Dziś jest piątek, 13 grudzień 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8505 -0.4% 1EUR 4.2846 -0.01% 1GBP 5.0756 -0.08%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
IIX edycja Targów Energetycznych ENERGETICS już w listopadzie!
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Seminarium utrzynia ruchu - Wałbrzych 2019
więcej
Produkcja w Polsce w kontekście Czwartej Rewolucji Przemysłowej
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
11 marzec 2016.

Odporność izolatorów kompozytowych na narażenia mechaniczne.

Odporność izolatorów kompozytowych na narażenia mechaniczne.

Rozwój technologii oraz stale  rosnący udział tworzyw sztucznych w gospodarce sprawił, że w naszym otoczeniu pojawia się coraz więcej produktów z nich wytwarzanych. Postęp w tej dziedzinie jest nieunikniony i wymuszony głównie względami  ekonomicznymi (tańsze, bo  mniej pracochłonne i lżejsze konstrukcje). Postęp w dziedzinie materiałoznawstwa sprawił, że współczesne izolatory  wykonane w technologii polimerowej stały się konkurencyjne do łańcuchów izolatorów szklanych i izolatorów  ceramicznych produkowanych do dnia dzisiejszego. Prostota produkcji izolatorów kompozytowych oraz stosunkowo niewielkie nakłady na jej uruchomienie wpłynęły na pojawienie  się  wielu  producentów  izolatorów  kompozytowych i oferowanych typów.
Bogata oferta  izolatorów  kompozytowych, a także  często jedyne kryterium, jakim jest cena przy wyborze najkorzystniejszej  oferty  przez  właścicieli  sieci  elektroenergetycznych, stwarza duże ryzyko zakupu izolatorów miernej jakości. Przywołanie w specyfikacji  istotnych warunków zamówienia postanowień wyłącznie według istniejących dokumentów normatywnych nie daje gwarancji zakupu dobrej jakości izolatora kompozytowego, ze względu na dotychczasowe wymagania ujęte w normach, dotyczących izolatorów kompozytowych.
W najważniejszych polskich  normach (będących odpowiednikami norm międzynarodowych i europejskich)  z zakresu jakościowych  wymagań  dla  kompozytowych  izolatorów  liniowych:  PN-EN 61109:2010P,  PN-EN 61466-1:1999P i PN-EN 62217:2013E nie ujęto  w pełni  różnych  aspektów mechanicznej wytrzymałości izolatorów  kompozytowych. Głównym odniesieniem jest  w normach statyczna  wytrzymałość mechaniczna,  czyli znamionowe obciążenie mechaniczne (SML), które nie obejmuje mechanicznej wytrzymałości zmęczeniowej izolatorów, uwzględniającej rzeczywiste warunki pracy.
W rzeczywistości izolator zamontowany w linii napowietrznej jest obciążony siłą rozciągającą o wartości poniżej deklarowanej  przez  producenta SML (wartość obciążenia rzeczywistego zależy od ciężaru i naprężenia przewodów), ale dodatkowo jest narażony na działanie zmiennej cyklicznie działającej siły rozciągającej, pochodzącej od drgań przewodu, wywołanych czynnikami  atmosferycznymi. Przewody i konstrukcje słupów wykonane  z  materiałów sprężystych,  oddziałując  wzajemnie na siebie, wywołują siłę zmienną nieustaloną, o nieustalonym charakterze.
Mając na uwadze powyższe, Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. w lipcu 2015 r. wprowadziły do stosowania nową specyfikację  techniczną  "Kompozytowe izolatory wiszące do sieci 400 kV", rozszerzającą zakres wymagań (w stosunku do wymagań znormalizowanych), jakie  muszą spełniać dostawcy - producenci izolatorów  kompozytowych. Wymagania te zostały rozszerzone przede wszystkim o:
*  wytrzymałość  izolatorów   na  rozciąganie  przy  obciążeniu zmiennym (cyklicznym),
*  konieczność  określenia właściwości materiałów, stosowanych  do wykonywania izolatorów  oraz  ich elementów składowych  (m.in. znamionowej wytrzymałości okuć  i technologii ich wykonywania).

