Stringa spezzata di isolanti compositi, sue cause e metodi di analisi corrispondenti

Attualmente, nelle linee di trasmissione della rete elettrica viene utilizzato un gran numero di isolatori compositi, che rappresentano circa il 50 percento del consumo di isolatori di linea. Tra questi, le torri lineari rappresentano una proporzione maggiore. Quasi tutte le torri lineari in aree fortemente inquinate utilizzano isolanti compositi. L'isolante composito ha risolto il problema del flashover da inquinamento che affligge da molti anni la rete elettrica con le sue eccellenti prestazioni di flashover antinquinamento, ma il problema della rottura delle corde si verifica di tanto in tanto. Per le torri a corda singola, una volta che una serie di isolatori compositi si rompe, spesso fa cadere la linea, il che comporterà un'enorme minaccia per la sicurezza sociale. Per le torri a palo multi-serie, una volta che la stringa si rompe, si ripercuoterà anche sulle torri e su altri isolanti, compromettendo l'affidabilità della linea. Poiché il tasso di viaggio dovuto al flashover dell'inquinamento è stato notevolmente ridotto negli ultimi anni, la rottura delle corde è diventata un problema importante affrontato dagli isolanti compositi.

Molte cause portano a una stringa isolante composita rotta e ci sono molte differenze nell'aspetto e nei risultati dei test. Una volta che si verifica la rottura, è molto importante trovare con precisione la causa per il trattamento successivo. Allo stesso tempo vanno riassunte le cause della rottura, che hanno un significato importante per gli isolatori da collegare alla rete elettrica. Pertanto, insieme alle forme di corde rotte che sono state contattate dai privati, parleremo delle cause delle corde rotte e di come analizzarle e verificarle. Potrebbero esserci ragioni per le corde rotte che non sono coperte. Siete invitati a lasciare un messaggio o inviare un'e-mail per discutere.

1. Classificazione e caratteristiche di frattura delle corde isolanti composite rotte

Le forme a corda spezzata degli isolanti compositi possono essere suddivise in tre categorie: lacerazione da forza esterna, rottura fragile e rottura marcia. Tra questi, ci sono pochissimi casi di strappo da forza esterna e la rottura fragile e la rottura marcia sono i principali tipi di corde rotte.

1.1 Strappo da forza esterna

Le cause dello strappo da forza esterna sono spesso venti estremamente forti, forte formazione di ghiaccio sulle linee e salti di sbrinamento.

Nel complesso, la parte dell'isolante a resistenza meccanica controllata è generalmente il collo della testa sferica, cioè quando è sottoposta solo a sollecitazioni di trazione, la testa sferica è spesso la prima a rompersi. Tuttavia, quando sottoposta all'azione combinata di sollecitazione torsionale, di trazione o di compressione, la parte di collegamento tra il raccordo metallico e l'asta centrale dell'isolante composito è la più fragile, quindi la posizione di frattura èspesso situato nella parte di collegamento del raccordo e dell'asta centrale.

L'asta centrale è realizzata in fibra di vetro ad alta resistenza. Quando è parzialmente danneggiato e poi lacerato sotto l'azione combinata di sollecitazione torsionale e sollecitazione a trazione,la frattura dell'asta del nucleo è spesso irregolare, alcune fibre sono a forma di scopa e la frattura non presenta tracce di carbonizzazione.Figura 1.

Figura 1 Tipica frattura da lacerazione da forza esterna

1.2 Frattura fragile (corrosione da sforzo)

La frattura da fragilità è il tipo principale di rottura delle corde nella prima applicazione di isolanti compositi e il processo di frattura è accompagnato da un processo di tensocorrosione.La posizione della frattura è possibilmente all'interno dei raccordi terminali e vicino al collegamento dei raccordi terminali e dell'asta centrale.

La caratteristica più ovvia della frattura fragile è che la maggior parte della frattura è piatta e liscia e la sezione è perpendicolare all'asse dell'asta centrale.La tipica morfologia della frattura è mostrata nella Figura 2.

(a) Frattura piatta

(b) La frattura è a gradini e ogni gradino è piatto.

Fig.2 Tipica morfologia della frattura della frattura fragile dell'isolante composito

1.3 Frattura per corrosione (carbonizzazione dell'asta centrale)

La frattura dovuta alla corrosione è diventata negli ultimi anni la principale forma di rottura delle stringhe di isolanti compositi e la sua rottura è accompagnata da un processo di scarica interna a lungo termine.La frattura si trova generalmente vicino all'estremità ad alta tensione dell'isolante composito.

