях загрязнения
• Не происходит коррозия
• Не пробивается
• Абсолютная устойчивость к вандализму
• Снижение радиопомех
• Снижение веса
• Не требуется мойка
• Не требуются уход и обслуживание
• Уменьшение утечки тока
• Большие преимущества в плане стоимости эксплуатации: намного выше общий
срок службы, ниже общие издержки
Введение
Предотвращение загрязнения- Профили сброса
Предотвращение загрязнения – Гидрофобный механизм переноса
(изоляторы «Родурфлекс»), CIGRE D1.14
•
Слой загрязнения
отталкивается
водой
• Слабая утечка тока
• Малый риск
поверхностного пробоя
• Нет коррозии из-за тока
утечки
• Нет потерь при
передаче
• Не требуется чистка
Проф. Киндерсбергер (1989)
Предотвращение загрязнения - Сравнение
Необходимая геометрическая длина пути утечки тока обеспечивает те же электрические
показатели в условиях загрязнения
(KIWIT 1970: „Практический опыт работы изоляторов на открытом воздухе)
Композиты из силиконового каучука Фарфор с длинным стержнем Изолятор из стекла/фарфора
75%
-45%
100%
120%
отзывы
ВЫВОД: Работающие при тех же условиях загрязнения изоляторы из силиконо-каучуковых
композитных материалов требуют лишь 40..45% от длины пути тока утечки стеклянных/
фарфоровых изоляторов. Благодаря этому силиконо-каучуковые композитные материалы
более экономичны и могут выдерживать на 2 уровня класса загрязнения выше чем стекло.
Предотвращение загрязнения – Динамика гидрофобного/
водоотталкивающего механизма переноса основания (CIGRE D1.14)
s = 0.15
0.30
0.45
0.60
Угол смачивания  [град]
0.75
0.90
Толщина слоя S [мм]
Время [дней]
Проф. Киндерсбергер (1989)
Динамика и продолжительная стабильность гидрофобного/
водоотталкивающего механизма переноса (композитный материал из
силиконового каучука)
Предотвращение загрязнения - Гидрофобный механизм
переноса и издержки в течение срока службы
Высчитано на предприятия «Powerlink», Австралия
КОРРОЗИЯ - Датский пролив Скагеррак: Кристианзанд Кваернес 362кВ (Норвегия)
Коррозия
> 10 лет
Электролитические
эффекты
Коррозия
стержня
Увеличение
связующих
Коррозия стержня
Стеклянные/ фарфоровые
изоляторы: не гидрофобная
поверхность большой ток
утечки  компонент пост. тока в
токе утечки  гальванический
элемент КОРРОЗИЯ стержня
Композиты из силиконового
каучука с гидрофобным
механизмом передачи и
гидрофобной поверхностью: не
гидрофобная поверхность 
очень слабый ток утечки нет
компонента пост. тока в токе
утечки  не гальванический
элемент НЕТ ПРОБЛЕМ
На порядок более высокие
затраты на техобслуживание
и ремонт.