Najistotniejszym dodatkowym wymaganiem, mającym wpływ na trwałość izolatora, jest jego wytrzymałość zmęczeniowa.  Polskie  Sieci  Elektroenergetyczne, współpracując z jednostkami naukowo-badawczymi,  między innymi z Instytutem  Energetyki, uczestniczyły we  współfinansowaniu badań izolatorów  kompozytowych pod tym kątem, które okazały się słusznym kierunkiem. W wyniku badań zauważono, że podawana  przez  producentów wytrzymałość mechaniczna  izolatorów kompozytowych SML nie w pełni  odzwierciedla jego  trwałość. Wszystkie nowe izolatory poddane badaniom spełniały określoną przez producenta wytrzymałość statyczną, nawet znacznie ją przekraczając. W ramach wykonanych badań zasymulowano obciążenie izolatorów siłą zmienną, odwzorowującą występu- jące  w warunkach rzeczywistych obciążenia. W warunkach laboratoryjnych zasymulowanie obciążenia siłą  rzeczywistą jest możliwe poprzez zebranie pomiarów sił z istniejących obiektów liniowych, co jednak wymaga długiego czasu. Dlatego  zdecydowano się na obciążenie izolatorów rozciągającą siłą cykliczną, oscylującą wokół siły o wartości stałej (statycznego obciążenia średniego). Siła o stałej  wartości symuluje  obciążenie izolatora pochodzące od ciężaru i naprężenia przewodów, natomiast siła oscylująca symuluje oddziaływania konstrukcji i drgań przewodów, spowodowane czynnikami  atmosferycznymi. Charakter probierczego cyklicznego obciążenia izolatora i odpowiadające temu obciążeniu przyrost wydłużenia izolatora przedstawiono na rysunku 1.

Amplituda  obciążenia  cyklicznego  (zmiennego) wynosiła do 25% wartości siły stałej (statycznego obciążenia średniego), a maksymalna wartość obciążenia cyklicznego (czyli suma siły stałej i amplitudy obciążenia cyklicznego) zwykle nie przekraczała  gwarantowanej wytrzymałości SML, określonej przez producenta.  Badania te  przeprowadzono  dla  różnych   wartości  obciążenia  maksymalnego.  Każdą  próbę  prowadzono  aż do zniszczenia izolatora. Na rysunku 2 pokazano uszkodzone w próbie  zmęczeniowej rdzenie różnych  typów  kompozytowych izolatorów  liniowych.


Rys. 1. Przykład przebiegu zmian obciążenia rozciągającego
i przyrostu wydłużenia izolatora podczas próby zmęczeniowej typowego kompozytowego izolatora liniowego

  
Rys. 2. Przykłady uszkodzeń podczas prób zmęczeniowych rdzeni różnych  typów kompozytowych izolatorów liniowych

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono wyraźną zależność liczby wytrzymanych do zniszczenia cykli od wartości obciążenia maksymalnego: im niższa wartość obciążenia maksymalnego, tym większa liczba wytrzymanych przez  izolator cykli. W ramach analizy wyników prób  kompozytowych izolatorów liniowych, wyniki te przyjęto za współrzędne punktów  w układzie współrzędnych według  zasady:
*  wartość odciętej - liczba cykli do zniszczenia izolatora
* wartość rzędnej - względna wartość (procentowa) obciążenia maksymalnego w stosunku do znamionowego obciążenia mechanicznego izolatora.

Naniesione w ten sposób dla danego typu izolatora punkty na zorientowanej płaszczyźnie aproksymowano empirycznie funkcją potęgową, którą przyjęto  nazywać charakterystyką zmęczeniową izolatora kompozytowego lub modelem wytrzymałości izolatora kompozytowego przy obciążeniu cyklicznym.


Rys. 3. Przykładowe charakterystyki zmęczeniowe badanych izolatorów  do linii 400 kV, wyznaczone podczas badań w latach  2004-2008 oraz zasada kryterium oceny  ich odporności na obciążenia cykliczne  (amplituda zmian obciążenia 25% obciążenia średniego; krzywa kryterialna  opracowana na podstawie badań kilkunastu  typów izolatorów)
prod. A - izolatory nie spełniają kryteriów odporności na obciążenia cykliczne  - ich charakterystyka leży pod krzywą kryterialną;
prod. B - izolatory spełniają kryteria odporności na obciążenia cykliczne  - ich charakterystyka leży nad  krzywą kryterialną

