Actuellement, 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, dont les pylônes linéaires représentent une proportion plus élevée. Presque toutes les tours linéaires dans les zones fortement polluées utilisent des isolateurs composites. Les isolateurs composites ont résolu le problème de contournement de la pollution qui afflige le réseau électrique depuis de nombreuses années avec d'excellentes performances de contournement anti-pollution, mais le problème de la déconnexion des chaînes s'est produit de temps en temps. Pour les pylônes à une seule chaîne, une fois l'isolateur composite rompu, la ligne tombera souvent au sol, apportant une sécurité sociale ce qui affectera la fiabilité de la ligne. Avec la réduction drastique du taux de déclenchement de contournement de la pollution ces dernières années, la déconnexion des chaînes est devenue un problème important auquel sont confrontés les isolateurs composites.
Plusieurs raisons peuvent provoquer la rupture de la chaîne d'isolateurs composites. Il existe de nombreuses différences dans l'apparence et les résultats des tests. Une fois que la rupture de la chaîne se produit, il est très important de trouver avec précision la cause de la rupture de la chaîne pour une élimination ultérieure. Dans le même temps, résumez les raisons de la rupture de la chaîne d'isolateur et vérifiez l'accès au réseau de l'isolateur'. C'est d'une grande importance. Par conséquent, cet article explique les raisons de la rupture de la chaîne d'isolateurs composites, et comment les analyser et les vérifier.
2. Classification et caractéristiques de rupture des isolateurs composites
Les chaînes brisées d'isolateurs composites peuvent être divisées en trois types : déchirure par force externe, rupture fragile et pourriture. Parmi eux, il y a très peu de cas de déchirure par force externe, et la rupture fragile et la pourriture sont les principaux types de rupture de corde.
2.1 déchirure par force extérieure
Les causes de l'arrachement par force externe sont souvent des vents extrêmes, des lignes fortement givrantes, des sauts de glace, etc. Dans ces cas, l'isolateur composite est sollicité au-delà de la conception, provoquant la déconnexion de la chaîne.
Dans l'ensemble, la partie de l'isolateur à résistance mécanique contrôlée est généralement le col de la rotule, c'est-à-dire que lorsqu'elle est uniquement sollicitée en traction, la rotule est souvent la première à se rompre. Cependant, lorsqu'elle est soumise à l'action combinée d'une contrainte de torsion, d'une contrainte de traction ou d'une contrainte de compression, la partie de connexion de l'isolateur composite raccord-mandrin est la plus faible, de sorte que la position de rupture est souvent située au niveau de la connexion raccord-mandrin.
La tige de noyau isolant composite est en fibre de verre à haute résistance. Lorsqu'elle est partiellement endommagée puis déchirée sous l'action combinée des contraintes de torsion et de traction, la fracture de la tige centrale est souvent inégale, et certaines fibres sont en forme de balai, sans marques de carbonisation sur la fracture.
2.2 Rupture fragile (corrosion sous contrainte)
La rupture fragile est le principal type de déconnexion de chaîne qui se produit lors de l'application précoce d'isolateurs composites. Le processus de rupture s'accompagne d'un processus de corrosion sous contrainte, et l'emplacement de la rupture peut être situé à l'intérieur des raccords et près de la jonction entre les raccords et la tige centrale.
La caractéristique la plus évidente de la fracture fragile est que la majeure partie de la fracture est plate et lisse, la section est perpendiculaire à l'axe du mandrin et la morphologie typique de la fracture
2.3 Corruption (carbonisation au mandrin)
La rupture pourrie est devenue la principale forme de rupture de chaîne d'isolateurs composites ces dernières années. La rupture de la chaîne s'accompagne d'un processus de décharge interne à long terme, et la fracture est généralement située près de l'extrémité haute tension de l'isolateur composite.
La principale caractéristique d'apparence de la fracture de désintégration est la carbonisation importante (noircissement) du mandrin, et la fracture est inégale et il y a un filetage évident, une morphologie de fracture typique
3. La cause et le processus de développement de la ficelle cassée
Parmi les trois types de cordes cassées, la probabilité d'arrachement par force externe est extrêmement faible, et le processus est simple, et il est 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 rupture fragile et de la désintégration.
3.1 Fracture fragile
La rupture fragile s'accompagne généralement d'un processus de corrosion sous contrainte. L'isolateur supporte le poids du fil et est soumis à une 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 le premier isolant composite est sous tension. Sous l'action combinée de la corrosion, la tige centrale apparaît progressivement et les fissures s'étendent progressivement jusqu'à ce que les tiges centrales restantes ne puissent plus résister à la force de traction et se casser.