Le principali caratteristiche estetiche della frattura marcia sono una significativa carbonizzazione (annerimento) dell'asta centrale e, allo stesso tempo, la frattura è irregolare e vi è un'evidente trafilatura.La tipica forma della frattura è mostrata nella Figura 3.

Figura 3 Tipica morfologia della frattura della frattura fragile dell'isolante composito

2. Cause e processo di sviluppo delle corde rotte

Tra i tre tipi di corde rotte, la probabilità di strappo da forza esterna è estremamente ridotta e il processo è semplice e facile da analizzare in condizioni meteorologiche estreme. Pertanto, questo documento introduce solo le cause, il processo di sviluppo e i metodi di analisi della frattura fragile e della frattura marcia.

2.1 Frattura fragile

La frattura fragile è generalmente accompagnata dal processo di tensocorrosione. L'isolatore sopporta il peso del filo ed è in tensione. Quando l'asta del nucleo entra nel liquido acido per qualche motivo, il liquido acido corroderà l'asta del nucleo. L'asta centrale non resistente agli acidi utilizzata nei primi isolanti compositi è sotto tensione. Sotto l'azione combinata della corrosione, le crepe compaiono gradualmente nell'asta del nucleo e le crepe si espandono gradualmente fino a quando l'asta del nucleo rimanente non può sopportare la forza di trazione e si rompe.

Da quanto sopra si può vedere che ci sono due condizioni principali per la frattura fragile: il cedimento della guarnizione e l'asta del nucleo è un'asta del nucleo non resistente agli acidiInoltre, la generazione di crepe accelera notevolmente il verificarsi di fratture fragili. Secondo i casi reali, il processo di sviluppo della frattura fragile ha le seguenti due categorie:

(1) Rottura della sigillatura - l'asta dell'anima è umida - si genera lo scarico interno - si produce la sostanza acida - corrosione da sforzo - l'asta dell'anima subisce una frattura fragile;

(2) Difetti di fabbricazione rimasti all'estremità (struttura a cuneo) - rottura della guarnizione - ingresso di sostanze acide nell'atmosfera - tensocorrosione - frattura fragile dell'asta del nucleo.

La struttura del cuneo deve guidare un cuneo nell'estremità dell'asta centrale, che è facile lasciare piccole crepe nell'asta centrale. Quando la sigillatura è normale, l'espansione delle minuscole fessure è molto lenta. Una volta che la sigillatura fallisce, le crepe di cui sopra diventeranno il punto di partenza della tensocorrosione. Il tipo specifico di struttura a cuneo può essere trovato nel mio altro articoloStruttura dell'isolante della linea di trasmissione-1 (isolatore della sospensione del tipo a disco in porcellana/vetro, isolante composito della sospensione del tipo ad asta).

(a) Struttura a cuneo interno

(b) Il cuneo interno è azionato per dividere l'asta centrale.

Figura 4 Struttura interna del cuneo e danneggiamento dell'asta centrale

Esistono tre tipi di guasti alle guarnizioni:

(1)Guasto del sigillo finale:Il sigillante è incrinato o l'estremità è danneggiata durante l'installazione, causando la rottura del sigillo.

(2)Rottura della guarnizione per rottura della guaina:

A. Il materiale della guaina è scadente e la guaina è corrosa da uno scarico esterno; ci sarà una scarica corona sulla superficie dell'isolante composito in caso di pioggia e l'estremità viene facilmente bruciata dall'arco ad alta temperatura quando viene colpita da un fulmine. Nei casi precedenti, è facile rompersi, facendo bagnare l'asta centrale.

B. Una configurazione impropria dell'anello di equalizzazione causerà gravi scariche corona ed eroderà la guaina; se l'anello di equalizzazione è installato in modo errato o i parametri non sono selezionati correttamente, l'estremità ad alta tensione produrrà una forte scarica corona e l'effetto a lungo termine danneggerà la guaina e causerà l'umidità dell'asta centrale.

(3) Si è verificato un problema all'interfaccia dell'asta del nucleo della guaina, e l'umidità entra nell'asta centrale attraverso la diffusione.

