Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ влияния различных факторов на состояние защищенных проводов в эксплуатации 17
1.1 Анализ повреждаемости проводов воздушных линий электропередачи 6-35 кВ 17
1.2 Учет особенностей конструкций и материалов защищенных проводов при оценке
их технического состояния в условиях эксплуатации 32
1.3 Влияние особенностей конструкций, материалов и способа монтажа линейной арматуры на состояние защищенных проводов в условиях эксплуатации 45
1.4 Учет географического фактора в задачах контроля и оценки состояния защищенных проводов при воздействии климатических нагрузок 67
1.5 Влияние микроструктуры поверхности защищенных проводов на механизмы увлажнения и гололедообразования 77
1.6 Влияние эксплуатационных факторов на тепловой режим защищенных проводов 85
1.7 Выводы по главе 94
ГЛАВА 2 Контроль состояния защищенных проводов при комплексном воздействии ветровых и гололедных нагрузок 96
2.1 Контроль и оценка состояния защищенных проводов на основе определения изгибных деформаций вблизи узлов крепления к опорам 96
2.2 Разработка усовершенствованной модели для контроля состояния защищенного провода при вибрации в ветровом потоке 110
2.3 Алгоритм реализации инженерной методики контроля состояния защищенных проводов при вибрациях в ветровом потоке 120
2.4 Модель квазижидкого слоя льда на поверхности защищенного провода 123
2.5 Уточненная модель для определения ресурсных показателей оболочковых материалов защищенных проводов при воздействии механических и температурных нагрузок 128
2.6 Связь ресурсных показателей оболочковых материалов защищенных проводов с динамическими свойствами дефектов 134
2.7 Экспериментальные исследования состояния защищенных проводов в полевых условиях при комплексном воздействии климатических нагрузок 146
2.8 Выводы по главе 157
ГЛАВА 3 Контроль состояния защищенных проводов при тепловом старении с учетом комплексного воздействия эксплуатационных факторов 160
3.1 Усовершенствованная модель для анализа распределения температур внутри защищенного провода 160
3.2 Тепловое старение защищенных проводов при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений 176
3.3 Методика контроля состояния защищенных проводов при комплексном воздействии эксплуатационных факторов 178
3.4 Методика определения предельной наработки на отказ оболочковых материалов защищенных проводов при тепловом старении 192
3.5 Выводы по главе 202
ГЛАВА 4 Контроль состояния защищенных проводов в условиях комплексного воздействия электрических полей, увлажнений и загрязнений 205
4.1 Математическая модель механизма проникновения влаги в защищенные провода
с учетом наличия дефектов в защитной оболочке 205
4.2 Влияние микрорельефа и загрязнений поверхности на характер смачивания защищенных проводов при электрическом старении 214
4.3 Контроль состояния поверхности защищенных проводов при увлажнениях на основе измерения угла смачивания 222
4.4 Исследование стойкости поверхности защищенных проводов к росту микроскопических грибов 230
4.5 Методика контроля состояния защищенных проводов при электрическом старении в условиях повышенных увлажнений и загрязнений поверхности 237
4.6 Выводы по главе 244
Заключение 247
Список литературы
- Влияние особенностей конструкций, материалов и способа монтажа линейной арматуры на состояние защищенных проводов в условиях эксплуатации
- Разработка усовершенствованной модели для контроля состояния защищенного провода при вибрации в ветровом потоке
- Тепловое старение защищенных проводов при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений
- Влияние микрорельефа и загрязнений поверхности на характер смачивания защищенных проводов при электрическом старении
Влияние особенностей конструкций, материалов и способа монтажа линейной арматуры на состояние защищенных проводов в условиях эксплуатации
Протяженность воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) 6-35 кВ с защищенными проводами с каждым годом увеличивается в разы. Переход на использование защищенных проводов при строительстве ВЛЭП 6-35 кВ отражен в технической политике ОАО «Россети» [1]. Накопленный опыт эксплуатации ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в России и за рубежом показывает снижение количества однофазных и межфазных коротких замыканий, повышение безопасности при эксплуатации [2-18]. Среди отличительных преимуществ защищенных проводов от неизолированных проводов следует выделить снижение числа отключений на ВЛЭП по причине схлестывания фазных проводов. Полимерная защитная оболочка в этих условиях препятствует возникновению коротких замыканий при взаимном кратковременном касании фазных проводов, а также траверс, стоек опор, деревьев и т.д. Применение полимерной оболочки в конструкции защищенных проводов позволяет изолировать находящиеся под потенциалом токоведущие части электроустановки, что существенно повышает безопасность эксплуатации ВЛЭП по сравнению с неизолированными проводами [6,19]. При использовании защищенных проводов снижаются затраты на строительство ВЛЭП за счет вырубки более узкой просеки, тем самым сохраняется природный ландшафт, снижается негативное воздействия на окружающую среду. При строительстве ВЛЭП в лесопарковой зоне уменьшается количество низовых пожаров. Повышаются показатели качества электроэнергии за счет снижения электрических потерь в линии из-за уменьшения более чем в 3 раза реактивного сопротивления по сравнению с неизолированными проводами.
