Высоковольтные изоляторы

Если вы пожелаете получить аргументированный ответ на вопрос: «Какие типы линейных изоляторов устарели окончательно и бесповоротно?», вы услышите: «Конечно, это тарельчатые фарфоровые изоляторы». Это были самые первые изоляторы, с применения которых 100 лет назад фактически начиналась история электроэнергетики. Сегодня их производство практически прекращено, хотя на российских ЛЭП по‑прежнему эксплуатируются изоляторы, которые следовало бы заменить много лет назад.

Они слишком хрупкие, часто разбиваются при проведении реконструкций и ремонтов. Фарфор часто лопается в режимах «включение-выключение», особенно при переходе от холодного к теплому времени года. Кроме того, поверхность тарельчатых фарфоровых изоляторов подвержена образованию грязевой пленки. Это создает необходимость периодического обмыва изоляторов.

Владимир Головин, технический директор ОАО «ЮАИЗ»:

Добавлю еще один общепризнанный минус таких изоляторов – сложности, связанные с диагностикой пробоев и микротрещин. К тому же микротрещины, возникающие в фарфоровых изоляторах, подвержены ускоренному старению при температурных перепадах. В настоящее время на сцену выходит новое поколение фарфоровых изоляторов – длинностержневые изоляторы. Они, напротив, считаются очень надежными, но технология производства таких изоляторов достаточно сложная, и цена соответственно высокая. Поэтому они не производятся и практически не применяются в России и в СНГ, в то время как в Германии, например, это самый популярный вид изоляторов. И это неудивительно, поскольку именно в Германии производится основная часть длинностержневых изоляторов.

Лев Владимирский, заведующий отделом ТВН ОАО «НИИПТ»:

Основные преимущества длинностержневых фарфоровых изоляторов заключаются в том, что они не подвержены электрическому пробою. В отличие от гирлянд тарельчатых изоляторов они не нуждаются в замене в процессе эксплуатации, что исключает необходимость осмотров и ремонтных работ под напряжением. Длинностержневые изоляторы обладают высокой механической прочностью в течение длительного периода эксплуатации (40 лет и более). Из недостатков стоит отметить большую единичную массу, что усложняет монтаж таких изоляторов.

Часть вторая. «Стеклянное настоящее»

Владимир Головин:

Следующим поколением изоляторов, применяемых в России, стали стеклянные тарельчатые изоляторы. Их преимущества – продолжительный опыт эксплуатации (около 60 лет), удобство диагностики. Если в таком изоляторе происходит пробой, то его легко обнаружить без применения специальных средств диагностики. К тому же если один или несколько стеклянных изоляторов выходят из строя, то его легко заменить, не тратя времени и средств на замену всей гирлянды.

Лев Владимирский:

Основными достоинствами стеклянных тарельчатых изоляторов являются их большая механическая прочность, возможность составлять гирлянды различной длины. Тарельчатые изоляторы удобны для транспортировки и монтажа. Они имеют большой выбор конфигураций изоляционной детали, что позволяет наиболее точно выбрать изолятор для конкретных условий эксплуатации.

Если у стеклянных тарельчатых изоляторов при определенных условиях эксплуатации происходит саморазрушение изоляционной детали, то расцепления гирлянды не происходит, а дефектные изоляторы легко выявляются визуально, то есть не требуется, как у фарфоровых, проводить их дорогостоящую инструментальную проверку.

Часть третья. «Полимерное будущее»?

Владимир Головин:

За рубежом полимерные изоляторы применяются около 25 лет. В России их опытное применение началось лет 20 назад, а серийное производство – около 13‑15 лет назад. Одним из пионеров в производстве полимерных изоляторов в СССР было предприятие «Энергия 21» (Южно-Уральск, Челябинская область), другим – Славянский завод высоковольтных изоляторов, находящийся сейчас на территории Украины. Сегодня количество производителей полимерных изоляторов значительно выросло, между ними идет реальная конкуренция.

Чем хороши полимерные изоляторы? Они легче, чем стеклянные или фарфоровые, что создает удобство при монтаже. По этой же причине полимерные изоляторы удобнее транспортировать на большие расстояния. К преимуществам полимерных изоляторов можно отнести и их высокую гидрофобность, которая оказывается особенно ценной на территориях с высоким засолением, таких, как Пермь, Соликамск.

С другой стороны, у полимерных изоляторов есть свои слабые места. Например, возможность появления микротрещин, которые возникают в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего напряжения в пластиковых стержнях в местах обжима оконцевателя. Дальнейшее развитие трещин в процессе эксплуатации может привести к разрушению изолятора. Еще один минус – то, что состояние стержня во время эксплуатации можно определить только специальными приборами. А это достаточно дорогое мероприятие.