2.2 Frattura per corrosione

Allo stato attuale, la maggior parte degli isolanti compositi in funzione utilizza barre centrali resistenti agli acidi, quindi la probabilità di fratture fragili è stata notevolmente ridotta e la frattura marcia è diventata la principale forma di rottura della corda dell'isolante. Il decadimento è spesso accompagnato da una scarica a lungo termine all'interno dell'asta centrale e l'energia generata fa cambiare gradualmente la struttura dell'asta centrale. Da un lato la resina che avvolge e fissa la fibra di vetro si decompone e la struttura della fibra di vetro diventa morbida. La fibra di vetro invece è carbonizzata e le proprietà meccaniche sono notevoli. Scendere fino a quando l'asta centrale non riesce a sopportare il carico e si rompe.

In questo processo, i difetti interni si sviluppano lungo la direzione radiale dell'asta centrale e si sviluppano anche in direzione assiale, e un canale di scarica interno viene generato nell'asta centrale e l'intensità del campo elettrico all'estremità è estremamente ampia, causando la guaina per penetrare dall'interno verso l'esterno. Una foto tipica è mostrata in Figura 5.

(a) Espansione del difetto all'interno dell'asta centrale

(b) Punzone per guaina dell'asta centrale

Figura 5 Difetto di espansione all'interno dell'asta centrale rotta a causa della corrosione

In base all'origine della scarica interna dell'asta del nucleo, il decadimento può essere suddiviso nelle seguenti due categorie:

(1) Rottura della sigillatura - l'asta del nucleo è umida - si genera lo scarico interno - si produce la sostanza acida - corrosione da sforzo - l'asta del nucleo subisce una frattura fragile;

L'origine della scarica interna di questo tipo di frattura è il cedimento del sigillo terminale e il danneggiamento della guaina, e le ragioni sono le stesse della precedente frattura fragile.Si può vedere che anche se si utilizza l'asta con anima resistente agli acidi, finché il sigillo si guasta, la corda sarà comunque rotta!

(2) Sono presenti difetti interni nell'asta del nucleo - penetrazione dell'acqua - scarica generata all'interno - si generano sostanze acide - la guaina è erosa - maggiore scarico interno - carbonizzazione dell'asta del nucleo;

I difetti interni dell'asta del nucleo sono generalmente causati dalla scarsa interfaccia tra asta del nucleo e guaina, come una scarsa adesione, fori per l'aria lasciati sull'interfaccia, ecc. La scarsa adesione porterà al distacco e alla generazione di traferri interni. Esistono i seguenti processi chiave per tali stringhe interrotte:La superficie della guaina è intatta, ma l'umidità entra nell'asta centrale. 

3. Metodo di analisi delle stringhe spezzate

La corda rotta causata dallo strappo della forza esterna è facile da ottenere indizi dalle informazioni meteorologiche, quindi qui viene discussa solo l'analisi della frattura fragile e della frattura marcia. Quando si verifica una corda rotta, determinare prima se la corda rotta è fragile o marcia in base alla forma della frattura e alla posizione della frattura, quindi selezionare l'elemento di prova corrispondente per la verifica in base ai possibili motivi sopra menzionati.

3.1 Frattura fragile

Se si ritiene che si tratti di una frattura fragile, in base a quanto sopra, può essere causata da un cedimento della guarnizione più un'anima non resistente agli acidi, oppure può essere causata da difetti di fabbricazione residui all'estremità più un guasto della sigillatura più non asta centrale resistente agli acidi.

(1) Guasto della guarnizione più stelo centrale non resistente agli acidi

Verifica del guasto della guarnizione di estremità:Lo stesso lotto di prodotti viene sottoposto a test di tenuta, dissezione di raccordi isolanti rotti e rilevamento di componenti interni di ruggine.

Il test di sigillatura consiste nell'applicare il 70 percento del carico meccanico nominale all'isolante composito per 96 ore, quindi avvolgere l'estremità con un penetrante per 20 minuti. Controllare se il colorante penetra nell'estremità e la profondità di penetrazione mediante ispezione visiva e anatomia. Le guarnizioni di estremità sono state considerate accettabili fintanto che la profondità di penetrazione non raggiungeva l'asta centrale.