On peut voir d'après ce qui précède qu'il existe deux conditions principales pour la rupture fragile : la rupture du joint et la tige centrale est une tige centrale non résistante aux acides. De plus, l'apparition 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 Défaillance de l'étanchéité - la tige centrale est humide - une décharge interne se produit - une substance acide est générée - corrosion sous contrainte - la tige centrale est cassante ;
② Défauts de fabrication laissés à l'extrémité (structure en coin)-rupture du joint-substances acides dans l'atmosphère-contrainte corrosion-rupture fragile de la tige.
La structure en coin doit enfoncer un coin dans l'extrémité de la tige centrale, ce qui permet de laisser facilement des microfissures dans la tige centrale. Lorsque le joint est normal, le taux de croissance des microfissures est très lent. Une fois que le joint échoue, les fissures ci-dessus deviendront le point de départ de la corrosion sous contrainte.
Il existe trois types de défaillance des joints :
① Défaillance du joint d'extrémité : le mastic est fissuré ou l'extrémité est endommagée lors de l'installation, ce qui entraîne la défaillance du joint.
L'endommagement de la gaine entraîne la rupture du joint :
A. Le matériau de la gaine est de mauvaise qualité et la gaine est corrodée par une décharge externe ; il y aura une décharge corona sur la surface de l'isolateur composite par temps de pluie, et l'extrémité sera facilement brûlée par un arc à haute température lorsqu'elle est frappée par la foudre. Si la gaine a une résistance à la corrosion électrique insuffisante, dans les circonstances ci-dessus, il est facile de se fissurer et d'humidifier la tige centrale.
B. Une configuration incorrecte de l'anneau d'égalisation provoque une décharge corona excessive et une érosion de la gaine ; une mauvaise installation de l'anneau d'égalisation ou une mauvaise sélection des paramètres provoquera une grave décharge corona à l'extrémité haute tension, et les effets à long terme endommageront la gaine et provoqueront des tiges de noyau. Humide.
Il y a un problème à l'interface gaine-mandrin et l'humidité pénètre dans le mandrin par diffusion.
3.2 Pourriture
À l'heure actuelle, la plupart des isolateurs composites en service utilisent des tiges de noyau résistantes aux acides, de sorte que la probabilité de rupture fragile a été considérablement réduite et que la décroissance est devenue la principale forme de rupture des chaînes d'isolateurs. La décomposition s'accompagne souvent d'une décharge à long terme à l'intérieur du mandrin, et l'énergie générée provoque progressivement une modification de la structure du mandrin. D'une part, la résine qui enroule et fixe la fibre de verre se décompose et la structure en fibre de verre devient molle. Par contre, la fibre de verre est carbonisée, et les propriétés mécaniques sont importantes. Abaissez jusqu'à ce que le mandrin ne puisse'pas supporter la charge et se casse.
Dans ce processus, les défauts internes se développent le long de la direction radiale de la tige centrale tout en se développant également le long de la direction axiale. Un canal de décharge interne est généré dans la tige centrale.
Selon l'origine de la décharge interne de la tige de noyau, la décroissance peut être divisée en deux catégories suivantes :
① Dommages d'étanchéité (défaillance du joint d'extrémité ou endommagement de la gaine)-la tige centrale est humide-une décharge interne se produit-de l'acide est produit-la tige centrale est carbonisée-décomposée ;
L'origine de la décharge interne de ce type de rupture est la rupture du joint d'extrémité et l'endommagement de la gaine. La raison est la même que la fracture fragile décrite ci-dessus. On peut voir que même si un mandrin résistant aux acides est utilisé, tant que le joint échoue, des ruptures de cordes se produiront toujours !
② Il y a des défauts internes dans la tige de noyau - pénétration d'humidité - décharge à l'intérieur - génération de substance acide - corrosion de la gaine - décharge interne intensifiée - carbonisation de la tige de noyau ;
Les défauts internes du mandrin sont généralement dus à une mauvaise interface mandrin-gaine, telle qu'un mauvais collage, des trous d'air laissés sur l'interface, etc. Le mauvais collage va entraîner des décollements et des entrefers internes. Le processus clé de ce type de rupture de corde est le suivant : la surface de la gaine est intacte, mais de l'humidité a pénétré dans la tige du noyau. La raison en est que lorsqu'un entrefer est généré à l'intérieur de la tige centrale, l'humidité externe peut pénétrer dans la tige centrale par le processus de diffusion.
