Chaîne brisée d'isolants composites, ses causes et les méthodes d'analyse correspondantes
À l'heure actuelle, un grand nombre d'isolateurs composites sont utilisés dans les lignes de transmission du réseau électrique, représentant environ 50 % de la consommation d'isolateurs de ligne. Parmi eux, les tours linéaires représentent une proportion plus élevée. Presque toutes les tours linéaires dans les zones fortement polluées utilisent des isolateurs composites. L'isolateur composite a résolu le problème de contournement de la pollution qui a tourmenté le réseau électrique pendant de nombreuses années grâce à ses excellentes performances de contournement anti-pollution, mais le problème de rupture de chaîne se produit de temps en temps. Pour les tours à cordes à une seule chaîne, une fois qu'une chaîne d'isolateurs composites se casse, cela provoque souvent la chute de la ligne, ce qui constituera une menace énorme pour la sécurité sociale. Pour les pylônes multi-séries, une fois que la chaîne se casse, cela aura également un impact sur les pylônes et autres isolateurs, affectant la fiabilité de la ligne. Comme le taux de déclenchement dû au flashover de la pollution a été considérablement réduit ces dernières années, la rupture des chaînes est devenue un problème important auquel sont confrontés les isolateurs composites.
De nombreuses causes conduisent à une chaîne d'isolant composite cassée, et il existe de nombreuses différences dans l'apparence et les résultats des tests. Une fois la casse survenue, il est très important de trouver avec précision la cause du traitement ultérieur. Dans le même temps, les causes de la rupture doivent être résumées, ce qui a une importance importante pour les isolateurs à connecter au réseau électrique. Par conséquent, combinés aux formes de cordes cassées qui ont été contactées par des particuliers, nous parlerons des causes des cordes cassées et de la manière de les analyser et de les vérifier. Il peut y avoir des raisons pour lesquelles les cordes cassées ne sont pas couvertes. Vous êtes invités à laisser un message ou à envoyer un e-mail pour en discuter.
1. Classification et caractéristiques de rupture des chaînes d'isolateurs composites cassées
Les formes de cordes brisées des isolateurs composites peuvent être divisées en trois catégories : la déchirure par force externe, la rupture fragile et la rupture pourrie. Parmi eux, il y a très peu de cas de déchirure par force externe, et la rupture fragile et la rupture pourrie sont les principaux types de cordes cassées.
1.1 Déchirure par force externe
Les causes du déchirement par une force externe sont souvent des vents extrêmement forts, un givrage important des lignes et des sauts de dégivrage.
Dans l'ensemble, la partie à résistance mécanique contrôlée de l'isolant est généralement le col de la rotule, c'est-à-dire que lorsqu'elle n'est soumise qu'à un effort de traction, la rotule est souvent la première à casser. Cependant, lorsqu'elle est soumise à l'action combinée d'une contrainte de torsion, de traction ou de compression, la pièce de liaison entre la ferrure métallique et la tige centrale de l'isolateur composite est la plus fragile, de sorte que la position de rupture estsouvent situé à la partie de raccordement du raccord et de la tige centrale.
La tige centrale est en fibre de verre à haute résistance. Lorsqu'elle est partiellement endommagée puis déchirée sous l'action conjuguée de l'effort de torsion et de l'effort de traction,la fracture de la tige centrale est souvent inégale, certaines fibres sont en forme de balai et la fracture ne présente aucune trace de carbonisation.Figure 1.
Figure 1 Fracture typique de déchirure par force externe
1.2 Rupture fragile (corrosion sous contrainte)
La rupture fragile est le principal type de rupture de chaîne dans les premières applications d'isolateurs composites, et le processus de rupture s'accompagne d'un processus de corrosion sous contrainte.L'emplacement de la rupture se trouve peut-être à l'intérieur des embouts et à proximité de la connexion des embouts et de la tige centrale.
La caractéristique la plus évidente de la fracture fragile est que la majeure partie de la fracture est plate et lisse et que la section est perpendiculaire à l'axe de la tige centrale.La morphologie typique de la fracture est illustrée à la figure 2.
(a) Rupture plate
(b) La fracture est étagée et chaque gradin est plat.