По состоянию на 2014 г. в России общая протяженность ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами составляет более 150 тыс. км. Важно отметить широкое применение ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в системах электроснабжения предприятий горной и нефтеперерабатывающей отрасли, а также при строительстве ответственных энергетических объектов, протяженных межгосударственных систем транспорта нефти и газа в рамках реализации программы «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» [20-21], в частности, но не ограничиваясь: нефтепровод «Восточная Сибирь - Тихий океан», газопроводы «Россия - Турция», «Ямал - Европа», «СРТО - Торжок», «Северный поток», «Сила Сибири». Высокие показатели надежности и безопасности таких объектов с учетом крайне неоднородных географических и климатических условий эксплуатации требуют обеспечения соответствующих показателей надежности работы оборудования ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в условиях комплексного воздействия эксплуатационных факторов. При этом эффективность решения задач эксплуатации, в значительной мере определяющих надежность функционирования оборудования ВЛЭП 6-3 5 кВ с защищенными проводами, будет определяться эффективностью применяемых моделей и методик контроля состояния защищенных проводов в условиях эксплуатации.
Анализ технического состояния В ЛЭП 6-35 кВ, находящихся в эксплуатации ОАО «Россети», показал, что по состоянию на 2014 г. больше половины технологических нарушений связано с повреждениями проводов (рисунок 1.1). Более половины повреждений проводов является следствием необратимого старения материалов и возникновения дефектов в них при комплексном воздействии климатических нагрузок из-за выпадения ледяного дождя, налипания мокрого снега, сильного ветра и гололеда (рисунок 1.2) [22].
Распределение повреждений ВЛЭП 6-35 кВ по видам эксплуатационных воздействий, % [22] В этих условиях провода вместе с узлами их крепления к опорам ВЛЭП являются наиболее уязвимыми элементами, определяющими техническое состояние ВЛЭП и надежность электроснабжения конечных потребителей. Статистика по состоянию на 2014 г. показывает, что ежегодные потери от недоотпуска электроэнергии, связанные с отказами на ВЛЭП по причине повышенных климатических нагрузок, составляет 30 млрд. руб./год.