4. Méthode d'analyse de chaîne brisée
Il est facile d'obtenir des indices à partir des informations météorologiques pour les ruptures de cordes causées par une force externe de déchirure. Par conséquent, seule l'analyse de la fragilité et de la décroissance est discutée ici. Lorsqu'une rupture de chaîne se produit, déterminez d'abord si le type de rupture de chaîne est une rupture fragile ou une rupture pourrie en fonction de la forme et de l'emplacement de la rupture, puis sélectionnez les éléments de test correspondants pour vérification en fonction des causes possibles décrites ci-dessus.
4.1 Fracture fragile
S'il est jugé qu'il s'agit d'une rupture fragile, selon ce qui précède, il peut s'agir d'une rupture de chaîne causée par une défaillance du joint + mandrin non résistant aux acides, ou du défaut de fabrication restant à l'extrémité + défaillance du joint + mandrin non résistant aux acides.
① Défaillance du joint + mandrin non résistant aux acides
Vérification de la défaillance du joint d'extrémité : effectuer un test d'étanchéité sur le même lot de produits, disséquer les raccords d'isolateur cassés et inspecter les composants internes de rouille.
Le test d'étanchéité consiste à appliquer 70% de la charge mécanique nominale à l'isolateur composite pendant 96 heures, puis à envelopper l'extrémité avec un pénétrant pendant 20 minutes et à vérifier si le colorant a pénétré dans l'extrémité et la profondeur de pénétration par inspection visuelle et anatomie. Tant que la profondeur de pénétration n'atteint pas la tige du noyau, le joint d'extrémité est considéré comme qualifié.
La défaillance du joint à la fin est souvent un exemple. Le test d'étanchéité du même lot de produits peut ne pas trouver le problème, mais s'il y a une défaillance du joint à la fin, il faudra un certain temps pour que le processus de corrosion sous contrainte se produise complètement, de sorte que les embouts rouillent souvent à l'intérieur. Par conséquent, il est le moyen le plus direct et le plus efficace pour disséquer les extrémités des isolateurs cassés et détecter les composants de rouille.
Vérification de la défaillance de l'étanchéité causée par un matériau de gaine de mauvaise qualité : effectuer le test de suivi et de perte de corrosion électrique du matériau de la housse de parapluie pour le même lot de produits.
Le suivi des fuites de matériau de couverture de parapluie et le test de résistance à la corrosion électrique consistent à couper la jupe du parapluie isolant en un échantillon plat d'une certaine épaisseur et à utiliser la méthode de tension de suivi constante pour tester, la tension de test est de 4,5 kV CA et l'échantillon peut résister à 6 h et corrosion Si la profondeur ne dépasse pas 2,5 mm, le test est considéré comme réussi.
Vérification de la défaillance du joint de gaine causée par une mauvaise installation de la bague d'égalisation de pression : vérifiez si la bague d'égalisation est installée à l'envers, si la position d'installation est correcte et effectuez le calcul de vérification du champ électrique sur le plan de configuration de la bague d'égalisation.
Vérification de la défaillance du joint causée par une mauvaise interface mandrin-gaine : effectuer un test de perméabilité du mandrin, un test de diffusion d'eau du mandrin avec la gaine, un test d'élévation de température de tenue à fréquence industrielle, un test de vague raide et une autopsie pour le même lot d'isolateurs.
Vérification de la résistance à l'acide du mandrin : effectuez un test de résistance à l'acide du mandrin sur des isolants brisés ou des 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 la polir et l'envelopper avec 1 mol/L d'acide nitrique. Dans le même temps, une certaine force de traction est appliquée pendant 96h. La valeur de la force de traction est le produit de la surface de la tige centrale et de 300MPa, comme 96h. Si le mandrin arrière n'est pas endommagé et qu'il n'y a pas de fissure évidente sur la surface, on considère que le mandrin doit être résistant aux acides et composé. (Aussi connu sous le nom de mandrin résistant aux acides)
Pour des informations plus détaillées sur les méthodes de test et les critères mentionnés ci-dessus, voir"GB/T 19519-2014 Overhead Line Insulators-Suspension and Strain Composite Insulators for AC Systems with a Nominal Voltage Plus Than 1000V Definition, Test Methods and Critères d'acceptation".