Fig.2 Morphologie de rupture typique d'une rupture fragile d'un isolant composite
1.3 Rupture due à la corrosion (carbonisation de la tige centrale)
La rupture due à la corrosion est devenue la principale forme de rupture de chaîne d'isolateurs composites ces dernières années, et sa rupture de chaîne s'accompagne d'un processus de décharge interne à long terme.La rupture est généralement située près de l'extrémité haute tension de l'isolant composite.
Les principales caractéristiques d'apparence de la fracture pourrie sont une carbonisation importante (noircissement) de la tige centrale, et en même temps, la fracture est inégale et il y a un tréfilage évident.La forme typique de la fracture est illustrée à la figure 3.
Figure 3 Morphologie de rupture typique d'une rupture fragile d'un isolant composite
2. Causes et processus de développement des cordes cassées
Parmi les trois types de cordes cassées, la probabilité de déchirure par force externe est extrêmement faible, et le processus est simple et facile à analyser dans des conditions météorologiques extrêmes. Par conséquent, cet article ne présente que les causes, le processus de développement et les méthodes d'analyse de la fracture fragile et de la fracture pourrie.
2.1 Rupture fragile
La rupture fragile s'accompagne généralement du processus de corrosion sous contrainte. L'isolant supporte le poids du fil et est sous tension. Lorsque la tige centrale pénètre dans le liquide acide pour une raison quelconque, le liquide acide corrode la tige centrale. La tige centrale non résistante aux acides utilisée dans les premiers isolateurs composites est sous tension. Sous l'action combinée de la corrosion, des fissures apparaissent progressivement dans la tige centrale et les fissures se dilatent progressivement jusqu'à ce que la tige centrale restante ne puisse plus supporter la force de traction et se casse.
On peut voir d'après ce qui précède qu'il existe deux conditions principales pour une rupture fragile : une défaillance du joint et la tige centrale est une tige centrale non résistante aux acidesDe plus, la génération de fissures accélère fortement l'apparition de rupture fragile. Selon les cas réels, le processus de développement de la rupture fragile comprend les deux catégories suivantes :
(1) Défaut d'étanchéité - la tige centrale est humide - la décharge interne est générée - la substance acide est produite - corrosion sous contrainte - la tige centrale subit une rupture fragile ;
(2) Défauts de fabrication laissés à l'extrémité (structure en coin) - défaut d'étanchéité - entrée de substances acides dans l'atmosphère - corrosion sous contrainte - rupture fragile de la tige centrale.
La structure en coin doit enfoncer un coin dans l'extrémité de la tige centrale, ce qui laisse facilement de minuscules fissures dans la tige centrale. Lorsque le scellement est normal, l'expansion des minuscules fissures est très lente. Une fois l'étanchéité défaillante, les fissures ci-dessus deviendront le point de départ de la corrosion sous contrainte. Le type spécifique de structure de coin peut être trouvé dans mon autre articleStructure d'isolateur de ligne de transmission-1 (isolateur de suspension de type disque en porcelaine/verre, isolateur composite de suspension de type tige).
(a) Structure de coin interne
(b) Le coin intérieur est entraîné pour fendre la tige centrale.
Figure 4 Structure intérieure du coin et dommages à la tige centrale
Il existe trois types de défauts d'étanchéité :
(1)Échec du joint d'extrémité :Le mastic est fissuré ou l'extrémité est endommagée lors de l'installation, ce qui entraîne la défaillance du joint.
(2)Rupture d'étanchéité due à une rupture de gaine :
A. Le matériau de la gaine est médiocre et la gaine est corrodée par une décharge externe ; il y aura une décharge corona sur la surface de l'isolant composite par temps de pluie, et l'extrémité est facilement brûlée par un arc à haute température lorsqu'elle est frappée par la foudre. Dans les cas ci-dessus, il est facile de se fissurer, ce qui mouille la tige centrale.
B. Une configuration incorrecte de l'anneau d'égalisation provoquera une grave décharge corona et érodera la gaine ; Si l'anneau d'égalisation n'est pas installé correctement ou si les paramètres ne sont pas sélectionnés correctement, l'extrémité haute tension produira une décharge corona sévère et l'effet à long terme endommagera la gaine et rendra la tige centrale humide.
(3) Il y a un problème à l'interface tige gaine-âme, et l'humidité pénètre dans la tige centrale par diffusion.