Своевременный контроль и оценка состояния проводов позволяют выявлять дефекты на ранних стадиях развития, прогнозировать ресурсные показатели как самих проводов, так и ВЛЭП в целом. При этом существующая статистика аварий на ВЛЭП 6-35 кВ позволяет сделать вывод о том, что задачи обеспечения надежности, связанные с оценкой технического состояния проводов и ранним обнаружением развивающихся в них дефектов, до конца не решены и являются актуальными. Одновременно с этим работы в области обеспечения надежности ВЛЭП уже проводились как российскими, так и зарубежными учеными, но применительно к ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами их недостаточно и исследования повреждаемости показывают, что вместе с ростом их протяженности пропорционально растет число отказов и повреждений по неустановленным причинам (рисунки 1.3-1.4). Это связано с недостаточной изученностью вопросов, связанных как со старением материалов проводов, так и возникновением дефектов в защищенных проводах и установленном смежном оборудовании. При этом ранние рекомендации, разработки и решения в области контроля и оценки состояния неизолированных проводов [23-27] не позволяют их эффективно использовать для случая защищенных проводов ввиду различий в применяемых конструкциях и материалах. за период 1996-2014 гг. В частности, существующие модели не учитывают наличие полимерной защитной оболочки провода, структуры полимерного материала и изменения его эксплуатационных свойств в результате старения и образования дефектов в результате действия внешних нагрузок. Рисунок 1.4 - Доля отказов на ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами по неустановленным причинам за период 1996-2014 гг. Кроме этого существующие модели для ВЛЭП 6-35 кВ не учитывают наблюдаемые изменения климата, а также влияние рельефа местности вдоль трассы прохождения ВЛЭП на величину климатических нагрузок, зачастую превышающих расчетные проектные значения [28-30]. Это приводит к отказам проводов уже на ранних этапах эксплуатации. В условиях изменения климата [31-33] длительные циклические воздействия сверхнормативных гололедно-ветровых нагрузок приводят к возникновению трещин в защитной оболочке провода вблизи узла крепления провода к опоре (рисунок 1.5). Для учета этих факторов при расчете нагрузок на провода необходимо использовать актуальные метеорологические данные, которые могут быть получены с помощью метеостанций, установленных в районах прохождения трассы ВЛЭП [34].
Рисунок 1.5 - Трещины в защитной оболочке провода С ростом трещин разрушения в защитной оболочке происходит нарушение ее адгезии к жиле провода, что обусловлено неоднородностью пространственной сетки при сшивании полиэтилена на границе раздела «полимер-металл». При этом объем возможных структурных неоднородностей и трещинообразования в полимерном материале проводов может составлять до 40% толщины оболочки. Это обстоятельство приобретает особую значимость при закреплении защищенного провода в зажимах, в которых оболочка провода испытывает наибольшие деформации при гололедно-ветровых нагрузках в результате растяжений, изгибов, кручений провода. В результате действия этих нагрузок возможны продавливания, утонения и отслоения и другие дефекты оболочки, способные нарушить целостность защищенного провода (рисунок 1.6).
Разработка усовершенствованной модели для контроля состояния защищенного провода при вибрации в ветровом потоке
Схема распределения склонов с учетом экспозиции На основании приведенной типизации макрорельефа целесообразно при проектировании строить карты-схемы типов и подтипов макрорельефа и микрорельефа по каждому климатическому фактору: скорость ветра, толщина гололедной стенки, ветровая нагрузка. В процессе построения карт требуется учитывать экранирование отдельных вершин и склонов другими близлежащими возвышенностями, располагающихся со стороны преобладающего направления действия ветра. Для оценки степени экранирования может быть предложен соответствующий критерий, равный отношению превышения склонов и вершин одной из возвышенностей по отношению к другой {Ah) к расстоянию между рассматриваемыми возвышенностями (S). Склон или вершину можно считать экранированной, если Ah S/20. По географическому прохождению трассы ВЛЭП и топографическим картам при изысканиях должны быть определены параметры микрорельефа местности.
В целом следует отметить, что недостаток актуальной климатической информации и данных инструментальных наблюдений за скоростью ветра, видом, массой и размерами гололедных отложений создает сложности в определении действительных гололедно-ветровых нагрузок на провода с учетом особенностей микрорельефа местности. В результате этого при проектировании ВЛЭП возникают неточности при расчете климатических воздействий на провода. В реальных условиях эксплуатации возникновение нерасчетных гололедно-ветровых нагрузок на провода требует своевременного контроля их технического состояния. 1.5 Влияние микроструктуры поверхности защищенных проводов на механизмы увлажнения и гололедообразования
Широкое распространение информации о несмачиваемости поверхности защищенных проводов водой, а также неподверженности защищенных проводов отложению гололеда на своей поверхности носит рекламный характер. В то же время накопленный опыт эксплуатации ВЛЭП 6-35 кВ с защищенными проводами в условиях повышенных увлажнений и частого выпадения осадков в виде ледяного дождя показывает обратное, что послужило поводом для проведения отдельного исследования в рамках диссертационной работы. В основу проведенных исследований легло положение о том, что смачивание поверхности защищенных проводов определяется химической структурой поверхностных слоев оболочки, а также физической микроструктурой (шероховатостью) поверхности провода. Это положение справедливо, и результаты ранее проведенных исследований в [162] подтверждают влияние химической структуры и микрорельефа поверхности защищенных проводов на характер смачивания. В частности, на рисунке 1.56 представлено распределение капли воды на поверхности исходного и состаренного образца материала защитной оболочки провода.
