Українська
1.Вступ
Зростаючий попит на компоненти повітряних ліній електропередач (серед яких і ізолятори), загальний вектор диверсифікації постачання енергоносіїв на ринках, війна в Україні та низка політичних подій між 2019 і 2026 роками вивели на міжнародний ринок постачальників ізоляції нових та невідомих гравців. Це створило на ринку ситуацію з широким спектром продуктів за їх номенклатурою, походженням та якістю, яких не завжди легко визначити за допомогою існуючих релевантних стандартів та специфікацій.
Інтереси енергосистем і кінцевих споживачів в цьому випадку захищені вітчизняними та міжнародними стандартами – МЕК, ANSI, CSA та інші, частина з яких датовані 1990-ми роками.
Значна частина стандартів які поширюються на скляні та фарфорові високовольтні ізолятори була оновлена між 2020 і 2023 роком. Довгоочікуваним став вихід МЕК 60383-1 редакції 2023 року, яка замінила редакцію 1993 року. Накопичені за період відсутності нових версій стандартів проблеми підштовхнули чисельні енергосистеми на всіх континентах до розробки власних галузевих специфікацій, стандартів і вимог.
В такі специфікації вкладаються застереження винесені з десятиліть експлуатації, планування майбутніх потреб і ризиків та результати обговорення даної проблематики в межах асоціацій як CIGRE, ENTSO-E, IEEE, INMR та інші.
Важливою ланкою такого процесу укладення нових версій стандартів представленість в робочих групах і комітетах виробників основних видів ізоляції, які володіють компетенцією в галузі виробництва, отримують зворотній зв`язок від споживачів та існують в обставинах здорової конкуренції на ринку. В США стандарт ANSI/NEMA C29.2 B-2013 розроблено за участі національної асоціації виробників (9 членів). В Канаді – стандарт CSA C411.1, в комітеті 18 членів, з них 6- виробники. Така практика викликана наявністю у виробників власних акредитованих по ISO 17025 лабораторій, , багаторічний досвід випробувань. Накопичення і систематизація результатів саме з таких лабораторій дає впевненість в відтворюваності і достовірності результатів таких випробувань та можливості отримання порівняння та достовірності висновків тестувань.
- Ключові фактори забезпечення якості і надійності
Багаторічна співпраця з постачання підвісних скляних ізоляторів на ринки Південної і Північної Америки, Африки, Канади, Азії та Австралії дозволили виокремити основні сучасні підходи що до отримання гарантій з безпечної і надійної експлуатації даного виду продукції. Також потреба в розширені критеріїв приймання викладена в публікаціях INMR [2].
2.1 Обов`язкова сертифікація систем менеджменту виробника і типові випробування в незалежних лабораторіях
Спільною рисою підходів різних енергосистем є вимога до виробників з сертифікації систем менеджменту на відповідність релевантних ISO стандартів, та проведення аудитів (кваліфікацій) виробничих потужностей до початку контактування і поставок ізоляторів.
Окрім того, обов`язковим є проведення типових випробувань в компетентних лабораторіях, таких як VEIKI (DEKRA, Угорщина), КЕМА (Нідерланди), EGU (Чеська Республіка), CESI (Італія), Powertech (Канада).
За умов постачання елементів високовольтних ліній з Китаю, енергосистеми дотримуються практики обов’язково проведення випробувань в міжнародних сертифікованих лабораторіях. Це дає змогу бути впевненими в надійності та довготривалій експлуатації елементів високовольтних ліній електропередач, а не лише в одноразовій економічній вигоді.
2.2 Підтверджений досвід поставок продукції
Специфіка скла, як діелектрика, та цементу, як зв`язуючого матеріалу, вимагає суворого дотримання параметрів технологічного процесу, високого рівня кваліфікації персоналу та точності в роботі обладнання. Відхилення і невідповідності даних факторів тягнуть за собою закладення в продукцію прихованих дефектів, які неможливо ідентифікувати чи відокремити на стороні споживача, а саме вони несуть ризики з відмов в роботі ліній та цілих систем і можуть проявитися після певного періоду й часу експлуатації. Наявність успішного досвіду з виробництва і поставок продукції підтверджується наданням виробником відгуків споживачів (референс листів).
2.3 Проведення і документування вхідного контролю сировин і матеріалів, використовуваних у процесах виробництва
Сипучі матеріали (сировина для скловаріння), металеві частини ізолятора зазвичай постачаються сторонніми виробниками. Процес контролю сировини є затратним через потребу наявності власних спеціалізованих лабораторій, специфічного обладнання і відповідних технічних спеціалістів. Відповідно, це накладає додаткове фінансове навантаження на виробника, що впливає на кінцеву вартість продукту. Забезпечення цього процесу є гарантією якості та дотримання відповідних стандартів і вимог до даного продукту, що у довгостроковій перспективі є економічно доцільним.
Фото 1-5: Вхідний контроль компонентів та аналіз сировини
Вхідний контроль включає оцінку відповідності виробів сертифікатам якості, оцінку їх якісних характеристик, оцінку стабільності технології постачальників (шляхом статистичних обрахунків відхилень результатів), відповідність елементів вимогам специфікацій кінцевих споживачів.