Poddane takiej analizie  wyniki badań zmęczeniowych licznej grupy izolatorów  kompozytowych różnych  producentów wykazywały silną korelację, a dokładność odwzorowania (czyli wartości funkcji aproksymującej w stosunku do  wartości empirycznych)  okazywała się  zawsze bardzo dobra, niezależnie od różnicy  w konstrukcji,  czy jakości  badanych izolatorów.  Pozwoliło to na opracowanie kryteriów oceny odporności izolatorów kompozytowych na obciążenie cykliczne,  czyli metody  szacowa- nia ich trwałości. Dodatkowym, choć  bardzo istotnym,  aspektem wyznaczania charakterystyk zmęczeniowych, jest możliwość ich wykorzystania do porównywania mechanicznych właściwości izolatorów,  które to izolatory nie różnią się pod względem danych katalogowych według  norm.
Zasadę, przyjętego za główne, kryterium oceny kompozytowych izolatorów  liniowych pod  względem właściwości mechanicznych  (odporności na obciążenia cykliczne)  na podstawie ich charakterystyki zmęczeniowej zobrazowano na rysunku  3.

Wyznaczone  charakterystyki zmęczeniowe  potwierdzają, że do określonej przez  producentów mechanicznej wytrzymałości statycznej należy  podchodzić racjonalnie. W praktyce okazuje się często, że izolator kompozytowy o bardzo dużej statycznej wytrzymałości na rozciąganie bardzo szybko może ulec uszkodzeniu w wyniku działania siły cyklicznej lub nieustalonej, występującej  w warunkach rzeczywistych.

Wynikać to może z różnego współczynnika wydłużenia sprężystego materiałów, z którego jest wykonany rdzeń izolatora (włókna szklane, żywica epoksydowa). Różne współczynniki sprężystości podczas długotrwałego działania siły cyklicznej  wpływają  na  dodatkowe  naprężenia  wewnętrzne w rdzeniu, które mogą powodować mikropęknięcia w rdzeniu i spadek jego wytrzymałości. Osłabienie wytrzymałości rdzenia w wyniku działania siły cyklicznej wymaga jeszcze dokładnych analiz  i badań, aby  znaleźć zjawisko  które  ma  na  to decydujący wpływ. Wydaje się jednak, że zastosowana proponowana metoda badań  zmęczeniowych jest  obecnie  najlepszym uzupełnieniem oceny  mechanicznej wytrzymałości i trwałości  izolatorów kompozytowych.

Rozwój technologii i materiałów nie tylko w zakresie konstrukcji izolatorów  niesie  szereg nadziei,  dotyczących poprawy trwałości elementów linii, które stanowią ważny element sieci przesyłowej. Polskie Sieci Elektroenergetyczne są otwarte na zastosowanie nowych  rozwiązań technicznych z jednoczesnym uwzględnieniem odpowiednich standardów jakościowych. Przykładem jest  tutaj pojawienie się  nowych  technologii w zakresie  przewodów do linii napowietrznych - przewodów o małych zwisach zwanych także  wysokotemperaturowymi. Współpraca tego typu przewodów z izolatorami kompozytowymi rodzi kolejne pytania. Jaki jest wpływ zwiększonej temperatury okucia izolatora od strony zacisku przewodu na trwałość izolatora kompozytowego i to zarówno przy obciążeniu statycznym, jak i cyklicznym?

Polskie Sieci Elektroenergetycznie są obecnie inicjatorem badań  prowadzonych w tym  zakresie  wspólnie   z  Instytutem Energetyki. Wstępne wyniki przeprowadzonych prób przez Instytut Energetyki na zlecenie PSE S.A., potwierdzają wpływ zwiększonej temperatury okucia na trwałość izolatora. Oczekiwać należy,  że  pozwolą one  na  sformułowanie odpowiednich zaleceń w zakresie współpracy izolatorów  kompozytowych z przewodami wysokotemperaturowymi.

Podsumowanie

Szerokie zastosowanie izolatorów  kompozytowych wymaga  doskonalenia kryteriów  ich odbioru  i weryfikacji badań. Propozycją  nowych  badań jest uwzględnienie działania siły cyklicznej na wytrzymałość izolatorów  kompozytowych. Uwzględniono to w nowej specyfikacji  technicznej PSE S.A. "Kompozytowe izolatory wiszące do sieci 400 kV" (lipiec 2015 r.). Dalsze  prowadzone badania powinny uwzględniać nowe zjawiska i spełniać coraz lepsze kryteria jakościowe wpływające na trwałość użytkowania tego typu izolatorów.

Wojciech  Kłosak
Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A.

Źródło: Energetyka
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl