Verbundisolatorenbruch, seine Ursachen und entsprechende Analysemethoden
Derzeit wird eine große Anzahl von Verbundisolatoren in Stromnetzübertragungsleitungen verwendet, die etwa 50 Prozent des Verbrauchs an Leitungsisolatoren ausmachen. Darunter machen lineare Türme einen höheren Anteil aus. Nahezu alle Linearmasten in stark belasteten Gebieten verwenden Verbundisolatoren. Der Verbundisolator hat das Problem des Verschmutzungsüberschlags gelöst, das das Stromnetz seit vielen Jahren mit seiner hervorragenden Antiverschmutzungs-Überschlagsleistung plagt, aber das Problem des Fadenbruchs tritt von Zeit zu Zeit auf. Bei einsträngigen Masten führt der Bruch einer Reihe von Verbundisolatoren oft dazu, dass die Leitung herunterfällt, was eine große Bedrohung für die soziale Sicherheit darstellt. Bei mehrreihigen Mastmasten wirkt sich das Reißen der Saite auch auf die Masten und andere Isolatoren aus, was die Zuverlässigkeit der Leitung beeinträchtigt. Da die Auslöserate aufgrund von Verschmutzungsüberschlägen in den letzten Jahren stark reduziert wurde, ist der Fadenbruch zu einem wichtigen Problem geworden, mit dem Verbundisolatoren konfrontiert sind.
Viele Ursachen führen zu einer gebrochenen Verbundisolatorkette, und es gibt viele Unterschiede in Aussehen und Testergebnissen. Sobald der Bruch auftritt, ist es sehr wichtig, die Ursache für die nachfolgende Behandlung genau zu finden. Gleichzeitig sollen die Ursachen für den Bruch zusammengefasst werden, die für im Stromnetz anzuschließende Isolatoren eine wichtige Bedeutung haben. Daher werden wir in Kombination mit den Formen von Saitenbrüchen, die von Einzelpersonen kontaktiert wurden, über die Ursachen für Saitenbrüche sprechen und wie man sie analysiert und verifiziert. Es kann Gründe für gerissene Saiten geben, die nicht abgedeckt werden. Sie können gerne eine Nachricht hinterlassen oder eine E-Mail senden, um zu diskutieren.
1. Klassifizierung und Brucheigenschaften von gebrochenen Verbundisolatorketten
Die gebrochenen Saitenformen von Verbundisolatoren können in drei Kategorien eingeteilt werden: Reißen durch äußere Krafteinwirkung, Sprödbruch und Fäulnisbruch. Darunter gibt es sehr wenige Fälle von Reißen durch äußere Krafteinwirkung, und Sprödbruch und Fäulnisbruch sind die Hauptarten von gebrochenen Saiten.
1.1 Äußere Krafteinwirkung
Ursachen für Fremdeinrisse sind oft extrem starke Winde, starke Vereisung von Leinen und Enteisungssprünge.
Insgesamt ist der mechanisch festigkeitsgesteuerte Teil des Isolators in der Regel der Hals des Kugelkopfes, dh bei reiner Zugbeanspruchung bricht häufig zuerst der Kugelkopf. Unter der kombinierten Wirkung von Torsionsspannung, Zugspannung oder Druckspannung ist jedoch das Verbindungsteil zwischen dem Metallfitting und dem Kernstab des Verbundisolators am brüchigsten, also die Bruchstellebefinden sich oft am Verbindungsteil von Armatur und Kernstab.
Der Kernstab besteht aus hochfester Glasfaser. Wenn es teilweise beschädigt und dann unter der kombinierten Wirkung von Torsionsspannung und Zugspannung gerissen wird,Der Bruch des Kernstabs ist oft ungleichmäßig, einige Fasern sind besenförmig und der Bruch weist keine Karbonisierungsspuren auf.Abbildung 1.