Андрей Тучин, главный инженер ОАО «Энергия-21»:

К сравнительным недостаткам полимерных изоляторов, которые признают и их производители, стоит отнести неопределенность со сроком службы. Теоретически «запас прочности» составляет 30 и больше лет. Но, поскольку самые первые полимерные изоляторы эксплуатируются в России и в СНГ немногим больше 20 лет, мы не знаем, как будут вести себя полимерные изоляторы в долговременной перспективе. Зарубежные данные тоже не дают полной уверенности, потому что срок службы изоляторов реально зависит и от качества (а в России эксплуатируются преимущественно полимерные изоляторы отечественного производства), и от климатических условий, и от условий эксплуатации.

Ким Ен Дар, заместитель директора по научной работе Львовской изоляторной компании:

Признанные всеми преимущества полимерных изоляторов (высокая гидрофобность, сейсмоустойчивость) обосновывают применение полимерных изоляторов в сейсмически опасных районах, на территориях с высокой степенью загрязнений. Но при этом нужно учитывать и тип загрязнения. К примеру, если загрязнения связаны с присутствием масел или нефтепродуктов, лучше применять традиционные стеклянные изоляторы. Это потому, что повышенное содержание масел нарушает структуру органики.

«Минус» полимерных изоляторов – это, разумеется, более сложная, чем у стеклянных изоляторов, процедура диагностики. Конечно, вы скажете, что есть методы, позволяющие определить дефекты полимерных изоляторов. Это тепловизионная диагностика, это приборы по определению коронных разрядов в светлое время суток. Но никто не гарантирует, что выход из строя изолятора и срок очередной проверки будут совпадать хотя бы приблизительно. Поврежденный полимерный изолятор может провисеть очень долго, прежде чем его обнаружат. Не говоря уже о расходах, которых потребует приобретение аппаратуры, оплата труда специалистов и т. д.

Лев Владимирский:

Кроме того, до сих пор нет единого мнения о ресурсе полимерных изоляторов и долгосрочной надежности материалов, используемых при их производстве. Эти вопросы требуют дополнительного изучения как в лабораторных условиях, так и в реальных условиях эксплуатации.

Владимир Головин, технический директор ОАО «ЮАИЗ»:

В мире наблюдается примечательная тенденция, когда потенциальные потребители на линиях высокого напряжения отказываются от применения полимерных изоляторов как недостаточно надежных, основываясь либо на собственном опыте, либо на опыте своих коллег. Если традиционные стеклянные изоляторы до сих пор показывали себя наилучшим образом, у потребителей нет необходимости обращаться к другим видам изоляторов, надежность которых изучена недостаточно.

Победить пиратов

Андрей Тучин:

Качество материалов – именно с ним было связано большинство претензий к полимерным изоляторам, которые звучали со стороны потребителей в первые годы их внедрения. Сегодняшние проблемы рынка изоляторов, связаны не столько с качеством материалов, сколько с наличием большого количества посредников, заинтересованных только в том, чтобы продать как можно больше изоляторов и не учитывающих, отвечают ли характеристики этих изоляторов потребностям покупателя.

Критические замечания относительно полимерных изоляторов часто связаны с тем, что их лучше заказывать непосредственно у производителя, а не через вторые-третьи руки. Следует заметить также, что тень на добросовестных производителей изоляторов бросают и пираты, продающие низкокачественную продукцию под чужим именем. За последние три года в нашей практике было несколько случаев претензий, связанных с продававшейся под нашей маркой пиратской продукцией. Но здесь есть доля вины и самих покупателей, которые приобретают изоляторы без должной гарантии качества, порой даже без сопроводительных документов. Чтобы решить эту проблему, необходимы более строгие требования к процедуре приема со стороны самих покупателей или со стороны контролирующих органов.

Ким Ен Дар:

С подобной проблемой сталкивались и предприятия Украины. Я сам знаком с такой историей, произошедшей на одном из наших заводов несколько лет назад. Комплектующие уходили на сторону, там из них собирали изоляторы и продавали под чужой маркой. Естественно, как только изоляторы начинали разрушаться, потребители предъявили претензии не «пиратам», а тем, от чьего имени эти пираты выступали.