2.2 Rupture due à la corrosion
À l'heure actuelle, la plupart des isolateurs composites en fonctionnement utilisent des tiges centrales résistantes aux acides, de sorte que la probabilité de rupture fragile a été considérablement réduite et la rupture pourrie est devenue la principale forme de rupture de la chaîne d'isolateurs. La décroissance s'accompagne souvent d'une décharge à long terme à l'intérieur de la tige centrale, et l'énergie générée provoque progressivement la modification de la structure de la tige centrale. D'une part, la résine qui enveloppe et fixe la fibre de verre se décompose et la structure de la fibre de verre devient molle. Par contre, la fibre de verre est carbonisée, et les propriétés mécaniques sont remarquables. Descendez jusqu'à ce que la tige centrale ne puisse plus supporter la charge et se casse.
Dans ce processus, les défauts internes se développent le long de la direction radiale de la tige centrale, et se développent également dans la direction axiale, et un canal de décharge interne est généré dans la tige centrale, et l'intensité du champ électrique à l'extrémité est extrêmement grande, provoquant la gaine à pénétrer de l'intérieur vers l'extérieur. Une photo typique est illustrée à la figure 5.
(a) Expansion du défaut à l'intérieur de la tige centrale
(b) Poinçon de gaine de tige centrale
Figure 5 Expansion du défaut à l'intérieur de la tige centrale cassée en raison de la corrosion
Selon l'origine de la décharge interne de la barre centrale, la décroissance peut être divisée en deux catégories :
(1) Échec de l'étanchéité - la tige centrale est humide - la décharge interne est générée - la substance acide est produite - corrosion sous contrainte - la tige centrale subit une rupture fragile ;
L'origine de la décharge interne de ce type de rupture est la rupture du joint d'extrémité et l'endommagement de la gaine, et les raisons sont les mêmes que la rupture fragile précédente.On peut voir que même si la tige centrale résistante aux acides est utilisée, tant que le joint échoue, la ficelle sera toujours cassée !
(2) Il y a des défauts internes dans la tige d'âme - pénétration d'eau - décharge générée à l'intérieur - génération de substances acides - érosion de la gaine - décharge interne accrue - carbonisation de la tige d'âme ;
Les défauts internes de la tige centrale sont généralement causés par la mauvaise interface tige-gaine centrale, telle qu'une mauvaise liaison, des trous d'air laissés à l'interface, etc. La mauvaise liaison entraînera un décollement et la génération d'entrefers internes. Il existe les processus clés suivants pour ces chaînes brisées :La surface de la gaine est intacte, mais l'humidité pénètre dans la tige centrale.
3. Méthode d'analyse des chaînes brisées
Il est facile d'obtenir des indices à partir des informations météorologiques sur la corde cassée causée par une force externe de déchirure, de sorte que seule l'analyse de la fracture fragile et de la fracture pourrie est discutée ici. Lorsqu'une corde cassée se produit, déterminez d'abord si la corde cassée est cassante ou pourrie en fonction de la forme et de la position de la fracture, puis sélectionnez l'élément de test correspondant pour vérification en fonction des raisons possibles mentionnées ci-dessus.
3.1 Rupture fragile
S'il est jugé qu'il s'agit d'une rupture fragile, selon ce qui précède, elle peut être causée par une défaillance du joint plus une tige centrale non résistante aux acides, ou elle peut être causée par des défauts de fabrication résiduels à l'extrémité plus une défaillance de l'étanchéité plus une non- tige centrale résistante aux acides.
(1) Défaillance du joint plus tige centrale non résistante aux acides
Vérification de la défaillance du joint d'extrémité :Le même lot de produits est soumis à un test d'étanchéité, à la dissection des raccords d'isolateurs cassés et à la détection des composants de rouille internes.
Le test d'étanchéité consiste à appliquer 70 % de la charge mécanique nominale à l'isolant composite pendant 96 heures, puis à envelopper l'extrémité avec un pénétrant pendant 20 minutes. Vérifiez si le colorant pénètre dans l'extrémité et la profondeur de pénétration par inspection visuelle et anatomique. Les joints d'extrémité étaient considérés comme acceptables tant que la profondeur de pénétration n'atteignait pas la tige centrale.