2.4 Забезпечення контролю за станом скловарної печі, режимами і терміном експлуатації
Процес варіння скла викликає природний експлуатаційний знос стінок і інших частин скловарної печі, що потребує постійного моніторингу стану печі, розподілу температур і потоків всередині та чіткого дотримання режимів проведення рутинного (100%) термошоку склодеталей. Саме проведення термошоку забезпечує відбракування деталей, в яких містяться включення вогнетривкого матеріалу печі, які можуть призвести до подальшого руйнування ізоляторів на лінії електропередач.
Відсутність контролю за дотриманням цих процесів мають не лише репутаційні, а й фінансові та юридичні ризики. Вартість заміни ізоляторів на високовольтній лінії електропередач в десятки разів перевищує їхню ціну через необхідність залучення спецтехніки, та висококваліфікованого персоналу.
Недостатній рівень забезпечення контролю виготовлення продукції дає виробнику можливість отримання більшої кількості продукції, але з прихованою високою ймовірністю подальших руйнувань вже під час експлуатації. Запитом енергосистем є рівень руйнувань скляних ізоляторів на рівні не більше 1 шт. на 10 000 шт. протягом року. Дані характеристики можуть бути забезпечені постійним контролем скловарної печі та проведенням рутинного (100%) термошоку [3].
Фото 6-7: Стан скловарної печі на різних етапах експлуатації
2.5 Наявність власної випробувальної лабораторії
Сталою обов`язковою вимогою є наявність у виробника лабораторії акредитованої відповідно до ISO 17025. Акредитація дозволяє отримати впевненість в достовірності результатів, а сама лабораторія дозволяє швидко, ще до використання склодеталей в виробництві, провести верифікацію їх якості. Перелік випробувань доповнюють випробуванням згідно МЕК 61211 «Імпульсний пробій в повітрі». Дане випробування внесене в вимоги всіх сучасних стандартів, як обов’язкове і дозволяє комплексно оцінити діелектричну міцність ізолятора [4].
Фото 8: Випробування ізолятора на імпульсний пробій в повітрі
2.6 Забезпечення якості армування (складання) ізоляторів
Цементно піщаний розчин застосовуваний для зв`язки елементів ізолятора потребує постійного контролю складу і технологічних параметрів процесу тужавіння (твердіння). Окрім механічних властивостей, якість швів цементно-піщаної зв`язки має вплив на термін служби ізоляторів та рівень діелектричних втрат лінії.
Ізолятори, які завозяться на ринок України з Китаю, виготовлені з використанням пластикових кілець між шапкою і склодеталлю, зафіксовано на ізоляторах класу 70, 160 і 210 кН. Даний елемент ізолятора заборонений до використання енергосистемами Європи (Svenska Kraftnät, оператор системи передачі Швеції, CEPS – ОСП Чеської республіки) та деякими операторами в США, через властивість деградації пластику під впливом ультрафіолету, що спричиняє корозію шапки, потрапляння вологи в силовий вузол, її промерзання і послаблення мех. міцності ізолятора [6]. У ьільшості досліджених ізоляторів пластикові кільця зміщені, що призводить до відхилення від осі (перекосу) шапок, що знижує механічну міцність ізолятора. Таким чином термін експлуатації і надійеість ізоляторів зменшується.
Рівномірність заповнення цементу навколо стержня, шерохуватість його поверхні, однорідність структури також відіграють важливу роль в рівні радіозавад ізолятора та виникненні коронних розрядів, що є причиною діелектричних втрат на лініях електропередач [5] та зменшення терміну експлуатації ізоляції [4].
3. Недоліки конструкції
4.1 При розробці конструкції ізолятора, виборі матеріалів і технології, виробником повинно враховуватись сумісність і взаємозамінність між ізоляторами та лінійною арматурою. Гарантування сумісності забезпечується відповідністю розмірів і конфігурації сферичного з`єднання вимогам стандарту ДСТУ EN IEC 60120:2022). Дана вимога не дотримана частиною китайських виробників, що тягне ризик розщеплення з`єднання або неможливості зібрати гирлянду ізоляторів та неможливості приєднання ізоляторів до лінійної арматури.
4.2 Також в ізоляторах китайського виробництва фіксується невідповідність замків сферичних з`єднань МЕК 372 – «лапки» замків повинні бути розігнуті виробником після встановлення в гніздо шапки [10]. Це запобігає деформації замків і розчеплення гирлянд під час коливань на лінії через вітрові навантаження.
4.3 Прагнення деяких виробників до зменшення витрат шляхом зменшення товщини діелектричної частини впливає на основні характеристик ізолятора – механічну та діелектричну міцність. Доведення придатності конструкції є важливим етапом і підтверджується протоколами типових випробувань, згаданих в п.3.1 в незалежних лабораторіях та власні лабораторії згаданій в п. 3.5.