Abbildung 1 Typischer Bruch durch äußere Krafteinwirkung
1.2 Sprödbruch (Spannungskorrosion)
Sprödbruch ist die Hauptart des Saitenbruchs bei der frühen Anwendung von Verbundisolatoren, und der Bruchprozess wird von einem Spannungskorrosionsprozess begleitet.Die Bruchstelle liegt möglicherweise im Inneren der Endstücke und in der Nähe der Verbindung von Endstücken und Kernstab.
Das offensichtlichste Merkmal des Sprödbruchs ist, dass der größte Teil des Bruchs flach und glatt ist und der Schnitt senkrecht zur Achse des Kernstabs verläuft.Die typische Bruchmorphologie ist in Abbildung 2 dargestellt.
(a) Flacher Bruch
(b) Der Bruch ist gestuft, und jede Stufe ist flach.
Abb.2 Typische Bruchmorphologie des Sprödbruchs eines Verbundisolators
1.3 Bruch durch Korrosion (Kernstabaufkohlung)
Der Bruch aufgrund von Korrosion ist in den letzten Jahren zur Hauptform des Reißens einer Verbundisolatorkette geworden, und sein Reißen der Kette wird von einem langfristigen internen Entladungsprozess begleitet.Der Bruch befindet sich im Allgemeinen in der Nähe des Hochspannungsendes des Verbundisolators.
Die Haupterscheinungsmerkmale des faulen Bruchs sind eine signifikante Karbonisierung (Schwärzung) des Kernstabs, und gleichzeitig ist der Bruch ungleichmäßig und es gibt einen offensichtlichen Drahtzug.Die typische Bruchform ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Typische Bruchmorphologie des Sprödbruchs eines Verbundisolators
2. Ursachen und Entstehungsprozess von Saitenrissen
Unter den drei Arten von gebrochenen Saiten ist die Wahrscheinlichkeit eines Reißens durch äußere Kraft äußerst gering, und der Prozess ist bei extremen Wetterbedingungen einfach und leicht zu analysieren. Daher werden in diesem Beitrag nur Ursachen, Entstehungsprozess und Analysemethoden von Sprödbruch und Rottebruch vorgestellt.
2.1 Sprödbruch
Der Sprödbruch geht in der Regel mit dem Prozess der Spannungskorrosion einher. Der Isolator trägt das Gewicht des Drahtes und steht unter Spannung. Wenn der Kernstab aus irgendeinem Grund in die Säureflüssigkeit eintritt, korrodiert die Säureflüssigkeit den Kernstab. Der nicht säurebeständige Kernstab der frühen Verbundisolatoren steht unter Spannung. Unter der kombinierten Wirkung von Korrosion treten allmählich Risse im Kernstab auf, und die Risse dehnen sich allmählich aus, bis der verbleibende Kernstab die Zugkraft nicht mehr tragen kann und bricht.
Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass es zwei Hauptbedingungen für Sprödbruch gibt: Dichtungsversagen und der Kernstab ist ein nicht säurebeständiger KernstabAußerdem beschleunigt die Rissbildung stark das Auftreten von Sprödbruch. Je nach tatsächlichen Fällen hat der Entwicklungsprozess des Sprödbruchs die folgenden zwei Kategorien:
(1) Dichtungsversagen – der Kernstab ist feucht – die innere Entladung wird erzeugt – die saure Substanz wird erzeugt – Spannungskorrosion – der Kernstab erleidet einen Sprödbruch;
(2) Am Ende verbleibende Herstellungsfehler (Keilstruktur) - Dichtungsversagen - Eintrag saurer Substanzen in die Atmosphäre - Spannungskorrosion - Sprödbruch des Kernstabs.
Die Keilstruktur muss einen Keil in das Ende des Kernstabs treiben, der leicht winzige Risse im Kernstab hinterlassen kann. Wenn die Versiegelung normal ist, ist die Ausdehnung der winzigen Risse sehr langsam. Sobald die Abdichtung versagt, werden die oben genannten Risse zum Ausgangspunkt für Spannungskorrosion. Die spezifische Art der Keilstruktur finden Sie in meinem anderen ArtikelIsolatorstruktur für Übertragungsleitungen-1 (Porzellan/Glas-Scheiben-Aufhängungsisolator, Stab-Aufhängungs-Verbundisolator).