Как видно из рисунка 1.56, в результате старения и окисления поверхностных слоев полимерного материала повышается гидрофильность поверхности провода, что способствует смачиванию поверхности и образованию сплошных водяных пленок. По данным проведенных исследований [162] определены значения краевого угла смачивания для исходных и состаренных образцов материала защищенных проводов одного типа, но пяти различных производителей, что отражено на рисунке 1.57, где черным и серым цветом отмечены шпалы, соответствующие исходным и состаренным образцам соответственно. На основании представленных данных следует вывод: смачиваемость поверхности исходных образцов защищенных проводов одного типа, но разных производителей существенно отличается. На основании этих данных можно считать, что технологические факторы и рецептура исходных материалов влияют на смачиваемость поверхности защищенных проводов. В частности, на этапе изготовления возможно окисление полимера, что будет повышать гидрофильность поверхности. Для всех исходных образцов краевой угол смачивания меньше 90, что уже изначально предопределяет гидрофильность поверхности. Для состаренных образцов краевой угол смачивания меньше 60, что определяет еще большую гидрофильность поверхности проводов, при которой создаются условия для образования сплошных водяных пленок на поверхности защищенных проводов. При переходе от положительных к отрицательным температурам окружающей среды создаются благоприятные условия для образования ледяной корки на поверхности защищенных проводов. проводов пяти различных производителей [ 162] Повышение гидрофильности поверхности защищенных проводов в процессе старения связано с окислением полимерного материала при эксплуатации, что подтверждается данными, представленными на рисунках 1.17-1.21. Положение о влиянии микроструктуры поверхности защищенных проводов на условия смачивания и гололедообразования подтверждается данными в [162]. В частности, на рисунках 1.58-1.62 представлены микрофотографии поверхности исходных и состаренных образцов защитной оболочки из сшитого полиэтилена для проводов одного типа, но пяти различных производителей. Как видно, структуры поверхности исходных образцов изначально отличаются друг от друга. На фотографиях наблюдается присутствие дефектов в виде пор в состаренных образцах материала, а также воздушных пузырей во всех исходных образцах. Это может быть связано с высокими температурными перепадами на этапе изготовления проводов. Пористость может быть связана с выходом водяных паров и других газов, образующихся в материале на технологическом этапе, на поверхность защитной оболочки вследствие старения. В связи с этим обоснованно считать, что на микроструктуру поверхности защищенных проводов существенно влияют технологические факторы.
Тепловое старение защищенных проводов при комплексном воздействии повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений
Динамика изменения ресурсных показателей оболочковых материалов защищенных проводов будет определяться процессами необратимого старения полимера, а также динамическими свойствами дефектов. Важным динамическим свойством является скорость роста дефекта, который вносит существенный вклад в динамику изменения ресурсных показателей. При механических воздействиях дефекты можно рассматривать в виде трещин с последовательными стадиями развития: 1) передача энергии разрыва межмолекулярных связей материала за счет приложенной внешней механической нагрузки; 2) разрыв связей молекулярных цепочек материала за счет тепловых флуктуации; 3) образование микротрещин; 4) зарождение трещины разрушения с последующим ее ростом и разрывом материала. Для получения зависимостей, описывающих динамические свойства дефектов в защитной оболочке провода, предполагается, что трещины начинают расти с поверхности адгезионного слоя между жилой и защитной оболочкой провода, где имеет место наибольшая концентрация напряжений из-за разных диаметров внутренней и наружной поверхности защитной оболочки (рисунок 2.24).