Figure 6 Essai de scellement d'extrémité - inspection anatomique de la profondeur de pénétration après encapsulation du ressuage
Le défaut d'étanchéité de l'extrémité en est souvent un exemple. Le test d'étanchéité du même lot de produits peut ne pas être en mesure de trouver le problème. Cependant, s'il y a un défaut d'étanchéité à la fin, il faudra un certain temps pour que le processus de corrosion sous contrainte se produise complètement. Par conséquent, la corrosion se produit souvent à l'intérieur des raccords d'extrémité. Par conséquent, l'anatomie de l'extrémité de l'isolateur cassé et la détection des composants de rouille sont les moyens les plus directs et les plus efficaces.
Vérification d'un défaut d'étanchéité dû à un mauvais matériau de gaine: Réaliser les essais de pistage et de résistance à la corrosion électrique des matériaux de gaine parapluie sur un même lot de produits.
La résistance du matériau de couverture de parapluie au suivi et au test de corrosion électrique consiste à couper l'isolateur en un échantillon plat d'une certaine épaisseur et à effectuer le test par la méthode de tension de suivi constante. La tension d'essai est de 4,5 kV CA et l'échantillon peut supporter 6 h sans corrosion. Le test est considéré comme réussi si la profondeur ne dépasse pas 2,5 mm.
Figure 7 Échantillons soumis à des tests de pistage et de résistance à la corrosion électrique
La vérification de la défaillance du joint de gaine causée par la mauvaise installation de la bague de calibrage :Vérifiez si l'anneau de classement est installé à l'envers, si la position d'installation est correcte et effectuez le calcul de vérification du champ électrique sur le schéma de configuration de l'anneau de classement.
Vérification de la défaillance de l'étanchéité causée par une mauvaise interface noyau tige-gaine :Effectuer un test de perméabilité de la tige centrale, un test de diffusion de l'eau dans la gaine de la tige centrale, un test d'élévation de température de la ceinture de tension de tenue à la fréquence de puissance, un test d'élévation de température abrupte pour le même lot d'isolateurs. Test de vague, nécropsie.
Validation de la résistance aux acides de la tige centrale :Effectuer le test de résistance à l'acide de la tige centrale pour les isolateurs cassés ou les produits du même lot.
Le test de résistance à l'acide de la tige centrale consiste à décoller une section de la gaine de l'isolant pour exposer la tige centrale, puis à l'envelopper avec 1mol/L d'acide nitrique après broyage et à appliquer une certaine tension pendant 96h en même temps . La valeur de tension est le produit de la surface de la tige centrale et de 300MPa, par exemple 96h. Une fois que la tige centrale n'est pas endommagée et qu'il n'y a pas de fissure importante sur la surface, on considère que la tige centrale est nécessaire pour la résistance aux acides. (Aussi connu sous le nom de tige centrale résistante aux acides)
Pour des informations plus détaillées sur les méthodes et les critères des tests ci-dessus, veuillez vous référer à "GB/T 19519-2014 Définition, méthodes de test et critères d'acceptation pour les isolateurs de ligne aérienne avec une tension nominale supérieure à 1000 V pour les systèmes CA avec suspension et tension". Isolateurs composites".
(1) Défauts de fabrication restants à la fin plus défaillance du joint plus tige centrale non résistante aux acides
La vérification de la défaillance du joint et de la tige centrale non résistante aux acides est la même que ci-dessus. Les défauts de fabrication finaux peuvent être vérifiés par le test de charge de dommages mécaniques du même lot de produits, mais les défauts de fabrication finaux sont souvent des cas isolés, et il est difficile de retracer avec précision la source tout au long du test. Elle peut être assistée par la structure terminale et la position de la fracture. Si l'extrémité adopte une structure en coin et que la rupture est située à l'intérieur de l'embout et est proche de l'extrémité du coin entraîné, cela signifie qu'il y a une plus grande possibilité de défauts de fabrication à l'intérieur.
3.2 Rupture due à la corrosion
S'il est jugé qu'il s'agit d'une rupture fragile, selon ce qui précède, cela peut être causé par une décharge interne à long terme causée par des dommages au joint, ou cela peut être causé par des défauts internes dans la tige centrale, qui érode à travers la gaine de l'intérieur vers l'extérieur, provoquant une décharge interne à long terme pour provoquer la rupture de la chaîne.