Значительно меньший в
сравнение с «Родурфлекс»
фактический срок службы
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Изоляторы
«Родурфлекс» из
композитных
материалов имеют
малый вес
=> низкие издержки
на транспорт и
монтаж
Введение
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Преимущества изоляторов «Родурфлекс» из
композитных материалов
•
Малый вес
=> Небольшие издержки на транспортировку и установку
•
Полимерный корпус устойчив к ударным воздействиям
=> Небольшой риск повреждения во время установки
•
Очень эластичный=> Не чувствителен к нагрузкам на изгиб
•
Компактная конструкция, т.е. единая конструкция вплоть до самых
больших расстояний
•
Нет проблем с вандализмом, т.e. Устойчив к выстрелам
•
В случае корпуса из силиконового каучука не требуется мойка
=> Низкие издержки на уход и обслуживание
•
В случае корпуса из силиконового каучука снижена утечка тока
=> Малый риск поверхностного пробоя
=> Снижение потерь в линии электропередач
•
=> Отсутствие коррозии
•
=> На 40…45% меньше утечка по поверхности, чем у стеклянных/
фарфоровых изоляторов
•
=> Не требуется мойка/ чистка
Введение
Сравнение оценки срока службы стеклянных изоляторов
и композитных изоляторов «Родурфлекс»
45a
Главные преимущества(Резюме):
Свойства загрязнения
Малый вес
Нет поверхностного пробоя при слишком сильном загрязнении – превосходные
изоляционные характеристики благодаря гидрофобному/ водоотталкивающему
механическому переносу, силиконовый каучук противостоит уровню загрязнения,
в то время как все остальные изоляторы не справляются с этим
Экономия
издержек, уход +
Не требуется мойка/ чистка при любом уровне загрязнения
Экономия
издержек, уход +
Гидрофобный/ водоотталкивающий механизм переноса => низкие потери при
передаче
Экономия
издержек, уход +
Гидрофобный/ водоотталкивающий механизм переноса => Слабый ток утечки=>
Нет компонента постоянного тока => нет коррозии
Оценка срока
службы, срок
службы, уход +
Возможные варианты реализации компактных линий (короткие гирлянды,
разделители фаз, изоляционные траверсы, опоры ЛЭП со связями жесткости)
Право прохода,
экологичность,
экономия
издержек
Экономия
издержек
Экономия
издержек
Простота монтажа и выполнения действий, низкие транспортные издержки
Возможны изоляционные решения для сверхвысокого напряжения и
ультравысокого напряжения (800кВ пост. тока 1200кВ переменного тока)
Высокая прочность/
ударная прочность/
высокая прочность на
изгиб
Устойчивость к вандализму
Оценка срока
службы, срок
службы, уход +
Нет проблем с перемещением динамической нагрузки ( двойные цепи)
Оценка срока
службы, срок
службы, уход +
Окончательный вывод:
Применение стеклянных
изоляторов
Изолирующие способности:
Стеклянные
шапки
Фарфоровые
длинные стержни
Силиконовый композит RODURFLEX,
вулканизирован при высокой температуре
Испытание в солевом тумане IEC 62217: испытание 1000ч
Сквозная проводящая дорожка (CD)
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Принципиальная конструкция
композитных изоляторов
1. Корпус полученный методом экструзии +
предварительно обработанные юбки изолятора
На первом этапе армированный стекловолокном стержень
покрывается бесшовной оболочкой расходом дутья в
процессе экструзии. Предварительно подготовленные юбки
надеваются на корпус с помощью скользкой
вулканизационной массы. Можно легко изменять
количество юбок, конструкцию юбок, как и расстояние
между юбками изолятора. Происходит вулканизация друг с
другом юбок и корпуса при повышенной температуре,
образуя химически связанный, бесшовный корпус.
2. Формовка одиночным впрыском
Армированный стекловолокном стержень устанавливается
между двумя половинками формы. Материал
впрыскивается в форму и происходит вулканизация. После
отверждения корпус можно достать из формы. У длинных
изоляторов корпус можно изготавливать шаг за шагом
описанным образом.
Конструкция 1
Конструкция 2
Введение
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Процесс
производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Склад
стекло
Получение
одноосно
ориентирован
ного стержня
из волокнита
Измельчение Экструзия
Вулканизация
Извлечение
корпуса
смола
Печь
силикон
Сборка юбок
Формовка юбки изолятора
Соед.
арматура
Масса для
химической связки
compression of fittings
Метастабильный
силикон
vulcanisation
oven
routine test
sealing
packing
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Процесс производства изоляторов Rodurflex®
Обеспечение
прозрачными стержнями
Визуальное качество
Получение одноосно ориентированного волокнистого, усиленного
стекловолокном пластика для стержней с высокой электрохимической и
химической стойкостью
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Экструзия сплошного силиконового корпуса,
вулканизированного при высокой температуре
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Характеристики автомата литья
силиконового каучука под давлением:
• Усилие смыкания: 5000 кН
• 2 нагревательные+ смыкаемые плиты:
710x1050 мм
• Удельное давление впрыска: 2160 бар
• Объем впрыска :
5200 cм³ ( 8 кг силикона)
• Скоростная система из двух
пресс-форм
Литье под высоким давлением юбок изоляторов
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Система модулей RODURFLEX®
Номинальная
механическая нагрузка
Ø стержня/ мм
120 кН
16/22
310 кН
450 кН
24/30
37/43
Ø юбки
Конструкция
юбки
126 мм
А
160 мм
А
130 мм
U
170 мм
U
138 мм
А
168 мм
А
138 мм
U
178 мм
U
147 мм
А
181 мм
А
151 мм
U
191 мм
U
Аэродинамика (A)
Рифление
снизу (U)
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Монтаж юбок
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Продолжительность в
зависимости от объема
изоляторов
Температура около 200°C
Вулканизация
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Обжатие соединительной
арматуры
Процесс производства
Изоляторная система Rodurflex® из композитных материалов
Герметизация
Процесс производства
Эрозионная стойкость- % тригидрата алюминия
Эксплуатационные характеристики под открытым небом силиконовых
композитных материалов
Вулканизация при высокой
температуре RODURFLEX
Дугостойкость и эрозийная стойкость
Водоотталкивающая
способность
30-35% PDMS
60-70% ATH
Раб. характеристики
под открытым небом
Слишком сильное заполнение
PDMS =Полидиметиловый силоксан
ATH= Тригидрат алюминия
RTV2/LSR
41% PDMS
58% ATH
0% PDMS
100% ATH
80% PDMS
10% ATH
Содержание тригидрата алюминия в % веса
100% PDMS
0% ATH
Содержание силикона в % веса
Материал фирмы Lapp 3160
Методы испытаний
A. Материал
B. Изоляторы
C. Испытательные станции
HV
0
Rotation in 90 steps
Suspension type insulator
Energized
period
Cooling
period
Grounded insulator
support wheel
Drip period
Salt water
Dip period
IEC 62217
IEC 60587
IEC 61621
KIPTS
Эрозийная стойкость(IEC 60587, HK: VDE 0441)
IEC 60587 mod, вариант U
IEC 60587 mod, вариант 
Эрозийная стойкость – Проверенные результаты
испытаний
Жидкий силиконовый каучук
Вулканизация при выс. темп.
IEC 61621 (HL: VDE 0441): Результаты отбраковочных испытаний
Вулканизация при выс. температуре
Жидкий силиконовый каучук
Конструкция корпуса (Профили юбок изолятора)
Изоляционные характеристики – коэффициент запаса по пределу
текучести
p
s
s/p  1.0
Ток утечки
Устойчивость
к дуговому
разряду
Материальный ущерб
Граница повреждения
Длина пути тока утечки изолятора
MOSS LANDING 550 кВ
США, Монтерей, Калифорния
Испытательная станция 550кВ / Испытательные линии
электропередачи(„натуральный масштаб“)
Исследование конструкции –KIPTS – ESKOM- RSA
* s/p: в соответствии с IEC 60815 для чередования юбок
** s/p: если высчитывается между большой и малой юбкой
s: расстояние между юбками в соответствии с IEC 60815
h1: длина соединения (IEC 60815)
cd: длина тока утечки (IEC 60815)
р: выступ юбки (IEC 60815)
Исследование конструкции– KIPTS 2007/2008/2009
Испытательная станция
изоляторов
Koeberg (KIPTS)
145кВ
Профили юбок/ корпуса изолятора: почему рифление снизу
при чрезмерном загрязнении?
• Неглубокое рифление снизу приводит к
большому пути тока утечки
• Рифление снизу - это “удлинение
утечки“
• Рифление снизу дает защиту пути тока
утечки
• коэффициент отношения выступа/
углубления = 1.0 достигается при
рифлении снизу
• коэффициент отношения выступа/
углубления = 1.0 предотвращает эффекты
дуги и эрозии
• Хорошо отводимая изоляция = 1.0
• Превосходный опыт эксплуатации (ЮАР,
ОAE, США, Европа)
Ток утечки в течение 1000ч испытания в солевом тумане
Исследования и разработки: Поколение IV: Оптимизация материалов и конструкции
Поколение IV
1. Содержание тригидрат
алюминия 
Стандарт
2. Содержание компонента со
слабой молекулярной массой 
3. Спец. технология
вулканизации и «сшивания»
Исследования и разработки : Новая конструкция и средства разработки
Метод конечных элементов: Исследования и разработки: Средства
проектирования
Исследования и разработки. Полевые расчетные целые цепи/ комплекты (HSU Гамбург)
Стандарты
Расчет профиля юбок/ загрязнения
IEC 60815
Большое спасибо за внимание:
Вопросы?