Скорость роста трещины 3 может быть представлена в виде функции нескольких переменных: текущей длины трещины /(ґ), механического напряжения о в материале в окрестности вершины трещины объемом Fa, температуры материала в окрестности вершины трещины T(l,t) и других констант, определяющих молекулярную структуру материала [43]:
С учетом принятого допущения о начале роста трещины с поверхности адгезионного слоя, напряжение о в (2.81) может быть определено с учетом полученных соотношений (2.79) и (2.70). Основная задача при определении функции (2.81) состоит в получении такого соотношения, которое бы учитывало основные закономерности кинетики процесса разрушения, т.к. скорость роста трещины будет определяться частотой разрыва межмолекулярных связей в вершине трещины, а также длиной разорванных связей, которые в свою очередь определяются потенциальной энергией системы. В связи с этим для определения функции (2.81) применен энергетический подход, когда элементарный акт разрушения в материале интерпретируется как переход через некий потенциальный барьер (рисунок 2.25). где т - эффективная масса; Q - частота колебаний молекулярных цепочек; х - смещение цепочки от положения равновесия при разрыве связей. Величины потенциальных барьеров, преодолеваемых при разрыве связей, зависят от средних расстояний между цепочками молекул, которые определяются температурой. Увеличение температуры приводит к снижению энергетического барьера при разрыве молекулярных связей [151]: полимерном материале защитной оболочки будет определяться как произведение эффективной частоты разрыва межмолекулярных связей на длину продвижения трещины X в материале при разрыве, что соответствует усредненному расстоянию между рвущимися связями. Опираясь на положения молекулярно-кинетической теории разрушения, с учетом введенных коэффициентов у и /? в (2.62), (2.69), (2.78) эффективная частота разрыва связей в окрестности вершины трещины Va на границе адгезионного слоя будет определяться следующим образом: критическая длина трещины, при которой происходит разрушение материала защитной оболочки; А - толщина защитной оболочки. С учетом эффекта аккумулирования дефектов и данных работы [151] введен коэффициент концентрации напряжений в окрестности вершины внутренней трещины с начальной длиной 1о .
С учетом (2.89) приведенные к текущей длине трещины / напряжения растяжения оо вместе с термоупругими напряжениями аа в материале защитной оболочки вблизи границы адгезионного слоя могут быть определены как:
С учетом (2.94) результат перемножения коэффициента а и суммарного напряжения в материале о = у а0 + (3 аа будет представлять собой безразмерный параметр ао, характеризующий силовое нагружение материала в окрестности Va вершины трещины с начальной длиной IQ.
На рисунке 2.26 показаны расчетные зависимости длины трещины в полиэтилене (в о.е.) от безразмерного показателя t/т согласно (2.92-2.93) для различных значений аб.
На графических зависимостях отмечаются этапы медленного и ускоренного роста трещины, определяющие динамику развития дефекта. Рост дефекта носит ускоренный характер, однако, во времени это ускорение распределено неравномерно. Значительную часть времени ускорение остается постоянным, практически равным его начальному значению, и лишь незадолго до разрыва при /(ґ)=4 наблюдается ускоренный рост трещины. За это время трещина прирастает на весьма малую относительную величину lkll0—\ = 0,02 — 0,3 причем с ростом нагрузки или параметра аб критическая длина трещины уменьшается. Следует предположить, что причиной подобного характера роста скорости трещины является отставание скорости протекания релаксационных процессов в вершине трещины от скорости приложения внешних нагрузок. При разрушении с предельной скоростью в окрестности вершины трещины возникают напряжения, близкие к теоретической прочности материала.