(a) Innere Keilstruktur
(b) Der innere Keil wird angetrieben, um den Kernstab zu spalten.
Abbildung 4 Innere Keilstruktur und Beschädigung des Kernstabs
Es gibt drei Arten von Dichtungsfehlern:
(1)Ausfall der Enddichtung:Das Dichtmittel ist gerissen oder das Ende wird während der Installation beschädigt, wodurch die Dichtung versagt.
(2)Dichtungsversagen aufgrund von Mantelversagen:
A. Das Mantelmaterial ist schlecht und der Mantel ist durch externe Entladung korrodiert; Bei Regenwetter kommt es auf der Oberfläche des Verbundisolators zu einer Koronaentladung, und das Ende wird leicht durch einen Hochtemperatur-Lichtbogen verbrannt, wenn es von einem Blitz getroffen wird. In den oben genannten Fällen kann es leicht brechen, wodurch der Kernstab nass wird.
B. Unsachgemäße Konfiguration des Ausgleichsrings führt zu schwerer Koronaentladung und Erosion der Ummantelung; Bei unsachgemäßer Montage des Ausgleichsrings oder falscher Parameterwahl kommt es am Hochspannungsende zu einer starken Koronaentladung, die durch Langzeiteinwirkung den Mantel beschädigt und den Kernstab feucht macht.
(3) Es liegt ein Problem an der Schnittstelle zwischen Hülle und Kernstab vor, und Feuchtigkeit tritt durch Diffusion in den Kernstab ein.
2.2 Bruch durch Korrosion
Gegenwärtig verwenden die meisten in Betrieb befindlichen Verbundisolatoren säurebeständige Kernstäbe, sodass die Wahrscheinlichkeit eines Sprödbruchs stark reduziert wurde und der Fäulnisbruch zur Hauptform des Reißens von Isolatorketten geworden ist. Der Zerfall wird oft von einer Langzeitentladung im Inneren des Kernstabs begleitet, und die erzeugte Energie bewirkt, dass sich die Struktur des Kernstabs allmählich ändert. Einerseits zersetzt sich das Harz, das die Glasfaser umhüllt und fixiert, und die Glasfaserstruktur wird weich. Andererseits ist die Glasfaser karbonisiert und die mechanischen Eigenschaften sind bemerkenswert. Absenken, bis der Kernstab der Belastung nicht mehr standhält und bricht.
Bei diesem Vorgang entwickeln sich die inneren Defekte entlang der radialen Richtung des Kernstabs und entwickeln sich auch in der axialen Richtung, und ein innerer Entladungskanal wird in dem Kernstab erzeugt, und die elektrische Feldstärke am Ende ist extrem groß, wodurch verursacht wird die Hülle von innen nach außen durchdringen. Ein typisches Foto ist in Abbildung 5 dargestellt.
(a) Defektausdehnung innerhalb des Kernstabs
(b) Kernstabmantelstanze
Bild 5 Defektausdehnung im durch Korrosion gebrochenen Kernstab
Je nach Ursprung der inneren Entladung des Kernstabs kann der Zerfall in die folgenden zwei Kategorien eingeteilt werden:
(1) Dichtungsversagen – der Kernstab ist feucht – die innere Entladung wird erzeugt – die saure Substanz wird erzeugt – Spannungskorrosion – der Kernstab erleidet einen Sprödbruch;
Der Ursprung der inneren Entladung bei dieser Art von Bruch ist das Versagen der Enddichtung und die Beschädigung des Mantels, und die Gründe sind die gleichen wie beim vorherigen Sprödbruch.Es ist ersichtlich, dass selbst bei Verwendung des säurebeständigen Kernstabs die Saite reißt, solange die Versiegelung versagt!