Решение проблемы выглядит простым. Если вы намерены приобрести качественные изоляторы, требуйте предъявить протоколы испытаний и, главное, в любом случае не покупайте изоляторы у неизвестных поставщиков. Идеальный вариант, когда список поставщиков твердо определен и утвержден руководством предприятия. Такие порядки действуют, к примеру, в железнодорожном хозяйстве Украины. Правда, изоляторы для украинских железнодорожников поставляют всего три предприятия. Составить подобный список для электроэнергетиков было бы гораздо сложнее: у них потенциальных поставщиков больше. Но главная проблема заключается в том, что составить правила намного сложнее, чем реализовать их. Пока будет действовать система откатов, пока сертификаты и другие сопроводительные документы будут покупаться и продаваться, мы не получим полноценного рынка изоляторов, участники которого руководствуются чисто экономическими соображениями. Или, скорее, это будет сочетание настоящего рынка и рынка, отраженного в кривом зеркале.

Попытка прогноза

Лев Владимирский:

Как видим, разнообразие типов линейных изоляторов позволяет выбирать наиболее эффективные решения по их использованию в зависимости от класса напряжения ВЛ, требований к их надежности и условий, при которых изоляторы будут эксплуатироваться.

Стоимость изоляторов составляет небольшую долю общей стоимости воздушной линии (около 10%). Однако надежность работы ВЛ, а соответственно, и бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в значительной мере зависит как от качества применяемых изоляторов, так и от правильности их выбора (типа и количества). В случае применения недостаточно качественных изоляторов (например, из‑за экономических соображений) заботы по поддержанию требуемой надежности ВЛ перекладываются на эксплуатирующие организации (МЭС, АО-энерго и др.).

При выборе изоляторов для ВЛ лучше ориентироваться на наиболее надежные типы изоляторов, которые отвечают принципу «повесил и забыл», то есть требуют минимального объема профилактических мероприятий и диагностики.

Ким Ен Дар:

Я не могу сказать, что будущее принадлежит полимерным изоляторам, и не рискую утверждать обратное. Проще предугадать, в каком направлении будет развиваться их производство в странах СНГ, тем более что это направление совпадает с общемировым. К примеру, сегодня большинство заводов перешли от шашлычной технологии производства изоляторов к цельнолитой. Это – движение вперед, потому что применение цельнолитой технологии и автоматизация процесса производства сводят к минимуму влияние человеческого фактора на качество. Такие изоляторы более монолитные, в них практически не попадает вода, хотя вероятность пробоев все‑таки есть. Прогрессивным является массовое применение кремнийорганических оболочек, снимающее многие проблемы, которые были свойственны предыдущим образцам полимерных изоляторов (например, старение оболочки под влиянием токов утечки). Более того, в наше время разработаны оболочки из огнестойких материалов, которые тлеют, но не горят.

А вот коренного изменения расстановки сил в пользу полимерных изоляторов в ближайшее время, видимо, не произойдет. Есть традиция, есть опыт эксплуатации стеклянных изоляторов, которые работают 40‑50 лет, и вполне возможно, что они будут работать без отказов не год и не два. Пока что энергетики с опаской смотрят на массовое применение полимерных изоляторов на линиях напряжением от 220 кВт и выше. И для их опасений есть основания. Например, случаи обрыва оконцевателей, имевшие место на линиях с напряжением выше 110 кВт. На линиях 35‑110 кВт оконцеватели не отрываются, а только горят.

Владимир Головин:

Сегодня на российском рынке ситуация складывается в пользу стеклянных изоляторов. В частности, политика РАО «ЕЭС России» предписывает обязательное применение на строящихся объектах только стеклянных или полимерных изоляторов. Аналогичной политики придерживаются и другие энергосистемы России, предприятия, которые владеют собственными линиями электропередач (нефтяники, газовики), а также железнодорожники. Пока что полимерные изоляторы составляют около 10% от общего числа применяемых в России изоляторов.

Вместе с тем в мире наблюдается примечательная тенденция, когда потенциальные потребители на линиях высокого напряжения отказываются от применения полимерных изоляторов как недостаточно надежных, основываясь либо на собственном опыте, либо на опыте своих коллег. Действительно, проблема качества полимерных изоляторов и присутствия на рынке недобросовестных производителей очень острая. Это связано с тем, что производство полимерных изоляторов не требует создания полного цикла и порог вхождения в эту отрасль сравнительно невысок. Большинство производителей полимерных изоляторов специализируются не на производстве «от и до», а на сборке, покупая все необходимое: резину, стержень, арматуру. Более того, многие из современных российских производителей полимерных изоляторов начинали «с нуля», не имея опыта в производстве не только полимерных изоляторов, но и изоляторов как таковых. Таким образом, качество полимерного изолятора зависит и от качества материалов, и от качества сборки. Риск отказа изолятора увеличивается вдвойне.

