Композиционные материалы в энергетике

Автор: А.К. Кудрявцев

В настоящее время во многих странах мира все шире применяются изоляционные конструкции из различных видов композиционных материалов на основе разнообразных связующих и армирующих волокнистых материалов - от подвесных изоляторов до изоляционных корпусов всевозможного высоковольтного оборудования. При необходимости такие конструкции защищаются от внешнего атмосферного воздействия силиконовыми покрытиями, позволяющими одновременно увеличивать длину пути утечки по внешней поверхности изделия.

Такие конструкции, несмотря на более высокую стоимость изделий, обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными аналогами из фарфора или стекла, в том числе:

- существенно меньшим весом, а значит и затратами как на транспортировку, монтаж и эксплуатацию, так и на соответствующие узлы крепления этих конструкций;
- повышенной надежностью эксплуатации в районах с экстремальными климатическими условиями и в районах с высоким уровнем загрязнения, благодаря повышенной гидрофобности и широкому диапазону рабочих температур исходных материалов;
- в отличие от фарфоровой, в полимерной изоляции в процессе старения не возникают внутренние микротрещины, приводящие со временем к выходу фарфоровой оболочки из строя;
- высокой взрывобезопасностью (в ГОСТе это требование определяется радиусом разлета осколков оболочки); современные стеклоэпоксидные корпуса в состоянии выдерживать очень высокие давления, но даже, если и происходят механические разрушения, возникающие при пробое внутри аппарата, то корпус просто «порвется» без разлетания осколков и повреждения окружающего оборудования;
- отсутствием повреждений при транспортировке и монтажных работах – для фарфора эти потери составляют не менее 2%, в том числе и на готовых аппаратах;
- высокой «вандалоустойчивостью» и, в связи с этим, повышением эксплуатационной надежности изделий.

Наиболее распространенное применение композитные материалы получили при изготовлении подвесных изоляторов на весь диапазон напряжений.

Стеклоэпоксидные стержни все шире применяются при изготовлении опорной изоляции различного назначения.

Изоляционные корпуса-покрышки для высоковольтного электрооборудования все чаще изготавливаются на основе мотанных стеклоэпоксидных труб различного диаметра.

Использование силовых элементов оборудования, таких как опорные и несущие фланцы, крышки, а также крепежные элементы позволяют не только уменьшить строительные габариты оборудования, но повысить надежность их работы за счет значительного снижения и выравнивания напряженности электрического поля в местах стыковки элементов корпуса и фланцев, если они металлические. Такое выравнивание поля приводит к значительному снижению уровня частичных разрядов и тем самым повышает надежность работы изоляции и всего оборудования в целом, уменьшает потери электроэнергии на паразитный нагрев деталей, и токи рассеяния.

Сегодняшнее развитие технологий изготовления композитных изделий и широкий ассортимент самих материалов позволяет изготавливать изделия самой различной формы и размеров с высоким качеством и отличными электрическими характеристиками.

Нами освоены изделия из материалов, обладающих как высокими изоляционными свойствами, что необходимо для изготовления различных изоляторов, так и имеющие высокую проводимость, что позволяет применять эти изделия в качестве выравнивающих поле внутри конструкций.

В качестве примеров высоковольтного оборудования, изготовленного с применением наших изделий можно назвать проходные изоляторы на большие токи и напряжения, корпуса высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения, как масляных, так и с газовой изоляцией, высоковольтных конденсаторов 110 и 220 кВ и другие изделия.

Использование современных изоляционных материалов позволило разработать новую серию малогабаритных измерительных высоковольтных трансформаторов напряжения 110 и 220 кВ, характеризующуюся значительно меньшими габаритными размерами и резко сниженным объемом трансформаторного масла при обеспечении всех необходимых метрологических характеристик, отвечающих современным международным требованиям и высокой надежности работы аппарата.

Разработка трансформатора завершена и опытный образец успешно проходит испытания, после чего начнется его серийный выпуск.