(2) Es liegen innere Defekte im Kernstab vor – Eindringen von Wasser – im Inneren erzeugte Entladung – Bildung saurer Substanzen – die Ummantelung ist erodiert – erhöhte innere Entladung – Karbonisierung des Kernstabs;
Die inneren Defekte des Kernstabs werden im Allgemeinen durch die schlechte Kernstab-Hülle-Grenzfläche verursacht, wie z. B. schlechte Bindung, an der Grenzfläche verbleibende Luftlöcher usw. Die schlechte Bindung führt zum Ablösen und zur Erzeugung von inneren Luftspalten. Es gibt die folgenden Schlüsselprozesse für solche gebrochenen Saiten:Die Oberfläche des Mantels ist intakt, aber Feuchtigkeit dringt in den Kernstab ein.
3. Analysemethode für gebrochene Saiten
Das durch äußere Krafteinwirkung verursachte Reißen der Saite ist aus meteorologischen Informationen leicht zu ermitteln, daher wird hier nur auf die Analyse von Sprödbruch und Rottbruch eingegangen. Wenn ein Saitenbruch auftritt, bestimmen Sie zuerst, ob die gebrochene Saite gemäß der Bruchform und Bruchposition spröde oder morsch ist, und wählen Sie dann den entsprechenden Testgegenstand zur Überprüfung gemäß den oben genannten möglichen Gründen aus.
3.1 Sprödbruch
Wenn es gemäß dem oben Erwähnten als Sprödbruch beurteilt wird, kann es durch Dichtungsversagen plus nicht säurebeständigen Kernstab verursacht werden, oder es kann durch verbleibende Herstellungsfehler am Ende plus Dichtungsversagen plus nicht- säurebeständiger Kernstab.
(1) Versagen der Dichtung plus nicht säurebeständiger Kernstab
Überprüfung des Versagens der Enddichtung:Die gleiche Produktcharge wird einem Dichtheitstest, einer Zerlegung von gebrochenen Isolatorfittings und der Erkennung von inneren Rostbestandteilen unterzogen.
Der Dichtigkeitstest besteht darin, den Verbundisolator 96 Stunden lang mit 70 Prozent der mechanischen Nennlast zu belasten und das Ende dann 20 Minuten lang mit einem Eindringmittel zu umwickeln. Überprüfen Sie, ob der Farbstoff in das Ende eindringt und die Eindringtiefe durch Sichtprüfung und Anatomie. Endverschlüsse wurden als akzeptabel angesehen, solange die Eindringtiefe den Kernstab nicht erreichte.
Abbildung 6 Endsiegeltest – anatomische Prüfung der Eindringtiefe nach Eindringmittelverkapselung
Das Versagen der Abdichtung des Endes ist oft ein Beispiel. Der Versiegelungstest derselben Produktcharge kann das Problem möglicherweise nicht finden. Wenn es am Ende jedoch zu einem Dichtungsversagen kommt, dauert es einige Zeit, bis der Prozess der Spannungskorrosion vollständig abläuft. Daher tritt häufig Korrosion innerhalb der Endstücke auf. Daher sind die Anatomie des gebrochenen Isolatorendes und der Nachweis von Rostbestandteilen die direktesten und effektivsten Mittel.
Überprüfung auf Versagen der Abdichtung aufgrund von schlechtem Mantelmaterial: Führen Sie die Kriechstrom- und Elektrokorrosionsbeständigkeitstests der Schirmhüllenmaterialien an derselben Produktcharge durch.
Der Widerstand des Regenschirmabdeckungsmaterials gegen Kriechstrombildung und Elektrokorrosion besteht darin, den Isolatorschirm in eine flache Probe einer bestimmten Dicke zu schneiden und den Test mit der Methode der konstanten Kriechstromspannung durchzuführen. Die Testspannung beträgt AC 4,5 kV, und die Probe kann 6 Stunden ohne Korrosion standhalten. Der Test gilt als bestanden, wenn die Tiefe 2,5 mm nicht überschreitet.