Для определения начальной скорости VQ И начального ускорения Wo роста трещины можно использовать соотношения: При вибрациях защищенных проводов возникают динамические деформации изгиба. В этих условиях для определенности переменные деформации изгиба целесообразно моделировать циклическими деформациями. Пусть усталостное напряжение в материале защитной оболочки изменяется в некотором условном диапазоне от бт\п до бтах. В действительности механизм утомления полимерного материала усложняется по ряду причин. Одна из причин - изменение температуры внутри материала вследствие локализации разогрева материала вблизи вершины трещины. Это обусловлено рассеянием упругой энергии при периодическом деформировании полимера. Другая причина - влияние частоты вибрации провода на релаксационные процессы в материале, что выявлено на частотных спектрах механических потерь материала защитной оболочки. Точное описание механизмов усталостного накопления повреждений в полимерном материале усложняется из-за взаимодействия локальных напряжений от внешней нагрузки в текущем цикле с остаточными напряжениями, созданными в материале предыдущими циклами. Все это вносит специфику в процесс утомления полимерного материала защитной оболочки при вибрации проводов. С учетом обозначенного для установления связи между ресурсными показателями материала защитной оболочки провода и динамическими свойствами дефектов при вибрациях приняты следующие допущения: - режим нагружения не меняет в корне термофлуктуационной природы процесса разрушения; - энергетический барьер при циклическом нагружении из-за высокой концентрации напряжений снижается по сравнению со статическими нагрузками; - релаксационные процессы и локальные разогревы влияют на динамику роста дефектов.
Анализ на модели дефекта позволил выявить ускоренный характер роста трещины с течением времени для различных температур и частот циклического нагружения материала. Полученные зависимости позволили выявить увеличение скорости роста трещины с повышением локальных напряжений в окрестности ее вершины (рисунок 2.27). Сравнение полученных зависимостей позволяет сделать вывод: цикличность приложения нагрузок при вибрациях проводов ускоряет рост трещины в материале защитной оболочки на 2-3 порядка по сравнению со скоростями роста при статических нагрузках. Частоты приложения нагрузки выбраны из диапазона наиболее опасных частот колебаний проводов при эоловых вибрациях 5-20 Гц.
Влияние микрорельефа и загрязнений поверхности на характер смачивания защищенных проводов при электрическом старении
Разработана усовершенствованная модель для анализа распределения температуры внутри защищенного провода. Модель впервые учитывает особенности изменения теплового состояния полимерных оболочковых материалов, в т.ч. адгезионного слоя между защитной оболочкой и жилой защищенного провода с учетом влияния ранее неисследованных факторов, приводящих к появлению дополнительных источников тепла в проводах: - высокочастотные токи при коммутациях в сети 6-35 кВ, что отражено введением в модель параметров S и tk, где S - глубина проникновения электромагнитного поля вглубь провода, зависящая от частоты тока; tk - длительность протекания высокочастотного тока. Показано, что в случае применения защищенного провода с жилой из алюминиевого сплава марки СИП-3 сечением 50 мм протекание тока величиной 245 А с частотой / =100 кГц и длительностью tk= 0,3 с приведет к повышению температуры на границе адгезионного слоя между жилой и оболочкой провода на 9С относительно центра жилы провода. - переходное электрическое сопротивление контактного соединения в местах установки прокалывающих зажимов, что учтено в модели введением параметра Rk. Показано, что температура защищенного провода вблизи контактного соединения будет определяться величиной Rk, сечением и периметром контакта Sk, сопротивлением стягивания тока Rc, величиной контактных усилий в месте установки прокалывающего зажима. - потери, связанные с релаксационными процессами в полимерном материале защитной оболочки с учетом протекания токов в отдельных слоях многослойной защитной оболочки. Определены электрические параметры эквивалентной схемы замещения многослойной защитной оболочки провода, описывающей протекание различных механизмов поляризации в полимерном материале защитной оболочки. Схема замещения учитывает произвольное количество слоев п, толщину каждого отдельного слоя hi, а также его диэлектрические свойства Si. Определены полные токи и напряжения эквивалентной схемы замещения, а также постоянные времени релаксации отдельных слоев. Обоснована необходимость учета изменения частотных характеристик полимерного материала при температурных воздействиях. Определены активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления многослойной защитной оболочки в частотной области. Получены соотношения, определяющие частотную зависимость тангенса угла диэлектрических потерь материала защитной оболочки tg(co) с учетом ее многослойности. Это позволило определить активную мощность, рассеиваемую в материале защитной оболочки в виде тепла.