4. Маркування, ідентифікація і простежуваність
Глобальний ринок підвісних скляних високовольтних ізоляторів зріс за об`ємом протягом 2022 – 2026 року в 2,2 рази, окрім того було зупинено виробництво на ТЗОВ «Львівська ізоляторна компанія», а АО «Южноуральський арматурно-ізоляторний завод» (російська федерація) потрапив під санкції через війну росії проти України (разом ці два підприємства забезпечували близько 20% ринку даної продукції до війни). Це зумовило ріст попиту та появу на ринку нових китайських виробників та дешевого продукту. Дешевизна такого продукту отримана в тому числі і через фактори перелічені вище, що несе низку ризиків з експлуатації даної продукції.
Окрім того, продукція, що виготовлена в Китаї, яка поступає на ринок України, не відповідає вимогам чинних стандартів – ДСТУ ІЕС 60383-1:2009, а саме:
Розділ 5 ДСТУ EN IEC 60305:2022 вказує: «Стандарт IEC 60383-1 визначає, що ізолятори повинні бути позначені заданим електромеханічним або механічним руйнівним навантаженням. Це навантаження може бути зазначено за допомогою першої частини позначення, наведеного в першому стовпці Таблиці 1, Таблиці 2, Таблиці 3, Таблиці 4 та Таблиці 5: Наприклад, ізолятор може бути позначений U 160 для одиниць U 160 BS, U 160 BL та U 160 BLP».
Дана вимога не виконується китайськими виробниками, через те, що шапки і склодеталь використовувані в даних ізоляторах зазвичай призначені для використання на внутрішньому ринку. Відсутність маркування унеможливлює простежуваність даної продукції під час виробництва і експлуатації на лінії, унеможливлює виявлення дефектних одиниць/партій/виробників і ускладнює забезпечення відповідальності виробника за якість і захист інтересів оператора мережі.
Також критичною є відсутність номеру партії, що підтверджує слабкий внутрішній контроль та унеможливлює розподіл виготовленої продукції на партії (лоти), для приймання і забезпечення процедур з простежуваності й відокремлення потенційно-невідповідних партій продукції. Розділення ізоляторів на партії об’ємом до 10 тис. шт. вимагають всі без винятку міжнародні стандарти для підвісних скляних ізоляторів [7] [8] [9].
Висновки:
Викладені вище спостереження і висновки зроблені на основі досліджень зразків ізоляторів 70, 160 і 210 кН (згідно документації), які не місять дат виробництва і торгових марок/позначень/логотипів виробників. Ці ізолятори імпортовані в різні періоди між 2023 і 2025 роками, мають різну конструкції і зовнішній вигляд шапок, мають суттєво різну конструкцію перс-оснащення (конструкцію склодеталі), забарвлення скла. Ці суттєві різниці говорять про приналежність цих ізолятоірв до різних виробників, які мають різну конструкцію елементів ізолятора і різний хімсклад скла.
Діючі в Україні нормативні документи, які регламентують вимоги до підвісних скляних і керамічних ізоляторів, потребують оновлення через анулювання застарілих ДСТУ та недійсних ГОСТ, а також публікацію оновлених редакцій стандартів Міжнародної Електротехнічної Комісії.
Надійність роботи енергосистеми напряму залежить від умов експлуатації та надійності її елементів, в тому числі ізоляції. Поява на ринку нових виробників з низькими цінами водночас з недотриманням вимог в процесі виробництва відповідно до міжнародних стандартів, несе в собі ризики відмов роботи ізоляції ліній. Забезпечення відповідності виготовленої продукції до міжнародних стандартів та вимог можливе тільки на етапах виробництва і потребує професіоналізму персоналу й матеріальних витрат на стороні виробника.
Специфіка елементів підвісних ізоляторів залишає ризик виникнення відкладених відмов роботи ізоляції після певного терміну експлуатації у разі недотримання виробником технологій чи вимог стандартів. Це також тягне за собою додаткові витрати на обслуговування ліній електропередач зі сторони операторів мереж.
Дані фактори вимагають ретельного підбору постачальників і виробників, які забезпечують простежуваність на етапах виробництва, експлуатації та перейняття практик європейських операторів енергосистем, поширення яких є логічним у зв`язку з синхронізацією об’єднаної енергосистеми України з об’єднаною європейською мережею ENTSO-E.
Використання українськими операторами систем розподілу і магістральних мереж ізоляції, яка не допускається до експлуатації в країнах Європи, тягне за собою ряд ризиків описаних вище, окрім того не сприяє посиленню технічного авторитету і репутації держави.
Посилання:
[1]: https://online.budstandart.com/ua/ [2]: https://www.inmr.com/manufacturing-glass-insulators/ [3]: https://www.inmr.com/manufacture-of-toughened-glass-insulators/ [4]: https://www.inmr.com/expanded-test-criteria-to-ensure-quality-of-glass-insulators/ [5]: https://www.inmr.com/pollution-flashover-behaviour-of-hydrophobic-hydrophilic-partly-hydrophobic-coated-glass-insulators/ [6]: https://www.inmr.com/check-points-testing-to-ensure-quality-of-line-insulators/ [7]: ANSI/NEMA C29.2 B-2013 [8]: IEC 60383-1:2023 [9]: CSA C411.1-10 [10] МЕК 372