Abbildung 7 Proben, die Kriechstrom- und elektrischen Korrosionsbeständigkeitstests unterzogen wurden
Der Nachweis des Versagens der Manteldichtung durch unsachgemäßen Einbau des Gradierrings:Überprüfen Sie, ob der Abstufungsring umgekehrt installiert ist, ob die Einbauposition korrekt ist, und führen Sie die Berechnung zur Überprüfung des elektrischen Felds anhand des Konfigurationsschemas des Abstufungsrings durch.
Überprüfung des Dichtungsversagens, verursacht durch eine schlechte Kernstab-Hülle-Grenzfläche:Führen Sie Kernstab-Durchlässigkeitstest, Kernstab-Mantel-Wasserdiffusionstest, Netzfrequenz-Stehspannungs-Gürtel-Temperaturanstiegstest, steilen Temperaturanstiegstest für dieselbe Charge von Isolatoren durch. Wellentest, Nekropsie.
Validierung der Kernstab-Säurebeständigkeit:Führen Sie die Säurebeständigkeitsprüfung des Kernstabs für gebrochene Isolatoren oder Produkte der gleichen Charge durch.
Der Säurebeständigkeitstest des Kernstabs besteht darin, einen Abschnitt des Mantels des Isolators abzuziehen, um den Kernstab freizulegen, und ihn dann nach dem Schleifen mit 1 mol / l Salpetersäure zu umwickeln und gleichzeitig 96 Stunden lang eine bestimmte Spannung anzulegen . Der Spannungswert ist das Produkt aus der Fläche des Kernstabs und 300 MPa, also 96 h. Nachdem der Kernstab nicht beschädigt ist und es keinen signifikanten Riss auf der Oberfläche gibt, wird davon ausgegangen, dass der Kernstab für die Säurebeständigkeit erforderlich ist. (Auch bekannt als säurebeständiger Kernstab)
Ausführlichere Informationen zu den Methoden und Kriterien der oben genannten Tests finden Sie in „GB/T 19519-2014 Definition, Test Methods and Acceptance Criteria for Overhead Line Isolators with an Nominal Voltage Above 1000V for AC Systems with Suspended and Tensile Verbundisolatoren".
(1) Überbleibsel von Herstellungsfehlern am Ende plus Dichtungsfehler plus nicht säurebeständiger Kernstab
Die Überprüfung auf Dichtungsversagen und nicht säurebeständigen Kernstab ist die gleiche wie oben. Die Endherstellungsfehler können durch den mechanischen Schadensbelastungstest derselben Produktcharge verifiziert werden, aber die Endherstellungsfehler sind oft Einzelfälle, und es ist schwierig, die Quelle durch den Test genau zu verfolgen. Dies kann durch die Endstruktur und die Frakturposition unterstützt werden. Wenn das Ende eine Keilstruktur annimmt und sich der Bruch innerhalb des Endanschlussstücks befindet und sich in der Nähe des Endes des eingetriebenen Keils befindet, bedeutet dies, dass die Wahrscheinlichkeit von Herstellungsfehlern im Inneren größer ist.
3.2 Bruch durch Korrosion
Wenn er gemäß dem oben Gesagten als Sprödbruch beurteilt wird, kann er durch eine interne Langzeitentladung verursacht werden, die durch eine Beschädigung der Dichtung verursacht wird, oder er kann durch interne Defekte im Kernstab verursacht werden, der von innen durch den Mantel erodiert nach außen, wodurch eine interne Langzeitentladung zum Saitenbruch führt.
(1) Dichtungsschaden plus interne Langzeitentladung
Das Nachweisverfahren für das Versagen der Endabdichtung und des Mantels ist das gleiche wie im vorherigen Abschnitt 3.1.
Wenn festgestellt wird, dass der Kernstab ein Loch aufweist, ist dies der Schlüssel zur Beurteilung, ob das Loch durch eine externe Ursache verursacht wird, die zum Versagen der Manteldichtung führt, oder durch einen internen Defekt und eine Perforation verursacht wird. Wir können von der Zusammensetzungsdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren des Lochs ausgehen. Im Allgemeinen hat die Seite mit einem höheren Anteil an karbonisierten Komponenten eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass die Entladungszeit früher beginnt, und das Loch beginnt eher von dieser Seite.
