Нагрев нижнего контактного соединения в/ч заградителя

Вопрос, который оставался открытым, определялся характером зависимости температуры контакта от значения активного сечения провода. В целях оценки эффективности инфракрасного контроля сварных КС в предприятии Южтехэнерго были проведены эксперименты на сварном КС, а также целом проводе при имитации в них дефектов. Моделирование дефектов КС и провода АС-150/24 (26 алюминиевых проводников и семь стальных, I_max = 450 А) выполнялось следующим образом:

- на КС, выполненном сваркой, около места сварки делался узкий (5 мм) пропил нескольких алюминиевых проводников, а чтобы избежать расплетения жил и тем самым изменения сопротивления провода, вблизи дефекта на провод в нескольких местах были наложены бандажи из алюминиевой проволоки.

В сварном КС, а также в провод были заложены термопары.

Эксперименты проводились в закрытом помещении, при скорости ветра не более 0,2 м/с, при токовых нагрузках до 520 А.

На основании проведенных экспериментов были сделаны выводы (рис.3-45а):

- уменьшение активного сечения провода на 20-25% за счет обрыва отдельных проводников может быть не выявлено при проведении ИК-контроля с вертолета, что связано с малым коэффициентом излучения провода, удаленностью тепловизора от трассы на 50 - 80 м, влиянием ветра, солнечной радиацией и другими факторами;

- при отбраковке дефектных контактных соединений, выполненных сваркой, с помощью тепловизора или пирометра необходимо иметь в виду, что скорость развития дефекта этих соединений намного выше, чем у болтовых контактных соединений с нажатием;

- дефекты контактных соединений, выполненных сваркой при избыточной температуре порядка 5 °С, выявленные тепловизором при обследовании с вертолета ВЛ, необходимо классифицировать как опасные.

Рис.3-45а. Зависимость температуры нагрева сварного соединителя от характера имеющегося в нем дефекта:

P - температура нагрева реперной точки (точки на проводе на расстоянии 1 м от сварного соединителя);

1, 2, 3, 4, 5, 6 - температуры нагрева сварного соединителя от его дефектности (обрыв соответственно 4; 8; 13; 17; 21; 25 жил провода в месте сварки)

- ОПРЕССОВАННЫЕ КС -

В контактных соединениях, выполненных опрессовкой, наблюдается неправильный подбор наконечников или гильз, неполный ввод жилы в наконечник, недостаточная степень опрессовки, смещение стального сердечника в соединителе провода и т.п. Как известно, одним из способов контроля опрессованных соединителей является измерение их сопротивления постоянному току.

Опрессованный соединитель считается пригодным к эксплуатации, если сопротивление постоянному току соединителя превышает не более чем в 1,2 раза сопротивление целого участка провода той же длины.

Практика эксплуатации показывает, что подобная оценка вновь опрессованных соединителей не характеризует в достаточной степени их состояние. С целью определения эффективности этого метода контроля качества монтажа опрессованных соединителей производилось измерение сопротивления постоянному току зажимов НАС-480-1А, ОА-400-2А и АЧА-400-3А в процессе их опрессования.

На рис.3-46 показан характер изменения сопротивления постоянному току нескольких из измеренных соединителей НАС-480-1А в процессе опрессования натяжной части алюминиевого корпуса зажима.

Первоначально сопротивление быстро падает, но с увеличением давления стабилизируется и изменяется незначительно.

Для многопроволочных проводов это объясняется уплотнением проводников в наконечнике и увеличением числа площадок контактирования внутри последнего.

Рис.3-46. Зависимость контактного сопротивления от давления и степени опрессовки:

1 - с зачисткой и смазкой контактных поверхностей; 2 - без зачистки и смазки;

3 - с уменьшенной контактной поверхностью

Зависимость контактного сопротивления (1) и механической прочности (2) соединения от степени опрессовки.

Рабочая зона опрессовки определяется участком АВ, где значение механической прочности приближается к прочности целого участка провода.

Давление, развиваемое гидравлическим прессом, и длина матрицы позволяли производить опрессование натяжной части соединителя в восемь приемов. Полученные результаты показывают, что сопротивление постоянному току соединителя мало изменяется в процессе опрессования.

Сопротивление ряда соединителей уже после одного-двух обжимов матрицей по длине практически не отличается от сопротивления целого участка провода. Аналогичный характер изменения сопротивления постоянному току в процессе опрессования наблюдается также у соединителей ОА-400-2А и АЧА-400-3А.

Незначительный характер изменения переходного сопротивления КС в процессе их опрессования, а также связанное с этим малое тепловыделение в КС показывает на недостаточную эффективность выявления в них дефектов непосредственно после монтажа с помощью приборов инфракрасной техники.

В процессе эксплуатации опрессованных КС наличие в них дефектов будет способствовать более интенсивному образованию окисных пленок с повышением переходного сопротивления и появлению локальных нагревов.

Поэтому можно считать, что ИК-контроль новых опрессованных КС не позволяет выявлять дефекты опрессовки и должен проводиться для соединителей, проработавших в эксплуатации определенный срок (1 год и более).