Figura 6 Test di tenuta finale - ispezione anatomica della profondità di penetrazione dopo l'incapsulamento del penetrante

Il fallimento della sigillatura dell'estremità è spesso un esempio. Il test di tenuta dello stesso lotto di prodotti potrebbe non essere in grado di individuare il problema. Tuttavia, se alla fine si verifica un guasto della tenuta, ci vorrà un periodo di tempo prima che il processo di tensocorrosione si verifichi completamente. Pertanto, la corrosione si verifica spesso all'interno dei raccordi terminali. Pertanto, l'anatomia dell'estremità rotta dell'isolante e il rilevamento dei componenti della ruggine sono i mezzi più diretti ed efficaci.

Verifica del fallimento della sigillatura per scarso materiale della guaina: Eseguire le prove di tracciabilità e di resistenza alla corrosione elettrica dei materiali delle guaine a ombrello sullo stesso lotto di prodotti.

La resistenza del materiale della copertura dell'ombrello al tracciamento e al test di corrosione elettrica consiste nel tagliare il capannone dell'isolante in un campione piatto di un certo spessore ed eseguire il test con il metodo della tensione di tracciamento costante. La tensione di prova è di 4,5 kV CA e il campione può resistere a 6 ore senza corrosione. La prova si considera superata se la profondità non supera i 2,5 mm.

Figura 7 Campioni sottoposti a prove di tracciamento e di resistenza alla corrosione elettrica

La verifica del cedimento della tenuta della guaina causato dall'errata installazione dell'anello di classificazione:Verificare se l'anello di classificazione è installato al contrario, se la posizione di installazione è corretta ed eseguire il calcolo della verifica del campo elettrico sullo schema di configurazione dell'anello di classificazione.

Verifica della rottura della tenuta causata da una cattiva interfaccia stelo-guaina:Condurre il test di permeabilità dell'asta centrale, il test di diffusione dell'acqua della guaina dell'asta centrale, il test di aumento della temperatura della cinghia di tensione di resistenza alla frequenza di alimentazione, il test di aumento della temperatura ripido per lo stesso lotto di isolanti Test dell'onda, necroscopia.

Convalida della resistenza agli acidi dell'asta centrale:Eseguire la prova di resistenza agli acidi dell'anima per isolanti rotti o prodotti dello stesso lotto.

Il test di resistenza agli acidi dell'asta centrale consiste nel staccare una sezione della guaina dell'isolante per esporre l'asta centrale, quindi avvolgerla con 1mol/L di acido nitrico dopo la macinazione e applicare una certa tensione per 96 ore allo stesso tempo . Il valore della tensione è il prodotto dell'area dell'asta centrale e 300 MPa, ad esempio 96 h. Dopo che l'asta centrale non è danneggiata e non vi sono crepe significative sulla superficie, si ritiene che l'asta centrale sia necessaria per la resistenza agli acidi. (Noto anche come asta centrale resistente agli acidi)

Per informazioni più dettagliate sui metodi e sui criteri delle prove di cui sopra, fare riferimento a "GB/T 19519-2014 Definition, Test Methods and Acceptance Criteria for Overhead Line Isolatos with a Nominal Voltage sopra 1000V for AC Systems with Sospended and Trasle. Isolanti compositi".

(1) Difetti di fabbricazione rimasti all'estremità più rottura della guarnizione più stelo non resistente agli acidi

La verifica della rottura della tenuta e dell'asta anima non resistente agli acidi è la stessa di cui sopra. I difetti di fabbricazione finali possono essere verificati mediante il test di carico del danno meccanico dello stesso lotto di prodotti, ma i difetti di fabbricazione finali sono spesso casi isolati ed è difficile risalire alla fonte con precisione attraverso il test. Può essere aiutato dalla struttura terminale e dalla posizione della frattura. Se l'estremità adotta una struttura a cuneo e la frattura si trova all'interno del raccordo, ed è prossima all'estremità del cuneo in movimento, significa che c'è una maggiore possibilità di difetti di fabbricazione all'interno.

3.2 Frattura per corrosione

Se si ritiene che sia una frattura fragile, in base a quanto sopra, può essere causata da una scarica interna a lungo termine causata da danni alla guarnizione, oppure può essere causata da difetti interni nell'asta del nucleo, che si erode attraverso la guaina dall'interno verso l'esterno, provocando la scarica interna a lungo termine per causare la rottura delle corde.

(1) Danni alla guarnizione più scarica interna a lungo termine

Il metodo di verifica per la rottura della guarnizione di estremità e la rottura della guaina è lo stesso della precedente sezione 3.1.