(2) Defekte innerhalb des Kernstabs
In den letzten Jahren gab es Fälle von inneren Defekten im Kernstab, die hauptsächlich durch die schlechte Kernstab-Mantel-Grenzfläche verursacht wurden.Überprüfung der defekten Schnittstelle:Führen Sie Kernstab-Permeabilitätstest, Kernstab-Mantel-Wasserdiffusionstest, Netzfrequenz-Stehspannungs-Gürtel-Temperaturanstiegstest, steilen Temperaturanstiegstest für dieselbe Charge von Isolatoren durch, Wellentest, Autopsie.
Der Permeabilitätstest des Kernstabs besteht darin, den Kernstab in eine 10 mm lange Probe zu schneiden, die Schnittrichtung ist senkrecht zum Kernstab, beide Enden mit Schleifpapier zu polieren und ihn in eine rote oder violette Methylenlösung zu legen. Das obere Ende dringt ein, und es wird die Zeit gemessen, die die Lösung benötigt, um in den Kernstab nach oben einzudringen.
Abbildung 8 Permeabilitätstest
Der Wasserdiffusionstest des Kernstabs mit Mantel besteht darin, den Kernstab in eine 3 0 mm lange Probe zu schneiden, die Schnittrichtung senkrecht zum Kernstab, beide Enden mit Schleifpapier zu schleifen, in 0,1-prozentiger NaCl-Lösung zu kochen für 100h, dann 12kV Wechselspannung für 1min anlegen, Ableitstrom messen.
Abbildung 9 Wasserdiffusionstestabschnitt
Beim Spannungsanstiegstest für die Netzfrequenz-Stehspannung wird die höchste Betriebsspannung 30 Minuten lang an den Isolator angelegt und der Temperaturanstieg des Isolators mithilfe von Infrarot gemessen.
Für den Steilwellentest wurde der Isolator 42 Stunden gekocht und 25 Mal eine Stoßspannung mit einer Steilheit von 1000 kV/us-1500 kV/μs angelegt.
Die Autopsie besteht darin, die Hülle mit einem Messer oder einer äußeren Kraft zu entfernen und den Oberflächenzustand des Kernstabs zu beobachten, nachdem die Hülle abgezogen wurde.
Abbildung 10 Probe nach Autopsie
Ausführlichere Informationen zu den oben genannten Tests finden Sie unter "GB/T 19519-2014 Definition, Test Methods and Acceptance Criteria for Overhead Line Isolators with a Nominal Voltage Above 1000V for AC Systems with Suspended and Tensile Composite Isolators".
Nachdem das Dichtungsproblem ausgeschlossen wurde, kann gefolgert werden, dass der Isolator wahrscheinlich Schnittstellenprobleme hat, wenn einer der obigen Tests signifikant anormal ist.Signifikante abnorme Merkmale jeder Studie waren:
Kernstabpermeabilitätstest: Der Testabschnitt des Kernstabs wird innerhalb von 15 Minuten von der Methylenlösung durchdrungen.
Kernstab mit Mantelwasserdiffusionstest: Der Leckstrom des Kernstabs übersteigt 1mA;
Temperaturanstiegstest für Riemen mit Stehfrequenz bei Netzfrequenz: Während des Laborsimulationstests ist der Temperaturanstieg des Kernstabs signifikant, und der Temperaturanstieg nimmt mit der Verlängerung der Druckbeaufschlagungszeit allmählich zu; wenn es nur ein kleiner Temperaturanstieg ist, kann es sein, dass der Mantel feucht ist, aber es gibt kein Problem innerhalb des Kernstabs.
Steilwellentest: interner Bruch des Kernstabs;
Autopsie: Ein großer Bereich der Kernstaboberfläche wird direkt freigelegt.
Zur Beurteilung von Verbundisolator-Schnittstellenproblemen finden Sie weitere Informationen in meinem anderen Artikel:Verbundisolator-Schnittstellenprobleme und ihre Erkennung.