(1) Dommages au joint plus décharge interne à long terme
La méthode de vérification pour la rupture du joint d'extrémité et la rupture de la gaine est la même que celle de la section 3.1 précédente.
S'il s'avère qu'il y a un trou sur la tige centrale, ce sera la clé pour juger si le trou est causé par une cause externe qui conduit à la défaillance du joint de gaine, ou est causé par un défaut interne et une perforation. On peut partir de la différence de composition entre l'intérieur et l'extérieur du trou. Généralement, le côté avec une proportion plus élevée de composants carbonisés a une probabilité plus élevée de commencer le temps de décharge plus tôt, et le trou est plus susceptible de commencer de ce côté.
(2) Défauts à l'intérieur de la tige centrale
Au cours des dernières années, il y a eu des cas de défauts internes dans la tige de noyau, principalement causés par la mauvaise interface tige de noyau-gaine.Vérification de l'interface défectueuse :Effectuer un test de perméabilité de la tige centrale, un test de diffusion de l'eau dans la gaine de la tige centrale, un test d'élévation de température de la ceinture de tension de tenue à la fréquence de puissance, un test d'élévation de température abrupte pour le même lot d'isolateurs, un test d'onde, une nécropsie.
Le test de perméabilité de la tige centrale consiste à couper la tige centrale en un échantillon de 10 mm de long, la direction de coupe est perpendiculaire à la tige centrale, à polir les deux extrémités avec du papier de verre et à la placer dans une solution de méthylène rouge ou violet. L'extrémité supérieure pénètre et le temps nécessaire à la solution pour pénétrer à l'intérieur de la tige centrale jusqu'au sommet est mesuré.
Figure 8 Test de perméabilité
Le test de diffusion d'eau de la tige centrale avec gaine consiste à couper la tige centrale en un échantillon de 30 mm de long, la direction de coupe est perpendiculaire à la tige centrale, à poncer les deux extrémités avec du papier de verre, à faire bouillir dans une solution de NaCl à 0,1 % de concentration pendant 100h, puis appliquez une tension alternative de 12kV pendant 1min, mesurez le courant de fuite.
Figure 9 Section d'essai de diffusion d'eau
Le test d'élévation de température de la ceinture de tension de tenue à fréquence industrielle consiste à appliquer la tension de fonctionnement la plus élevée à l'isolateur pendant 30 minutes et à utiliser l'infrarouge pour mesurer l'élévation de température de l'isolateur.
Pour le test d'onde raide, l'isolant a été bouilli pendant 42 heures et une tension d'impulsion avec une pente de 1 000 kV/us-1500kV/μs a été appliquée 25 fois.
L'autopsie consiste à retirer la gaine avec un couteau ou une force externe, et à observer l'état de surface de la tige centrale après que la gaine a été décollée.
Figure 10 Échantillon après autopsie
Pour des informations plus détaillées sur les tests ci-dessus, veuillez vous référer à "GB/T 19519-2014 Définition, méthodes de test et critères d'acceptation pour les isolateurs de lignes aériennes avec une tension nominale supérieure à 1000 V pour les systèmes CA avec des isolateurs composites suspendus et tendus".
Une fois le problème d'étanchéité exclu, si l'un des tests ci-dessus est significativement anormal, on peut estimer que l'isolant est susceptible d'avoir des problèmes d'interface.Les caractéristiques anormales significatives de chaque essai étaient :
test de perméabilité de la tige centrale : la section d'essai de la tige centrale est pénétrée par la solution de méthylène en 15 minutes.
tige centrale avec test de diffusion d'eau dans la gaine : le courant de fuite de la tige centrale dépasse 1 mA ;
Test d'élévation de température de la courroie de tension de tenue à la fréquence industrielle : pendant le test de simulation en laboratoire, l'élévation de température de la tige centrale est importante et l'élévation de température augmente progressivement avec l'extension du temps de pressurisation ; s'il ne s'agit que d'une légère élévation de température, il se peut que la gaine soit humide, mais il n'y a pas de problème à l'intérieur de la tige centrale.
Essai à forte onde : claquage interne de la tige centrale ;
Nécropsie : Une grande partie de la surface de la tige centrale est directement exposée.
Concernant l'arrêt des problèmes d'interface d'isolant composite, plus d'informations peuvent être trouvées dans mon autre article :Problèmes d'interface d'isolateur composite et leur détection.