Se si riscontra la presenza di un foro sull'asta dell'anima, sarà la chiave per giudicare se il foro è causato da una causa esterna che porta alla rottura della guarnizione della guaina, oppure è causato da un difetto interno e perforazione. Possiamo partire dalla differenza di composizione tra interno ed esterno del foro. In genere, il lato con una percentuale maggiore di componenti carbonizzati ha una maggiore probabilità di iniziare il tempo di scarico prima ed è più probabile che il foro inizi da questo lato.

(2) Difetti all'interno dell'asta centrale

Negli ultimi anni si sono verificati casi di difetti interni nell'asta del nucleo, principalmente causati dalla scarsa interfaccia tra asta del nucleo e guaina.Verifica dell'interfaccia difettosa:Condurre il test di permeabilità dell'asta centrale, il test di diffusione dell'acqua della guaina dell'asta centrale, il test di aumento della temperatura della cinghia di tensione di resistenza alla frequenza di alimentazione, il test di aumento della temperatura ripido per lo stesso lotto di test dell'onda degli isolanti, necroscopia.

Il test di permeabilità dell'asta centrale consiste nel tagliare l'asta centrale in un campione lungo 10 mm, la direzione di taglio è perpendicolare all'asta centrale, lucidare entrambe le estremità con carta vetrata e posizionarla in una soluzione di metilene rossa o viola. L'estremità superiore penetra e viene misurato il tempo necessario alla soluzione per penetrare all'interno dell'asta del nucleo verso l'alto.

Figura 8 Test di permeabilità

Il test di diffusione dell'acqua dell'asta centrale con guaina consiste nel tagliare l'asta centrale in un campione lungo 30 mm, la direzione di taglio è perpendicolare all'asta centrale, carteggiare entrambe le estremità con carta vetrata, far bollire in una soluzione di NaCl allo 0,1% per 100 ore, quindi applicare una tensione CA di 12 kV per 1 minuto, misurare la corrente di dispersione.

Figura 9 Sezione test di diffusione dell'acqua

Il test di aumento della temperatura della cinghia della tensione di tenuta alla frequenza di alimentazione consiste nell'applicare la massima tensione operativa all'isolatore per 30 minuti e utilizzare gli infrarossi per misurare l'aumento della temperatura dell'isolatore.

Per il test dell'onda ripida, l'isolante è stato fatto bollire per 42 ore ed è stata applicata una tensione impulsiva con una pendenza di 1000 kV/us{2}}kV/μs per 25 volte.

L'autopsia consiste nel rimuovere la guaina con un coltello o con una forza esterna e osservare lo stato superficiale dell'asta centrale dopo che la guaina è stata staccata.

Figura 10 Campione dopo l'autopsia

Per informazioni più dettagliate sui test di cui sopra, fare riferimento a "GB/T 19519-2014 Definizione, metodi di prova e criteri di accettazione per isolatori di linee aeree con tensione nominale superiore a 1000 V per sistemi CA con isolatori compositi sospesi e di trazione".

Dopo aver escluso il problema di tenuta, se uno qualsiasi dei test di cui sopra è significativamente anormale, si può ritenere che l'isolatore abbia probabilmente problemi di interfaccia.Le caratteristiche anormali significative di ogni studio erano:

Test di permeabilità dell'asta centrale: La sezione di prova dell'asta centrale viene penetrata dalla soluzione di metilene entro 15 minuti.

asta centrale con prova di diffusione dell'acqua della guaina: la corrente di dispersione dell'asta centrale supera 1mA;

Test di aumento della temperatura della cinghia di tensione di tenuta alla frequenza di rete: durante il test di simulazione di laboratorio, l'aumento di temperatura dell'asta centrale è significativo e l'aumento di temperatura aumenta gradualmente con l'estensione del tempo di pressurizzazione; se si tratta solo di un leggero aumento di temperatura, può darsi che la guaina sia umida, ma non ci sono problemi all'interno dell'asta centrale.

Prova dell'onda ripida: rottura interna dell'asta del nucleo;

Necroscopia: un'ampia area della superficie dell'asta centrale è direttamente esposta.

Per quanto riguarda il giudizio sui problemi dell'interfaccia dell'isolante composito, è possibile trovare ulteriori informazioni nel mio altro articolo:Problemi di interfaccia dell'isolante composito e loro rilevamento.