Итак, у потребителей есть основания относиться к полимерным изоляторам с настороженностью. И электроэнергетики, и железнодорожники по природе своей консерваторы.

Слишком большая ответственность лежит на них.

Ким Ен Дар, заместитель директора по научной работе Львовской изоляторной компании:

Коренного изменения расстановки сил в пользу полимерных изоляторов в ближайшее время, видимо, не произойдет. Есть традиция, есть опыт эксплуатации стеклянных изоляторов, которые работают 40‑50 лет, и вполне возможно, что они будут работать без отказов не год и не два. Пока что энергетики с опаской смотрят на массовое применение полимерных изоляторов на линиях напряжением от 220 кВ и выше. И для их опасений есть основания.

Если традиционные стеклянные изоляторы до сих пор показывали себя наилучшим образом, у потребителей нет необходимости обращаться к другим видам изоляторов, надежность которых изучена недостаточно. Основания для выбора в пользу полимерных изоляторов появляются в том случае, когда местные обстоятельства складываются в пользу применения именно полимерных изоляторов. Популярность полимерных изоляторов может вырасти и в том случае, если их цена будет ниже, чем у стеклянных, при аналогичной или даже более высокой надежности. Пока что стоимость полимерного и стеклянного изолятора примерно одинакова.

Постскриптум

Как раз накануне выхода в свет ноябрьского номера «Энергетики и промышленности России» в Санкт-Петербургском энергетическом институте повышения квалификации (ПЭИПК) прошла научно-техническая конференция «Полимерные изоляторы и изоляционные конструкции высокого напряжения». Это еще раз доказывает, насколько актуальна поднятая нами тема. Некоторые из наблюдений участников конференции, частично перекликающиеся с выводами участников круглого стола, представлены вниманию наших читателей.

Юрий Шумилов, доктор технических наук, ООО НПП «ES Полимер» (г. Артемовск, Украина):

Полимерные изоляторы, состоящие из стеклопластикового стержня, кремнийорганической (силиконовой) защитной оболочки и металлических оконцевателей, давно привлекают потребителей к применению на ВЛ благодаря своим высоким техническим и эксплуатационным свойствам. Об этом свидетельствует более чем 25-летний опыт их применения. Полимерные изоляторы характеризуются малым весом (в 7 – 10 раз меньше веса традиционных гирлянд), непробиваемостью, устойчивостью к действию динамических нагрузок и к актам вандализма, высокими влагоразрядными характеристиками, возможностью снижения в 10  – 11 раз транспортных и погрузочно-разгрузочных работ, легкостью монтажа.

Вместе с тем в процессе длительной эксплуатации были обнаружены и недостатки первого поколения полимерных изоляторов. Наиболее подробно типы и причины отказов, хотя и немногочисленных, приведены в обстоятельных отчетах американского института EPRI, в которых проанализирована работоспособность около четырех миллионов полимерных изоляторов, установленных на ВЛ 110 – 750 кВ. Из графиков следует, что наибольшее число отказов связано с «хрупким разрушением» стержня и пробоем изоляторов под оболочкой. Третье и четвертое места занимают соответственно механическое разрушение и разрушение стержня от частичных разрядов.

Главными причинами, вызвавшими эти отказы, явилось проникновение влаги через соединение металлического оконцевателя с изоляционной деталью, проникновение влаги через оболочку и перегрев стержня при литье оболочки, вызвавший растрескивание стеклопластика. Несмотря на сравнительно небольшое количество отказов, каждый отказ полимерного изолятора сопряжен с необходимостью его замены. На отыскание места повреждения линии и проведение восстановительных работ может потребоваться большое количество времени.

Эти проблемы актуальны и для стран СНГ. Так, явление «хрупкого разрушения», впервые обнаруженное в 1970 году на полимерных изоляторах первого поколения, установленных в магистральных линиях Италии и Южной Африки, наблюдалось также в 1980 г. и 1990 г. в США, в России – на линии 330 кВ МЭС Северо-Запада. Как правило, «хрупкое разрушение» в подвесных изоляторах наблюдается около высоковольтного провода или внутри оконцевателя, поддерживающего высоковольтный провод. Несмотря на малую вероятность разрушений, возможность их появления вызывает беспокойство как у потребителей, так и у разработчиков изоляторов, поскольку «хрупкий разрыв» сопровождается падением провода.