② Restes de défauts de fabrication à la fin + défaillance du joint + mandrin non résistant aux acides
La vérification de la défaillance du joint et du mandrin non résistant aux acides est la même que ci-dessus. Les défauts de fabrication finaux peuvent être vérifiés par un essai de charge de destruction mécanique sur le même lot de produits. Cependant, les défauts de fabrication finaux sont souvent un cas et il est difficile de retracer la source avec précision à travers le test. Elle peut être assistée par la structure d'extrémité et la position de la fracture. Si l'extrémité adopte une structure en coin et que la fracture est située à l'intérieur de l'embout et est proche de l'extrémité du coin enfoncé, cela signifie qu'il y a une plus grande possibilité de défauts de fabrication à l'intérieur.
4.2 Pourriture
S'il est jugé qu'il s'agit d'une rupture fragile, selon ce qui précède, il se peut que ce soit la décharge interne à long terme causée par le joint brisé qui provoque la rupture de la colonne, ou la tige de noyau a un défaut interne qui érode la gaine de la à l'intérieur vers l'extérieur et provoque la décharge interne à long terme pour provoquer la rupture de la chaîne.
① Rupture du joint + décharge interne à long terme
La méthode de vérification de la défaillance du joint d'extrémité et de l'endommagement de l'enveloppe est conforme à la section 3.1 précédente.
Si un trou est trouvé sur le mandrin, que le trou soit causé par une cause externe qui provoque la défaillance de l'étanchéité de la gaine, ou qu'il soit causé par un défaut interne et une perforation, sera la clé du jugement. Vous pouvez commencer par 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 plus grande possibilité de commencer le temps de décharge plus tôt, et la probabilité que le trou commence de ce côté est plus grande.
La tige du noyau a des défauts internes
Ces dernières années, les défauts internes du mandrin sont principalement causés par la mauvaise interface mandrin-gaine. Analyse de validation d'une interface médiocre : effectuez un test de perméabilité de la tige centrale, un test de diffusion d'eau de la tige centrale avec gaine, un test d'élévation de température de tenue à fréquence industrielle, un test d'onde raide et une autopsie pour le même lot d'isolateurs.
Le test de perméabilité de la tige centrale consiste à couper la tige centrale en échantillons de 10 mm de long, la direction de coupe est perpendiculaire à la tige centrale, poncer les deux extrémités avec du papier de verre et les placer dans une solution de méthine rouge ou violet. La solution fera face à l'échantillon par capillarité. L'extrémité supérieure pénètre et le temps nécessaire à la solution pour pénétrer jusqu'en haut à l'intérieur du mandrin est mesuré.
Le test de diffusion d'eau du mandrin avec gaine consiste à couper le mandrin en éprouvettes de 30 mm de long, la direction de coupe est perpendiculaire au mandrin, polir les deux extrémités avec du papier de verre, le faire bouillir dans une solution de 0,1% NaCl pendant 100h, puis appliquer un 12kV Tension alternative pendant 1 min, mesurez le courant de fuite.
Le test d'échauffement de la courroie 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'échauffement de l'isolateur.
Le test d'onde raide consiste à faire bouillir l'isolant dans de l'eau pendant 42 heures et à appliquer une tension d'impulsion avec une pente comprise entre 1000 kV/us-1500 kV/μs, plus et moins 25 fois chacune.
L'autopsie consiste à retirer la gaine avec un couteau ou une force externe et à observer l'état de surface du mandrin une fois la gaine décollée.
Des informations plus détaillées sur le test ci-dessus peuvent être trouvées dans" GB/T 19519-2014 Isolateurs de lignes aériennes avec tension nominale supérieure à 1000 V CA Suspension et tension du système Isolants composites Définition, méthodes de test et critères d'acceptation" .
Après avoir éliminé le problème d'étanchéité, toute anomalie significative dans l'un des tests ci-dessus peut déterminer que l'isolateur est susceptible d'avoir des problèmes d'interface. Les caractéristiques anormales significatives de chaque test se réfèrent à :
Test de perméabilité de la tige de noyau : La section d'essai de la tige de noyau est pénétrée par la solution de méthine en 15 minutes.
Test de diffusion d'eau du mandrin avec gaine : le courant de fuite du mandrin dépasse 1mA ;
Essai d'élévation de température de tenue à fréquence industrielle : lors de l'essai de simulation en laboratoire, l'élévation de température de la tige centrale est importante et l'élévation de température augmente progressivement avec l'allongement 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 du mandrin.
Test d'onde raide : claquage interne de la tige centrale ;
Nécropsie : Une grande partie de la surface du mandrin est directement exposée.