- связанные с несовершенством и нарушением технологии изготовления изоляторов и приводящие к недопустимому снижению их механической прочности в процессе эксплуатации;
- монтажа, наладки и технического обслуживания разъединителей в процессе эксплуатации, приводящие к возрастанию нагрузок на изоляторы.
Наблюдаются и сезонные максимумы повреждений, отмечаемые в периоды с февраля по май и с августа по ноябрь (в периоды, когда в течение суток имеют место значительные колебания температуры с переходом нулевого значения). Основной причиной повреждения фарфоровых опорно-стержневых изоляторов (далее по тексту изоляторы) в эксплуатации является механическое разрушение. В процессе эксплуатации изоляторов вследствие воздействия внешних факторов (влага и перепады температур (климатические факторы) и механические нагрузки, возникающие при переключениях и под воздействием ветра) происходит появление и развитие внешних и внутренних трещин в фарфоре, а также разрушение элементов соединения "фланец – фарфор". Ниже приводится статистика, опубликованная на сайте Ростовэнерго, в которой даны материалы сравнения количества повреждений электрооборудования в зависимости от его наименования.
Таблица25-Отказавшее оборудование
| Название | Кол-во | в % |
| Трансформатор силовой | 1 | 3,85 |
| Выключатель масляный | 1 | 3,85 |
| Измерительный трансформатор тока | 1 | 3,85 |
| Опора | 7 | 26,92 |
| Изолятор | 7 | 26,92 |
| Провод | 6 | 23,08 |
| Прочие элементы ВЛ | 3 | 11,54 |
Таблица 26- Характер повреждаемости
| Название | Кол-во | в % |
| Излом, разрыв, обрыв | 5 | 19,23 |
| Деформация, изгиб, искривление | 1 | 3,85 |
| Натир, задир, износ трением | 2 | 7,69 |
| Кавитационный износ | 3 | 11,54 |
| Эрозийный износ | 4 | 15,38 |
| Срыв с крепления | 1 | 3,85 |
| Замыкание неизолир.проводников | 2 | 7,69 |
| Нарушение эл.проч.изоляц. относ. земли | 6 | 23,08 |
| Прочие повреждения | 2 | 7,69 |
Таблица 27- Причины повреждения
| Название | Кол-во | в % |
| Нарушение режима работы | 1 | 4,17 |
| Внутренняя коррозия | 1 | 4,17 |
| Прочие недостатки эксплуатации | 1 | 4,17 |
| Механические повреждения | 4 | 16,67 |
| Старение изоляции | 2 | 8,33 |
| Атмосферные перенапряжения (гроза) | 1 | 4,17 |
| Скорость ветра выше расчетной | 6 | 25,0 |
| Загрязнение, засорение | 3 | 12,5 |
| Коммутационные перенапряжения | 5 | 20,83 |
Таблица28-Срок службы оборудования от начала эксплуатации
| Срок службы | Кол-во | в % |
| От 15 до 20 | 3 | 9,09 |
| От 20 до 25 | 4 | 12,12 |
| Свыше 25 | 11 | 33,33 |
По данным таблиц 25 –28 можно сделать вывод, что наиболее часто отказы в работе энергетического оборудования происходят по причине выхода из строя фарфоровых изоляторов - 26,92% (таблица25), причём наиболее характерным повреждением последних является излом – 19,23% и нарушение электрической прочности – 23,08% (таблица26).
Определение технического состояния опорно-стержневой изоляции без отключения от сети
В настоящей работе рассматриваются методы определения работоспособности изоляторов. Под работоспособностью понимается способность изолятора противостоять механическим и климатическим нагрузкам, воздействующим на изолятор в процессе эксплуатации. Существующая диагностика изоляторов по физической сути разделяется на четыре метода:
- визуальный контроль;
- силовой;
- контроль структуры материала изолятора;
- контроль жесткости изолятора.
Визуальный контроль осуществляется с целью определения видимых повреждений изолятора (сколы, крупные трещины на поверхности и проч.).
Силовой метод. Это прямой метод определения работоспособности изолятора.
При использовании этого метода изолятор подвергается механическим нагружениям в той или иной степени соответсвующим реальным нагрузкам, встречающимися в процессе эксплуатации. Несомненным достоинством этого метода является то, что он определяет истинную прочность изолятора, однако при нагрузках достигающих некоторых критических величин возможно повреждение, а, в некоторых случаях и разрушение изолятора.
Косвенные методы, основаны на измерениях неких параметров присущих данному объекту по состоянию, которых судят об его работоспособности. К косвенным методам относятся контроль структуры материала, контроль жесткости изолятора и визуальный контроль.
Контроль структуры материала изолятора. Этот метод позволяет обнаружить трещины, микротрещины и инородные вкрапления внутри изолятора. Контроль структуры материала может быть осуществлен при помощи рентгеноскопии или ультразвуковой дефектоскопии. Последний широко используется ООО "ЦИВОМ". По своей сути данный метод осуществляет контроль геометрических характеристик (неразрывность сечений, наличие трещин, микропористость внутри фарфора и т. п.) изолятора.
Контроль жесткости (механической) изолятора осуществляется виброакустическими методами. При этом контролируются либо частоты свободных колебаний, либо резонансные частоты колебаний изолятора. По частотному спектру колебаний изолятора судят об его работоспособности.
Рассмотрим связь между изменениями прочности и частотных характеристик изолятора при изгибе. Для фарфора, как и для любого другого материала, существует некий предел напряжения превышение, которого приводит к разрушению конструкции (временное сопротивление)[6]. Сила, соответствующая временному сопротивлению называется предельной нагрузкой. Выведем зависимость собственной частоты колебаний изолятора от предельной нагрузки.
Предельная нагрузка при изгибе стержня с жестким креплением одной стороны (заделка) и силой приложенной с другой стороны описывается выражением [6]:
P=σI/Lr, (90)
Где P - предельная нагрузка (сила);
σ - напряжение (в данном случае временное сопротивление);
L - длина стержня (изолятора);
r - радиус опасного сечения изолятора;
I - статический момент инерции опасного сечения изолятора.
Частоты собственных колебаний стержня с жестким креплением одной стороны (заделка) и свободным с другой стороны определяются выражением:
ωi=(ki)2/L2∙√EI/μ, (91)
где ω - частота собственных колебаний стержня (изолятора);
k - корень уравнений Крылова;
L - длина стержня;
E - модуль упругости материала;
I - статический момент инерции опасного сечения стержня;
μ - масса единицы длины стержня;
i - собственная форма колебаний стержня (i =1, 2, …).
Проведем сравнение характеристик поврежденного и неповрежденного изолятора. В качестве отправной точки возьмем предельную нагрузку (несущую способность), тогда степень повреждения изолятора можно представить в форме отношения предельной нагрузки поврежденного изолятора к предельной нагрузке неповрежденного изолятора. Несложные преобразования позволяют получить следующее соотношение:
P1 /P0=I1 /I0 = (ωi1 /ωi0)2, (92)
Где P0 - предельная нагрузка неповрежденного изолятора;
P1 - предельная нагрузка поврежденного изолятора;
I0 - статический момент инерции опасного сечения неповрежденного изолятора;
I1 - статический момент инерции опасного сечения поврежденного изолятора;