Technisch

Vergelijking van polymere materialen voor HV-isolatortoepassingen buitenshuis

Jul 28, 2023 Laat een bericht achter

Al in 1960 worden polymere isolatoren toegepast op bovengrondse lijnen en onderstations. In de loop der jaren zijn verschillende polymeren uitgeprobeerd, vaak met verschillende resultaten. Polytetrafluorethyleen (ook bekend als Teflon) leek in het begin bijvoorbeeld veelbelovend en werd vanaf ongeveer 1965 gebruikt in isolatoren die in Italië werden gemaakt. Maar dit materiaal werd al snel verlaten omdat het niet geschikt was. Andere polymeren die aanspraak maken op superieure vervuilingsprestaties ten opzichte van porselein en glas zijn onder meer ethyleenpropyleenrubber (EPR), ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM), siliconenrubber (SR) en verschillende 'legeringen' van deze polymeren. In deze geredigeerde bijdrage uit 2015 aan INMR besprak T&D-expert Alberto Pigini enkele van de factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van het meest geschikte polymere behuizingsmateriaal voor een isolatietoepassing buitenshuis.

 

Hoewel naar elke familie van polymere materialen gewoonlijk wordt verwezen op basis van het belangrijkste bulkpolymeer, is het belangrijk op te merken dat elk isolatiemateriaal wordt geformuleerd volgens zijn eigen unieke 'recept'. Specifieke ingrediënten zoals vulstoffen, kleurstoffen en andere additieven worden aan het hoofdbulkpolymeer toegevoegd om het te optimaliseren vanuit het oogpunt van kosten, productie en prestaties. Eén probleem dat slechts gedeeltelijk opgelost blijft, is het vaststellen van de beste manier om een ​​betrouwbare 'vingerafdruk' van elk polymeer materiaal te verkrijgen. Dit wordt beschouwd als de beste manier om klanten ervan te verzekeren dat de isolatoren die naar hen worden verzonden exact dezelfde zijn als de isolatoren waarvoor typetestcertificaten en praktijkervaring zijn verstrekt.

 

EPR, EPDM en SR (in hun verschillende gepatenteerde formuleringen) zijn de meest geschikte polymeren gebleken met verschillende kwaliteiten vanuit het oogpunt van weerstand tegen elektrische, chemische, omgevings- en mechanische spanningen. SR is bijvoorbeeld een hydrofobiciteitsoverdrachtsmateriaal (HTM). Dit betekent dat het niet alleen intrinsieke hydrofobiciteit vertoont, maar ook het unieke vermogen om de hydrofobiciteit aan het oppervlak te herstellen met een korte 'hersteltijd', mocht de hydrofobiciteit tijdelijk verloren gaan als gevolg van gebruiksomstandigheden zoals zware bevochtiging. Het is vooral vanwege dit voordeel dat SR de overhand heeft gekregen op andere polymeren en inderdaad de norm is gewordende facto'standaard' voor de meeste HV-toepassingen in zowel AC als DC – vooral wanneer verbeterde vervuilingsprestaties vereist zijn. De praktijkervaring met deze familie van polymeren is over het algemeen positief geweest voor zowel lijn- als substationtoepassingen, waardoor de sterke marktvoorkeur wordt versterkt.

 

Tegelijkertijd is het belangrijk om erop te wijzen dat de ervaring leert dat SR-isolatie niet altijd aan de verwachtingen van de gebruiker voldoet in extreem zware gebruiksomgevingen (bijvoorbeeld omgevingen met zowel hoge oplosbare als niet- oplosbare afzettingen op isolatoren en met frequente bevochtiging door mist). Onder dergelijke uitdagende omstandigheden kan het herstel van de hydrofobiciteit niet snel genoeg zijn, waardoor het voordeel effectief teniet wordt gedaan. Dit gedrag werd de afgelopen jaren bevestigd door strenge (misschien overdreven zware) verouderingstests in laboratoria, waarbij verschillende ontwerpen en materialen van de isolatie duizenden uren lang werden blootgesteld aan verschillende stressomstandigheden, waaronder zoute mist, regen, schone mist, droogperioden en UV (zie figuur . 1). Fig.. 2 toont voorbeelden van degradatie onder gelijkstroom. Om een ​​indicatie te krijgen van de toestand van de isolator na veroudering, werd de vervuilingsweerstand bepaald met behulp van de 'quick flashover'-methode bij een zoutgehalte van 80 kg/m3.3. Fig.. 3 toont een vergelijking van isolatoren in termen van uniforme specifieke kruipafstand (USCD) vereist onder DC. Onder dergelijke gesimuleerde extreme omstandigheden bleek dat de prestaties van EPDM en EPR-isolatoren feitelijk superieur waren aan die van SR. Dit was waarschijnlijk te wijten aan het feit dat weerstand tegen spoorvorming en erosie door welk polymeer materiaal dan ook belangrijker is dan de overdracht van hydrofobiciteit in dit soort extreme omgevingen.

Ten slotte zijn er situaties waarin het gebruik van composietisolatoren niet is gedicteerd door superieure vervuilingsprestaties, maar eerder door andere overwegingen, zoals verbeterde veiligheid. In feite is dit in toenemende mate het geval geweest voor behuizingen voor AC-onderstationtoepassingen in relatief schone omgevingen, waar het elektrische ontwerp meer wordt gedomineerd door schakelimpulsprestaties dan door vervuiling. Hoewel het mogelijk is dat siliconenisolatoren in dit geval ook de beste oplossing bieden, mag de technische en economische vergelijking van de 'standaard SR-benadering' met alternatieve polymere opties die hierboven niet zijn genoemd, niet automatisch terzijde worden geschoven. Te veel standaardisatie beperkt innovatie.

Aanvraag sturen