- БОЛТОВЫЕ КС -

КС, выполненные с помощью болтов, чаще всего имеют дефекты из-за отсутствия шайб при соединении медной жилы с плоским выводом из меди или сплава алюминия, отсутствия тарельчатых пружин, непосредственного подсоединения алюминиевого наконечника к медным выводам оборудования в помещениях с агрессивной или влажной средой, в результате недостаточного усилия затяжки болтов и др. Болтовые КС алюминиевых шин на большие токи (3000 А и выше) имеют недостаточную стабильность в эксплуатации.

Если контактные соединения на токи до 1500 А требуют подтяжки болтов один раз в 1-2 года, то аналогичные соединения на токи 3000 А и выше нуждаются в ежегодной переборке с непременной зачисткой контактных поверхностей.

Необходимость в такой операции связана с тем, что в многоамперных шинопроводах (сборные шины электростанций и т.п.), выполненных из алюминия, более интенсивно протекает процесс образования окисных пленок на поверхности контактных соединений.

Процессу образования окисных пленок на поверхности болтовых контактных соединений способствуют различные температурные коэффициенты линейного расширения стальных болтов и алюминиевой шины.

Поэтому при прохождении по шинопроводу тока КЗ, работе его с переменной токовой нагрузкой, наличии в нем при большой протяженности вибрационных воздействий происходит деформация (уплотнение) контактной поверхности алюминиевой шины.

В этом случае усилие, стягивающее две контактные поверхности ошиновки, ослабевает, имевшийся между ними слой смазки испаряется и т.п. В результате образования окисных пленок площадь соприкосновения контактов, т.е. число и величина контактных площадок (точек), через которые проходит ток, уменьшается, и вместе с тем увеличивается плотность тока в них, она может достигать тысяч ампер на квадратный сантиметр, вследствие чего сильно растет нагрев этих точек.

Температура последней точки достигает температуры плавления материала контакта, и между контактными поверхностями образуется капля жидкого металла. Температура последней, повышаясь, доходит до кипения, пространство вокруг контактного соединения ионизируется с возможностью образования многофазного замыкания в РУ.

Под действием магнитных сил дуга может перемещаться вдоль шин РУ со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Опыт эксплуатации показывает, что наряду с многоамперными шинопроводами недостаточной надежностью обладают одноболтовые КС. Последние в соответствии с ГОСТ 21242-75 допускаются к применению на номинальный ток до 1000 А, однако повреждаются уже при токах 400-630 А. Повышение надежности одноболтовых КС требует принятия ряда технических мероприятий по стабилизации их электрического сопротивления.

Процесс развития дефекта в болтовом контактном соединении, как правило, протекает достаточно длительно и зависит от ряда факторов: тока нагрузки, режима работы (стабильная нагрузка или переменная), воздействия химических реагентов, ветровых нагрузок, усилий затяжки болтов, наличия стабилизации давления контактов и др.

В качестве иллюстрации на рис.3-47 показана зависимость переходного сопротивления болтового контактного соединения от продолжительности токовой нагрузки.

Рис.3-47. Изменение переходного сопротивления болтовых контактных соединений при долговременных испытаниях:

1 - тарельчатые пружины; 2 - болты из сплава Д16; 3 - пружинистые шайбы; 4 - болты с эластичной головкой; 5 - пакет стальных шайб; 6 - соединения без стабилизирующих средств

График 6 показывает на постепенное повышение переходного сопротивления КС до определенного момента времени, после чего происходит резкое ухудшение контактной поверхности КС с интенсивным тепловыделением, характеризующим аварийное состояние КС (Л.14).

Аналогичные результаты были получены специалистами фирмы "Инфраметрикс" (США) при тепловых испытаниях болтовых КС.

Повышение температуры нагрева в процессе испытаний носило постепенный характер в течение года (с января 1990 г. по январь 1991 г.), а затем наступал период резкого повышения тепловыделения (рис.3-48).

Рис.3-48. Процесс развития дефекта (нагрева) в болтовом контактном соединении

На графике показана динамика повышения температуры нагрева болтового контактного соединения в течение 14 мес (с января 1990 г. по март 1991 г.) при протекании по нему тока нагрузки 200 А.

Пересчет к температуре Цельсия может быть выполнен исходя из отношения:

°С = .

- КС, ВЫПОЛНЕННЫЕ СКРУТКОЙ -

Отказы КС, выполненных скруткой, возникают в основном из-за дефектов монтажа. Неполная скрутка проводов в овальных соединителях (менее 4,5 витков) приводит к вытягиванию провода из соединителя и его обрыву.

Неочищенные провода создают высокое переходное сопротивление, в результате чего происходит перегрев провода в соединителе с его возможным выгоранием.

Отмечались случаи неоднократного выдергивания грозозащитного троса АЖС-70/39 из овального соединителя марки СОАС-95-3 воздушных линий 220 кВ, скрученного на меньшее количество оборотов (Л.15).

Методика ИК-контроля

Возможность выявления дефектов в КС на ранней стадии их развития во многом зависит от учета при проведении ИК-контроля факторов, указанных в разделе 2 МУ:

- спектрального диапазона измерений;

- климатических условий;

- значения тока нагрузки и т.п.

Выбор браковочных нормативов для оценки теплового состояния КС зависит от их конструктивного исполнения и отражен в разделе 4 МУ.