Дано математическое описание критерия, характеризующего способность материала защитной оболочки провода поглощать тепло, выделяемое при возникновении поверхностных электрических разрядов в результате теплового старения провода в условиях комплексного воздействия повышенных электрических полей, увлажнений и загрязнений. Установлена зависимость, позволяющая оценить стойкость полимерного материала защитной оболочки к воздействию поверхностных электрических разрядов на основе использования следующих параметров:
Предложена методика контроля состояния защищенных проводов как при тепловом, так и комбинированном электрическом, механическом и тепловом старении. Методика обладает универсальностью, т.к. основана на контроле структурных изменений в материалах защищенных проводов, происходящих при внешних воздействиях любой природы. Диагностическим параметром является величина смещения максимума тангенса угла диэлектрических потерь в частотной области. В подтверждение универсальности методики на основе результатов экспериментальных исследований выявлено подобие изменения спектров механических и диэлектрических потерь материала защитной оболочки проводов при частотных воздействиях. Это предопределяет возможность описания механизмов старения материала при различных по природе воздействиях законами подобия, что обосновывает универсальность применения методики. На основе результатов испытаний защищенных проводов, полученных согласно разработанной методике, определено математическое выражение, устанавливающее линейную связь между диагностическим параметром, и остаточным ресурсом проводов. Для возможности прогнозирования остаточного ресурса обоснована необходимость и достаточность измерения тангенса угла диэлектрических потерь в защищенном проводе на двух частотах. В частности, полученные экспериментальные частотные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь в проводе с полиэтиленовой защитной оболочкой позволяют для определения остаточного ресурса выбрать любые две частоты из диапазона от 0,1 до 100 кГц при известном параметре распределения Д значения которого лежат в диапазоне от 0,4 до 0,8.
На основе результатов тепловых испытаний исходных и предварительно состаренных образцов защитных оболочек из поливинилхлорида и сшитого полиэтилена, в т.ч. с добавлением красителей в рецептуру материала, установлен безразмерный диагностический показатель, чувствительный к структурным изменениям материала при тепловом старении. В качестве диагностического показателя принято отношение массы образца состаренного материала к его массе в исходном состоянии до испытаний W/Wcj. На основе контроля изменения диагностического показателя разработана методика определения предельной наработки на отказ оболочковых материалов проводов при тепловом старении. В основе методики определения предельной наработки на отказ полимерного материала защитной оболочки положен критерий ограничения допустимого снижения показателя W/Wo не более, чем на 0,5% с учетом положений международного стандарта МЭК 216.
Однослойные оболочки защищенных проводов являются защитными и не рассчитаны на длительное воздействие рабочего напряжения линии. Однако, как показано в первой главе, всё чаще появляются новые конструкции защищенных проводов, конструкции которых предусматривают нанесение многослойных защитных оболочек, выполняющих изоляционные функции. Как правило, такие конструкции защищенных проводов применяются на ВЛЭП 20 кВ и выше, которые эксплуатируются в условиях повышенных загрязнений, увлажнений, температур, механических воздействий и т.д. Деформации в виде утонения вместе с трещинами в защитной оболочке проводов существенно снижают и без того изначально низкую электрическую прочность проводов, способствуя развитию электрических и водных триингов в структуре материалов защищенных проводов. Полимерные изоляционные материалы чувствительны к триинговым образованиям, повышающим внутренние локальные электрические воздействия на материал. Это создает благоприятные условия для роста водных триингов. Повышенная влажность окружающей среды создает благоприятные условия для увлажнения проводов, что способствует ускоренному проникновению влаги в структуру провода в условиях повышенной напряженности электрического поля. При этом механизмы развития триинговых образований до конца не изучены. В связи с этим в работе было проведено отдельное исследование, направленное на изучение условий зарождения и развития водных триинговых образований в защищенных проводах.