Михаил Ярмаркин, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Электроэнергетическое оборудование электрических станций, подстанций и промышленных предприятий», ПЭИПК:

Основная проблема полимерных изоляторов в наши дни – это проблема качества. На рынок вышло слишком много фирм, применяющих низкокачественные материалы, далеко не самое лучшее оборудование, не соблюдающих технологию производства. Иными словами, это предприятия, которые делают ставку на выпуск откровенной халтуры. В течение последних лет на рынок были выброшены огромные партии низкокачественных полимерных изоляторов по демпинговым ценам. Стоимость такого изолятора может быть меньшей, чем стоимость необходимых для создания изолятора материалов: стеклопластиковой основы, полимерной покрышки, металлических фланцев. Если сложить стоимость материалов хорошего качества, которые можно приобрести по минимальной стоимости, все‑таки это будет меньше, чем цена изолятора.

И все‑таки такая заведомо некачественная продукция находит потребителей, предпочитающих рассчитывать на авось, лишь бы добиться сиюминутной экономии. Они не сознают, насколько рискованно использование изоляторов сомнительного качества, или, может быть, предпочитают закрывать на это глаза. Между тем самые обычные природные явления, такие, как начало сезона дождей или холодная зима, могут спровоцировать преждевременное разрушение изолятора. Результаты ЧП могут быть весьма печальными. Представьте, что произойдет, если целое предприятие, поселок, а то и целый город останутся без электричества.

Как предотвратить возникновение подобных ситуаций? Здесь многое зависит от предусмотрительности и доброй воли потребителей.

Самое разумное решение – не покупать изоляторы сомнительного происхождения, не иметь дела с не внушающими доверия поставщиками, выбирать компании, которые позволяют познакомиться с технологией производства изоляторов, процедурой выходного контроля. Второй вариант – организовать собственный входной контроль. Но это решение реально только для крупных компаний (в том числе энергетических), имеющих возможность приобрести дорогостоящее оборудование и предложить достойные условия труда специалистам. Для того чтобы организовать входной контроль, необходимо создать собственную лабораторию.

Третий вариант, предложенный участниками нашей конференции, – создание ассоциации поставщиков, участники которой обязуются следовать единым для всех стандартам и предоставлять ассоциации элементарную информацию, касающуюся прозрачности закупок, качества исходных материалов и пр. Скорее всего, эта мера не приведет к существенному уменьшению числа потребителей, готовых экономить на безопасности. И все же факт членства в такой ассоциации, как и в любом другом объединении профессионалов, сможет служить гарантией для потребителей. Это – как сертификат качества.

МНЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ:

Павел Бабешко, заместитель главного инженера ОАО «Астраханьэнерго»:

Опыт применения современных полимерных изоляторов с кремнийорганической оболочкой на объектах «Астраханьэнерго» не настолько велик, чтобы мы могли о нем судить. Начиная с 2002 года, мы эксплуатируем 450 изоляторов производства ООО «Полимер» (Санкт-Петербург), пока по ним замечаний нет. А если рассуждать о полимерных изоляторах вообще, то в конце 1990‑х наша компания пыталась применять полимерные изоляторы серии ЛПС-70/110 производства фирмы «Изорат», но лет 6 назад на наших объектах начались массовые отказы изоляторов по причине разрушения оболочки. Производители изоляторов сами признали, что в их продукции имел место изначальный дефект, связанный с недостаточной герметичностью оболочки относительно несущего стеклопластикового стержня. В итоге мы приняли решение вернуться к привычным стеклянным изоляторам, что удобнее и в плане замены (достаточно заменить один или несколько изоляторов из гирлянды), и в плане единства методов, позволяющих выявлять повреждения.

Что до изоляторов, которые будут применяться при строительстве новых линий, то сейчас мы только изучаем сравнительные характеристики различных видов изоляторов, чтобы решить, какие из них выбрать.

Начальник ООЗД, заместитель директора по логистике и закупкам С. А. Шабанов (ОАО «Московская областная электросетевая компания»):

Наша компания приобретает различные типы изоляторов, в том числе стеклянные (например: ПС-120‑112W), фарфоровые (например: ПФ-70Е 212V), полимерные (например: ИОСПК-10‑35‑190 III УХЛ 1). Зависит это от многих причин – и от класса напряжения и требований надежности, особенностей конструктивного исполнения, среды использования. Практически все опорные и проходные изоляторы – фарфоровые, подвесные – в основном стеклянные.

На уже эксплуатируемые объекты приобретаются те типы изоляторов, которые на них используются. На вновь возводимые и реконструируемые объекты изоляторы приобретаются согласно проектной документации, есть полимерные, но в основном это стеклянные изоляторы.